DE10149845A1 - Grundkörper einer Schaltmuffe - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Grundkörper einer Schaltmuffe, hergestellt aus einem zumeist einseitig profilierten Band, bei dem zwei aufeinander zugebogene Enden eines Streifens von dem Band unlösbar miteinander verbunden sind.
- Eine Schaltmuffe mit einem derartig ausgebildeten Grundkörper ist in DE 198 20 654 A1 beschrieben. Eine Schaltmuffe weist in der Regel an ihrem Außenmantel eine sogenannte Schaltgabelführung auf. In diese Schaltgabelführung greifen die Gabelenden einer Schaltgabel ein. Zur Wahl eines Ganges wird die Schaltmuffe auf einem Muffenträger oder direkt auf einer Getriebewelle zum Kuppeln mit einem Gangrad in Richtung eines Gangrades verschoben. Dazu wird die Schaltmuffe mittels der in die Schaltgabelführung eingreifenden Gabelenden beaufschlagt.
- Der Innenumfang einer Schiebemuffe weist eine Verzahnung auf, deren Zähne sich, in ihrem Querschnitt von der Stirnfläche aus gesehen, in Richtung der Quermittelebene der Schiebemuffe in der Regel verjüngen. Der Querschnitt der Zähne verjüngt sich so, dass flankenseitige Einzüge, sogenannte Hinterschnitte, an den Zahnflanken entstehen. Diese Hinterschnitte an den Zahnflanken stellen sicher, dass die in einem geschalteten Gang ineinandergreifenden Zähne der Schiebemuffe und einer Klauenverzahnung des Kupplungskörpers oder Zahnrades sich insbesondere bei Lastwechseln nicht voneinander lösen. An der Innenverzahnung von Schaltmuffen sind in der Regel außer den genannten Hinterschnitten auch zwischen oder an den Zähnen radiale Ausnehmungen und längs verlaufende Nuten ausgebildet. Außerdem sind an den Längsseiten der zur Mittelachse gleichgerichteten Zähne Dachschrägen ausgebildet. In die vorgenannten Ausnehmungen und Nuten greifen Sperrbolzen oder Druckstücke von Synchronisiereinrichtungen ein. Die Schaltmuffe wird mit diesen Elementen unter anderem bei nicht geschaltetem Gang in ihrer Neutralstellung arretiert. In den Nuten sitzen außerdem auch während einer Vorsynchronisation auf Synchronringe wirkende Druckstücke.
- Die Verzahnung der beschriebenen Schaltmuffe ist an einem durch spanlose Formgebung aus Blech gefertigten Grundkörper ausgebildet. Dieser Grundkörper der Schaltmuffe nach DE 198 20 654 A1 liegt in seinem Ausgangszustand als ein profilierter Blechstreifen vor. Das Zahnprofil sowie die erwähnten Hinterschnitte, Dachschrägen und Nuten bzw. Ausnehmungen sind weitestgehend in den ausgestreckt vorliegenden Blechstreifen eingebracht. Dieser Blechstreifen wird anschließend kreisförmig gebogen und dabei an seinen Schnittkanten zusammengeführt. Die Schnittkanten werden schließlich aneinander befestigt, z. B. miteinander verschweißt. Auf dem Grundkörper sind an in den Grundkörper eingewalzten Anschlägen bzw. Bünden parallel zueinander ausgerichtete Ringe ausgerichtet. Die Ringe sind beabstandet zueinander angeordnet und begrenzen seitlich einen Zwischenraum. Der Zwischenraum ist damit ringförmig ausgebildet und für den Eingriff der Schaltgabelenden vorgesehen.
- Wie anfangs erwähnt, sind die zueinander gewandten Schnittkanten des Grundkörpers der Schaltmuffe aneinander durch Schweißen befestigt. Nachteilig dabei ist unter anderem, dass durch das Verbindungsschweißen Schweißaufwürfe entstehen können. Diese Schweißaufwürfe müssen in einem nachfolgenden Arbeitsgang wieder abgetragen werden. Infolge unter Umständen an der Schweißnaht auftretender Kerben entsteht Bruchgefährdung an den hochbelasteten Schaltmuffen. Weiterhin entstehen durch die Wärmeeinleitung beim Schweißen Ungenauigkeiten am Bauteil, die nur bedingt durch ein vorher sehr genaues Einspannen der Schaltmuffe vermindert werden können. Darüber hinaus müssen gut schweißbare Materialien für den Einsatz von Grundkörpern vorgesehen werden. Unter Umständen widersprechen die Anforderungen an die Schweißbarkeit des Materials den Anforderungen, die bearbeitungs- und betriebsbedingt an das Material der Schaltmuffe oder deren Verzahnung gestellt sind.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verbindung für einen aus einem Blechstreifen hergestellten Grundkörper einer Schaltmuffe zu entwickeln, die die Nachteile vorgenannter Verbindungen vermeidet und die sich kostengünstig herstellen lässt.
