DE102007051741B4

DE102007051741B4 - Vorrichtung mit einer Schiebemuffe zum Schalten von Gangstufen eines Schaltgetriebes

Info

Publication number: DE102007051741B4
Application number: DE102007051741.8A
Authority: DE
Inventors: Norbert Albrecht; Christian Meusel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: DE102007051741A1

Abstract

Vorrichtung mit einer Schiebemuffe (5) zum Schalten von Gangstufen eines Schaltgetriebes mit einem Gangrad (6) mit einer Kupplungsverzahnung (8), wobei die Schiebemuffe (5) aus einer neutralen Stellung in Richtung des Gangrades (6) verschiebbar ist und eine Innenverzahnung (4) zum Eingriff mit der Kupplungsverzahnung (8) des Gangrades (6) und einen Anschlag (15, 16) zur Begrenzung der axialen Verschiebbarkeit aufweist, der jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen der Innenverzahnung (4) der Schiebemuffe (5) angeordnet ist, wobei jeder Anschlag (15) zwei sich in Richtung zur Kupplungsverzahnung (8) hin erweiternde, gegenüberliegend angeordnete Anlageflächen (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anschlagen die Zahnspitze der Kupplungsverzahnung (8) von dem Anschlag (15, 16) beabstandet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Schiebemuffe zum Schalten von Gangstufen eines Schaltgetriebes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Schiebemuffen dienen in der Regel als Kupplungselemente in Synchronisiereinrichtungen von Hand und/oder automatisiert geschalteter Kraftfahrzeuggetriebe. Sie verbinden eine Getriebewelle verdrehfest mit einem auf der Getriebewelle drehbar gelagerten Gangrad. Dabei ist die Schiebemuffe konzentrisch zur Getriebewelle und drehfest auf einem ebenfalls drehfest mit der Getriebewelle verbundenen Synchronkörper angeordnet. Die Schiebemuffe ist in Längsrichtung der Getriebewelle verschiebbar und mit einem Gangrad kuppelbar.
Es sind unterschiedliche Ausführungsformen derartiger Schiebemuffen bekannt. Meist weisen sie an ihrer Innenmantelfläche eine nach innen weisende Verzahnung auf, die in eine Gegenverzahnung des Synchronkörpers und im geschalteten Zustand in eine Verzahnung des Gangrades eingreift. Am Außenumfang der Schiebemuffe ist eine zumeist als Umfangsnut ausgebildete Führung für eine Schaltgabel vorgesehen. Mit der Schaltgabel kann die Schiebemuffe in Längsrichtung der Getriebewelle auf dem Synchronkörper verschoben werden, bis sie an das Zahnrad gekuppelt oder wieder zurück in ihre Neutralstellung bewegt ist.
Beim Kuppelvorgang von Gangrad und Schiebemuffe müssen die in der Regel unterschiedlichen Drehzahlen von Welle und Gangrad zunächst aneinander angeglichen werden, damit die Verzahnungen von Schiebemuffe und Gangrad möglichst ohne Widerstand, geräuscharm und beschädigungsfrei ineinander geschoben werden können. Dieser Angleichung der Drehzahlen dient der Synchronring, welcher mit der Welle bzw. mit der Schiebemuffe verdrehbar geführt ist, diesen gegenüber jedoch einen gewissen Spielraum in Umfangsrichtung hat. Während des Ausgleichens der Drehzahlen ist der Synchronring relativ zur Schiebemuffe um den ihm möglichen Winkelversatz verdreht, wodurch seine Sperrverzahnung ein weiteres axiales Vorschieben der Schiebemuffe so lange blockiert, bis sich die Drehzahlen von Schiebemuffe und Gangrad angeglichen haben.
Die axiale Verschiebung der Schiebemuffe in Richtung des Gangrades muss in der Regel begrenzt werden, um eine Dauerbelastung des Synchronringes zu vermeiden. Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Begrenzungsmittel ist bspw. die Anordnung einer zusätzlichen Scheibe hinter dem Synchronring, wodurch allerdings das Gewicht sowie die axiale Baulänge der Anordnung erhöht werden.
Um diese Probleme zu vermeiden, wird in der EP 1 231 396 A1 vorgeschlagen, zwischen den Zähnen der Schiebemuffe einen Anschlag anzuordnen, welcher die axiale Bewegung der Schiebemuffe begrenzt. Bei dieser Variante treten allerdings im Bereich der Zahnspitzen sehr hohe Belastungen auf. Die Zahnspitzen werden angestoßen und im Dauerbetrieb beschädigt. Dies führt zunächst zu einem Komfortverlust, kann bei stärkerem Verschleiß jedoch auch die Funktion der Schaltvorrichtung beeinträchtigen.
