DE10021588B4

DE10021588B4 - Kupplungsverzahnung eines Elementes einer Synchronisiereinheit

Info

Publication number: DE10021588B4
Application number: DE10021588A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Schwuger; Reinhart Dipl.-Ing. Malik; Ernst Dipl.-Ing. Röckelein
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-05-04
Filing date: 2000-05-04
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2020-05-05
Also published as: CZ303085B6; FR2808571A1; HUP0101787A2; FR2808571B1; CZ20011547A3; HU223152B1; HUP0101787A3; BR0101669B1; DE10021588A1; HU0101787D0; BR0101669A; ITMI20010894A0; ITMI20010894A1; AR028084A1

Abstract

Kupplungsverzahnung eines Elementes einer Synchronisiereinheit mit einzelnen durch Umformen an einem ringförmigen Körper (2) ausgebildeten und aus einer Umfangsfläche (5) herausragenden Zähnen (3),
wobei
– die Umfangsfläche (5) zwischen einer in Längsrichtung weisenden ersten Stirnseite (6) und einer in entgegengesetzte Richtung zur ersten Stirnseite (6) weisenden zweiten Stirnseite (7) des Körpers (2) ausgebildet ist,
– die Zähne (3) jeweils einen dachartig ausgebildeten und mit seiner Rückseite (8a) in die Umfangsfläche (5) übergehenden Zahnkopf (8) aufweisen,
– der Zahnkopf (8) mit einer Spitze (9) in Richtung der ersten Stirnseite (6) weist,
– die Spitze (9) mit einem Radius versehen ist, der Radius linksseitig und rechtsseitig zur Längsrichtung gesehen jeweils in eine zur zweiten Stirnseite (7) hin abfallende Dachschräge (10) übergeht,
– die Zähne (3) jeweils mit einer zur Längsrichtung gesehen linksseitig ausgebildeten Zahnflanke (11) und einer zur Längsrichtung gesehen rechtsseitig ausgebildeten Zahnflanke (12) versehen sind,...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kupplungsverzahnung eines Elementes einer Synchronisiereinheit mit einzelnen durch Umformen an einem ringförmigen Körper ausgebildeten sowie aus einer Umfangsfläche herausragenden Zähnen, wobei

– die Umfangsfläche zwischen einer in Längsrichtung weisenden ersten Stirnseite und einer in entgegengesetzte Richtung zur ersten Stirnseite weisenden zweiten Stirnseite des Körpers ausgebildet ist,
– die Zähne jeweils einen dachartig ausgebildeten und mit seiner Rückseite in die Umfangsfläche übergehenden Zahnkopf aufweisen,
– der Zahnkopf mit einer Spitze in Richtung erster Stirnseite weist, die Spitze mit einem Radius versehen ist,
– der Radius linksseitig und rechtsseitig zur Längsrichtung gesehen jeweils in eine zur unteren Stirnseite hin abfallende Dachschräge übergeht,
– die Zähne jeweils mit einer zur Längsrichtung gesehen linksseitig ausgebildeten Zahnflanke und einer rechtsseitig ausgebildeten Zahnflanke versehen sind,
– jeder zur Längsrichtung gesehen linksseitig ausgebildeten Zahnflanke zumindest durch eine Zahnlücke getrennt eine rechtsseitig ausgebildete Zahnflanke eines benachbarten Zahnes gegenüberliegt,

Beim Schalten eines Ganges trifft in einer Synchronisiereinheit die Gegenverzahnung einer Schiebemuffe auf eine in der Regel mit einem Gangrad verbundene Kupplungsverzahnung an einem Kupplungskörper oder vorher auf eine Kupplungsverzahnung eines Synchronringes. Die Verzahnungen dieser Elemente verzahnen sich nach einem Prozeß der Synchronisation in der Synchronisiereinrichtung zum Zwecke der Übertragung von Drehmomenten miteinander.
