DE102007061022A1

DE102007061022A1 - Schiebemuffe für eine Schalteinrichtung

Info

Publication number: DE102007061022A1
Application number: DE200710061022
Authority: DE
Inventors: Georg Körnig; Kristina May; Ulrich Schröder
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-06-25
Also published as: WO2009077344A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Schiebemuffe (1) einer Synchronisiervorrichtung, insbesondere für ein Schalt-Wechselgetriebe, mit einer Verzahnung (2), bei der mindestens ein Zahn (5) eine von den anderen Zähnen (3) abweichende Kontur aufweist. Der mindestens eine Zahn (5) mit der abweichenden Kontur weist eine zusätzliche Prägung (10) auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Schiebemuffe (1), das die folgenden Schritte umfasst: Zunächst wird ein Bandstreifen mit Zähnen (3) gleicher Höhe hergestellt. Anschließend erfolgt das Umformen mindestens eines Zahnes (5) durch Prägung, wobei der mindestens eine Zahn (5) eine von den anderen Zähnen (3) abweichende Kontur erhält.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schiebemuffe für eine Schalteinrichtung, insbesondere einer Synchronisiervorrichtung für ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Synchronisiervorrichtungen werden in Kraftfahrzeuggetriebe in verschiedenen Varianten eingesetzt. Sie dienen zur Drehzahlanpassung zwischen den zu koppelnden Zahnrädern unterschiedlicher Übersetzungsstufen und damit zur Reduzierung der Schaltkraft und des Verschleißes im Getriebe sowie zur Verbesserung des Schaltkomforts. Bekannte Varianten sind u. a. die sog. Lamellensynchronisation, die für relativ hohe Leistungsübertragungen geeignet ist. Hierbei erfolgt die Synchronisation durch Lamellen mit Reibflächen. Eine häufig eingesetzte Variante ist meist als Sperrsynchronisation ausgeführt und weist eine Kegel-Reibkupplung auf, die als Einkonus-Synchronisation oder als Mehrkonus-Synchronisation ausgeführt sein kann. Um eine korrekte Synchronisation des Gangwechsels zu gewährleisten, wird i. d. R. erst synchronisiert, wobei die unterschiedlichen Drehzahlen von Losrad und Welle aneinander angeglichen werden. Erst danach wird durch formschlüssige Verbindung des Losrades mit der Welle gekuppelt. Um sicherzustellen, dass erst synchronisiert und erst dann gekuppelt wird, ist eine fein abgestimmte Sperrfunktion erforderlich.
Herkömmliche Sperrsynchronisationen weisen meist einen Synchronträger-Körper mit mehreren über den Umfang verteilten Druckstücken auf, die in radialer Richtung mittels Federn vorgespannt sind. Die vorgespannten Druckstücke dienen der Vorsynchronisation. Die eigentliche Synchronisation erfolgt durch eine Kegel-Reibkupplung mit Einfachkonus am Kupplungskörper bzw. am Synchronring. Von dieser Kegel-Reibkupplung wird die gesamte Reibleistung aufgenommen. Das Drehmoment wird über die Verzahnung der Schiebemuffe übertragen, die im geschalteten Zustand das Losrad, den Kupplungskörper mit dem Synchronträger-Körper bzw. der Welle verbindet. Die Sperrfunktion ergibt sich durch das Zusammenspiel an den sog. Dachverzahnungen des Synchronringes und der Schiebemuffe.
In Zusammenwirkung mit Federringen, Seitenanschlägen oder anderen Elementen kann eine Vorsynchronisation auch mittels einer Schiebemuffe mit Innenverzahnung und variablen Zahnhöhen erfolgen. Derartige variable Zahnhöhen können auch der axialen Wegbegrenzung der Schiebemuffe dienen. Die Herstellung derartiger variabler Zahnhöhen bei Innenverzahnungen ist allerdings relativ aufwändig und muss in aller Regel mittels einer spanenden Fertigung erfolgen. Bei einer aus fertigungstechnischen und aus Kostengründen bevorzugten spanlosen Fertigung derartiger innenverzahnter Schiebemuffen ist die Erzeugung eines Zahnprofils mit unterschiedlichen Zahnhöhen schwierig, da das Material nur verformt und nicht entfernt werden kann, was Abweichungen bei der Teilungsgenauigkeit der Verzahnung verursachen kann. Aus diesem Grund werden Schiebemuffen mit Innenverzahnungen, die mit spanloser Fertigung hergestellt werden, bisher ausschließlich mit Zähnen gleicher und konstanter Höhe gefertigt.
