DE102009043367A1

DE102009043367A1 - Anordnung eines Zahnrades und eines Kupplungskörpers zur Übertragung einer Drehbewegung

Info

Publication number: DE102009043367A1
Application number: DE102009043367A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Zeller; Wolfgang Schiemenz; Rolf Schwarze
Original assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Current assignee: GKN Sinter Metals Holding GmbH
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-07
Also published as: EP2483576A1; JP2013506101A; US20120210813A1; CN102648364A; WO2011038790A1; IN2012DN03048A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung 2, umfassend: ein Zahnrad 4 und einen Kupplungskörper 6, der mit dem Zahnrad 4 zur Übertragung einer Drehbewegung formschlüssig verbunden ist. Das Zahnrad 4 und der Kupplungskörper 6 weisen dabei an einander zugewandten Stirnseiten 16, 28 je eine Geometrie G, Gauf, die in Verbindung mit der Geometrie des jeweils anderen Körpers eine formschlüssige Verbindung bildet. Das Zahnrad 4 und der Kupplungskörper 6 sind dabei als sintertechnisch hergestellte Bauteile ausgebildet, in welche die jeweiligen stirnseitigen Geometrien G, Geingepresst sind, durch welche das Zahnrad 4 und der Kupplungskörper 6 zueinander positioniert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Zahnrades und eines Kupplungskörpers zur Übertragung einer Drehbewegung und eines damit einhergehenden Drehmoments, wobei die Anordnung insbesondere in einem Schaltgetriebe für ein Fahrzeug Verwendung findet. Bei dem Fahrzeug kann es sich dabei um ein Landfahrzeug, Luftfahrzeug, Wasserfahrzeug oder eine Kombination davon handeln.
Derartige Anordnungen sind nach dem Stand der Technik, insbesondere in dem Bereich von Fahrzeugschaltgetrieben, vorzugsweise in der Gestalt einer formschlüssigen Verbindung ausgeführt, wobei ein Kupplungskörper eine Ausnehmung mit einer umlaufenden Innenverzahnung aufweisen kann, in welche ein buchsenförmiger Abschnitt beziehungsweise Bundabschnitt eines Zahnrades beziehungsweise Gangrades mit einer umlaufenden Außenverzahnung eingesetzt sein kann. Dabei können diese beiden Paarungskörper zusätzlich oder alternativ dazu auch miteinander verschweißt sein, etwa mittels eines punktuell eingesetzten Schmelzschweißverfahrens oder einer zumindest bereichsweise durchgehenden Verschweißung, etwa in einer Umfangsrichtung der Anordnung, um eine Relativbewegung zwischen diesen beiden Paarungskörpern zu unterbinden. Diese beiden Paarungskörper und deren jeweilige die formschlüssige Verbindung bildenden Geometrien werden dabei als solche durch eine spanabhebende Bearbeitung aus je einem Rohling hergestellt. Zur Verschweißung müssen die beiden Paarungskörper spanend nachbearbeitet werden, um eine genaue Positionierung sicherzustellen. Im zuvor genannten Ausführungsbeispiel müssten demnach die Außenverzahnung des Zahnrades und die Innenverzahnung des Kupplungskörpers bearbeitet werden.
Ferner werden diese beiden Paarungskörper auch gehärtet. Die Härtung kann dabei an den Einzelteilen oder aber im zusammengebauten Zustand der Einzelteile erfolgen. Die Härtung an sich führt auch zu ungewollten maßlichen Verzügen, die im Zuge einer spanabhebenden Nachbearbeitung beseitigt werden müssen, um eine möglichst genaue Positionierung sicherstellen zu können.
Damit diese beiden Paarungskörper untereinander zentrierend wirken und dadurch eine entsprechend hohe Positionsgenauigkeit sicherstellen können, bedarf es ebenfalls einer spanendenbeziehungsweise Nachbearbeitung der den Formschluss bildenden zugeordneten Geometrien beziehungsweise Elemente.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung derartiger Anordnungen zu vereinfachen und zu verbessern. Darüber hinaus besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren und eine Verwendung bereitzustellen, mit denen eine passgenaue Herstellung von zu fügenden Teilen ermöglicht wird, die mit einem Drehmoment beaufschlagt sind.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind Gegenstand von bevorzugten Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung. In der nachfolgenden Beschreibung werden ferner weitere vorteilhafte Merkmale angegeben, die Gegenstand weiterer Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung sein können. Diese weiteren Merkmale können dabei untereinander und/oder mit den Merkmalen der Anspruchsfassung kombiniert werden.