DE 20 2006 010 407 U1 schlägt eine Schiebemuffe mit einem oder mehreren Anschlägen vor, die auf den Zahnköpfen als radial nach innen weisende Vorsprünge angeordnet sind. Wird die Schiebemuffe im verbauten Zustand axial bewegt, so dienen die Anschläge als Bewegungsbegrenzung in axialer Richtung. Ist ein Gang geschaltet, liegen die Anschläge stirnseitig an einem Kupplungskörper an. Sie sollen damit die richtige Endlage der Schiebemuffe gewährleisten. Dadurch, dass die Anschläge nicht mit der Verzahnung des Kupplungskörpers bzw. des Gangrades zusammenwirken, sind auch die Spitzen der Zähne nicht belastet.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, einen möglichst verschleißarmen und wirkungsvollen axialen Anschlag für die Verzahnung einer Schiebemuffe zu liefern, der den im Betrieb auftretenden Belastungen standhält.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Diese Aufgabe wird durch eine Schiebemuffe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass ein oder mehrere axiale Anschläge vorgesehen sind, wobei jeder Anschlag zwei sich in Richtung zur Kupplungsverzahnung hin erweiternde, gegenüberliegend angeordnete Anlageflächen aufweist. Die Schiebemuffe dient zum Schalten von Gangstufen eines Schaltgetriebes mit mindestens einem Gangrad mit Außenverzahnung, die als Kupplungsverzahnung wirkt. Die Schiebemuffe ist aus einer neutralen Stellung in Richtung des Gangrades verschiebbar und weist eine Innenverzahnung zum Eingriff mit der Außen- bzw. Kupplungsverzahnung des Gangrades und einen oder mehrere Anschläge zur Begrenzung der axialen Verschiebbarkeit auf, die jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen der Innenverzahnung der Schiebemuffe angeordnet ist/sind und gegen die Kupplungsverzahnung des Gangrades anstößt, um die axiale Verschiebung der Schaltmuffe zu begrenzen. Durch die besondere Gestaltung der Anschläge mit den sich in Richtung zur Kupplungsverzahnung hin erweiternden Anlageflächen wird der Verschleiß der Anschläge sowie der korrespondierenden Kupplungszähne weitest gehend reduziert, da die Kupplungszähne nicht mehr mit ihren schmalen Stirnseiten schlagartig auf die flachen Anschläge treffen, sondern an ihren Zahnflanken umfasst werden, wodurch eine günstige, beidseitige Linienberührung entsteht, die den Verschleiß auf ein Minimum reduziert. Gleichzeitig führt die günstigere Gestaltung der Anschläge zu einem weichen Abbremsen der Verzahnungen, wodurch die bisherigen harten Schläge beim Erreichen der Anschläge abgemildert werden.
Wahlweise können die Anlageflächen jeweils eine definierte Kante zur beiderseitigen Anlage eines Zahns der Kupplungsverzahnung aufweisen. Von Vorteil kann es jedoch auch sein, wenn die Anlageflächen jeweils abgerundet sind zur beiderseitigen tangentialen Anlage eines Zahns der Kupplungsverzahnung. Beide Varianten sorgen dafür, dass es zu einer Linienberührung zu beiden Seiten des jeweils betroffenen Zahns der Kupplungsverzahnung kommt, ohne dass der die Zahnspitze darstellende Zahnkopf mit dem flachen Grund des Anschlages der Schiebemuffe in Kontakt kommt. Die Gestaltung der Anschläge ist so zu wählen, dass die Anlageflächen so weit voneinander beabstandet sind, dass der Köpfe der Kupplungsverzahnung berührungsfrei bleiben. Hierdurch wird der bisher zu starkem Verschleiß führende Kontakt der Zahnköpfe vermieden, wodurch das Verschleißverhalten der erfindungsgemäßen Schiebemuffe deutlich verbessert ist.
Je nach gewünschter Belastbarkeit und Einsatzzweck der Schiebemuffe kann nur ein derartiger Anschlag, zwei um 180 Grad versetzt oder drei um 120 Grad versetzt angeordnete axiale Anschläge vorgesehen sein. Wahlweise können mehr als drei gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Innenumfang der Schiebemuffe angeordnete axiale Anschläge vorgesehen sein. Die Anschläge können wahlweise durch ein spanabhebendes Fertigungsverfahren oder in vorteilhafter Weise mittels eines Stempelvorganges o. dgl. hergestellt sein. Die Anschläge können wahlweise gleichmäßig über den Innenumfang der Schiebemuffe angeordnet sein, müssen dies jedoch nicht. Auch eine ungleichmäßige Verteilung ist möglich, z.B. bei fünf vorhandenen Anschlägen und 54 Zähnen der Innenverzahnung. Aber auch bei anderen Verteilungen sind Variationen möglich, falls die nahe liegende Verteilung mit der vorgegebenen Zähnezahl nicht „aufgeht“ bzw. in Übereinstimmung zu bringen ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Schalten von Gangstufen eines Schaltgetriebes mit mindestens einem Gangrad, dessen Kupplungsverzahnung Kupplungszähne aufweist, und einer Schiebemuffe gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, welche aus einer neutralen Stellung in Richtung des Gangrades verschiebbar ist und eine Innenverzahnung zum Eingriff mit den Kupplungszähnen und einen oder mehrere Anschläge zur Begrenzung der axialen Verschiebbarkeit aufweist, wobei die Anschläge gemäß einer der obigen Ausführungsvarianten gestaltet sind.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.

