DE102008019247A1

DE102008019247A1 - Gangrad eines Schaltgetriebes

Info

Publication number: DE102008019247A1
Application number: DE200810019247
Authority: DE
Inventors: Friedrich Bretterreich; Franz Dellermann; Gunter Krämer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gangrad (1) eines Schaltgetriebes, das ein Zahnrad (2) und einen Synchroninnenring (3) aufweist, wobei das Zahnrad (2) und der Synchroninnenring (3) miteinander drehfest verbunden sind. Um auch in niedrigen Gangstufen eine zuverlässige Verbindung zwischen Zahnrad und Synchroninnenring auf einfache Weise sicherstellen zu können, sieht die Erfindung vor, dass das Zahnrad (2) einen sich axial erstreckenden Abschnitt (4) aufweist, der mit einer Außenprofilierung (5) versehen ist und dass der Synchroninnenring (3) eine Bohrung aufweist, die mit einer zur Außenprofilierung (5) kongruent ausgebildeten Innenprofilierung (7) versehen ist, wobei die Außenprofilierung (5) und die Innenprofilierung (7) ineinander eingreifend angeordet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Gangrad eines Schaltgetriebes, das ein Zahnrad und einen Synchroninnenring aufweist, wobei das Zahnrad und der Synchroninnenring miteinander drehfest verbunden sind.
Hintergrund der Erfindung
Zum Schalten von Gangrädern in einem Getriebe werden Synchronisiereinrichtungen eingesetzt. Dabei wird bei einer weit verbreiteten Art der Einrichtung eine Anordnung von Synchronringen einem Gangrad zugeordnet. Die Anordnung hat mindestens zwei und häufig drei Synchronringe, nämlich einen Synchron-Innenring, einen Synchron-Außenring und einen dazwischen angeordneten Synchron-Zwischenring. Hiernach werden Einkonussysteme oder Mehrkonussysteme unterschieden. Zweikonussysteme bestehen aus einem Synchronaußenring, einem Synchronzwischenring und einem Synchroninnenring. Drei konussysteme haben neben den genannten Bauteilen zusätzlich noch einen festen Konus am Gangrad.
Die Synchronringe sind längs der Drehachse der Getriebewelle bzw. längs der Drehachse der Synchronringe so ineinander geschoben, dass der Synchron-Außenring den Synchron-Innenring in Umfangsrichtung umfasst. Jeder Synchronring weist mindestens eine Ringfläche auf, mit der während der Synchronisation der Drehzahlen der Getriebewelle mit den Drehzahlen der zu schaltenden Gangräder ein reibschlüssiger Kontakt zu einer weiteren Ringfläche hergestellt wird. Jede der Reibflächen liegt an einem der Synchronringe einer Reibfläche eines anderen Synchronringes gegenüber.
Ein gattungsgemäßes Gangrad ist beispielsweise aus der US 3 678 557 bekannt. Hier ist ein Synchroninnenring mit einer konischen Reibfläche aus Sintermetall hergestellt, der mittels eines Schweißvorgangs mit einem Stahl-Zahnrad verbunden wird.
Bei der Lösung gemäß der DE 39 01 501 A1 ist vorgesehen, dass ein Synchroninnenring mit seiner konischen Reibfläche mittels eines Presssitzes auf einem entsprechenden Absatz des Zahnrades angeordnet ist. Eine ähnliche Lösung zeigt die DE 199 23 621 A1 .
Aus der DE 100 36 088 A1 ist es bekannt, eine drehfeste Verbindung zwischen einem Zahnrad und einem Kupplungsglied so herzustellen, dass am Zahnrad sich axial erstreckende Durchstellungen angeordnet sind, die durch korrespondierende Bohrungen im Kupplungsglied hindurchgreifen und nach Art einer Nietverbindung einen drehfesten Verbund zwischen Zahnrad und Kupplungsglied herstellen.