- Diese Aufgabe ist mit dem kennzeichnenden Teil des Gegenstandes des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Enden des Bandes jeweils mittels zumindest einer Paarung formschlüssig zueinander passender sowie ineinander eingehängter Elemente zumindest tangential zum Grundkörper und gleichgerichtet zur Mittelachse des Grundkörpers formschlüssig aneinander festliegen. Das Schweißen ist durch die formschlüssige Verbindung ersetzt. Die Verbindung zeichnet sich durch hohe Festigkeit aus. Die vorstehend aufgeführten Nachteile, z. B. der Schweißaufwurf und die Verformung infolge Wärmeverzugs, entfallen somit. Es sind Bandmaterialien einsetzbar, die vorwiegend nach den anstehenden Beanspruchungen an das Material, die sich aus der Verzahnung ergeben, auswählbar sind. Rücksicht auf die Schweißbarkeit des Materiales muss vorrangig nicht mehr genommen werden. Vorzugsweise als Werkstoff für das Band ist form- und härtbarer Stahl vorgesehen. Mittels der formschlüssig und passgenau ineinander gehängten Elemente sind die am Umfang des Grundkörpers aufeinandertreffenden Schnittkanten exakt zueinander ausgerichtet. Ein Versatz der aufeinander zugebogenen Enden zueinander in alle Richtungen ist ausgeschlossen.
- Vorzugsweise wird das Band vor dem Ablängen so umgeformt, dass seine Formgebung dem gewünschten Querschnitt bzw. der gewünschten Oberflächenstruktur des späteren Grundkörpers entspricht. Das Umformen, bevorzugt Kaltumformen, kann so erfolgen, dass ein Streifen entsteht, der für viele Grundkörper ausreicht. Dieser Streifen wird dann auf eine dem Umfang des Grundkörpers entsprechende Länge abgelängt. Während dieses Ablängvorganges werden die Elemente gleichzeitig angeformt bzw. gestanzt. Alternativ ist vorgesehen, einzelne Bandstreifen von einem Endlosmaterial abzuschneiden und diese dann in einem Werkzeug oder mehreren Werkzeugen in einzelnen bzw. mehreren Schritten umzuformen.
- In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grundkörper aus einem in seinem Ausgangszustand zumindest mit einem Verzahnungsprofil versehenen flachen Streifen aus Blech geformt ist. Die Schnittkanten längs an dem Streifen sind mit jeweils einem oder mehreren untereinander in Wechselwirkung stehender und miteinander korrespondierender Elemente versehen. Die Elemente sind einteilig mit dem Streifen ausgebildet und stehen vorzugsweise in Längsrichtung des nicht gebogenen Streifens weisend an den Schnittkanten hervor. Der flache Streifen ist im Anschluss kreisförmig gebogen und seine Elemente werden ineinander eingehängt. Dabei sind die Elemente an der einen Schnittkante hakenförmig ausgebildet und an der anderen Schnittkante des Streifens als eine der Hakenform entsprechend angepasste Ausnehmung eingebracht. Die Ausnehmung ist vorzugsweise gleichsinnig, sich von der Schnittkante in den Streifen erstreckend, zu dem in Umfangsrichtung weisenden und an der Schnittkante hervorstehenden ersten Element in dem Streifen ausgebildet. Die Innenform der Aussparung entspricht umfangsseitig sowie gleichgerichtet zur Richtung der Mittelachse des Grundkörpers, also in Längsrichtung des Grundkörpers, der Außenform des ersten Elementes in diese Richtungen und korrespondiert mit dieser.