Es wird eine Anordnung eines Zahnrades und eines Kupplungskörpers vorgeschlagen, wobei der Kupplungskörper mit dem Zahnrad zur Übertragung einer Drehbewegung formschlüssig verbunden ist. Das Zahnrad und der Kupplungskörper weisen dabei an einander zugewandten Stirnseiten je eine Geometrie auf, die in Verbindung mit der Geometrie des jeweils anderen Körpers eine formschlüssige Verbindung, insbesondere eine Steckverbindung, bildet. Als Steckverbindung ist hierbei eine formschlüssige Verbindung bezeichenbar, die aus mindestens einer in einem ersten Fügeteil enthaltenen Vertiefung und mindestens einer in einem zweiten Fügeteil enthaltenen zur Vertiefung komplementären Erhöhung gebildet ist. Dabei sind das Zahnrad und der Kupplungskörper als sintertechnisch hergestellte Bauteile ausgebildet, in welche die jeweiligen stirnseitigen Geometrien eingeformt und/oder eingepresst sind, durch welche das Zahnrad und der Kupplungskörper zueinander positionierbar sind.
Bei einer sintertechnischen Herstellung dieser beiden Paarungskörper wird jeweils ein pulverförmiger Stoff zu einem zu sinternden Pressling, auch Grünling genannt, verpresst. Beim Sintern erlangt dann der Pressling seine endgültige Festigkeit, indem der verpresste pulverförmige Stoff oder Pressling oder Grünling beim Durchlaufen eines Sinterofens durch Diffusions- und Rekristallisationsvorgänge ein zusammenhängendes Kristallgefüge bildet. Der Prozess des Sinterns ist allgemein bekannt und wird hier nicht näher erläutert. Als Sinterwerkstoffe werden bevorzugt, aber nicht ausschließlich metallische Werkstoffe eingesetzt. Besonders bevorzugte Werkstoffe sind Legierungen auf Eisen-Basis. Als metallische Werkstoffe können die Werkstoffe zum Einsatz kommen, die eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Bevorzugt werden Werkstoffe eingesetzt, die als Zahnradwerkstoffe üblich sind und in diesem Sinne eine sichere Drehmomentübertragung mittels der Anordnung in einem Getriebe ermöglichen.
Vorteilhaft an dieser vorgeschlagenen Anordnung ist, dass die den Formschluss bildenden stirnseitigen Geometrien keiner spanenden Nachbearbeitung bedürfen. Dieser Umstand spart vorteilhafterweise Zeit und Geld ein. Dieser Umstand bedingt ferner vorteilhafterweise eine Vereinfachung einer Herstellung der beiden Paarungskörper. Darüber hinaus sind dabei diese Geometrien vorteilhafterweise derart aufeinander abstimmbar, dass ein entsprechender durch eine Härtung bedingter ungewollter maßlicher Verzug der Geometrien während der sintertechnischen Herstellung vorgehalten werden kann, so dass als ein Vorteil die Nacharbeitung der Geometrien entfällt. Vorteilhaft an den stirnseitigen Geometrien ist außerdem, dass sie eine beträchtliche Freiheit im Hinblick auf eine geometrische Ausgestaltung einräumen.
Hierbei sei darauf hingewiesen, dass der Begriff ”formschlüssige Verbindung” deshalb gewählt wurde, weil jegliche Art der formschlüssigen Verbindung zwischen den Fügepartnern möglich ist. Wichtig für die Ausgestaltung der formschlüssigen Verbindung ist hierbei, dass mittels der formschlüssigen Verbindung eine Übertragung eines Drehmoments ermöglicht und/oder unterstützt wird. In einem Ausführungsbeispiel dienen als Fügepartner ein Zahnrad und ein Kupplungskörper in einem Getriebe. Vorstellbar ist es hierbei, dass die zu fügenden Bauteile mittels der formschlüssigen Verbindung derart fügbar sind, dass deren Mittelachsen ineinander fallen, so dass alleine aufgrund des Formschlusses eine Kraft- und/oder Momentenübertragung möglich ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen diese Geometrien der beiden Paarungskörper je eine Ausrichtung auf zumindest eine zugeordnete Längsachse auf, so dass die Paarungskörper untereinander vorteilhafterweise zentrierend wirken. Als Längsachse ist hierbei zum Beispiel eine Mittelachse oder eine Mittellinie oder bei rotationssymmetrischen Teilen eine Symmetrie- und/oder Mittelachse bezeichenbar. Bevorzugt werden als zu fügende Bauteile im Getriebe rotationssymmetrische Bauteile eingesetzt. Zusätzlich dazu können das Zahnrad und der Kupplungskörper koaxial zueinander angeordnet sein und zumindest eine gemeinsame Längsachse bilden, wobei deren Längsachsen ineinander fallen, so dass ein gemeinsamer Drehmittelpunkt oder eine gemeinsame Drehachse durch die Längsachse gebildet ist. Diese gemeinsame Längsachse kann dabei beispielsweise zumindest die Mittelachse der vorgeschlagenen Anordnung sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die eine Steckverbindung bildenden Geometrien derart ausgestaltet, dass vorzugsweise zumindest die Geometrie des Zahnrades mit einer Vielzahl von Vertiefungen versehen ist, in die je ein Vorsprung oder eine Erhöhung der Geometrie des Kupplungskörpers eingreift. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch der Kupplungskörper mit einer Vielzahl von Vertiefungen versehen sein, in die je ein komplementär ausgebildeter Vorsprung des Zahnrades eingreift.
