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Die Erfindung betrifft einen Kupplungskörper für ein Gangrad eines Schaltgetriebes. Die Erfindung betrifft ferner ein Gangrad mit einem solchen Kupplungskörper.
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Bei Schaltgetrieben, wie sie insbesondere bei Kraftfahrzeugen verwendet werden, wird eine Synchronisierungsbaugruppe dazu verwendet, eine drehfeste Verbindung zwischen einer Getriebewelle und einem als Losrad auf der Getriebewelle angeordneten Gang- oder Zahnrad herzustellen. In einem ersten Schritt des Schaltvorgangs sorgt die Synchronisierungsbaugruppe dafür, dass die Drehzahl des zu schaltenden Gangrades an die Drehzahl der Getriebewelle angeglichen wird. In einem zweiten Schritt wird dann eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebewelle und dem Gangrad hergestellt. Der entsprechende Gang ist dann geschaltet.
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Üblicherweise weist eine solche Synchronisierungsbaugruppe als wesentliche Bauteile ein zu schaltendes Element, beispielsweise eine Schaltmuffe, sowie Synchronringe auf. Die Schaltmuffe ist mit einer Verzahnung versehen, die mit einer Kupplungsverzahnung in Eingriff gebracht werden kann, die dem zu schaltenden Gangrad zugeordnet ist. Die Kupplungsverzahnung ist üblicherweise an einem gestanzten und/oder spanend bearbeiteten Kupplungskörper ausgebildet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kupplungskörper zu schaffen, der sich durch geringe Herstellungskosten und einen einfachen Aufbau auszeichnet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Kupplungskörper für ein Gangrad eines Schaltgetriebes vorgesehen, der einstückig mit einer Reibfläche für einen Synchronring, einer Kupplungsverzahnung und einem Verbindungsabschnitt ausgeführt ist, mittels dem er mit dem Gangrad verbunden werden kann, wobei der Kupplungskörper an seiner vom Verbindungsabschnitt abgewandten Seite einen abgebogenen Bund aufweist und die Kupplungsverzahnung an der Innenseites des Bundes ausgebildet ist. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die im Stand der Technik üblicherweise getrennten Funktionen des Synchronisierens der Geschwindigkeit des Gangrades mit der Geschwindigkeit der Getriebewelle und des Herstellens der drehfesten Verbindung zwischen der Getriebewelle und dem Gangrad in einem einzigen stabilen Bauteil zusammenzuführen, nämlich dem Kupplungskörper. Zu diesem Zweck ist dieser sowohl mit der Reibfläche versehen, an welcher der Synchronring angreift, als auch mit der Kupplungsverzahnung. Der Bund erhöht die Stabilität des Kupplungskörpers und ermöglicht, eine stabile Verzahnung auszubilden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kupplungskörper aus Blech besteht. Dies ermöglicht, ihn mit geringem Aufwand und geringen Kosten herzustellen.
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Vorzugsweise ist der Kupplungskörper tiefgezogen. Auf diese Weise kann eine hohe Festigkeit erreicht werden, insbesondere da die beim Tiefziehen auftretende Kaltverfestigung genutzt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Reibfläche konisch ist. Dadurch kann die Keilwirkung beim Aufschieben des zugeordneten Synchronrings genutzt werden, sodass sich hohe Reibkräfte bei vergleichsweise geringen axialen Andruckkräften erreichen lassen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kupplungsverzahnung durch eine Vielzahl von Kupplungszähnen gebildet ist, die in radialer Richtung ausgerichtet sind. Dies ermöglicht eine gute Drehmomentübertragung und ein gutes Schaltverhalten.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kupplungsverzahnung geprägt ist. Auf diese Weise wird mit geringem Aufwand eine sehr hohe Genauigkeit erhalten.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist erfindungsgemäß auch ein Gangrad mit einem Kupplungskörper der vorstehend beschriebenen Art vorgesehen, wobei das Gangrad mit einer umlaufenden Schulter versehen ist, mit der der Verbindungsabschnitt des Kupplungskörpers verbunden ist. Dies ermöglicht, den Kupplungskörper präzise ausgerichtet am Gangrad zu befestigen, beispielsweise durch Löten, Schweißen, Kleben oder Verpressen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
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1 in einem Schnitt schematisch eine Synchronisierungsbaugruppe;
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2 in einer Explosionsansicht die Synchronisierungsbaugruppe von 1;
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3 in einer perspektivischen Ansicht einen Transmitter mit daran angebrachten Synchronringen;
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4 in einer perspektivischen Ansicht die Synchronringe von 3;
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5 in einer perspektivischen Ansicht den Transmitter von 3;
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6 einen Schnitt entlang der Ebene VI-VI von 1;
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7 einen Schnitt entlang der Ebene VII von 6;
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8 einen Schnitt entlang der Ebene VIII von 6;
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9 in einem Schnitt einen erfindungsgemäßen Kupplungskörper;
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10 den Kupplungskörper von 9 in einer perspektivischen Ansicht;
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11 in vergrößertem Maßstab den Ausschnitt XI von 9; und
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12 in vergrößertem Maßstab einen Zahn der Kupplungsverzahnung.