- Bevorzugt sind die Elemente so ausgebildet, dass sie nach der Art einer Schwalbenschwanz-Verbindung ineinander greifen oder die Elemente sind in ähnlicher Gestalt ausgeführt. So sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Seitenflächen des ersten Elementes, die das erste Element ausgehend von einem stielartig ausgebildeten und von der Schnittkante abgehenden Ansatz gleichgerichtet zur Richtung der Mittelachse des Grundkörpers begrenzen, sich anfangs voneinander entfernen und anschließend aufeinander zu verlaufend ineinander übergehen. Ein klassisches Beispiel für ein derartiges Profil ist das T-Profil, das mit seinem Fuß aus der Schnittkante hervorgeht und dessen Querbalken gleichgerichtet zur Richtung der Mittelachse des Grundkörpers verläuft. Eine weitere Ausgestaltung sieht ein erstes Element vor, das die Form einer von dem stielartigen Ansatz abgehenden zylindrischen Scheibe aufweist. Die zu diesen Elementen passende Aussparung erstreckt sich in Umfangsrichtung von einer Öffnung an der Stirnseite der Schnittkante gleichsinnig zu der Erstreckungsrichtung des ersten Elementes. Die Breite der Öffnung an der Schnittkante ist der Breite des stielartigen Ansatzes in Längsrichtung des Grundkörpers angepasst. Die Innenkontur der Aussparung bildet die Gegenkontur (Negativkontur) des ersten Elementes und umfasst dieses Element in Umfangsrichtung sowie gleichgerichtet zur Richtung der Mittelachse des Grundkörpers.
- Die Verbindung zwischen den Elementen ist unlösbar aneinander gesichert, indem das erste Element in dem zweiten Element derartig verformt ist, dass durch die plastische Verformung ein unlösbarer Pressverband zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element gebildet ist. Das trifft sowohl für die Schwalbenschwanz-Verbindungen als auch für alle weiteren der vorgenannten Verbindungen zu. Für diese form-kraftschlüssige Verbindung sind zwei Ausgestaltungen vorgesehen. Die eine der Ausgestaltungen sieht vor, dass das erste Element in seinem Ausgangszustand eine Kontur aufweist, die im Vergleich zu der Negativform der Aussparung mit einem Übermaß versehen ist. Ein Einhängen des ersten Elementes in das zweite Element ist daher nur unter Aufbringen einer an dem kreisförmig gebogenen Grundkörper wirkenden radialen Last auf das erste gegen das zweite Element möglich. Material wird sowohl an dem Rand des ersten Elementes als auch an dem Rand des zweiten Elementes verdrängt bzw. aufgeweitet. Ein Teil des Materiales ist plastisch verformt und ein Teil des Randes des zweiten Elementes federt elastisch auf. Ein fester unlösbarer Presssitz insbesondere in Umfangrichtung des Grundkörpers ist hergestellt. Eine zweite Möglichkeit sieht vor, dass die Elemente möglichst mit Passform ineinander formschlüssig eingehängt und anschließend gegeneinander verquetscht werden. Dazu wird vorzugsweise das erste Element mit einer Prägung oder ähnlichem versehen, welche das plastische Verdrängen des Materials aus der Mitte des ersten Elementes zu seinen Rändern bewirkt. Das so verdrängte Material presst sich gegen die Innenränder der Aussparung und stellt ebenfalls einen unlösbaren Festsitz mit der Verbindung her.
- Hochfeste und den höchsten Anforderungen gewachsene Verbindungen sind durch die Kombination mehrere der Paarungen von Elementen möglich. So ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Enden des Grundkörpers jeweils mittels zumindest zwei Paarungen der formschlüssig zueinander passenden Elemente aneinander festliegen. Diese gewählte Verbindungsart stellt sicher, dass auch an der Verzahnung und dem Grundkörper wirkende Querkräfte und Drehmomente nicht zum Lockern der Verbindung führen. Die Haltbarkeit der Verbindung gegen Zugkräfte in Tangential- oder Umfangsrichtung nimmt zu. Des Weiteren ist auch vorgesehen, die formschlüssige oder die kraft-formschlüssige Verbindung zusätzlich durch Verschweißen der Schnittkanten aneinander zu sichern.
- Schließlich ist mit einer Ausgestaltung der Verbindung vorgesehen, dass der Grundkörper der Schaltmuffe ein nach innen gerichtetes Verzahnungsprofil aufweist und dass auf der Mantelfläche des Grundkörpers zwei konzentrisch zu der Mittelachse angeordnete und auf der Mittelachse zueinander beabstandet gegenüberliegende Ringe einer Schaltgabelführung angeordnet sind. Die Ringe sind Drehteile oder Stanzteile aus Stahl und werden vorzugsweise auf den Grundkörper aufgepresst oder zum Teil auch mit dem Grundkörper verschweißt.