Die Kupplungsverzahnung ist aus einzelnen Zähnen gebildet. Die Zähne sind in der Regel einstückig mit gleicher Teilung zueinander an einer Umfangsfläche am Außenumfang des ringförmigen Körpers ausgebildet. Weitere Varianten sehen allerdings auch Anordnung von Zähnen vor, die mit ungleicher Teilung zueinander, durch Lücken größerer Ausdehnung voneinander getrennt und/oder durch anders geformte Zähne bzw. Elemente in Umfangsrichtung voneinander getrennt zueinander angeordnet sind. Die Umfangsfläche ist an dem ringförmigen Körper zwischen einer ersten Stirnseite und einer in entge gengesetzter Richtung ausgerichteten zweiten Stirnseite angeordnet. Die Zähne ragen aus der Umfangsfläche radial als Vorsprünge hervor und weisen einen dachartig geformten Zahnkopf auf. Die Verzahnung wird deshalb häufig allgemein auch als Dachverzahnung bezeichnet. Die Spitze des Daches und somit des Zahnkopfes fällt zumeist in etwa mit der ersten Stirnseite des ringförmigen Körpers zusammen. Es ist jedoch auch möglich, daß die Spitze über die erste Stirnseite hinausragt oder darunter liegt. Auf jeden Fall weist also der First und damit die Stirnseite des Zahnes in Richtung erster Stirnseite und eine „Giebelseite" jedes dieser Zähne wächst in das Material der Umfangsfläche hinein, während die andere in entgegengesetzte Richtung weisende "Giebelseite" radial nach außen gerichtet ist. Die Flanken der Zähne weisen in Umfangsrichtung, wobei jeweils eine zur Längsachse des ringförmigen Körpers linksseitig angeordnete Flanke eines der Zähne einer rechtsseitigen Flanke des benachbarten Zahnes gegenüberliegend und durch eine Zahnlücke getrennt angeordnet ist. Die Zähne oder einzelne Exemplare davon können in Umfangsrichtung selbstverständlich auch durch nicht unmittelbar mit nachfolgend beschriebener Erfindung im Zusammenhang stehenden anderen Elementen voneinander getrennt sein.
Die Schrägen des Daches gehen in die Zahnflanken über. Jeder der Zähne ist radial von außen, in Richtung der Umfangsfläche betrachtet, an dem Übergangsbereich von der Dachschräge zu den Flanken in seinem Querschnitt in Umfangsrichtung am breitesten ausgebildet. Das kommt daher, daß die Flanken jedes der Zähne, zur Verbreiterung des Zahnkopfes, aus Richtung der zweiten Stirnseite in Richtung Übergangsbereich mit einer leichten Neigung zum jeweils benachbarten Zahn hin verlaufen. Sie entfernen sich somit voneinander von unten nach oben, bis sie im Übergangsbereich jeweils auf eine Dachschräge treffen. Die Konturen der Zahnflanken müssen in sich nicht geradlinig bzw. eben verlaufen, sondern können ebenso gekrümmte Verläufe, wie beispielsweise konkav oder konvex ausgebildete Linien bzw. Flächen aufweisen.
Die Gegenverzahnung greift in die Kupplungsverzahnung aus Richtung der ersten Stirnseite des ringförmigen Körpers ein. Dazu spurt sich jeweils ein Gegenzahn der Gegenverzahnung von oben in die Zahnlücke zwischen einander benachbarten Zähnen der Kupplungsverzahnung ein. Während dieses Prozesses trifft der Gegenzahn zuerst entweder auf die Spitze bzw. die Stirnkontur des Zahnes oder auf die Dachschräge. Er bewegt sich dann an der Dachschräge entlang von der Spitze weg. Die Gegenverzahnung verdreht sich dabei in Umfangsrichtung relativ zur Kupplungsverzahnung. Diese Bewegung vollzieht sich solange, bis der Gegenzahn mit seiner Spitze oder Stirnseite auf das flankenseitige Ende der Dachschräge trifft und in die Lücke einfährt. Sind die genannten Verzahnungen im Eingriff, liegt jeweils eine Flanke eines Zahnes der beschriebenen Kupplungsverzahnung an einer Flanke eines Zahnes der Gegenverzahnung. Dazu verläuft die Flanke des Zahnes der Gegenverzahnung, aber aus der anderen Richtung, in der Regel ähnlich schräg. Mit derartig ineinander greifenden Verzahnungen ist sichergestellt, daß diese Verzahnungen sich während des Betriebes im gekuppelten Zustand nicht ungewollt voneinander lösen.
Die Gestaltung des Daches, also des Zahnkopfes, nach dem Stand der Technik ist variantenreich. Die Dachschrägen können durchaus in ihrem Verlauf ballig ausgelegt sein, die Dachschrägen selbst zueinander beispielsweise. mit einem spitzen oder stumpfen Winkel liegen. Das Dach kann auch Dachschrägen unterschiedlicher Längen aufweisen. Die Gestaltung ist durch die verschiedenen Vorstellungen der Anwender und Hersteller zu dem gewählten Fertigungsverfahren und von der Wirkungsweise des einzelnen Zahnes, der Verzahnung bzw. der gesamten Synchronisiereinrichtung bestimmt.
