Kraftfahrzeugwechselgetrieben

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Vorsynchronisationssystenn zum Vorsynchronisieren eines Synchronrings an einem Getriebeteil eines Kraftfahrzeugwechselgetriebes, wobei das Vorsynchronisationssystem ein mittels einer Feder beaufschlagtes Druckstück aufweist und das Druckstück zum Einrasten in einer Rastvertiefung einer Schaltmuffe des Vorsynchronisationssystems vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeugwechselgetriebe mit einem derartigen Vorsynchronisationssystem.

Hintergrund der Erfindung

Druckstücke werden in Synchronisiereinrichtungen, insbesondere Vorsynchronisationssystemen, dazu verwendet, die eigentlichen, an der Synchronisation unmittelbar beteiligten Bauteile zueinander definiert zu positionieren und in Position zu halten. Um Schleppverluste zu vermeiden, ist eine Axialbewegung von Synchronringen in nicht geschalteten Gängen in der Regel unterbunden. Soll ein bestimmter Gang hingegen geschaltet werden, müssen in einem Vorsynchronisationsprozess konische Synchronringe axial so aufeinander geschoben werden, dass ihre Reibflächen miteinander wechselwirken können. Dazu werden beispielsweise Druckstücke verwendet, die gleichzeitig als Arretierelemente eine Schiebemuffenzentrierung bewirken können. Die Schiebemuffe dieser Schaltkupplungen ist auf dem Schaltmuffenträger zumeist in einer neutralen Stellposition mittels des Arretierelements gehalten. In dieser Stellposition sind gegen die Schaltmuffe drei bis vier am Umfang des Schaltmuffenträgers angeordnete und an dem Schaltmuffenträger gehaltene Arretierelemente vorgespannt. Dazu stützen sich die Arretierelemente an dem Schaltmuffenträger ab und greifen in Rastvertiefungen an der Schaltmuffe. Weiterhin sind in als Synchronkupplung ausgebildeten Schaltkupplungen auch Arretierelemente in Form von Druckstücken eingesetzt.

Mit dem immer häufigeren Einsatz von Hilfskraft betätigten beziehungsweise automatisierten Schaltgetrieben ist die Verwendung relativ kostspieliger Arretierelemente oftmals nicht mehr erforderlich. In ihrer Ausführung einfachere, jedoch robuste und kostengünstig herzustellende Arretierelemente sind zunehmend gefragt.

Ein Arretierelement in Form eines Druckstücks ist in DE 102 25 269 A1 beschrieben. Ein Grundkörper des Arretierelementes aus Blech ist schalenförmig mit einem quer zur Druckrichtung ausgerichteten Boden und Wänden ausgebildet, wobei der Grundkörper durch einen in Druckrichtung gegenüberliegenden Deckel abgedeckt ist. Der Deckel ist zu dem Grundkörper in Druckrichtung längs begrenzt beweglich an dem Grundkörper gehalten, wobei der Rand des Deckels über den Grundkörper gestülpt ist. Ein bügelartiges Federelement ist von dem Grundkörper und dem Deckel eingekapselt und gegen diesen vorgespannt. Der Grundkörper stützt sich an einem Schaltmuffenträger ab, wobei das Federelement gegen eine auf dem Schaltmuffenträger sitzende Schaltmuffe vorgespannt und in einer Rastvertiefung verrastet ist. Bei einer Schaltbewegung nimmt die Schaltmuffe das Druckstück zunächst in Richtung des zu schaltenden Gangrades längs mit, wodurch der bekannte Synchronisationsprozess eingeleitet wird. Größerer axialer Widerstand auf das Arretierelement bei weiter in Richtung des Gangrads längsbewegter Schaltmuffe zwingt das Federelement, aus der Rastvertiefung an der Schaltmuffe in Richtung des Grundkörpers einzufedern. Das Federelement schnappt wieder in die Rastvertiefung ein, wenn die Schaltmuffe in die neutrale Stellposition zurückgeführt wird. Nachteilig an der an sich zufriedenstellenden Lösung ist, dass das Arretierelement, insbesondere wenn dieses als Druckstück eingesetzt ist, bei schräg eingeleiteten Kräften verkippen kann. Durch ein Verkippen des Deckels kann es zu einer Verklemmung oder einer Verhakung zwischen dem Schaltmuffenträger und der Schaltmuffe kommen. Des Weiteren ist es erforderlich, die Bauhöhe des Arretierelements weiter zu verringern, um eine möglichst hohe Stabilität des Schaltmuffenträgers zu erreichen, und die Anzahl der Bauteile möglichst gering zu halten. Ein anderes Arretierelement mit einer durch Wellfedern vorgespannten Nadel oder einem Vollzylinder geht aus DE 10 2007 062 464 hervor. Das Arretierelement ist schwer, erfordert hohe Federkräfte und ist aufwändig aufgebaut.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Arretierelement und ein Kraftfahrzeugwechselgetriebe bereitzustellen, das robust ist und sich kostengünstig herstellen lässt ohne funktionale Einschränkungen hinnehmen zu müssen.