- Mit der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Grundkörpers gemäß Erfindung beschrieben, bei dem zur Verbindung der Schnittkanten des Blechstreifens an den Schnittkanten formschlüssig zueinander passende Elemente ausgebildet sind. Diese Elemente sind durch Stanzen und/oder Umformen, wie Prägen, ausgebildet. Wie anfangs schon erwähnt, ist vorher ein Bandmaterial mit dem Profil der Verzahnung und mit weiteren Profilelementen versehen. Das erste und das zweite Element sind vorzugsweise während des Ablängens des Streifens auf die Umfangslänge des Grundkörpers auszuschneiden und anzuformen. Alternativ dazu ist vorgesehen einen abgeschnittenen Streifen in einem Werkzeug oder in mehreren Werkzeugen nacheinander durch Stanz-Umformen entsprechend zu gestalten. Der Streifen wird anschließend kreisförmig gebogen und gleichzeitig oder danach werden das erste und das zweite Element oder die ersten und zweiten Elemente einer Verbindung am Grundkörper ineinander gehängt. Vorzugsweise werden diese ineinander gehängten Elemente wieder durch Prägungen, Überwalzen oder Anstauchen plastisch derartig verformt, dass sich eine unter hohen Lasten unlösbare sichere Verbindung in Form eines unlösbaren Pressverbandes ergibt.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 eine Schiebemuffe mit einem erfindungsgemäßen Grundkörper in der Gesamtansicht,
- Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Schiebemuffe nach Fig. 1,
- Fig. 3 ein mit einer Verzahnung versehene Streifen von einem Bandmaterial, das an seinen Schnittkanten formschlüssig zueinander passende Elemente aufweist,
- Fig. 4 eine schematische Darstellung eines kreisrund gebogenen Streifens vor dem Einhängen der erfindungsgemäßen Elemente ineinander,
- Fig. 5 einen Querschnitt des Streifens aus Fig. 4,
- Fig. 6 den kreisrund gebogenen Streifen aus Fig. 4, dessen Elemente jeweils eine formschlüssig zueinander passende Paarung bilden,
- Fig. 7 ein ausgestreckt vorliegender Streifen mit drei der erfindungsgemäßen Paarungen, in gekürzter Form dargestellt und
- Fig. 8 den fertigen Grundkörper aus dem Streifen nach Fig. 7.
- In Fig. 1 ist mit 1 eine Schaltmuffe bezeichnet, die aus einem durch spanlose Formgebung aus Blech gefertigten Grundkörper 2 und zwei Ringen 3 besteht. Am Außenumfang des Grundkörpers 2 ist ein radialer Bund 4 ausgebildet. Dieser Bund 4 dient als Anschlag für die Ringe 3. An dem Bund 4 sind die Ringe 3 auf dem Grundkörper 2 zueinander parallel und symmetrisch zu einer Quermittelebene des Grundkörpers 2 angeordnet. Die Ringe 3 sind durch einen Presssitz in ihrer Lage fixiert. Die der Quermittelebene der Schaltmuffe 1 zugewandten Stirnseiten der Ringe 3 und die zwischen den Ringen liegende Mantelfläche des Bundes 4 bilden die Schaltgabelführung. An seinem Innenumfang weist der Grundkörper 2 ein Verzahnungsprofil 5 auf. Die radial nach innen gerichteten Zähne 6 sind an ihren mit der Mittelachse gleichgerichteten Stirnseiten mit Dachschrägen 6a versehen. Die Zähne 6 weisen ausgehend von ihren Stirnseiten mit der Dachschrägen 6a in Längsrichtung gesehen Hinterschneidungen 6b auf. Der Grundkörper 2 der Schaltmuffe 1 ist aus einem zweiseitig profilierten Band hergestellt. Die eine Seite des Bandes ist mit dem Verzahnungsprofil 5 und die andere Seite mit dem Bund 4 versehen. Die aufeinander zugebogenen Enden des von dem Band abgeschnittenen Streifens 8 weisen eine Paarung 7 formschlüssig zueinander passender sowie ineinander eingehängter Elemente 9, 10 auf.
- In Fig. 3 ist schematisch dargestellt, wie ein Streifen 8 in seinem Ausgangszustand ausgestreckt vorliegt. Die an den beiden schmalen Enden befindlichen Schnittkanten 7a und 7b sind jeweils mit einem Element 9 oder 10 für eine Verbindung der Enden des Streifens 8 an den Schnittkanten 7a und 7b versehen. Das erste Element 9 steht über die Schnittkante 7a hervor. Das zweite Element 10 ist als eine zur Schnittkante 7b geöffnete Aussparung ausgebildet. Die Aussparung erstreckt sich von einer stirnseitigen Öffnung 7c an der Schnittkante 7b in den Streifen 8. Das erste Element 9 und das zweite Element 10 passen so zueinander, dass ihre Konturen ineinander eingehängt zumindest in einer Raumebene formschlüssig aneinander festliegen. Das erste Element 9 ist, nachdem es in die Aussparung gehängt wurde, mit einer Prägung 11 versehen, die das erste Element 9 in dem zweiten Element 10 derartig verformt, dass durch plastische Verformung ein unlösbarer Pressverband zwischen dem ersten Element 9 und dem zweiten Element 10 gebildet ist. Das erste Element 9 und das zweite Element 10 greifen nach der Art einer Schwalbenschwanz- Verbindung ineinander.