Die geometrische Ausführung der Stirnkontur des Zahnes der Kupplungsverzahnung zum Beispiel ist wichtig für das oben erwähnte Einspuren der Gegenverzahnung in die Kupplungsverzahnung. Häufig sind und waren insbesondere in der Vergangenheit derartige Stirnkonturen infolge einer spanabhebenden Bearbeitung der Kupplungsverzahnung abgeflacht ausgebildet. Der First des Daches ist also abgeplattet, um bei dem bildlichen Vergleich des Zahnkopfes mit einem Dach zu bleiben. Es soll mit einer derartigen Abflachung ein Abbrechen von gehärteten Spitzen der Zähne beim Auftreffen der Gegenverzahnung oder Verschleiß an der Stirnkontur bzw. an der Gegenverzahnung verhindert werden. Teilweise wird auch spanabhebend oder durch ein Umformverfahren ein Radius anstelle einer Abflachung erzeugt. Der Radius ist zum Beispiel durch Prägen geformt und im Interesse der Haltbarkeit des dafür verwendeten Werkzeuges recht groß gewählt, so daß die Stirnkontur relativ flach ausgeführt ist. Nachteilig ist, daß derartig abgeplattete Stirnkonturen unter bestimmten Umständen ein Einspuren der Gegenverzahnung verhindern, nämlich dann, wenn die Spitzen oder Stirnseiten der Gegenzähne der Gegenverzahnung und die Spitzen der Stirnseite der Kupplungsverzahnung sich bei ihrer Annäherung genau gegenüberstehen und so aufeinandertreffen. Eine Bewegung des Gegenzahnes entlang der Dachschrägen des Zahnes der Kupplungsverzahnung und somit ein Einspuren ist damit zuerst behindert. Die Gangwahl ist erschwert. Es führt zu einem Kratzgeräusch beim Einlegen des Ganges. Um diesen Effekt zu verhindern, ging man dazu über, anstelle der Zähne mit Abflachungen, Zähne mit abgerundeten Stirnkonturen mit relativ kleinem Radius einzusetzen. Dieser kleine Radius ist bisher aber nur an spanabhebend bearbeiteten Stirnkonturen erfolgreich verwirklicht.
Die soeben beschriebenen und unter Umständen sich nachteilig auf die Funktion auswirkenden Abflachungen an den Spitzen entstehen oftmals auch als Nebeneffekt, wenn die Stirnseiten des ringförmigen Körpers plan geschliffen werden. Mit dem Planschleifen werden im Dachbereich und an der zweiten Stirnseite im Fußbereich der Zähne und der Lücken zwischen den Zähnen scharfe Kantenübergänge geschaffen. Diese müssen zumeist wiederum durch zum Beispiel Bürsten oder ähnliches nachbearbeitet werden um Kerbwirkungen unter Last oder Verschleiß vorzubeugen. Scharfe Kanten und damit Kerben entstehen auch, wenn zur Bearbeitung oder Nachbearbeitung an den Zähnen flankenseitig Material abgetragen wird. Dabei ist besonders der Fußbereich eines Zahnes durch eine potentielle Kerbwirkung unter Last gefährdet.
Die zur ersten Stirnseite gerichtete Spitze des Zahnes der Kupplungsverzahnung ist zumeist linienförmig ausgebildet. Die Linie (Firstlinie) verläuft von der Umfangsfläche aus auf der Spitze des Zahnes entlang zur nach außen gerichteten Giebelseite. Dabei ist sie zur ersten Stirnseite des ringförmigen Körpers parallel ausgerichtet oder neigt sich zu dieser hin bzw. von dieser weg. Der Firstlinie des Daches kann also von der zylindrischen Fläche ausgehend auch radial nach außen ansteigend oder abfallend ausgelegt sein. Die Firstlinie selbst ist dabei geradlinig, abgeknickt oder auch beliebig gekrümmt ausgeführt und die Stirnkontur kann wieder einen von der Geraden oder Ebene abweichenden gekrümmten Verlauf nehmen.
Die vorab beschriebenen Verzahnungen sind entweder im wesentlichen durch ausschließlich spanabhebende Verfahren hergestellt oder durch Umformverfahren mit zumeist anschließender spanabhebender Nachbearbeitung. Man ist bemüht den Umfang der spanabhebenden Arbeit auf ein Minimum, hauptsächlich auf eine (Fein)Nacharbeit, zu beschränken. Die Verzahnung des Kupplungskörpers ist spanabhebend nur relativ aufwendig zu gestalten. Deshalb ist man in der jüngsten Vergangenheit immer mehr dazu übergegangen, diese Elemente und ihre Verzahnung in Kombinationen von Umformprozessen und anschließenden spanabhebenden Prozessen herzustellen. Dabei werden Prozesse der Warm- und oder Kaltumformung mit in der Regel anschließender spanabhebender Bearbeitung angewandt.