Hintergrund der Erfindung

Diese Aufgabe ist bei einem Gegenstand des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist das Druckstück bei einem Vorsynchronisationssystem der eingangs genannten Art teilweise oder ganz als Hohlzylinder, insbesondere als Hohlrolle, ausgebildet. Der dadurch entstehende Hohlraum verringert das Gewicht des Druckstücks erheblich und vereinfacht dessen Herstellung, zumal bei der Herstellung auf Zwischenprodukte, wie zum Beispiel Rohre oder standardisierte Umformteile zurückgegriffen werden kann.

Alternativ wird das Druckstück als Vorsynchronisationselement bezeichnet, wobei das zylindrische Vorsynchronisationselement eine Rolle aufweist und die Rolle teilweise oder ganz als ein Hohlzylinder ausgebildet ist, oder das zylindrische Vorsynchronisationselement ist teilweise oder ganz als ein Hohlzylinder ausgebildet. Auch hierbei ist Masse erheblich reduziert, und die Rolle beziehungsweise das Vorsynchronisationselement, muss nicht aus dem Vollen spanend hergestellt werden, sondern kann kaltumformtechnisch geformt sein. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Rollendurchmesser axial endseitig reduziert und/oder die Rolle aus Stahlblech hergestellt ist. Das Druckstück ist durch eine Feder mit Federkraft beaufschlagt und weist gegebenenfalls weitere Elemente auf. Ferner ist das Druckstück dazu vorgesehen, eine neutrale Schaltposition des Koppelelementes durch eine Kraftübertragung zu sichern. Von daher ist eine Wandung des als Hohlzylinder ausgeführten Druckstücks der zu übertragenden Schaltkraft entsprechend stabil auszuführen, um plastische Verformungen des Druckstücks zu vermeiden.

Das Druckstück ist zum Einrasten in einer Rastvertiefung eines Koppelelementes, wie zum Beispiel der Schaltmuffe, vorgesehen. Damit wird eine neutrale Stellposition definiert, in der kein Gang eingelegt ist. Das Druckstück bildet somit auch ein Arretierelement beziehungsweise hat die Funktion inne, die Arretierung des Koppelelementes herbeizuführen.

Der Hohlraum des Hohlzylinders kann derart ausgelegt werden, dass strukturell das Druckstück keiner plastischen Verformung unterliegt, die ein definiertes Einrasten während des Betriebes verhindern könnte. Aufgrund des Hohlraums wird die Stabilität des Druckstücks nicht einzig durch dessen Materialstabilität gewährleistet, wie es bei einem massiven Körper der Fall wäre, sondern zum Teil auch durch eine formbedingte Stabilität.