Nachteilig ist es dabei, dass bei einem Gangrad der in Rede stehenden Bauart insbesondere für die unteren Gänge die drehfeste Verbindung zwischen dem Zahnrad und dem Synchroninnenring einer hohen Belastung ausgesetzt ist. Aufgrund der hohen Massenträgheiten und der relativ großen Drehzahlsprünge kann das Synchronmoment recht groß werden (bis zu mehr als 50 Nm bei PKW-Anwendungen). Um zuverlässig derart hohe Momente übertragen zu können, werden zumeist Mehrkonussysteme eingesetzt, wodurch Nachteile infolge einer großen Anzahl an Einzelteilen entstehen, aus denen sich die Synchronisiereinrichtung zusammensetzt.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gangrad der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass auch beim Einsatz von Einkonussystemen und bei der Verwendung in niedrigen Gängen eine zuverlässige Drehverbindung zwischen Zahnrad und Synchroninnenring sichergestellt ist. Dabei soll die Herstellung des Gangrads in fertigungstechnisch einfacher Weise erfolgen können. Angestrebt wird auch ein möglichst geringer Bauraum. Ferner soll es möglich werden, die gegebenen Toleranzen (Axialspiel, Taumeln und Kippen der Schiebemuffe) zu reduzieren. Schließlich soll eine einfache Montage möglich sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad einen sich axial erstreckenden Abschnitt aufweist, der mit einer Außenprofilierung versehen ist und dass der Synchroninnenring eine Bohrung aufweist, die mit einer zur Außenprofilierung kongruent bzw. komplementär ausgebildeten Innenprofilierung versehen ist, wobei die Außenprofilierung und die Innenprofilierung ineinander eingreifend angeordnet sind.
Die Profilierungen sind bevorzugt als Verzahnungen ausgebildet, wobei sich besonders eine Evolventenverzahnung bewährt hat. Es ist jedoch beispielsweise auch eine Vielkeilverzahnung möglich.
Die axiale Breite des sich axial erstreckenden Abschnitts des Zahnrads ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung im wesentlichen gleich der axialen Breite des Synchroninnenrings.
Es ist aber auch möglich, dass die axiale Breite des sich axial erstreckenden Abschnitts des Zahnrads kleiner ist als die axiale Breite des Synchroninnenrings. Dabei kann vorgesehen sein, dass die axiale Erstreckung der Profilierung im Synchroninnenring kleiner ist als die axiale Breite des Synchroninnenrings. Der Synchroninnenring kann dabei an seinem vom Zahnrad abgewandten axialen Endbereich einen sich radial nach innen erstreckenden Ringabschnitt aufweisen.
Der Synchroninnenring hat in der Regel eine konische radial nach außen weisende Oberfläche. Diese kann mit einer Keramikschicht versehen sein. Bei dieser handelt es sich bevorzugt um eine Titandioxidschicht (TiO₂). Die Oberfläche oder eine mit ihr zusammenwirkende Gegenfläche kann ferner nitriert sein.
Am Zahnrad ist zumeist eine Klauenanordnung zum Zusammenwirken mit einem Synchronaußenring angeordnet.
Die Erfindung stellt also auf den Gedanken ab, dass zur Realisierung insbesondere eines Einkonus-Synchronisationssystems der gangradseitige Reibkonus als separates Bauteil hergestellt wird und dann mittels einer Verzahnung (bevorzugt Steck- oder Evolventenverzahnung) mit dem Zahnrad verbunden wird.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung eines Gangrads in einer Synchronisiereinrichtung kann in allen Gangstufen – und insbesondere in den niedrigen Gängen (1. und 2. Gang) – eine sichere Drehverbindung zwischen Zahnrad und Synchroninnenring gewährleistet werden. Die Herstellung der benötigten Teile kann durch spanloses Ziehen, durch Fließpressen und/oder durch Rollieren in bekannter und kostengünstiger Weise erfolgen. Damit kann im gegebe nen Falle auch die Toleranz reduziert und so ein präziserer Einsatz der jeweiligen Bauteile erreicht werden.
Wenngleich der Erfindungsvorschlag sich insbesondere beim Einsatz in Einkonussystemen bewährt hat, kann er grundsätzlich auch in Mehrkonussystemen eingesetzt werden.
Es ist damit eine Kostenreduzierung durch die Minimierung der Zahl der für die Synchronisiereinrichtung benötigten Bauteile möglich.
Der benötigte Bauraum ist insbesondere bei Einkonussystemen in vorteilhafter Weise sehr gering.