Eine Schiebemuffe für eine Schalteinrichtung mit einer Innenverzahnung ist aus der WO 03/056201 A1 bekannt. Diese bekannte Schiebemuffe ist mittels der Innenverzahnung drehfest und verschiebbar mit einer zugeordneten Außenverzahnung eines Zentralkörpers verbunden und mit einer Außenverzah nung eines Gangradabschnittes oder einer mit einem Gangrad drehfest verbundenen Kupplungsscheibe kuppelbar. Zumindest in einer Zahnlücke der Innenverzahnung ist ein Anschlag vorgesehen, der mittels eines Scher-/Prägevorganges hergestellt sein kann. Allerdings eignet sich ein solcher Scher- und/oder Prägevorgang nicht zur Herstellung variabler Zahnhöhen der Innenverzahnung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, eine mit wenig maschinellem Aufwand und kostengünstig zu fertigende Schiebemuffe einer Synchronisiereinrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine Innenverzahnung mit variablen Zahnhöhen aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Schiebemuffe einer Synchronisierungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass bei einer Verzahnung, bei der mindestens ein Zahn eine von den anderen Zähnen abweichende Kontur aufweist, der mindestens eine Zahn mit der abweichenden Kontur eine zusätzliche Prägung aufweist. Diese Prägung wird durch ein nicht spanabhebendes Umformverfahren eingebracht, wodurch wenigstens ein Zahn eine über die übrigen Zähne hinausragende Höhe aufweisen kann. Vorzugsweise werden jedoch mehrere Zähne auf diese Weise umgeformt, so dass auf einfache und kostengünstige Weise eine entsprechende Schiebemuffe zur Verfügung gestellt werden kann.
Die erfindungsgemäße Prägung kann auf einer von den Zähnen abgewandten Fläche der Schiebemuffe aufgebracht sein. Bei einer herkömmlichen Schiebemuffe mit Innenverzahnung, bei der wenigstens ein Zahn ein höheres, d. h. über die übrigen Zähne ragendes Zahnprofil aufweisen soll, wird somit die Prägung von der Außenmantelfläche der ringförmigen Schiebemuffe eingebracht.
Wahlweise kann die Prägung jedoch auch an einem Bandmaterial aufgebracht sein. Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Schiebemuffen wird zunächst ein Bandstreifen mit Zähnen konstanter und gleicher Zahnhöhe hergestellt. Nachdem die Zähne hergestellt sind, kann die Prägung zur Variation der Höhe einzelner oder mehrerer Zähne durchgeführt werden. Anschließend wird ein solcher Bandstreifen zum Ring gebogen und an seiner Stoßstelle verbunden, vorzugsweise durch eine stoff- oder formschlüssige Verbindung. Die Prägung kann somit entweder auf dem bandförmigen Abschnitt oder wahlweise am gebogenen Ring aufgebracht sein.
Eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Schiebemuffe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe einen Eingriff an der den Zähnen abgewandten Fläche der Schiebemuffe umfasst. Dieser Eingriff dient dazu, die Schiebemuffe mittels Schaltgabeln o. dgl. verschiebbar zu machen. Somit kann der Eingriff bspw. durch eine ringförmige Nut gebildet sein. Wahlweise kann diese Nut durch einen am Außenumfang des Rings mit der Innenverzahnung angebrachten Ring oder durch zwei oder mehr am Außenumfang des Rings angeordnete Scheiben gebildet sein.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Schiebemuffe einer Synchronisiereinrichtung zur Verfügung zu stellen, das die Fertigung einer Innenverzahnung mit variablen Zahnhöhen mit möglichst geringem maschinellen Aufwand und damit zu geringen Herstellungskosten ermöglicht.