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Anhand der 1 bis 8 wird nachfolgend der grundsätzliche Aufbau einer Synchronisierungsbaugruppe mit Transmitter für ein Schaltgetriebe beschrieben.
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Das Getriebe enthält eine Getriebewelle 10, auf der zwei Gangräder 12, 14 angeordnet sind. Die beiden Gangräder 12, 14 sind als Losräder ausgeführt, können sich also relativ zur Getriebewelle drehen. Drehfest mit jedem Gangrad 12, 14 ist eine Kupplungsverzahnung 16 verbunden.
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Zwischen den beiden Gangrädern 12, 14 ist ein Transmitter 18 angeordnet, der hier durch eine Transmitterscheibe 20 und zwei Kupplungsscheiben 22 gebildet ist. Die beiden Kupplungsscheiben 22 sind auf der einen und der anderen Seite der Transmitterscheibe 20 angeordnet und weisen eine Außenverzahnung 24 sowie eine Innenverzahnung 26 auf. Die Außenverzahnung 24 ist komplementär zur Kupplungsverzahnung 16 ausgeführt, und die Innenverzahnung 26 steht mit einer Getriebewellen-Verzahnung 28 in Eingriff. Somit sind die Kupplungsscheiben 22 in Umfangsrichtung drehfest mit der Getriebewelle 10 gekoppelt, können jedoch in axialer Richtung auf der Getriebewelle verschoben werden.
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Auf der einen und der anderen Seite der Transmitterscheibe 20 ist jeweils ein Synchronring 30 angeordnet, der mit einer Reibfläche 32 zusammenwirken kann, die dem entsprechenden Gangrad 12 bzw. 14 zugeordnet ist. Die beiden Synchronringe weisen mehrere Mitnehmer 34 auf, die sich in Ausnehmungen 36 in der Transmitterscheibe 20 erstrecken, sowie zwei einander diametral gegenüberliegende Verbindungslaschen 38, die sich durch Verbindungsöffnungen 40 in der Transmitterscheibe 20 hindurch erstrecken (siehe insbesondere 3). Die Verbindungslaschen 38 dienen dazu, die beiden Synchronringe in axialer Richtung miteinander zu koppeln. Im gekoppelten Zustand (siehe 4) liegen die freien Enden der Mitnehmer 34 der beiden Synchronringe 30 einander eng gegenüber.
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In jeder der Ausnehmungen 36 ist ein Druckstück 42 (siehe insbesondere die 5 und 6) angeordnet, das jeweils von einer Feder 44 in radialer Richtung nach außen beaufschlagt wird. Am radial außen liegenden Ende jedes Druckstücks ist eine Vorsynchronisierfläche 46 gebildet, die an Vorsynchronsierschrägen 48 anliegt, die an den freien Enden der Mitnehmer 34 auf der radial innen liegenden Seite gebildet sind (siehe 7). Die Vorsynchronsierschrägen 48 der einander gegenüberliegenden Mitnehmer 34 so ausgerichtet, dass ein V mit großem Öffnungswinkel gebildet ist, dessen Spitze radial nach außen zeigt.
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An den Mitnehmern 34 sind Sperrflächen 50 gebildet, die in Umfangsrichtung gesehen den Rändern der Ausnehmung 36 schräg ausgerichtet gegenüberliegen. Auch hier bilden die Sperrflächen 50 an den einander gegenüberliegenden Mitnehmern 34 ein V, wobei die Spitze der beiden V der einander gegenüberliegenden Mitnehmer zur Mitte der Ausnehmung 36 gerichtet ist.
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Die beschriebene Synchronisierungsbaugruppe arbeitet in der folgenden Weise: Wenn ein Gang geschaltet werden soll, beispielsweise derjenige, der das Gangrad 14 enthält, wird der Transmitter 18 mittels einer (nicht gezeigten) Schaltgabel in der Richtung des Pfeils P von 1 in axialer Richtung auf der Getriebewelle 10 verschoben. In einem ersten Schritt, der Vorsynchronisierung genannt wird, werden die beiden Synchronringe 30 von den Druckstücken 42, genauer gesagt von der an der linken Vorsynchronisierschräge 48 des linken Synchronrings 30 angreifenden Vorsynchronisierfläche 46 des Druckstücks 42, nach links mitgenommen, sodass der Synchronring 30 in Reibeingriff mit der Reibfläche 32 gelangt.
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Üblicherweise entspricht die Drehzahl der Getriebewelle 10 nicht der Drehzahl der Gangräder, sodass eine Drehzahldifferenz zwischen dem Synchronring 30 und der Reibfläche 32 vorliegt. Dies führt dazu, dass der Synchronring in Umfangsrichtung mitgenommen wird (siehe der Pfeil U in 8), wodurch die Sperrfläche 50 in Anlage am bezüglich 8 oberen Rand der Ausnehmung 36 gelangt. Aufgrund der schrägen Ausrichtung der Sperrfläche 50 wird dadurch eine Kraftkomponente erzeugt, die eine Verschiebung der Transmitterscheibe 20 relativ zum Mitnehmer 34 verhindert; solange eine Drehzahldifferenz vorliegt, führt das daraus resultierende Reibmoment dazu, dass die Sperrfläche 50 gegen den Rand der Ausnehmung 36 gedrückt bleibt. Der Synchronring stützt sich dabei auf der Reibfläche 32 ab und kann nicht weiter in axialer Richtung verschoben werden.