In EP 0737 540 A1 ist zum Beispiel ein Verfahren beschrieben, als dessen Ergebnis eine Kupplungsverzahnung entstand, deren allgemeine Merkmale größtenteils mit den Merkmalen der vorab beschriebenen Kupplungsverzahnung übereinstimmen. Die Kupplungsverzahnung ist das Resultat eines kombinierten Präge-Stanzverfahrens mit anschließender Nachbearbeitung durch Schleifen. Bei diesem Verfahren werden aus einem im wesentlichen ringförmig ausgebildeten Körper in mehreren Bearbeitungsstufen durch Materialverdrängung im Sinne der plastischen Verformung Zähne geformt. Im Anschluß an diese Bearbeitung folgt ein Abtrennen eines durch die Materialverdrängung in dem Übergangsbereich (in der Regel in Werkzeugtrennebene) von den Flan ken zu den Dachschrägen entstandenen Materialüberlaufes. Das Abtrennen erfolgt mittels Stanzen. Abschließend werden die Zähne spanabhebend im Gleitschliffverfahren nachbearbeitet. Dabei werden die Kanten, also auch die Stirnkonturen entgratet und verrundet.
Es ist bekannt, daß beim Stanzen ein Teil des Materiales an den Trennstellen tatsächlich abgeschnitten, ein großer Teil aber auch abgerissen wird. So verhalt es sich auch, wenn der vorweg beschriebene Materialüberlauf an der Flanke des Zahnes abgestanzt wird. Als Ergebnis liegt eine den Zahn begrenzende Konturlinie vor, bei der Übergangsbereich von der Flanke zur Dachschräge durch einen Abriß bzw. Schnitt gebildet ist. Insbesondere die Oberfläche des Abrisses weist hohe Rauheiten der Oberfläche auf, die zum Verschleiß der aneinander gleitenden Flanken der Zähne der Kupplungsverzahnung und ihrer Gegenverzahnung insbesondere beim Einspuren führen können. Deshalb wird der Abriß oder Übergangsbereich spanabhebend, bei dem Beispiel nach EP 0 737 540 A1 wie schon erwähnt im Gleitschliffverfahren, nachgearbeitet. Der Übergangsbereich jeder Flanke ist danach durch eine in der Regel quer zur Umfangsrichtung des ringförmigen Körpers ausgerichtete Fläche gekennzeichnet, die an dem Zahn von der oberen Stirnseite her betrachtet zwischen der Dachschräge und der Flanke liegt. Die Flanke und die Dachschräge sind damit in ihrer Länge gekürzt, was sich wiederum nachteilig auf die Funktion der Verzahnung auswirken kann.
Nicht selten ist die fertige äußerlich sichtbare Gestalt derartiger Elemente mit ihren Verzahnungen allerdings nicht nur durch funktionelle Anforderungen bestimmt, sondern ist bei genauem Hinsehen als eine Verkörperung der für ihre Herstellung angewendeten Technologien zu betrachten. Mit anderen Worten, manche der Kupplungsverzahnungen oder Gegenverzahnungen weisen aus den verwendeten Technologien für ihre Herstellung resultierende typische gestalterische Merkmale auf. Diese Merkmale können zum Vorteil der angestrebten Funktion der Teile nutzbar gemacht werden, erlauben aber auch eine eindeutige Zuordnung zu ihrem Hersteller oder zu den zu für ihre Herstellung verwendeten Verfahren. Manche dieser Merkmale sind zwangsweise aus tech nologischen Gründen notwendig, wirken sich aber auch nachteilig auf die Funktion oder Lebensdauer eines solchen Teiles oder seiner Anschlußteile aus. Derartige Merkmale sind z. B. Spuren aus dem spanlosen Formungsprozeß, wie Prägemarken, Ziehriefen u. ä. aber auch Spuren der spanabhebenden Bearbeitung, wie Schleifspuren.
Jeder der Hersteller derartiger Elemente muß aufgrund technologischer oder werkzeugtechnischer Grenzen bei der spanlosen Herstellung Kompromisse an gestalterischen Problemzonen eingehen. Diese Kompromisse münden zumeist darin, daß mittels Umformung nicht oder nicht genau genug zu erzeugende funktionell notwendige Konturen durch Konturen aus spanabhebender Nacharbeit ersetzt werden. Die spanabhebende Bearbeitung ist aber, wie schon erwähnt, zeitaufwendig und teuer. Außerdem schafft die spanabhebende Bearbeitung als Randerscheinung, wie auch schon erwähnt, häufig scharfe Konturen, Kerben und ähnliches, mit denen die Festigkeit und das Verschleißverhalten der bearbeiteten Abschnitte und deren Umgebung nachteilig beeinflußt werden. Teilweise wird deshalb auch auf derartig kostenaufwendig hergestellte Konturen oder Nacharbeiten verzichtet. Das Ergebnis sind dann allerdings durch Umformen erzeugte Konturen die zu Lasten einer zuverlässigen bzw. optimalen Funktion gehen, in dem sie zum Beispiel zu ungenau oder nicht in der entsprechenden Feinheit ausgeführt sind.