Vorteilhafterweise sind keine Bauteile erforderlich, die das Druckstück und die Feder aneinander befestigen, zumal beide Elemente radial zwischen einem Muffenträger und dem Koppelelement, wie zum Beispiel der Schaltmuffe, oder dergleichen radial zusammengehalten werden können. Dazu ist erforderlich, die Feder mittels des Druckstücks gegenüber dem Koppelelement radial vorzuspannen, sodass eine teilweise elastische Entspannung der Feder eintritt, wenn das Druckstück in der Rastvertiefung einrastet.

Vorteilhafterweise ist die Rastvertiefung in eine Innenverzahnung des Koppelelementes integriert. Die Innenverzahnung des Koppelelementes stellt mittelbar über den Muffenträger Drehfestigkeit mit der Schaltwelle her. Die Innenverzahnung ist ferner für eine axiale Bewegung in Richtung eines Synchronisationspartners, wie zum Beispiel einem axial benachbarten Synchronisationsrings oder Gangrads, vorgesehen. Bei der Feder handelt es sich vorteilhafterweise um eine Blattfeder oder insbesondere um eine Feder, die im unbelasteten Zustand ein Hohlzylindersegment bildet, welches idealerweise an einer Umfangsstelle geschnitten sein kann.

Vorteilhafterweise weist die Feder eine radiale Senke auf, in der das Druckstück radial angelagert wird. Aufgrund einer solchen Senke kann vermieden werden, dass die Feder axial abwandert, sofern sie nicht oder zumindest nicht vollständig von angrenzenden Bauteilen, wie zum Beispiel von Elementen des Muffenträgers, axial geführt oder eingefasst ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform bildet das Druckstück einen, zwei oder mehrere Hohlräume aus. Neben der Gewichtserleichterung können die Separierungen der Hohlräume zur Formstabilität des hohlzylindrischen Druckstückes beitragen und somit auch zu einer insgesamt geringeren Wandungsstärke des Druckstückes führen.

Vorteilhafterweise ist/sind der eine, die zwei oder mehrere Hohlräume des Druckstücks teilweise oder ganz mit einer Füllung versehen. Dabei kann eine Füllung mehrere Funktionen aufweisen, wie zum Beispiel eine strukturelle Unterstützung der hohlzylindrischen Form des Druckstücks und/oder eine Verbesserung der Steifigkeit desselben sicherzustellen. Außerdem kann verhindert werden, dass Schmiermittel in den jeweiligen Hohlraum des Druckstücks eintritt und damit insgesamt die erforderliche Schmiermittelmenge nachteiligerweise erhöht wird. Die Füllung besteht vorteilhafterweise aus einem kostengünstigen Kunststoff oder einem Metallschaum.