1 zeigt eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeugschaltgetriebes gemäß bekanntem Stand der Technik.
2 zeigt eine Schiebemuffe mit erfindungsgemäßen Axialanschlägen zwischen benachbarten Zähnen einer Innenverzahnung.
3 zeigt eine gerade Anlagefläche gemäß bekanntem Stand der Technik.
4 zeigt eine Anlagefläche gemäß 3 mit einer Verschleißmarke nach länger dauerndem Einsatz.
5 zeigt eine erste Variante eines Axialanschlags gemäß der Erfindung.
6 zeigt eine zweite Variante eines Axialanschlags gemäß der Erfindung.

Die schematische Darstellung der 1 verdeutlicht die Elemente einer Synchronisiereinrichtung (Stand der Technik), die im Rahmen der vorliegenden Erfindung relevant sind. Die 1 zeigt im Längsschnitt die obere Hälfte einer Welle 1 mit einer nicht dargestellten Wellenachse. Auf der Welle 1 ist ein Synchronkörper 2 (Nabe) drehfest angeordnet, welcher zum Beispiel über eine entsprechende Verzahnung mit der Welle 1 gekoppelt sein kann. Der Synchronkörper 2 trägt eine Außenverzahnung 3, welcher mit einer Innenverzahnung 4 einer hülsenförmigen Schaltmuffe bzw. Schiebemuffe 5 in Eingriff steht. Weiterhin ist auf der Welle 1 drehbar ein Gangrad 6 angeordnet, welches eine Hauptverzahnung 7 aufweist, die mit anderen Elementen des Getriebes (nicht dargestellt) in Eingriff steht. Mit dem Schaltgetriebe kann eine drehfeste Koppelung zwischen der Welle 1 und dem Gangrad 6 hergestellt werden, wenn dies für das Einlegen eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses (Gangrad) gewünscht ist. Die drehfeste Koppelung erfolgt dabei über die Schiebemuffe 5, welche axial nach rechts (vgl. 1) verschoben werden kann. Durch eine solche axiale Verschiebung der Schaltmuffe 5 in Richtung des Gangrades 6 (in 1 nach rechts) kann die Innenverzahnung 4 der Schaltmuffe 5 mit der Kupplungsverzahnung 8 des Kupplungskörpers 9, welcher drehfest mit dem Gangrad 6 verbunden ist, in Eingriff gebracht werden. Dadurch wird die gewünschte drehfeste Koppelung zwischen Gangrad 6 und Welle 1 hergestellt, da die Schiebemuffe 5 über die Außenverzahnung 3 des Synchronkörpers 2 und die Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 5 während der gesamten Verschiebung drehfest mit der Welle 1 gekoppelt bleibt. Durch eine axiale Verschiebebewegung der Schiebemuffe 5 in 1 nach links kann in analoger Weise eine Koppelung mit dem zweiten Gangrad 10 hergestellt werden, worauf im vorliegenden Zusammenhang nicht näher eingegangen wird.
Um die anfänglich in der Regel unterschiedlichen Drehzahlen von Gangrad 6 und Welle 1 vor dem Ineinandergreifen der Innenverzahnung 4 der Schiebemuffe 5 und der Kupplungsverzahnung 8 des Gangrades 6 aneinander anzugleichen, ist in bekannter Weise ein Synchronring 11 zwischen Schiebemuffe 5 und Gangrad 6 vorgesehen. Dieser hat eine Außenverzahnung 12, die mit der Innenverzahnung 4 der Schaltmuffe 5 in Eingriff gebracht werden kann. Weiterhin hat der Synchronring 11 eine Reibfläche 13, die mit einer komplementären Reibfläche 14 am Gangrad zusammenwirkt, um beim Schaltvorgang einen Ausgleich der Drehzahlunterschiede herbeizuführen.