Vorstehend wurden mit den Stirnkonturen, dem Fußbereich und den Flanken Problemzonen an den Zähnen einer durch Umformen hergestellten Kupplungsverzahnung nach dem Stand der Technik beschrieben, für deren funktionell optimale Gestalt bisher noch keine befriedigende Lösung gefunden wurde, ohne daß diese Gestalt aus kostenaufwendiger spanabhebender Nacharbeit und deren Nachteile entstanden ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kupplungsverzahnung zu schaffen, bei der die vorher beschriebenen Probleme, welche die Gestalt und Ausfüh rung der Zahnspitzen, des Fußbereiches und die der Zahnflanken der Zähne der Kupplungsverzahnung betreffen, gelöst sind.
Diese Aufgabe wird nach dem Gegenstand des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass mindestens ein Bereich der ersten Stirnseite zumindest zwischen den Spitzen der Zähne mittels wenigstens einer durch plastische Materialverdrängung geformten stirnseitigen Einformung zurücksteht, dass die Einformung sich in der Oberfläche der Umfangsfläche in Richtung der zweiten Stirnseite fortsetzt und dass der flankenseitig ausgebildete Übergangsbereich flächenförmig ausgebildet sowie in Längsrichtung des ringförmigen Körpers gesehen nicht breiter als 0,5 mm ist. Die im Stand der Technik durch Kerben aus spanabhebender Bearbeitung gefährdeten Bereiche des Zahnfußes, also des Bereiches an dem der Zahn mit seiner Rückseite in die Umfangsfläche übergeht, sind spanlos geformt und damit weitestgehend frei von Kerben. Die erfindungsgemäßen Einformungen ziehen sich in der Regel stirnseitig im äußeren radialen Bereich des Körpers bis zu den Zahnwurzeln und zwischen die Zahnspitzen bzw. Zähne hinein. Vorzugsweise stehen also auch die Spitzen der Zähne von der ersten Stirnseite zurück. Ein stirnseitiges Planschleifen des ringförmigen Körpers ist möglich, und zwar ohne dass die Spitzen der Zähne in Mitleidenschaft gezogen werden. Scharfe Kantenübergänge werden mittels der Einformungen generell vermieden.
Die Übergänge sind abgerundet ausgebildet oder mit einem Radius versehen. Der durch einen Abriss bzw. einen Schnitt gekennzeichnete Übergangsbereich von der Flanke zur Dachschräge ist sehr gering gehalten. Vorzugsweise wird dies erreicht, in dem der Zahn nach dem im Beschreibungsteil zum Stand der Technik beschriebenen Abstanzen des Materialüberlaufes zumindest flankenseitig kalibriert und die Schnittfläche des Übergangsbereichs damit auf ein Minimum reduziert wird. Der Verschleiß, der entsteht wenn die Flanken der Zähne der Kupplungsverzahnung und ihre Gegenverzahnung aneinandergleiten, ist an dieser Stelle reduziert. Die tragende Flankenlänge ist auf realisierbares Maximum angehoben. Die Kupplungsverzahnung gemäß Erfindung weist insbesondere mit den Einformungen aus ihrer Herstellung resultierende typische gestalterische Merkmale auf, die zum Vorteil der Funktion der Verzahnung bzw. für deren weitere Fertigung genutzt werden können, die gleichzeitig aber auch typisch für die neuartig gestaltete erfindungsgemäße Verzahnung sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Mindestwerte für die Einformungen vorgesehen. Dabei stehen die eingeformten Bereiche stirnseitig an der tiefsten Stelle mindestens 0,1 mm zurück und die Einformung in der oberen Umfangsfläche ist radial von außen mindestens 0,05 mm tief. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Spitze des Zahnes mit spanlos geformten Radien von Maximal 0,5 mm, vorzugsweise aber 0,2 mm, versehen sind. Derartige Radien stellen nach bisherigen Erkenntnissen das Optimum für ein sauberes Einspuren der Kupplungsverzahnung und der Gegenverzahnung dar, ohne dass hoher Verschleiß entsteht. Derartige Radien wurden bisher spanlos nicht geformt. Der Radius ist vorzugsweise durch Prägen an die Spitzen geformt.
Die Erfindung betrifft Verzahnungen mit Zähnen, deren Flanken senkrecht zur ersten Stirnseite ausgerichtet sind oder schräg verlaufen. Generell ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Verzahnung, deren Zähne schräge Zahnflanken aufweisen, wie sie bei der Beschreibung des Standes der Technik schon beschrieben sind. Für derartige Ausführungsformen von Zähnen sehen weitere Ausgestaltungen der Erfindungen vor:

– dass die Zahnflanken und die Dachschräge eine spanlos geformte Oberfläche mit einer mittleren Rauheit von maximal Ra 0,5 μm aufweisen,
– dass die Spitze mit einem spanlos geformten Radius von maximal 0,5 mm versehen ist und
– dass die in Richtung der zweiten Stirnseite gerichtete Seite eines Zahnes stirnseitig mit einer durch Materialverdrängung gebildeten Ausformung versehen ist.