Die Steckverbindung ist dabei in einer bevorzugten Ausführungsform vorzugsweise in der Gestalt einer Steckverzahnung ausgebildet, wobei vorzugsweise das Zahnrad an einer Stirnseite vorzugsweise in einem Bereich zwischen einem Fußkreisdurchmesser und einem buchsenförmigen Abschnitt eine Vielzahl von Vertiefungen in Umfangsrichtung aufweist, die durch einzelne Stegabschnitte von einander beabstandet sind, wobei sich die einzelnen Stegabschnitte vorzugsweise von einem umlaufenden Ansatz bis zu dem buchsenförmigen Abschnitt erstrecken. Die Stegabschnitte sind dabei vorzugsweise gleichmäßig von einander beabstandet. Der Kupplungskörper hingegen weist dabei an einer dem Zahnrad zugeordneten Stirnseite eine Vielzahl von Zahnelementen auf, die in Umfangsrichtung angeordnet sind und sich jeweils von der Stirnseite bis in eine der Vertiefungen des Zahnrades erstrecken. Diese Zahnelemente korrespondieren dabei in ihrer geometrischen Ausgestaltung zu den Vertiefungen des Kupplungskörpers, so dass das Zahnrad und der Kupplungskörper spielfrei fügbar sind. Diese Vertiefungen sind dabei auf eine dem Zahnrad zugeordnete Längsachse ausgerichtet, wohingegen die Zahnelemente auf eine dem Kupplungskörper zugeordnete Längsachse ausgerichtet sind, so dass das Zahnrad und der Kupplungskörper untereinander vorteilhafterweise zentrierend wirken.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch der Kupplungskörper mit einer Vielzahl von Vertiefungen, beispielsweise in analoger Weise in Umfangsrichtung versehen sein, in die je ein korrespondierend ausgebildeter Zahn und/oder ein andersartig ausgebildeter Vorsprung des Zahnrades eingreift.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind das Zahnrad und der Kupplungskörper zusätzlich stoffschlüssig miteinander verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung ist dabei zumindest punktuell ausgebildet. Eine solch punktuell stoffschlüssige Verbindung hat den Vorteil, dass der ihr zugrunde liegende Aufwand zu ihrer Herstellung minimal ist. Darüber hinaus bietet eine punktuelle stoffschlüssige Verbindung wie beispielsweise ein punktuelles Schmelzschweißverfahren den Vorteil einer minimalen Wärmeeinbringung in die zu fügenden Bauteile. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die stoffschlüssige Verbindung auch zumindest bereichsweise, beispielsweise in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet sein. Zur stoffschlüssigen Verbindung kann dabei das Zahnrad mit dem Kupplungskörper verschweißt und/oder verlötet und/oder verklebt sein.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind das Zahnrad und der Kupplungskörper zusätzlich gegeneinander verstemmt, so dass eine Relativbewegung, vorzugsweise in Längsrichtung der beiden Paarungskörper, zwischen dem Zahnrad und dem Kupplungskörper vorteilhafterweise unterbleibt. Ein Verstemmen bietet den Vorteil einer sicheren Drehmomentübertragung, da die Paarungskörper oder Fügeteile unlösbar miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise ragt dabei der buchsenförmige Abschnitt beziehungsweise Bundabschnitt des Zahnrades durch eine korrespondierende Ausnehmung des Kupplungskörpers hindurch, wobei der buchsenförmige Abschnitt stirnseitig zum Zwecke der Verstemmung zumindest punktuell verstemmt, vorzugsweise anrolliert ist. Ein dadurch bedingter Wulst gewährleistet eine physikalische Verbindung zwischen dem Zahnrad und dem Kupplungskörper, wobei die Verbindung eine Positionierung des Zahnrades relativ zu dem Kupplungskörper in Längsrichtung der Anordnung ermöglicht.