Sehr vorteilhaft ist auch der Einsatz von Titandioxid (TiO₂) als Reibschicht bei gleichzeitigem Nitrieren des Gegenkörpers. Die Möglichkeit des Beschichtens mit Titandioxid besteht sowohl für den Synchronaußenring als auch für den beschriebenen Synchroninnenring.
Bei der Auslegung von Ölnuten ist darauf zu achten, dass diese Nuten stets in das beschichtete Teil eingebracht werden, um ein Abschaben der Schicht durch scharfe Kanten auszuschließen. Die Ausformung von Ölnuten ist insbesondere in den Reibkonus beim Rohling möglich.
Sofern eine breitere Reibfläche, d. h. eine größere axiale Erstreckung, benötigt wird, kann – wie oben beschrieben – ein verlängerter Reibkonus bei nicht durchgängiger Innenprofilierung eingesetzt werden. Zur Erhöhung der radialen Steifigkeit des Synchroninnenrings kann im vorderen Bereich ein Materialüberstand ausgeführt werden.
Von Vorteil ist ferner, dass ein einziger Hersteller des Synchronisiersystems in verbesserter Weise auf die komplette Auslegung und Herstellung des Systems Einfluss hat, d. h. sowohl insbesondere die mechanische Fertigung als auch die Wärmebehandlung des Synchroninnenrings kann durch einen Hersteller verantwortet werden.
Die Erfindung kann bei manuellen und bei automatischen Schaltgetrieben zum Einsatz kommen.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 einen Radialschnitt durch ein Gangrad (Losrad) eines Getriebes mit einem Zahnrad und einem noch nicht montierten Synchroninnenring, der auf einen Sitzabschnitt des Zahnrads aufzuschieben ist,
2 eine zu 1 alternative Ausführungsform der Erfindung und
3 einen Ausschnitt des Sitzabschnitts des Zahnrads und des Synchroninnenrings im montierten Zustand, gesehen in Richtung „B” gemäß 1.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist im Radialschnitt ein Gangrad 1 eines Schaltgetriebes zu sehen, das auf einer nicht dargestellten Welle wahlweise drehbar angeordnet oder drehfest gelegt sein kann. Das Gangrad weist ein Zahnrad 2 mit einer Außenstirnverzahnung 11 auf, das mit einem (nicht dargestellten) Gegenzahnrad in bekannter Weise kämmen kann. Ferner weist das Gangrad 1 in seinem rechten axialen Endbereich einen am Zahnrad 2 drehfest gelegten Synchroninnenring 3 auf, der in 1 allerdings im noch nicht montierten Zustand dargestellt ist. Damit das Gangrad 1 drehfest gelegt werden kann, weist das Zahnrad 2 eine Klauenanordnung 10 auf, die als solche bekannt ist und zum Zusammenwirken mit einem (nicht dargestellten) Synchronaußenring ausgelegt ist.
Der Synchroninnenring 3 weist eine konische Oberfläche 8 auf, die in bekannter Weise mit einem (nicht dargestellten) Synchronaußenring zusammenwirkt.
Zur drehfesten Aufnahme des Synchroninnenrings 3 auf dem Zahnrad 2 weist letzteres einen axialen Abschnitt 4 mit im wesentlichen zylindrischer Gestalt auf. Dieser Abschnitt 4 erstreckt sich über eine Breite b.
Der Synchroninnenring 3 weist eine Bohrung 6 mit im wesentlichen zylindrischer Form auf.
Auf dem Außenumfang des Abschnitts 4 ist eine Außenprofilierung 5 in Form einer Verzahnung eingearbeitet, wie es aus 3 ersichtlich ist. Auch die Bohrung 6 des Synchroninnenrings 3 weist eine kongruente, d. h. komplementär ausgeformte Innenverzahnung 7 auf.
Die beiden Verzahnungen 5 und 7 ergänzen sich gegenseitig, so dass – wenn der Synchroninnenring 3 in Pfeilrichtung (s. 1) auf den Abschnitt 4 axial aufgeschoben wird – ein drehfester Verbund zwischen Zahnrad 2 und Synchroninnenring 3 hergestellt wird. Die beiden kongruenten Verzahnungen 5, 7 können mit Presspassung ausgeführt werden, so dass nicht nur ein fester drehfester Verbund zwischen den Teilen 2 und 3 vorliegt, sondern auch ein guter Seibstzentriereffekt der beiden Teile.