Wie aus 1 erkennbar ist, kann die Hauptverzahnung 7 des Gangrades 6 einen kleineren Durchmesser als die Kupplungsverzahnung 8 aufweisen. Die axiale Verschiebebewegung der Schaltmuffe 5 wird somit durch die Hauptverzahnung 7 bzw. die zugehörige Stirnfläche des Gangrades 6 nicht begrenzt. Um dennoch in konstruktiv einfacher und auch bei Schaltgetrieben mit kleinen Zahnabständen durchführbarer Weise eine Begrenzung der axialen Verschiebebewegung der Schaltmuffe 5 zu erreichen, ist in bekannter Weise mindestens ein Anschlag 15 zwischen zwei benachbarten Zähnen der Innenverzahnung 4 der Schaltmuffe 5 vorgesehen. Dieser Anschlag 15 stößt an die Kupplungsverzahnung 8 des Gangrades 6 an, wenn die Schiebemuffe 5 entsprechend weit axial (in 1 nach rechts) verschoben wird. Eine weitere axiale Verschiebung der Schiebemuffe 5 wird dadurch verhindert.
Die perspektivische Ansicht der 2 verdeutlicht beispielhaft einen von ggf. mehreren Anschlägen 15, der zwischen zwei benachbarten Zähnen der Innenverzahnung 4 der ringförmigen Schiebemuffe 5 angeordnet ist und eine Materialverbindung bzw. Brücke zwischen diesen benachbarten Zähnen bildet, sich jedoch nicht über das Zahnprofil der gesamten Innenverzahnung 4 erhebt.
In den 3 und 4 ist ein derartiger gerader Axialanschlag 16 verdeutlicht, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die gekreuzt schraffierte Fläche des Axialanschlags 16 kennzeichnet dessen gerade Fläche 17, die unter Dauerbelastung einem erhöhten Verschleiß unterliegt, da die Zahnköpfe der Außenverzahnung des Gangrades immer wieder auf einen bestimmten Punkt der geraden Fläche 17 auftreffen und dort eine ausgeprägte Verschleißmarke 18 (vgl. 4) hinterlassen.
Die vergrößerte Ausschnittdarstellung der 5 verdeutlicht einen erfindungsgemäßen Anschlag 15 zur axialen Wegbegrenzung der Außenverzahnung des Gangrades, bei dem ein Auftreffen der Verzahnungsköpfe auf dem geraden Verbindungsabschnitt 19 dadurch verhindert wird, dass die gegenüber liegend angeordneten Anlageflächen 20 sich nach innen, in Richtung zum geraden Verbindungsabschnitt 19 hin verengen, so dass ein Zahn der Außenverzahnung mit seinen beiden Zahnflanken an den Anlageflächen in Linienberührung zur Anlage kommt, ohne dass sein Kopf den Abschnitt 19 erreicht.
Die beiden Anlageflächen 20 können dabei wahlweise mit einer leichten Kante ausgebildet sein, die gleichzeitig die Berührkante für den zur Anlage kommenden Zahn bildet. Diese Variante ist in 5 dargestellt. Eine alternative Variante ist in 6 verdeutlicht. Hierbei weisen die Anlageflächen 20 keine Kante in ihrem Verlauf auf, sondern sind jeweils abgerundet, so dass keine definierte Berührungslinie für den zur Anlage kommenden Zahn gebildet wird, sondern eine tangentiale Berührung mit nicht exakt definierten Berührungslinien zwischen Anlageflächen 20 und Außenverzahnung.
Bezugszeichenliste