- Fig. 4 zeigt einen kreisförmig gebogenen Streifen 12a aus Blech eines schematisch dargestellten Grundkörpers 12. Der Streifen 12a ist schon weitestgehend kreisrund gebogen und die Schnittkanten 13 und 14 weisen zueinander. An der Schnittkante 13 ist ein erstes Element 13a ausgebildet und weist eine Außenkontur auf, die der Negativform eines zweiten Elementes 14a, einer sich von einer Öffnung 14b an der Schnittkante 14 in den Streifen 12a erstreckenden Aussparung angepasst ist.
- Fig. 5 zeigt den Streifen 12a in einer Ansicht von vorne. Es ist erkennbar, dass der Streifen 12a mittig eine Erhöhung 15 aufweist, an der das erste Element 13a und in dem das zweite Element 14a ausgebildet ist. Die Erhöhung 15 bildet an dem Grundkörper 12 einen Bund für das Anliegen von nicht dargestellten Ringen der Schaltmuffe. Durch die Lage des ersten Elementes 13a und des zweiten Elementes 14a an dem durch die Erhöhung 15 gebildeten dickeren Element des Streifens 12a ist eine feste Verbindung über Formschluss des ersten Elementes 13a mit dem zweiten Element 14a hergestellt.
- Fig. 6 zeigt den Streifen 12a in seiner endgültigen Form als Grundkörper 12. Dazu ist das erste Element 13a in die Aussparung eingehängt. Mit einer Prägung 16 ist eine form-kraftschlüssige Verbindung des Streifens 12a seine zueinander gebogenen Enden hergestellt.
- Fig. 7 zeigt einen verkürzt dargestellten Streifen 17. Der Streifen 17 weist an seinen in Längsrichtung weisenden Schnittkanten 17a und 17b erste Elemente 18 und zweite Elemente 19 auf. Die ersten Elemente 18 sind durch einen stielartig ausgebildeten und von der Schnittkante 17a abgehenden Ansatz 18a und einen sich daran anschließenden Wulst 18b gebildet. Die Seitenflächen 18c und 18d des Wulstes 18b verlaufen in der Blechebene von dem Ansatz 18a anfangs sich voneinander entfernend und gehen anschließend bogenförmig aufeinander zu und ineinander über. Am fertigen Grundkörper 20 nach Fig. 8 greifen die zueinander gebogenen Enden des Streifens 17 mittels des ersten Elementes 18 und des zweiten Elementes 19 ineinander, wobei das zweite Element 19 jeweils durch eine Aussparung gebildet ist. Die Aussparung erstreckt sich ausgehend von einer stirnseitigen Öffnung 17c in den Streifen 17. Der Grundkörper 20 weist insgesamt 3 Paarungen der formschlüssig zueinander passenden sowie ineinander gehängten Elemente 18 und 19 auf. Jedes der ersten Elemente 18 ist mit einer Kontur versehen, die in Erstreckungsrichtung der Blechebene mit einem Übermaß zur in der Ebene korrespondierenden Innenform der Aussparung vor dem Einpressen in die Aussparung ausgelegt war. Die Elemente 18, 19 sind unter Aufbringen einer radialen Kraft ineinander eingehängt. Bezugszeichen 1 Schaltmuffe
2 Grundkörper
3 Ring
4 Bund
5 Verzahnungsprofil
6 Zahn
6a Dachschräge
6b Hinterschneidung
7 Paarung
7a Schnittkante
7b Schnittkante
7c Öffnung
8 Streifen
9 erstes Element
10 zweites Element
11 Prägung
12 Grundkörper
12a Streifen
13 Schnittkante
13a erstes Element
14 Schnittkante
14a zweites Element
14b Öffnung
15 Erhöhung
16 Prägung
17 Streifen
17a Schnittkante
17b Schnittkante
17c Öffnung
18 erstes Element
18a Ansatz
18b Wulst
18c Seitenfläche
18d Seitenfläche
19 zweites Element
20 Grundkörper
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