In jedem Fall ist es sinnvoll, das Gewicht der Füllung gering zu halten, damit insgesamt weniger Masse bei einem Schaltvorgang bewegt werden muss. Daher sind Füllungen, wie zum Beispiel ein Metallschaum oder eine Kunststofffüllung durchaus von Vorteil. Grundsätzlich kann in einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Hohlraum aus mehreren Teilhohlräumen gebildet sein, wobei die Teilhohlräume miteinander verbunden sind (Metallschaum) oder nicht. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Druckstück als Büchse ausgebildet und axial stirnseitig mit einem Büchsenboden teilweise oder ganz verschlossen. Damit ist es möglich andere Standardbauteile des Automobilbaus als Druckstück einzusetzen ohne diese wesentlich zu modifizieren. Außerdem wirkt sich der Büchsenboden stabilisierend aus und verhindert Verklemmungen des Druckstücks. Dadurch, dass das büchsenförmige Druckstück nur einseitig axial offen ausgeführt werden kann, eignet es sich besonders gut während der Herstellung eine Füllung aufzunehmen, die zunächst in flüssiger Form in die Büchse eingespritzt wird, um dann dort auszuhärten.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Druckstück, welches die Funktion eines Rastelements aufweist, als ein Kreiszylinder ausgebildet. Eine kreiszylindrische Ausgestaltung weisen beispielsweise Druckstücke auf, die als Hohlrollen oder insbesondere als Hohlbolzen - im Gegensatz zu einem Zylinder mit elliptischer Grundfläche - einen nichtvariablen Innen- oder Außendurchmesser aufweisen. Deren Stirnseiten sind bevorzugt radial außen abgerundet. Das Druckstück ist damit im Wesentlichen rohrförmig, wobei die Wandungsstärke des Rohres durch die wirkenden Arretierungskräfte festgelegt ist. Auf diese Weise kann das Druckstück vorteilhafterweise aus dem Zwischenprodukt Rohr, welches kommerziell standardmäßig zu erwerben ist, gewonnen werden, womit die Herstellung des Vorsynchronisationssystems erheblich verkürzt und vereinfacht wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Druckstück stirnseitig einen verringerten Durchmesser auf. Der verringerte Durchmesser ist gegenüber einem mittleren Durchmesser über die axiale Länge des Druckstückes oder gegenüber einem Mitteldurchmesser in der axialen Mitte des Druckstückes kleiner. Der verringerte Durchmesser an einem oder an beiden axialen Enden des hohlzylindrischen Druckstücks kann zu einer erhöhten strukturellen Stabilität führen, welche erlaubt, die Wandungsstärke des Druckstücks, weiter zu reduzieren und somit Material einzusparen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der verringerte Durchmesser ein Innendurchmesser oder ein Außendurchmesser. Handelt es sich bei dem verringerten Durchmesser um einen Innendurchmesser, so ist es möglich, einen Axialanschlag des Druckstücks präzise festzulegen. Ist der Außendurchmesser ein verringerter Durchmesser, so wird die Problematik der Verklemmung des Druckstücks beim Ein- oder Ausrastvorgang deutlich entschärft.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Druckstück aus Blech, insbesondere Stahlblech oder aus Kunststoff, insbesondere einem Thermoplast oder einem Duroplast, gebildet. Bei Stahlblech kann das Druckstück als Umformteil leicht aus Stahlblechplatten gefertigt werden, womit weder Schmieden noch eine spanende Bearbeitung erforderlich ist oder zum größten Teil vermieden werden kann. Kunststoffe erzielen meist einen Kostenvorteil und sind ebenfalls einfach und kostengünstig einsetzbar.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Druckstück stirnseitig einen Radialaußenbord auf. Bei dem Radialaußenbord kann es sich um einen Festbord oder einen Bördelbord handeln, wobei vorteilhafterweise stirnseitig sowohl Innenradius als auch Außenradius reduziert sind. Es ist möglich, beidseitig Bördelborde auszuformen, wobei deren Ausformung erst nach der Herstellung des Grundkörpers des Druckstücks ausgeführt wird. Alternativ kann einer der beiden Radialaußenborde ein Festbord sein, der bei der Herstellung des Grundkörpers, beispielsweise bei einem Stanz- oder Pressvorgang, gebildet wird.

Vorteilhafterweise verbessert der Radialaußenbord verbessert die Führungseigenschaften des Druckstückes, womit dieses leichter radial im Muffenträger beweglich bleibt und einfacher in die Rastvertiefung einrasten oder ausrasten kann.

Die Aufgabe wird des Weiteren bei dem eingangs erwähnten Kraftfahrzeugwechselgetriebe dadurch gelöst, dass ein erfindungsgemäßes Druckstück im Kraftfahrzeugwechselgetriebe als Arretierungselement vorgesehen ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Kraftfahrzeugwechselgetriebes ist das Getriebeteil ein Gangrad oder ein Synchronring des Kraftfahrzeugwechselgetriebes, wobei der Synchronring insbesondere zur Vorsynchronisierung eines Gangrades vorgesehen ist. Somit kann in altbewährter Weise, nicht nur ein, insbesondere konischer, Synchronisationsring, sondern auch weitere Synchronisationsringe oder Sätze derselben zur Synchronisation verwendet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsbeispiele werden in den Unteransprüchen und der Figurenbeschreibung beschrieben und erläutert.