Es wird ferner eine Verwendung einer Anordnung aus einem Zahnrad und einem Kupplungskörper nach der zuvor beschriebenen Art für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Fahrzeug als ein Landfahrzeug, Luftfahrzeug, Wasserfahrzeug oder eine Kombination davon ausgebildet sein kann. Dabei kann das Schaltgetriebe als ein konventionelles Handschaltgetriebe oder vorzugsweise als ein automatisiertes Schaltgetriebe ausgebildet sein.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eingehend erläutert. Die aus den Zeichnungen und aus den zugehörigen Beschreibungen hervorgehenden Merkmale beschränken sich dabei nicht auf die jeweiligen Ausführungsbeispiele. Auch sind diese Merkmale nicht beschränkend auszulegen. Vielmehr dienen diese Merkmale der Veranschaulichung einer beispielhaften Umsetzung. Darüber hinaus sind die einzelnen Merkmale im Hinblick auf mögliche weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung untereinander sowie mit den Merkmalen aus der obigen Beschreibung kombinierbar, wobei diese weiteren Ausgestaltungen und Weiterbildungen im einzelnen nicht dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Darstellung einer vorgeschlagenen Anordnung eines Zahnrades und eines Kupplungskörpers und eine Querschnittsdarstellung der Anordnung entlang einer Schnittlinie B-B,
2 eine zweidimensionale Darstellung des in der 1 abgebildeten Zahnrades und eine Querschnittsdarstellung des Zahnrades entlang einer Schnittlinie C-C;
3 eine zweidimensionale Darstellung des in der 1 abgebildeten Kupplungskörpers und eine Querschnittsdarstellung des Kupplungskörpers entlang der Schnittlinie D-D,
4 das Zahnrad in einer dreidimensionalen Darstellung, in einer Ansicht, die die mit dem Kupplungskörper zu fügende Seite zeigt,
5 den Kupplungskörper in einer dreidimensionalen Darstellung, in einer Ansicht, die die mit dem Zahnrad zu fügende Seite zeigt,
6 den Kupplungskörper in einer dreidimensionalen Darstellung, in einer Ansicht, die die vom Zahnrad abgewandte Seite zeigt
7 eine weitere Ausführungsform eines Kupplungskörpers in einer dreidimensionalen Darstellung in einer Ansicht, die die mit dem Zahnrad zu fügende Seite zeigt,
8 den Kupplungskörper gemäß 7 in einer dreidimensionalen Darstellung in einer Ansicht, die die vom Zahnrad abgewandte Seite zeigt, und
9 ein Zahnrad in einer dreidimensionalen Darstellung in einer Ansicht, die die mit dem Kupplungskörper gemäß den 7 und 8 zu fügende Seite zeigt.
Gleiche Bezugszeichen beziehen sich nachfolgend auf gleiche oder gleichartige Bauteile.
Die in der 1 dargestellte Anordnung 1 umfasst ein Zahnrad 2 als Stirnrad mit einer bevorzugten Schrägverzahnung und einen Kupplungskörper 3, der mit dem Zahnrad 2 zur Übertragung einer Drehbewegung formschlüssig verbunden ist und dabei eine Steckverbindung bildet. Die Steckverbindung ist vorzugsweise in der Gestalt einer Steckverzahnung ausgebildet. Das Zahnrad 2 und der Kupplungskörper 3 weisen dabei an einander zugewandten Stirnseiten 4, 5 je eine Geometrie G_Z, G_K (siehe 2 und 3) auf, die in Verbindung mit der Geometrie G_Z, G_K des jeweils anderen Körpers 2, 3 die Steckverzahnung bildet. Das Zahnrad 2 und der Kupplungskörper 3 sind dabei als sintertechnisch hergestellte und jeweils vorzugsweise einteilige Bauteile 2, 3 ausgebildet, in welche die jeweiligen stirnseitigen Geometrien G_Z, G_K eingepresst und/oder eingeformt sind, durch welche das Zahnrad 2 und der Kupplungskörper 3 zueinander positionierbar sind. Alternativ dazu kann es sich bei dem Zahnrad 2 und dem Kupplungskörper 3 auch um jeweils ein zumindest aus zwei Teilen zusammengefügtes Bauteil handeln. Die Ausbildung als Sinterbauteil begründet eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik, die darin begründet liegt, dass eine spanende Bearbeitung zur Herstellung der die Steckverzahnung bildenden Geometrien G_Z, G_K vorteilhafterweise entfällt.
Bei einer sintertechnischen Herstellung der beiden Paarungskörper 2, 3 wird jeweils ein pulverförmiger Stoff zu einem zu sinternden Pressling, auch Grünling genannt, verpresst. Beim Sintern erlangt dann der Pressling seine endgültige Festigkeit, indem der verpresste pulverförmige Stoff beziehungsweise Pressling oder Grünling beim Durchlaufen eines Sinterofens durch vornehmlich Diffusions-, aber auch Rekristallisationsvorgänge ein zusammenhängendes Kristallgefüge bildet. Unter der besagten sintertechnischen Herstellung soll ferner neben einer konventionellen Sintertechnik auch eine Sinterschmiedetechnik verstanden werden, die einen zur konventionellen Sintertechnik untergeordneten Gedanken darstellen soll, um Sinterbauteile 2, 3 mit einer höheren Dichte und Festigkeit bereitzustellen.
2 zeigt eine Ansicht auf ein Zahnrad 2 und einen Schnitt durch das Zahnrad 2 entlang der Linie C-C. Die obere Darstellung in der 2 zeigt eine Ansicht auf das Zahnrad 2, die die mit dem Kupplungskörper 3 zu fügende Stirnseite 4 zeigt. Vorzugsweise weist das Zahnrad 2 an einer Stirnseite 4 in einem Bereich zwischen vorzugsweise einem Fußkreisdurchmesser D_FK (siehe 9) und einem buchsenförmigen Abschnitt beziehungsweise Bundabschnitt 6 eine Vielzahl von Vertiefungen 7 in Umfangsrichtung auf, die durch einzelne Stegabschnitte 8 von einander beabstandet sind. Diese einzelnen Stegabschnitte 8 sind dabei vorzugsweise gleichmäßig von einander beabstandet und erstrecken sich vorzugsweise von einem umlaufenden Ansatz 9 bis zu dem buchsenförmigen Abschnitt 6, wobei der umlaufende Ansatz 9 auf einen Durchmesser liegt, der größer ist als ein äußerer Durchmesser des Bundabschnitts 6 und kleiner ist als der Fußkreisdurchmesser D_FK des Zahnrads 2.