Eine derartige Ausformung entsteht, wenn in das Material des Zahnes beim Formen des Zahnes ein Stempel eingedrückt wird. Dieser Stempel bewirkt ein Verdrängen des Materiales in Hohlräume des Werkzeuges und sorgt für eine saubere Ausbildung der Oberfläche des Zahnes, insbesondere an den Radien und Kantenübergängen.
Mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplungsverzahnung aus Einsatzstahl gefertigt ist und dass deren Dachschrägen und Zahnflanken nach dem Formen eine zumindest teilweise verfestigte Oberfläche aufweisen. Die Oberfläche weist dabei eine minimale Vickershärte von 200 HV 1 auf, die unter Umständen nicht mehr nachträglich gehärtet werden muss.
Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass das Element der Synchronisiereinheit ein Kupplungskörper ist. Der Kupplungskörper steht üblicherweise, wie schon erwähnt, mit einem Gangrad in Verbindung. Da die Schiebemuffe von außen in den Kupplungskörper eingreift, liegen die Zähne an dem Kupplungskörper radial außen. Ein weiteres Element einer Synchronisereinheit ist ein äußerer Synchronring, der insbesondere in einer Synchronisiereinheit mit Sperrwirkung mit einer Sperrverzahnung und einem Reibkonus am Synchronisationsprozeß beteiligt ist. Auch hier liegen die Zähne für einen Eingriff in eine Schiebemuffe radial außen.
Schließlich ist eine Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, bei der

– jeder der Zahnflanken und Dachschrägen flächenförmig ausgebildet ist,
– die Zahnflanken jeweils von unten leicht zur Zahnflanke des jeweils benachbarten Zahnes neigend in Richtung der oberen Stirnseite verläuft und in einen die jeweilige Dachschräge mit der Zahnflanke verbindenden sowie durch Trennen erzeugten flächenförmig ausgebildeten Übergangsbereich übergeht, der Übergangsbereich von unten nach oben nicht breiter als 0,5 mm ist,
– Bereiche der ersten Stirnseite, ausgehend von einer ringförmigen Planfläche, zumindest zwischen den Spitzen der Zähne mittels wenigstens einer durch plastische Materialverdrängung geformten stirnseitigen Einformung mit einer Tiefe an der tiefsten Stelle von mindestens 0,1 mm zurückstehen,
– die Einformung sich in der Oberfläche der zylindrischen Fläche an der tiefsten Stelle mit einer Tiefe von mindestens 0,05 in Richtung zweite Stirnseite fortsetzt und spitz ausläuft und bei der
– die Spitzen mit einem Radius von maximal 0,5 mm versehen sowie
– die Einformung an Übergängen zum Zahn und zum ringförmigen Körper verrundet ausgebildet ist.

Eine derartige Ausführungsform beschreibt teilweise die erfinderischen Merkmale, welche schon vorstehend beschrieben sind, aber auch weitere Merkmale aus denen sich funktionelle Vorteile ergeben. Soll an dem Kupplungskörper ein Element der Synchronisiereinrichtung anlaufen, ist eine Planfläche vorteilhaft. Diese Planfläche lässt sich sauber in den Kupplungskörper einbringen, da der Kupplungskörper mit den Einformungen gemäß Erfindung versehen ist und insbesondere die Zahnspitzen bei z. B. einem Schleifverfahren nicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Sauber ausgerundete Übergänge von den Einformungen zur zylindrischen Fläche, zum ringförmigen Körper und zu den Zähnen sind erstens Merkmal der spanlos eingebrachten Einformungen und zweitens verhindern sie Kerbwirkungen.
Generell sind die Merkmale einer Kupplungsverzahnung gemäß Erfindung für alle spanlos geformten Kupplungsverzahnungen anwendbar, insbesondere dann, wenn es sich um Dachverzahnungen handelt. Dabei ist es unerheblich, wie die einzelnen Zähne gestaltet sind. Die Dachschrägen können geradlinig verlaufen aber auch z. B. ballig geformt sein. Die Kontur der Zahnflanken muss in sich nicht geradlinig bzw. eben verlaufen, sondern kann ebenso gekrümmte Verläufe aufweisen. Der ringförmig ausgebildete Körper kann als äußerer Synchronring oder als Kupplungskörper an seinem Innendurchmesser Ausnehmungen oder Mitnehmerelemente aufweisen und aus beliebigen für seine Anwendung geeigneten Werkstoffen ausgeführt sein. Die Anwendung der Erfindung ist auf jeden Fall für alle Typen von Kupplungsverzahnungen geeignet, die am Anfang im Beschreibungsteil dieser Schrift erwähnt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Kupplungsverzahnung gemäß Erfindung an einem Ausschnitt eines ringförmigen Körpers in der Draufsicht,
2 eine Schnittdarstellung der Kupplungsverzahnung nach 1 in einem Schnitt entlang der Linie II-II und
3 eine Draufsicht auf einen einzelnen Zahn der Verzahnung nach 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In 1 bis 3 ist mit 1 eine Kupplungsverzahnung eines Elementes einer nicht weiter dargestellten Synchronisiereinheit bezeichnet. 1 zeigt dabei einen Ausschnitt eines ringförmigen Körpers 2, 2 eine Schnittdarstellung durch den ringförmigen Körper 2 im Bereich einer Zahnlücke 4 und 3 eine Draufsicht auf einen einzelnen Zahn 3 der Kupplungsverzahnung 1. Die Zähne 3 ragen aus einer Umfangsfläche 5 hervor. Die Umfangsfläche 5 liegt zwischen einer ersten Stirnseite 6 und einer zweiten Stirnseite 7 des Körpers 2. Jeder der Zähne 3 ist dachartig ausgebildet und weist einen mit seiner Rückseite 8a in die Umfangsfläche 5 übergehenden Zahnkopf 8 auf.