Kurze Figurenbeschreibung

Es zeigen:

FIG. 1 zeigt ein erstes Druckstück, welches als Hohlrolle ausgebildet ist, im Längsschnitt entlang dessen Mittenachse, und

FIG. 2 zeigt ein zweites Druckstück,

FIG. 3 zeigt ein drittes Druckstück,

FIG. 4 zeigt ein viertes Druckstück, und

FIG. 5 einen Längsschnitt aus einem Kraftfahrzeugwechselgetriebe mit einer Arretiervorrichtung entlang einer Schaltwelle.

Gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren bezeichnen das gleiche Bauteil oder Element. Ausführliche Figurenbeschreibung

FIG. 1 zeigt ein als Hohlrolle ausgebildetes Druckstück 1 1 für eine Arretiervorrichtung eines Kraftfahrzeugwechselgetriebes, welches axial stirnseitig einen als Festbord 12 ausgebildeten Radialbord 12 aufweist, der einen gegenüber dem Innendurchmesser D verringerten Innendurchmesser D1 aufweist und auch im Hinblick auf seinen Außendurchmesser D3 verringert ist. Diese Verringerung führt zu einem konischen Abschnitt, der das zylindrische Mittelstück 8 mit dem Festbord 12 des Druckstücks 1 1 verbindet. Damit ist sichergestellt, dass beim Arretieren oder Lösen der Arretierung das Druckstück 1 1 nicht klemmt. Das Gleiche gilt entsprechend für den Bördelbord 9, der nach der Ausformung des zylindrischen Mittelteils 8 nachträglich axial aus einem zylindrischen Endstück durch Kaltumformung gebildet worden ist. Der verringerte Innendurchmesser D2 ist gleich dem verringerten Innendurchmesser D1 , womit im Wesentlichen eine Symmetrie hergestellt wird, die ein Vertauschen unterschiedlicher Enden bei der Installation vermeidet, indem beidseitig die gleichen Eigenschaften des Druckstücks 1 1 hergestellt werden.

Das Ausgangsmaterial zur Herstellung des Druckstücks 1 1 kann eine Stahlplatte mit definierter Stärke sein oder auch bevorzugt Rohrmaterial, welches von vornherein einen festen Innendurchmesser D aufgewiesen hat, wie es der zylindrische Mittelteil 8 (immer noch) aufweist. Damit können eine Vielzahl von Herstellungsschritten eingespart werden, was sich vorteilhaft auf den Endpreis des Produktes auswirkt.

FIG. 1 ,2,3 und 4 zeigen jeweils unterschiedlich hergestellte Druckstücke, die in einem Vorsynchronisationssystem eines Kraftfahrzeugwechselgetriebes, wie zum Beispiel das in der FIG. 1 gezeigte Vorsynchronisationssystem, eingesetzt werden können. Das Druckstück der FIG. 2 ist aus einer massiven Rolle gefertigt, die axial beidseitig mit jeweils einer Bohrung versehen ist, wobei die Bohrungen die Rolle zu einem Hohlzylinder mit zwei nicht verbundenen Hohlräumen 27 machen. Die Trennwand 28 separiert die Hohlräume 27 voneinander und unterstützt die Formfestigkeit des Druckstücks.

Das Druckstück der FIG. 3 ist aus einem Rohrsegment gefertigt, welches axial beidseitig, radial außen eine Fase aufweist, um Verklemmungen zu vermeiden. Die Wandungsstärke ist wegen fehlender formunterstützender Elemente gegenüber dem Druckstück der FIG. 2 deutlich größer.

Das Druckstück der FIG. 4 ist eine Büchse mit Bördelbord 30 und axial gegenüberliegend mit einem abschließenden Büchsenboden 29. Der einzige Hohlraum 31 kann beispielsweise mit einem Kunststoff ausgespritzt werden, um bei geringem Gewicht eine hohe Stabilität zu erreichen.