3 zeigt eine Ansicht auf eine bevorzugte Ausführungsform des Kupplungskörpers 3 und einen Schnitt durch den Kupplungskörper 3 entlang der Linie D-D. Die obere Darstellung in der 3 zeigt eine Ansicht auf den Kupplungskörper 3, die die mit dem Zahnrad 2 zu fügende Stirnseite 5 zeigt. Der Kupplungskörper 3 hingegen weist vorzugsweise an einer dem Zahnrad 2 zugeordneten Stirnseite 5 eine Vielzahl von Zahnelementen 10 auf, die in Umfangsrichtung angeordnet sind und sich jeweils von der Stirnseite 5 bis in eine der Vertiefungen 7 erstrecken, zu denen sie in ihrer geometrischen Ausgestaltung korrespondieren. Dabei sind die Vertiefungen 7 vorzugsweise auf eine dem Zahnrad 2 zugeordnete Längsachse 11 ausgerichtet, wohingegen die Zahnelemente 10 vorzugsweise auf eine dem Kupplungskörper 3 zugeordnete Längsachse 12 ausgerichtet sind. Sowohl bei der Längsachse 11 als auch bei der Längsachse 12 handelt es sich jeweils um eine zugeordnete Mittelachse, wobei diese beiden Mittelachsen 11, 12 vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind und dabei eine gemeinsame Längsachse 13 der Anordnung 1 bilden.
Zusätzlich zu dieser formschlüssigen Verbindung können das Zahnrad 2 und der Kupplungskörper 3 auch stoffschlüssig miteinander verbunden sein, indem das Zahnrad 2 mit dem Kupplungskörper 3 verschweißt und/oder verlötet und/oder verklebt wird, um eine Relativbewegung zwischen den beiden Paarungskörpern 2, 3 zu unterbinden. Dabei ist die stoffschlüssige Verbindung vorzugsweise zumindest punktuell ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine derartige stoffschlüssige Verbindung auch zumindest bereichsweise durchgehend, beispielsweise in Umfangsrichtung ausgebildet sein.
Ferner können alternativ oder zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung das Zahnrad 2 und der Kupplungskörper 3 auch gegeneinander verstemmt sein. Dabei ragt vorzugsweise der buchsenförmige Abschnitt 6 des Zahnrades 2 durch eine korrespondierende Ausnehmung 14 des Kupplungskörpers 3 hindurch, wobei der buchsenförmige Abschnitt 6 zumindest punktuell anrolliert ist, so dass ein durch eine plastische Verformung des buchsenförmigen Abschnitts 6 erzeugter Wulst eine physikalische Verbindung zwischen dem Zahnrad 2 und dem Kupplungskörper 3 gewährleistet, der eine Relativbewegung zwischen den beiden Fügeteilen 2, 3 unterbindet.
Diese vorgeschlagene Anordnung 1 findet dabei vorzugweise als Bestandteil einer so genannten Sperr- und Synchronisationseinrichtung in einem Schaltgetriebe für ein Fahrzeug Verwendung, wobei mit der Sperr- und Synchronisationseinrichtung ein Gang leicht und geräuschlos geschaltet werden kann, sofern eine Schaltmuffe und der Kupplungskörper 3, der zur Schaltung eines entsprechenden Gangs mit der Schaltmuffe über seine Verzahnung beziehungsweise Schaltverzahnung 15 formschlüssig zusammen wirkt, eine gleiche Drehzahl aufweisen. In die in dem Kupplungskörper 3 ausgeformten vorzugsweise rechteckförmigen Aussparungen 16, die in Umfangrichtung des Kupplungskörpers 3 vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandet sind, greift ein so genannter Zwischensynchronring ein. Dieser Zwischensynchronring umfasst dabei eine der Anzahl der Aussparungen 16 entsprechende Anzahl an so genannten Fußlaschen, die in die Aussparungen 16 eingreifen. Ein grundsätzlicher Aufbau und eine grundsätzliche Wirkungsweise einer derartigen Sperr- und Synchronisationseinrichtung geht aus der Literatur hervor. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf das Fachkundebuch für Kraftfahrzeugtechnik der Europa-Fachbuchreihe (25. Auflage) verwiesen (vgl. S. 372) oder aber auf das kraftfahrzeugtechnische Taschenbuch von Bosch (23. Auflage), deren jeweilige Beschreibungen zu der Sperr- und Synchronisationseinrichtung hiermit zum Offenbarungsgehalt der Erfindung gemacht werden. Bei dem Schaltgetriebe kann es sich dabei vorzugsweise auch um ein automatisiertes Schaltgetriebe handeln.