Bei der Lösung gemäß 1 weist der Synchroninnenring 3 mit einer Breite B im wesentlichen dieselbe axiale Erstreckung auf, wie der axiale Abschnitt 4, der die Breite b hat.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist dies anders: Hier ist in einem Abschnitt der Bohrung 6 die Innenprofilierung 7 eingearbeitet, allerdings erstreckt sich diese nur über einen axialen Bereich v, der geringer ist als die Breite B des Synchroninnenrings 3. Der Bereich v ist jedoch immer noch etwas größer als die Breite b des axialen Abschnitts 4. Im rechten axialen Endbereich wird der Synchroninnenring 3 durch einen Ringabschnitt 9 verstärkt, der sich radial nach innen erstreckt.
Bei der dargestellten Lösung wird immer eine Gegenverzahnung für den Synchroninnenring 3 mit ausgeführt. Die Verzahnung kann direkt im Zahnrad 2 (wie dargestellt) oder auch in einem Synchronkupplungskörper ausgebildet werden.
Im Gegensatz zu vorbekannten Lösungen mit in das Zahnrad eingehängten Mitnehmern des Synchroninnenrings steigt bei der vorgeschlagenen Lösung das maximal mögliche übertragbare Drehmoment erheblich an.
Insgesamt wird es möglich, eine verbesserte Funktion bei gleichzeitig günstigerer Herstellung zu erzielen. Das Härten des Synchroninnenrings kann unabhängig von der Wärmebehandlung des Zahnrads erfolgen.

1: Gangrad
2: Zahnrad
3: Synchroninnenring
4: axialer Abschnitt
5: Außenprofilierung
6: Bohrung
7: Innenprofilierung
8: konische Oberfläche
9: Ringabschnitt
10: Klauenanordnung
11: Außenstirnverzahnung
b: Breite des axialen Abschnitts
B: Breite des Synchroninnenrings
v: axiale Erstreckung der Profilierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 3678557 [0004]
- DE 3901501 A1 [0005]
- DE 19923621 A1 [0005]
- DE 10036088 A1 [0006]

Claims

Gangrad (1) eines Schaltgetriebes, das ein Zahnrad (2) und einen Synchroninnenring (3) aufweist, wobei das Zahnrad (2) und der Synchroninnenring (3) miteinander drehfest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (2) einen sich axial erstreckenden Abschnitt (4) aufweist, der mit einer Außenprofilierung (5) versehen ist und dass der Synchroninnenring (3) eine Bohrung (6) aufweist, die mit einer zur Außenprofilierung (5) kongruent ausgebildeten Innenprofilierung (7) versehen ist, wobei die Außenprofilierung (5) und die Innenprofilierung (7) ineinander eingreifend angeordnet sind.
Gangrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen (5, 7) als Verzahnungen ausgebildet sind.
Gangrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung eine Evolventenverzahnung ist.
Gangrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung eine Vielkeilverzahnung ist.
Gangrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite (b) des sich axial erstreckenden Abschnitts (4) des Zahnrads (2) im wesentlichen gleich der axialen Breite (B) des Synchroninnenrings (3) ist.
Gangrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Breite (b) des sich axial erstreckenden Abschnitts (4) des Zahnrads (2) kleiner ist als die axialen Breite (B) des Synchroninnenrings (3).
Gangrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung (v) der Profilierung (7) im Synchroninnenring (3) kleiner ist als die axialen Breite (B) des Synchroninnenrings (3).
Gangrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchroninnenring (3) an seinem vom Zahnrad (2) abgewandten axialen Endbereich einen sich radial nach innen erstreckenden Ringabschnitt (9) aufweist.
Gangrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchroninnenring (3) eine konische radial nach außen weisende Oberfläche (8) aufweist.
Gangrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) mit einer Keramikschicht versehen ist.
Gangrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht eine Titandioxidschicht (TiO₂) ist.
Gangrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (8) nitriert ist.
Gangrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Zahnrad (2) eine Klauenanordnung (10) zum Zusammenwirken mit einem Synchronaußenring angeordnet ist.