FIG. 5 zeigt das eingebaute Druckstück 1 1 aus FIG. 1 mit einer Feder 15, welche als endlose Blattfeder ausgebildet ist, und das Druckstück 1 1 gegenüber dem als Schaltmuffe 10 ausgeführten Koppelelement 10 vorspannt. Die Schaltmuffe 10 befindet sich im arretierten Zustand der neutralen Stellposition, zumal das Druckstück 1 1 in der Rastvertiefung 4 einliegt und die axiale Position der Schaltmuffe 10 festlegt. Die Feder 15 beaufschlagt das Druckstück 1 1 mit einer Radialkraft, sodass das Druckstück 1 1 in der Rastvertiefung 4 verbleibt, sofern keine Schaltkraft auf die Schaltmuffe 10 ausgeübt wird.

Vorteilhafterweise kann die Feder 15 und das Druckstück 1 1 radial zwischen der Schaltmuffe 10 und dem Muffenträger 16 in Position gehalten werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich, das Druckstück 1 1 an der Feder 15 mittels eines Befestigungselements zu befestigen. Die Schaltmuffe 10 ist in bekannter Art und Weise mit einem Getriebeteil, nämlich entweder dem ersten Synchronring 13 oder dem zweiten Synchronring 14, über dessen Schaltverzahnung 20 beziehungsweise Schaltverzahnung 19 koppelbar, sodass eine Vorsynchronisierung im Hinblick auf das Gangrad 18 beziehungsweise das Gangrad 17 herbeigeführt wird. Vorteilhafterweise verläuft die Rastvertiefung 4 in Umfangsrichtung und bildet somit eine Rastmöglichkeit für eine Mehrzahl von möglichen weiteren Druckstücken 1 1 am Außenumfang des Muffenträgers 16, jeweils vorgespannt mit einer weiteren Feder 15. Eine Mindestanzahl von Druckstücken 1 1 ist für eine gleichmäßige Verrastung sicherlich sinnvoll, wobei in Abhängigkeit von der Anwendung zwei, drei oder auch vier Druckstücke 1 1 eingesetzt werden können.

Vorteilhafterweise ist die Rastvertiefung 4 in die Innenverzahnung 23 der Schaltmuffe 10 integriert, sodass die Rastvertiefung 4 durch einen spanenden Drehvorgang hergestellt werden kann, anstatt einzelne Senken für die in Umfangsrichtung, bevorzugt equidistant, angeordneten Druckstücke 1 1 auszubilden.

Die Installation des Druckstücks 1 1 , inklusive der Feder 15, ist äußerst einfach, zumal die Feder 15 und das Druckstück 1 1 lediglich korrekt angeordnet werden müssen und keine ganze Baugruppe vorinstalliert werden muss.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Druckstück 1 1 für Synchronisationseinrichtungen von Kraftfahrzeugwechselgetrieben. Es wird angestrebt, die Struktur bisher bekannter Druckstücke zugunsten eines einfacheren und kostengünstigeren Herstellungsprozesses zu modifizieren ohne die Funktionseigenschaften des Druckstücks zu verschlechtern. Dazu wird vorgeschlagen, das Druckstück 1 1 als einen Hohlzylinder auszubilden, womit andere Zwischenprodukte in den Herstellungsprozess eingegliedert werden können und vorteilhafterweise eine Reduktion der bewegten Masse für die Synchronisation ermöglicht wird. Bezugszeichenliste

Verzahnung

Verzahnung

Schaltwelle

Rastvertiefung

Biegebereich

Hohlraum

Mittenachse

Zylindrisches Mittelstück

Kaltgeformter Bördelbord

Schaltmuffe

Druckstück

Festbord / Radialbord

Erster Synchronring / Getriebeteil

Zweiter Synchronring / Getriebeteil

Feder

Muffenträger

Erstes Gangrad / Getriebeteil

Zweites Gangrad / Getriebeteil

Sperrverzahnung

Sperrverzahnung

Schaltverzahnung

Schaltverzahnung

Innenverzahnung

Konischer Reibkontakt

Fase

Einziger Hohlraum

Hälftiger Hohlraum

Trennwand

Büchsenboden

Bördelbord

Einziger Hohlraum