Diese weitere Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Schiebemuffe gelöst, das die folgenden Schritte umfasst: Zunächst wird ein Bandstreifen mit Zähnen gleicher Höhe hergestellt. Anschließend erfolgt ein Umformen mindestens eines Zahnes durch ein Prägeverfahren, wobei der mindestens eine Zahn eine von den anderen Zähnen abweichende Kontur erhält. Der Zahn kann wahlweise eine erhöhte oder eine in der Höhe reduzierte Kontur aufweisen. Vorzugsweise wird das Prägen mit Hilfe eines Gegenhaltewerkzeugs durchgeführt. Hierbei wird die gewünschte Zahnkontur durch eine Matrize vorgegeben, während von der Rückseite des Bauteils der entsprechend umzuformende Zahn in die Matrize gedrückt wird. Ergebnis ist ein Zahn, der über die benachbarten Zähne hinausragt, ohne dass dabei die Teilung in irgendeiner Weise beeinflusst wird. Selbstverständlich können während des Prägeverfahrens auch zwei oder mehr benachbarte Zähne umgeformt werden.
Eine alternative Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass vor dem Prägen der abweichenden Kontur des mindestens einen Zahnes der Bandstreifen zu einem geschlossenen Ring umgeformt wird.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ein Eingriff an der den Zähnen abgewandten Fläche des Bandstreifens für ein Schaltelement angebracht wird. Der Eingriff an der den Zähnen abgewandten Fläche des Rings dient als Eingriff für ein Schaltelement, bspw. für eine Schaltgabel eines Schaltgetriebes. Der Eingriff für das Schaltelement kann insbesondere durch Scheiben und/oder Ringe bzw. durch einen Ring gebildet werden. Dieser Ring kann bspw. mit dem Verzahnungsring verpresst oder auf andere Weise unlösbar verbunden werden. Typischerweise ist dieses Schaltelement als Schaltgabelnut ausgebildet.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch dafür geeignet ist, Außenverzahnungen an Ringen auf entsprechende Weise zu modifizieren. Bedingung hierfür ist, dass die Außenverzahnung von innen her zugänglich ist, so dass ein Prägewerkzeug bzw. ein Gegenhalter angebracht werden kann.
Nach der Fertigstellung des Synchronringes kann er weiteren Behandlungsschritten unterzogen werden, bspw. einer Nachbearbeitung und/oder einer Wärmebehandlung zur Beeinflussung der Oberflächenhärte, so dass das Verschleißverhalten verbessert ist.
Nachfolgend werden nochmals die Aspekte der vorliegenden Erfindung zusammengefasst. Bei der Herstellung einer Schiebemuffe konnte die Innenverzahnung bisher nur mit Zähnen gleicher und konstanter Höhe gefertigt werden. Mit Hilfe der Durchstellung von Material vom Zahnrücken (unterhalb der Zähne) aus ist es nun möglich, eine Höhenprofilierung bis hin zur vollen Erhöhung von Zähnen zu erreichen, ohne dabei die Teilung zu beeinträchtigen. Damit ist es möglich, auch komplizierte Zahnprofile, wie sie für bestimmte Vorsynchronisationen verwendet werden, oder einen Seitenanschlag kostengünstig herzustellen.
Wie bei der herkömmlichen Fertigung wird ein Bandstreifen zunächst mit Zähnen konstanter und gleicher Zahnhöhe hergestellt. Der Bandstreifen kann dann schon zum Ring gebogen und verbunden werden. Mit Hilfe von entsprechenden Werkzeugen werden die betreffenden Zähne von der Bandrückseite (ohne Zähne) an den benötigten Stellen durchgestellt, wobei die Kontur des zu erzeugenden Zahns auf der anderen Bandseite durch ein entsprechendes Gegenhaltewerkzeug vorgegeben werden kann. Durch das Durchstellen des Materials wird der Zahn entsprechend dem Gegenhaltewerkzeug ausgebildet. Je nach Anwendung und Bedarf kann der Zahn ein bestimmtes Höhenprofil bekommen oder nur insgesamt erhöht werden. Dieser Arbeitsgang kann sowohl im ebenen Zustand des Bandstreifens als auch im gebogenen und verbundenen Ring durchgeführt werden. Es kann eine beliebige Anzahl und Anordnung von Zähnen auf diese Weise hergestellt werden. Um die Schiebemuffe zu komplettieren, werden als nächstes die Scheiben für die Schaltgabelnut angefügt. Es folgen die weiteren Arbeitsgänge, die auch bei der einfachen Schiebemuffe ohne Zähne unterschiedlicher oder variabler Höhe durchlaufen werden (Nachbearbeitung, Wärmebehandlung, usw.).