Der Zahnkopf 8 weist mit seiner Spitze 9 nach oben. Die Spitze 9 ist mit einem Radius R versehen. Der Radius R geht linksseitig und rechtsseitig zur Längsachse des Körpers 2 gesehen jeweils in eine flächenförmig ausgebildete Dachschräge 10 über. Der Zahn 3 ist außerdem mit einer linksseitig ausgebildeten flächenförmigen Zahnflanke 11 und einer rechtsseitig ausgebildeten flächenförmigen Zahnflanke 12 versehen. Die Zahnflanken 11, 12 sind durch die Zahnlücke 4 voneinander getrennt und liegen sich einander gegenüber, wobei die Zahnflanken 11, 12 eines Zahnes von der zweiten Stirnseite 7 in Richtung der ersten Stirnseite 6 sich leicht voneinander entfernen. Damit verläuft jede der Zahnflanken 11, 12 aus Richtung der zweiten Stirnseite (7) leicht zur benachbarten Zahnflanke 11 bzw. 12 des benachbarten Zahnes 3 geneigt.
Die Zahnflanken 11, 12 gehen jeweils in einen Übergangsbereich 13 über. Je ein Übergangsbereich 13 verbindet die jeweils eine Zahnflanke 11, 12 mit der jeweiligen Dachschräge 10.
An der ersten Stirnseite 6 sind zwischen den Spitzen 9 der Zähne stirnseitig Bereiche 14, 15, 16 angeordnet, die zur Stirnseite 6 mit einer maximalen Tiefe T1 durch Einformungen zurückstehen. Die Einformungen setzen sich in der Oberfläche der Umfangsfläche 5 in Richtung zweite Stirnseite 7 mit einer maximalen Tiefe T2 fort. Die Übergänge zu dem Körper 2 und zur Umfangsfläche 5 sind mit einem Radius Re verrundet. Die Einformungen verlaufen in Richtung zweite Stirnseite 7 spitz zu und laufen jeweils in einem Radius 14a, 15a, 16a aus.
Die erste Stirnseite 6 ist gleichzeitig mit einer Planfläche 17 versehen. Die linienförmig ausgebildete Spitze 9 des Zahnes 3 steht zur Planfläche 19 etwas zurück. Die der Spitze 9 entgegengesetzt gerichtete Seite 17 des Zahnes 3 ist mit einer durch Materialverdrängung gebildeten Ausformung 18 versehen.

1: Kupplungsverzahnung
2: Körper
3: Zahn
4: Zahnlücke
5: Umfangsfläche
6: erste Stirnseite
7: zweite Stirnseite
8: Zahnkopf
8a: Rückseite
9: Spitze
10: Dachschräge
11: linksseitige Zahnflanke
12: rechtsseitige Zahnflanke
13: Übergangsbereich
14: Bereich
14a: Radius
15: Bereich
15a: Radius
16: Bereich
16a: Radius
17: Seite
18: Ausformung
19: Planfläche

Claims

Kupplungsverzahnung eines Elementes einer Synchronisiereinheit mit einzelnen durch Umformen an einem ringförmigen Körper (2) ausgebildeten und aus einer Umfangsfläche (5) herausragenden Zähnen (3), wobei – die Umfangsfläche (5) zwischen einer in Längsrichtung weisenden ersten Stirnseite (6) und einer in entgegengesetzte Richtung zur ersten Stirnseite (6) weisenden zweiten Stirnseite (7) des Körpers (2) ausgebildet ist, – die Zähne (3) jeweils einen dachartig ausgebildeten und mit seiner Rückseite (8a) in die Umfangsfläche (5) übergehenden Zahnkopf (8) aufweisen, – der Zahnkopf (8) mit einer Spitze (9) in Richtung der ersten Stirnseite (6) weist, – die Spitze (9) mit einem Radius versehen ist, der Radius linksseitig und rechtsseitig zur Längsrichtung gesehen jeweils in eine zur zweiten Stirnseite (7) hin abfallende Dachschräge (10) übergeht, – die Zähne (3) jeweils mit einer zur Längsrichtung gesehen linksseitig ausgebildeten Zahnflanke (11) und einer zur Längsrichtung gesehen rechtsseitig ausgebildeten Zahnflanke (12) versehen sind, – jeder linksseitig ausgebildeten Zahnflanke (11) zumindest durch eine Zahnlücke (4) getrennt eine rechtsseitig ausgebildete Zahnflanke (12) eines benachbarten Zahnes (3) gegenüberliegt, und wobei die Zahnflanken (11, 12) jeweils aus Richtung der zweiten Stirnseite (7) in Richtung der ersten Stirnseite (6) verlaufen und in einen durch Trennung von Material gebildeten sowie von der Dachschräge (10) ausgehenden Übergangsbereich (13) übergehen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Bereich (14, 15, 16) der ersten Stirnseite (6) zumindest zwischen den Spitzen (9) der Zähne (3) mittels wenigstens einer durch plastische Materialverdrängung geformten stirnseitigen Einformung zurücksteht, dass die Einformung sich in der Oberfläche der zylindrischen Fläche in Richtung der zweiten Stirnseite (7) fortsetzt und dass der Übergangsbereich (13) flächenförmig ausgebildet und in Längsrichtung nicht breiter als 0,5 mm ist.
Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (14, 15, 16) an der tiefsten Stelle mindestens 0,1 mm von der ersten Stirnseite (6) zurückstehen und dass die Einformung in der zylindrischen Fläche (5) an der tiefsten Stelle eine Tiefe von mindestens 0,05 mm aufweist.
Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (9) des Zahnes (3) einen spanlos geformten Radius von maximal 0,5 mm aufweist.
Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Zahnflanken (11, 12) aus Richtung der zweiten Stirnseite (7) sich leicht zur Zahnflanke (11, 12) des benachbarten Zahnes (3) neigend in Richtung erster Stirnseite (6) verläuft.
Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Zahnflanken (11, 12) in Richtung der zweiten Stirnseite (7) sich leicht zur Zahnflanke (11, 12) des benachbarten Zahnes (3) neigend verläuft, die Zahnflanken (11, 12) und die Dachschrägen (10) eine spanlos geformte Oberfläche mit einer mittleren Rauheit von maximal R_a 0,5 μm aufweisen und dass die Spitze (9) mit einem spanlos geformten Radius von maximal 0,5 mm versehen ist.
Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Zahnflanken (11, 12) aus Richtung der zweiten Stirnseite (7) sich leicht zur Zahnflanke (11, 12) des benachbarten Zahnes (3) neigend verläuft und die der Spitze (9) entgegengesetzt gerichtete Seite (17) des Zahnes (3) stirnseitig mit einer durch Materialverdrängung gebildeten Ausformung (18) versehen ist.
Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Kupplungsverzahnung (1) ein Einsatzstahl ist und dass die Dachschrägen (10) und die Zahnflanken (11, 12) nach dem Formen eine zumindest teilweise verfestigte Oberfläche mit einer minimalen Vickershärte von 200 HV 1 aufweisen.
Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Kupplungskörper eines Gangrades ist und die Zähne (3) radial außen liegen.
Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein äußerer Synchronring ist und dass die Zähne (3) für einen Eingriff in eine Schiebemuffe radial außenliegen.
Kupplungsverzahnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, dass – jeder der Zahnflanken (11, 12) und Dachschrägen (10) flächenförmig ausgebildet ist, – die Zahnflanken (11, 12) jeweils aus Richtung der zweiten Stirnseite (7) leicht zur Zahnflanke (11, 12) des jeweils benachbarten Zahnes (3) neigend in Richtung der ersten Stirnseite (6) verläuft und in einen die jeweilige Dachschräge (10) mit der Zahnflanke (11, 12) verbindenden sowie durch Trennen erzeugten flächenförmig ausgebildeten Übergangsbereich (13) übergeht, – der Übergangsbereich (13) von unten nach oben nicht breiter als 0,5 mm ist, – Bereiche (14, 15, 16) der ersten Stirnseite (6), ausgehend von einer ringförmigen Planfläche, zumindest zwischen den Spitzen (9) der Zähne (3) mittels wenigstens einer durch plastische Materialverdrängung geformten stirnseitigen Einformung mit einer Tiefe an der tiefsten Stelle von mindestens 0,1 mm zurückstehen, – die Einformung in der Oberfläche der Umfangsfläche (5) an der tiefsten Stelle mit einer Tiefe von mindestens 0,05 mm in Richtung zweite Stirnseite (7) fortsetzt und spitz ausläuft und dass die Spitze (9) mit einem Radius von maximal 0,5 mm versehen sowie die Einformung an Übergängen zum Zahn (3) und zum Körper (2) verrundet ausgebildet ist.