In der 4 ist eine dreidimensionale Darstellung eines Zahnrads 2 dargestellt. Das Zahnrad besitzt eine Bohrung 17, durch welche das Zahnrad 2 auf einer Welle oder Achse positionierbar ist. Am Außenumfang besitzt das Zahnrad 2 eine Verzahnung 18 in Form eines Stirnrads mit einer Schrägverzahnung. Über die Verzahnung 18 ist ein Drehmoment oder eine Kraft aufnehmbar oder übertragbar. Das Zahnrad 2 ist in der dargestellten Ausführungsform als einstückiges Sinterteil ausgebildet. Das Sinterteil 2 wird dabei während der Herstellung derart genau geformt, gepresst und gesintert, dass auf eine Nachbearbeitung verzichtet werden kann oder die Nachbearbeitung zumindest minimiert ist.
Als Mittel zur axialen Kraftübertragung sind in das Zahnrad 2 Vertiefungen 7 eingeformt, die in ihrer Form einer Negativform von Zahnelementen entsprechen. Die Vertiefungen 7 sind umlaufend am Bundabschnitt 6 auf einem einheitlichen Durchmesser in das Zahnrad 2 eingebracht. Die Vertiefungen 7 sind Teil der formschlüssigen Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments der Anordnung aus Kupplungskörper 3 und Zahnrad 2. Die Einformungen 8 in das Zahnrad 2 bilden Vertiefungen 7 in der Stirnfläche 4. Der Bundabschnitt 6 besitzt einen äußeren Durchmesser D_A, der mit der Ausnehmung 14 im Kupplungskörper 3 korrespondiert, wobei der Bundsteg 6 in die Ausnehmung 14 einfügbar ist. Beim Fügen des Zahnrads 2 und des Kupplungskörpers 3 wird die Ausnehmung 14 über den Bundsteg 6 geschoben. Das Verschieben erfolgt so weit, bis die Zahnelemente 10 in den Vertiefungen 7 zum Anliegen kommen. Durch das Anliegen der Zahnelemente 10 in den Vertiefungen 7 des Zahnrads 2 wird eine formschlüssige Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments hergestellt. Wird beispielsweise über die Schrägverzahnung 18 ein Drehmoment in das Zahnrad 2 eingeleitet und sitzt der Kupplungskörper 3 formschlüssig auf dem Zahnrad 2, so ist das Drehmoment mittels der Schaltverzahnung 15 ableitbar.
Die 6 zeigt den Kupplungskörper 3 in einer dreidimensionalen Ansicht und in einer Ansicht, die die vom Zahnrad 2 abgewandte Seite 19 zeigt. Durch ein Aufschieben des Kupplungskörpers 3 auf den Bundsteg 6 und ein Fügen der Zahnelemente 10 in die Vertiefungen 7 werden das Zahnrad 2 und der Kupplungskörper 3 derart zueinander ausgerichtet, dass die Mittelachsen 11, 12 des Zahnrads 2 und des Kupplungskörpers 3 ineinander fallen und eine Mittelachse 13 der Anordnung 1 bilden.
In der 7 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung und insbesondere eine andere Geometrie G_K eines Kupplungskörpers 20 dargestellt. Die Ansicht zeigt eine dreidimensionale Darstellung in einer Ansicht, die die mit dem Zahnrad 21 zu fügende Stirnseite 22 zeigt. Der Kupplungskörper 20 ist bis auf die Ausbildung der Geometrie G_K identisch mit dem Kupplungskörper 3. Die Erhöhungen 23 auf der Stirnfläche 22 des Kupplungskörpers 20 bilden im Gegensatz zum Kupplungskörper 3 keine Zahnform, sondern sind wellenförmig ausgebildet. Die Erhöhungen 23 sind auf einem gleichen Durchmesser und regelmäßig um die Ausnehmung 24 herum am Kupplungskörper 20 angeordnet. Die Erhöhungen 23 stehen aus der Stirnfläche 22 heraus und sind durch Stege 24 beabstandet, wobei die Stege 24 in einer Ebene zur Stirnfläche 22 liegen. Die Erhöhungen 23 können eine vom inneren Durchmesser D_I bis zu einem äußeren Durchmesser einheitliche Breite B aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel gemäß der 7 sind die Erhöhungen 23 konisch ausgebildet. Konisch bedeutet hierbei, dass sich die Breite B ausgehend von einem inneren Durchmesser D_I zur äußeren Schaltverzahnung 15 hin vergrößert. Die konische Verbreiterung der Erhöhungen 23 ist durch die konisch verlaufenden Linien 26 auf den wellenförmigen Erhöhungen 23 gekennzeichnet.
Die 8 zeigt eine dreidimensionale Ansicht auf den Kupplungskörper 20 gemäß der 7 in einer Ansicht, die die dem Zahnrand abgewandte Stirnfläche 27 zeigt. An den Kupplungskörper 20 ist ebenfalls ein Bundsteg 28 angeformt. Der Kupplungskörper 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgeformt. Es ist aber erfindungsgemäß ebenfalls vorstellbar, den Kupplungskörper 20 wie auch das dazugehörige Zahnrad 21 mehrteilig auszubilden. Der Bundsteg 28 dient zur weiteren Stabilisierung der formschlüssigen Verbindung zwischen Kupplungskörper 20 und Zahnrad 21.