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Erst wenn die Drehzahldifferenz abgebaut ist, sinkt die von der Sperrfläche 50 ausgeübte Sperrkraft ab, sodass der Rand der Ausnehmung 36 der Transmitterscheibe 20 die Sperrfläche 50, aufgrund ihrer schrägen Ausrichtung, in Umfangsrichtung entgegengesetzt zur Richtung des Pfeils U verschieben kann, was ein Durchschalten des Transmitters ermöglicht. Gleichzeitig werden die Druckstücke 42 von den schräg angestellten Vorsynchronisierschrägen 48 entgegen der Wirkung der Feder 44 nach unten eingefedert. Dadurch kann der Transmitter axial so weit verschoben werden, dass die Außenverzahnung 24 der Kupplungsscheibe 22 in die Kupplungsverzahnung 16 eingreift, die dem Gangrad 14 zugeordnet ist. Auf diese Weise ist eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebewelle 10 und dem zu schaltenden Gangrad 14 hergestellt.
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Zum Lösen des geschalteten Gangs wird der Transmitter 18 in entgegengesetzter Richtung in seine Mittelstellung zurückverschoben, wodurch auch die beiden Synchronringe 30 wieder in eine Mittelstellung zurückgestellt werden. In dieser ist der Reibeingriff mit den Reibflächen 32 aufgehoben.
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Anhand der 9 bis 12 wird nun ein erfindungsgemäßer Kupplungskörper 60 beschrieben, an dem die Reibfläche 32 ausgebildet ist, mit welcher der Synchronring 30 in Eingriff gelangen kann. Der Kupplungskörper 60 ist allgemein ringförmig ausgebildet, wobei er einen konischen Basisabschnitt 62 aufweist, auf dessen Außenseite die Reibfläche 32 gebildet ist. Auf der Reibfläche 32 kann bei Bedarf noch eine Beschichtung aufgebracht werden, um die gewünschten Reibeigenschaften mit dem Synchronring einzustellen.
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An den Basisabschnitt 62 schließt sich ein Bund 64 an, der eine Mittelöffnung definiert, die konzentrisch mit der Mittelachse des konischen Basisabschnittes 62 ausgeführt ist. Am Innenrand des Bundes 64 ist die Kupplungsverzahnung 16 ausgebildet, mit der die Außenverzahnung 24 der Kupplungsscheibe 22 des Transmitters 18 in Eingriff gebracht werden kann. Die Kupplungsverzahnung 16 ist durch eine Vielzahl von einzelnen Kupplungszähnen 66 gebildet, die alle radial ausgerichtet sind. Das vom Bund 64 abgewandte Ende des Basisabschnitts 62 ist auf der Innenseite als Verbindungsabschnitt 65 ausgeführt.
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Jeder Kupplungszahn 66 ist auf seiner vom Verbindungsabschnitt 65 abgewandten Seite mit zwei schräg angestellten Einspurflächen 68 versehen, die den Eingriff mit der Außenverzahnung 24 der Kupplungsscheibe 22 erleichtern.
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Wie in 1 zu sehen ist, ist der Kupplungskörper 60 auf eine Schulter 70 aufgesetzt, die an den Gangrädern 12, 14 vorgesehen ist. Auf diese Weise ist der Kupplungskörper 60 präzise positioniert. Mit dem entsprechenden Gangrad kann der Kupplungskörper verschweißt, verlötet, verklebt, verpresst oder auf andere geeignete Weise verbunden sein. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sowohl auf der Schulter 70 des Gangrades 12, 14 als auch am Verbindungsabschnitt 65 eine Rändelung, Verzahnung oder ähnliche Gestaltung vorgesehen ist, mit der ein Formschluss mindestens in Umfangsrichtung erzielt wird. Dies erleichtert es, das auftretende Drehmoment vom Kupplungskörper zum Gangrad zu übertragen.
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Der besondere Vorteil des Kupplungskörpers 60 besteht darin, dass er in einem Bauteil alle nötigen Funktionsflächen vereinigt, nämlich den Verbindungsabschnitt 65 zur Anbindung an das entsprechende Gangrad, die Reibfläche 32 zur Erzeugung des nötigen Drehmoments während der Synchronisierung sowie die Kupplungsverzahnung 16 für die Drehmomentübertragung von der Getriebewelle zum Gangrad. Der Kupplungskörper 60 ist dabei einstückig ausgebildet und vorzugsweise aus Blech hergestellt, das durch Tiefziehen in die dargestellte, napfförmige Gestalt gebracht worden ist. Die Kupplungsverzahnung 16 kann durch Stanzen und nachträgliches Prägen kalibriert sein. Auf diese Weise lässt sich insgesamt mit geringem Herstellungsaufwand die gewünschte Geometrie erhalten.