1: Welle
2: Synchronkörper
3: Außenverzahnung
4: Innenverzahnung
5: Schiebemuffe, Schaltmuffe
6: Gangrad
7: Hauptverzahnung
8: Kupplungsverzahnung
9: Kupplungskörper
10: zweites Gangrad
11: Synchronring
12: Außenverzahnung
13: Reibfläche
14: Reibfläche
15: Anschlag
16: gerader Axialanschlag
17: gerade Fläche
18: Verschleißmarke
19: gerader Verbindungsabschnitt
20: Anlagefläche

Claims

Vorrichtung mit einer Schiebemuffe (5) zum Schalten von Gangstufen eines Schaltgetriebes mit einem Gangrad (6) mit einer Kupplungsverzahnung (8), wobei die Schiebemuffe (5) aus einer neutralen Stellung in Richtung des Gangrades (6) verschiebbar ist und eine Innenverzahnung (4) zum Eingriff mit der Kupplungsverzahnung (8) des Gangrades (6) und einen Anschlag (15, 16) zur Begrenzung der axialen Verschiebbarkeit aufweist, der jeweils zwischen zwei benachbarten Zähnen der Innenverzahnung (4) der Schiebemuffe (5) angeordnet ist, wobei jeder Anschlag (15) zwei sich in Richtung zur Kupplungsverzahnung (8) hin erweiternde, gegenüberliegend angeordnete Anlageflächen (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anschlagen die Zahnspitze der Kupplungsverzahnung (8) von dem Anschlag (15, 16) beabstandet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (20) jeweils eine definierte Kante zur beiderseitigen Anlage eines Zahns der Kupplungsverzahnung (8) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (20) jeweils abgerundet sind zur beiderseitigen tangentialen Anlage eines Zahns der Kupplungsverzahnung (8).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageflächen (20) so voneinander beabstandet sind, dass der Köpfe der Kupplungsverzahnung (8) berührungsfrei bleiben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag (15), zwei um 180 Grad versetzt oder drei um 120 Grad versetzt angeordnete axiale Anschläge (15) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als drei über den Innenumfang der Schiebemuffe (5) angeordnete axiale Anschläge (15) vorgesehen sind.
Schiebemuffe einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.