In der 9 ist eine dreidimensionale Ansicht auf eine alternative Ausführungsform eines Zahnrads 21 dargestellt. Das Zahnrad 21 besitzt umlaufend eine Verzahnung 29, die als Schrägverzahnung in Evolventenform ausgebildet ist. Der Bundsteg 30 ragt über die Verzahnung 29 hinaus und bildet eine Führung für die Ausnehmung 24 des Kupplungskörpers 20. Am äußeren Durchmesser D_A des Bundstegs 30 sind Vertiefungen 31 eingebracht, die als komplementäre Vertiefungen 31 zu den Erhöhungen 23 ausgebildet sind, das heißt, die Erhöhungen 23 kooperieren mit den Vertiefungen 31 in der Art, dass die Erhöhungen 23 am Umfang formschlüssig ineinandergreifen. Die Vertiefungen 31 reichen hierbei ausgehend von dem äußeren Durchmesser D_A des Bundstegs 30 bis zu einem Durchmesser D_V der Vertiefungen 31, wobei der Durchmesser D_V der Vertiefungen 31 immer kleiner ist als der Durchmesser D_FK des Fußkreises der Verzahnung 29 des Zahnrads 21. Die Vertiefungen 31 liegen in einer Stirnfläche 32 des Zahnrads 21 und erstrecken sich von einem Durchmesser D_A bis zu einem Durchmesser D_V, wobei der Durchmesser D_V der Vertiefungen 31 größer ist als der Durchmesser D_A der Führungsbuchse 30 und kleiner ist als der Durchmesser D_FK des Fußkreises der Verzahnung 29.
Nach einem Fügen des Zahnrads 2, 21 mit einem Kupplungskörper 3, 20 ergibt sich eine Relativposition der gefügten Bauteile 2, 3, 20, 21, wie sie in der 1 beispielhaft darstellt ist. Nach dem Fügen können die Bauteile 2, 3, 20, 21 stoffschlüssig oder mechanisch verbunden werden. Im Falle einer stoffschlüssigen Verbindung würde zum Beispiel eine Verschweißung der Bauteile 2, 3, 20, 21 im Bereich 33, dargestellt in 1, erfolgen. Im Bereich 33 wäre aber auch ein Verstemmen der Bauteile 2, 3, 20, 21 und insbesondere der Bundstege 6, 28, 30 möglich. Ein Verstemmen und/oder stoffschlüssiges Verbinden erhöht die Sicherheit bei der Übertragung einer Kraft oder eines Drehmoments.
Wie dargestellt ist die geometrische Ausgestaltung der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Zahnrad 2, 21 und dem Kupplungskörper 3, 20 nicht festgelegt. So ist es vorstellbar, geometrische Formen zwischen dem Zahnrad 2, 21 und dem Kupplungskörper 3, 20 auszubilden, die kooperierend wirken und beliebige Formen aufweisen können. So ist es beispielsweise vorstellbar, dass die Erhöhungen 10, 23 und/oder Vertiefungen 7, 31 trapezförmig, zahnförmig, geschwungen, sinusförmig, wellig im Zahnrad 2, 21 und/oder Kupplungskörper 3, 20 vorliegen. Es ist natürlich auch vorstellbar, dass die Erhöhungen 10, 23 und Vertiefungen 7, 31 im Zahnrad 2, 21 und/oder Kupplungskörper 3, 20 alternierend ausgebildet sind, das heißt im Zahnrad 2, 21 und/oder Kupplungskörper 3, 20 sind nacheinander Erhöhungen 10, 23 und Vertiefungen 7, 31 ausgebildet. Vorstellbar ist auch eine unsymmetrische Anordnung von Erhöhungen 10, 23 und/oder Vertiefungen 7, 31 am Umfang des Zahnrads 2, 21 und/oder Kupplungskörpers 3, 20. Vorstellbar ist es auch, dass die Erhöhungen 10, 23 und/oder Vertiefungen 7, 31 im Zahnrad 2, 21 und/oder Kupplungskörper 3, 21 zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung mit dem Bundsteg 6, 28, 30 des Zahnrads 2, 21 und der Ausnehmung im Kupplungskörper 3, 20 zusammenwirken. Die formschlüssige Verbindung wird dann durch eine Kombination aus Passung zwischen Ausnehmung am Kupplungskörper 3, 20 und Bundsteg des Zahnrads 2, 21 und den Erhöhungen 10, 23 und/oder Vertiefungen 7, 31 im Zahnrad 2, 21 und/oder Kupplungskörper 3, 20 gebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Europa-Fachbuchreihe (25. Auflage) verwiesen (vgl. S. 372) [0036]
Taschenbuch von Bosch (23. Auflage) [0036]

Claims

Anordnung (1) umfassend ein Zahnrad (2, 21) und einen Kupplungskörper (3, 20), der mit dem Zahnrad (2, 21) zur Übertragung einer Drehbewegung formschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (2, 21) und der Kupplungskörper (3, 20) an einander zugewandten Stirnseiten (4, 5, 27, 32) je eine Geometrie (G_Z, G_K) aufweisen, die in Verbindung mit der Geometrie des jeweils anderen Bauteils (2, 3, 20, 21) eine formschlüssige Verbindung bildet, wobei das Zahnrad (2, 21) und der Kupplungskörper (3, 20) jeweils als sintertechnisch hergestelltes Bauteil ausgebildet ist und, wobei in das Zahnrad (2, 21) und den Kupplungskörper (3, 20) die jeweilige stirnseitige Geometrie (G_Z, G_K) eingepresst ist, durch welche das Zahnrad (2, 21) und der Kupplungskörper (3, 20) zueinander positionierbar sind.
Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrien (G_Z, G_K) je eine Ausrichtung auf zumindest eine zugeordnete Längsachse (11, 12) aufweisen.
Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (2, 21) und der Kupplungskörper (3, 20) koaxial zueinander angeordnet sind und zumindest eine gemeinsame Längsachse (13) bilden.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Steckverbindung bildenden Geometrien (G_Z, G_K) derart ausgestaltet sind, dass vorzugsweise zumindest die Geometrie (G_Z) des Zahnrades (2, 21) mit einer Vielzahl von Vertiefungen versehen ist, in die je ein Vorsprung der Geometrie (G_K) des Kupplungskörpers (3, 20) eingreift.
Anordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung in der Gestalt einer Steckverzahnung ausgebildet ist, wobei das Zahnrad (2, 21) an einer Stirnseite (4, 32) in einem Bereich zwischen einem Fußkreisdurchmesser (D_FK) und einem buchsenförmigen Abschnitt (6, 30) eine Vielzahl von Vertiefungen (7, 31) in Umfangsrichtung aufweist, die durch einzelne Stegabschnitte (8) voneinander beabstandet sind, wobei sich die einzelnen Stegabschnitte (8) von einem Durchmesser (D_V) der Vertiefungen (7, 31) bis zu einem Durchmesser (D_A ) des buchsenförmigen Abschnitts (18) erstrecken, und wobei der Kupplungskörper (3, 20) an einer dem Zahnrad (2, 21) zugeordneten Stirnseite (19, 22) eine Vielzahl von Erhöhungen (10, 23) aufweist, die in Umfangsrichtung angeordnet sind und sich jeweils von der Stirnseite (19, 22) bis in eine der Vertiefungen (6, 30) erstrecken, wobei die Vertiefungen (6, 30) auf eine dem Zahnrad (2, 21) zugeordnete Längsachse (11) ausgerichtet sind, wohingegen die Zahlelemente (10, 23) auf eine dem Kupplungskörper (3, 20) zugeordnete Längsachse (12) ausgerichtet sind.
Anordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stegabschnitte (8) gleichmäßig von einander beabstandet sind.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (2, 21) und der Kupplungskörper (3, 20) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Anordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zumindest punktuell ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung punktuell und/oder durchgehend in Umfangsrichtung ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (2, 21) mit dem Kupplungskörper (3, 20) verschweißt und/oder verlötet und/oder verklebt ist.
Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (2, 21) und der Kupplungskörper (3, 20) gegeneinander verstemmt sind.
Anordnung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der buchsenförmige Abschnitt (6, 30) des Zahnrades (2, 21) durch eine korrespondierende Ausnehmung (14, 24) des Kupplungskörpers (3, 20) hindurchragt, wobei der buchsenförmige Abschnitt (6, 30) stirnseitig zumindest punktuell anrolliert ist, so dass ein dadurch bedingter Wulst eine physikalische Verbindung zwischen dem Zahnrad (2, 21) und dem Kupplungskörper (3, 20) gewährleistet.
Verfahren zur Herstellung einer Anordnung (1) umfassend ein Zahnrad (2, 21) und einen Kupplungskörper (3, 20), bei dem der Kupplungskörper (3, 20) mit dem Zahnrad (2, 21) zur Übertragung einer Drehbewegung formschlüssig verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (2, 21) und der Kupplungskörper (3, 20) als sintertechnisch hergestellte Bauteile mittels an einander zugewandten Stirnseiten (4, 5, 27, 32) ausgebildeten Geometrien formschlüssig gefügt werden, wobei in das Zahnrad (2, 21) und den Kupplungskörper (3, 20) in einem vorgelagerten Verfahrensschritt die jeweilige stirnseitige Geometrie (G_Z, G_K) eingepresst wird, so dass das Zahnrad (2, 21) und der Kupplungskörper (3, 20) zueinander positionierbar sind.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (2, 21) und der Kupplungskörper (3, 20) nach dem Fügen untrennbar verbunden werden. Verwendung einer Anordnung (1) aus einem Zahnrad (2, 21) und einem Kupplungskörper (3, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug als ein Landfahrzeug, Luftfahrzeug, Wasserfahrzeug oder eine Kombination davon ausgebildet ist. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe als ein automatisiertes Schaltgetriebe ausgebildet ist.