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 Teilansicht einer Schiebemuffe mit Innenverzahnung.
2 zeigt eine Teilansicht eines Verzahnungsrings einer Schiebemuffe mit eingeprägten Vertiefungen.
3 zeigt anhand einer schematischen Schnittdarstellung die notwendigen Werkzeuge zur Herstellung einer Prägung.
4 zeigt eine Teilschnittansicht einer ersten Variante einer Schiebemuffe mit äußerer Eingriffsnut für eine Schalteinrichtung.
5 zeigt eine Teilschnittansicht einer zweiten Variante der Schiebemuffe.
6 zeigt eine weitere Schnittansicht der zweiten Variante der Schiebemuffe gemäß 5
Die schematische Darstellung der 1 zeigt eine Teilansicht einer Schiebemuffe 1 mit Innenverzahnung 2. Die Innenverzahnung 2 ist in bekannter Weise als sog. Geradverzahnung ausgebildet. Die einzelnen Zähne 3 weisen jeweils einen abgeflachten Querschnitt 4 mit schrägen, sich nach oben hin verjüngenden Zahnflanken auf. Einige der Zähne 5 weisen jedoch einen erhöhten Querschnitt 6 auf, der insbesondere einer verbesserten Vorsynchronisation beim axialen Verschieben der Schiebemuffe 1 in Richtung eines Gangrades mit Außenverzahnung (nicht dargestellt) dienen kann. Die ringförmige Schiebemuffe 1 umfasst neben der Innenverzahnung 2 einen geschlossenen Verzahnungsring 7, der die Innenverzahnung 2 trägt, und an dessen Außenmantel 8 ein Eingriff 9 für ein Schaltelement (nicht dargestellt), insbesondere für eine Schaltgabel o. dgl. eines Schaltgetriebes, drehfest angebracht ist.
Die schematische Darstellung der 2 zeigt eine Teilansicht des Verzahnungsrings 7 der Schiebemuffe 1 mit eingeprägten Vertiefungen 10, die jeweils in die Außenmantelfläche 11 des Verzahnungsrings 7 eingedrückt sind. Jede der Vertiefungen 10 entspricht einer korrespondierenden Erhöhung des entsprechenden Zahnes 5 der Innenverzahnung 2. Die Zähne 5 mit erhöhten Querschnitten werden mittels eines Prägevorganges hergestellt, bei dem ein Prägewerkzeug (vgl. 3) auf die Außenmantelfläche 11 des Verzahnungsrings 7 gedrückt wird, während die endgültige Zahnkontur durch ein entsprechend geformtes Gegenhaltewerkzeug (vgl. 3) vorgegeben wird. Der dadurch erhöhte Zahn 5 wird durch einen Prägevorgang plastisch umgeformt, bis die gewünschte erhöhte Zahnkontur 6 erreicht ist. Die Abdrücke des Prägewerkzeuges bleiben als Vertiefungen 10 an der Außenmantelfläche 11 des Verzahnungsrings 7 zurück.
Die schematische Schnittdarstellung der 3 verdeutlicht den für die Herstellung der erhöhten Zahnquerschnitte 6 erforderlichen Prägevorgang sowie die notwendigen Werkzeuge zur Herstellung einer Prägung. Bei dem Prägevorgang werden in senkrechter Richtung in die Außenmantelfläche 11 des Rings 7 Prägestempel 12 mit abgeflachten Spitzen 13 eingedrückt, während die zu verformenden Zähne 5 jeweils gegen ein Gegenhaltewerkzeug 14 abgestützt sind, das die gewünschte Endkontur der Zähne 5 definiert. Die Form der Prägestempel 12 sorgt dafür, dass die plastischen Verformungen, denen der Ring 7 unterzogen wird, lokal begrenzt bleiben, so dass der Ring 7 bei dem Prägevorgang nicht unzulässig verformt wird.
Wahlweise kann der dargestellte Prägevorgang bei einem bereits zu einem Ring 7 gebogenem Bauteil oder bei einem noch als flaches Bandmaterial vorliegendem Verzahnungsstab durchgeführt werden. Dieser Stab wird dann anschließend zu einem Ring verformt und ggf. an der Stoßstelle verschweißt oder anderweitig verbunden.
Die 4 zeigt eine Teilschnittansicht einer ersten Variante der Schiebemuffe 1 mit einem äußeren Eingriff 15 für eine Schalteinrichtung, bspw. für eine Schaltgabel o. dgl. (nicht dargestellt). Bei der ersten Variante gemäß 4 ist dieser Eingriff durch einen geschlossenen Ring 15 gebildet, der die Außenmantelfläche 11 des Verzahnungsrings 7 umschließt. Der Ring 15 mit äußerer Ringnut 16 kann insbesondere mit dem Verzahnungsring 7 verpresst sein. Der Ring 15 dient hierbei neben der Führung der Schaltgabel auch zum Verdecken der Prägevertiefungen, die andernfalls zu Funktionsbeeinträchtigungen führen könnten.
Die schematische Darstellung der 5 zeigt eine Teilschnittansicht einer zweiten Variante der Schiebemuffe 1, bei der anstelle eines Rings 15 mit mittlerer Ringnut 16 zwei einzelne, voneinander beabstandete, scheibenförmige Ringe 17 den Verzahnungsring 7 umschließen. Zwischen den voneinander beabstandeten Ringen 17 ist die Ringnut 16 ausgebildet. Auch diese scheibenförmigen Ringe 17 können mit dem Verzahnungsring 7 verpresst sein.
Die 6 zeigt eine weitere Schnittansicht der zweiten Variante der Schiebemuffe gemäß 5. Die Ringe 17 überdecken hierbei die Vertiefungen 10, die durch die Prägungen der erhöhten Zahnquerschnitte gebildet wurden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.

1: Schiebemuffe
2: Innenverzahnung
3: Zahn
4: abgeflachter Querschnitt
5: Zahn
6: erhöhter Querschnitt
7: Verzahnungsring
8: Außenmantel
9: Eingriff
10: Vertiefung
11: Außenmantelfläche
12: Prägestempel
13: Spitze
14: Gegenhaltewerkzeug
15: Eingriff
16: Ringnut
17: Ring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 03/056201 A1 [0005]

Claims

Schiebemuffe (1) einer Synchronisiervorrichtung, insbesondere für ein Schalt-Wechselgetriebe, mit einer Verzahnung (2), bei der mindestens ein Zahn (5) eine von den anderen Zähnen (3) abweichende Kontur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zahn (5) mit der abweichenden Kontur eine zusätzliche Prägung (10) aufweist.
Schiebemuffe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung (10) auf einer den Zähnen (5) abweisenden Fläche (11) der Schiebemuffe (1) aufgebracht ist.
Schiebemuffe nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung (10) an einem Bandmaterial aufgebracht ist.
Schiebemuffe nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Prägung (10) an einem Ring (7) aufgebracht ist.
Schiebemuffe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (1) einen Eingriff (15) an der den Zähnen (3, 5) abgewandten Fläche (8) der Schiebemuffe (1) umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Schiebemuffe (1) gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Herstellen eines Bandstreifens mit Zähnen (3) gleicher Höhe, und – Umformen mindestens eines Zahnes (5) durch Prägung, wobei der mindestens eine Zahn (5) eine von den anderen Zähnen (3) abweichende Kontur erhält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägevorgang mittels eines Gegenhaltewerkzeugs (14), insbesondere mit Hilfe einer Matrize durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Prägen der abweichenden Kontur des mindestens einen Zahnes (5) der Bandstreifen zu einem geschlossenen Ring (7) umgeformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingriff (15) an der den Zähnen (3, 5) abgewandten Fläche (8) des Bandstreifens für ein Schaltelement angebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingriff (15) an der den Zähnen (3, 5) abgewandten Fläche (8) des Rings (7) für ein Schaltelement angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriff (15) für das Schaltelement durch Scheiben (17) und/oder Ringe gebildet wird.