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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schiebemuffe für eine Synchronisiereinrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schiebemuffe für eine Schalteinrichtung, insbesondere für eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeugwechselschaltgetriebes, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Synchronisiereinrichtungen werden in Kraftfahrzeuggetrieben 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. Eine bekannte Variante ist die Lamellensynchronisation, die für eine relativ hohe Leistungsübertragung geeignet ist. Hierbei erfolgt die Synchronisation durch Lamellen mit Reibflächen. Eine andere, häufig eingesetzte Variante ist meist als Sperrsynchronisation bezeichnet und weist eine Kegel-Reibkupplung auf. Je nach zu synchronisierendem Moment können ein oder mehrere Reibkegel vorhanden sein; je nach ihrer Anzahl wird zwischen Einkonus-Synchronisation oder Mehrkonus-Synchronisation unterschieden. Um einen korrekten Ablauf des Gangwechsels zu gewährleisten, wird in der Regel erst synchronisiert, wobei die unterschiedlichen Drehzahlen der Anund Abtriebswelle aneinander angeglichen werden. Erst danach wird durch formschlüssige Verbindung gekuppelt. Anstelle der Wellen werden in der Regel auf der Abtriebswelle gelagerte Losräder und auf dieser drehfest angeordnete Synchronräder verbunden. Um sicherzustellen, dass zunächst synchronisiert und erst danach gekuppelt wird, ist eine fein abgestimmte Sperrfunktion erforderlich.
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Herkömmliche Sperrsynchronisationen weisen meist einen Synchronträgerkörper 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 oder an einem Synchronring. Von dieser Kegel-Reibkupplung wird die gesamte Reibleistung aufgenommen. Das Drehmoment wird über die Verzahnung einer Schiebemuffe übertragen, die im geschalteten Zustand das Losrad, den Kupplungskörper mit dem Synchronträgerkörper bzw. der Welle verbindet. Die Sperrfunktion ergibt sich durch das Zusammenspiel an Dachverzahnungen des Synchronrings und der Schiebemuffe.
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Eine Schiebemuffe für eine Schalteinrichtung mit einer Innenverzahnung ist beispielsweise 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 Außenverzahnung eines Gangradabschnittes oder einer mit einem Gangrad drehfest verbundenen Kupplungsscheibe kuppelbar.
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Nachteilig ist bei dieser vorbekannten Lösung, dass die radial gerichtete Nut relativ zu einer die Schiebemuffe betätigenden Schaltgabel rotiert. Für die Schaltgabel sind daher zumeist sehr exakt zu positionierende Gleitschuhe erforderlich, die der entstehenden Reibungshitze widerstehen. Nach den Schaltvorgängen müssen die Gleitschuhe von den Wandungen der Nut beabstandet sein, um nicht ständig zu reiben und somit vorzeitig zu verschleißen. Dadurch baut eine derartige Schiebemuffe relativ breit, und die Gleitschuhe müssen zugepaart werden, um ggf. Fertigungsungenauigkeiten auszugleichen.
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Eine Schalteinrichtung, bei der der Verschleiß optimiert ist, ist in
DE 10 2007 062 307 A1 offenbart. Hier ist auf eine Schiebemuffe verzichtet, und die Betätigung in Axialrichtung erfolgt über ein Axiallager. Nach der Drehzahlangleichung sind zusätzliche Mittel erforderlich, die einen Formschluss zur effizienten Momentenübertragung ermöglichen.
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Aufgabe der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schiebemuffe und eine Synchronisiereinrichtung mit einer Schiebemuffe zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch eine Schiebemuffe nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß bildet eine radial gerichtete Fläche der Schiebemuffe einen Teil eines Wälzlagers. Die Schiebemuffe und das die Schiebemuffe betätigende Bauteil stellen somit zwei Lagerringe dar, die mittels Wälzkörper reibungsarm zueinander bewegbar sind. Eine Synchronisiereinrichtung mit einem derartigen Wälzlager erlaubt es, auf Gleitschuhe für ein die Schiebemuffe axial verschiebendes Betätigungselement zu verzichten.
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Die Schiebemuffe ist in einer ersten Ausgestaltung ein scheiben- oder ein ringförmiges Bauteil. Nicht unbedingt erforderlich ist eine Axialverzahnung zu Anbindung an eine Welle. Die Anbindung an eine An- oder Abtriebswelle kann auch über andere, drehfest mit der Schiebemuffe verbundene Mittel realisiert sein.
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Die Wälzkörperlaufbahn kann radial nach innen oder radial nach außen gerichtet sein. Bei einer radial außenseitig angeordneten Bauweise steht mehr Bauraum für das Betätigungselement zur Verfügung. Die Wälzkörperlaufbahn ist in einer weiteren Ausgestaltung als eine axialsymmetrische, umlaufende Nut ausgebildet.
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Die Schiebemuffe kann als Lagerring ein Teil verschiedener Wälzlagertypen sein, wobei das Lager in der Lage sein muss, zur axialen Verschiebung der Schiebemuffe Axialkräfte zu übertragen. Besonders bevorzugt ist die Schiebemuffe Teil eines Rillenkugellagers. In einer Ausgestaltung des Rillenkugellagers sind die Kugeln durch einen Käfig geführt.
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Die Schiebemuffe kann spanend oder auf spanlose Weise hergestellt werden. Für die spanlose Herstellung ist insbesondere für große Stückzahlen eine kaltumformtechnische Herstellung vorgesehen. Gegebenenfalls kann in eine nach dem Grundverfahren spanlos hergestellte Schiebemuffe die Wälzkörperlaufbahn auf spanende Weise eingebracht werden, oder eine spanende Nachbearbeitung der Wälzkörperlaufbahn oder anderer Funktionsbauteile der Schiebemuffe erfolgen.
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Um bei einer vergleichsweise massiven Schiebemuffe Masse zu sparen, weist die Schiebemuffe optional Axialausnehmungen auf. Die Axialausnehmungen können als Löcher, Sacklöcher oder als großflächigere Materialaussparungen ausgebildet sein. Zusätzlich oder anstelle dieser Axialausnehmungen kann die Schiebemuffe gleich oder anders geformte axiale Durchgangsausnehmungen aufweisen, die zur Aufnahme von Bolzen geeignet sind. In den axialen Durchgangsausnehmungen angeordnete Bolzen können einen Teil eines Muffenträgers bilden, zu dem die Schiebemuffe axial verschiebbar ist. Über sie kann zugleich ein Drehmoment auf die Schiebemuffe eingeleitet werden. Alternativ dienen die Bolzen teilweise lediglich der Versteifung des Muffenträgers.
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Grundsätzlich ist eine einzige axiale Durchgangsausnehmung in dem Ringkörper ausreichend, um eine sichere Führung der Schiebemuffe zu ermöglichen. Vorzugsweise sind allerdings mindestens drei oder bis zu zehn axiale Durchgangsausnehmungen mit hierzu korrespondierenden Bolzen vorgesehen. Die Bolzen können in jeweils einer oder auch nur in einem Teil der axialen Durchgangsausnehmungen zur Führung und/oder zur Drehmomentübertragung angeordnet sein.
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Die axialen Durchgangsausnehmungen sind in einer Ausgestaltung untereinander gleich geformt und weisen einen konstanten Querschnitt auf, um mit zylindrischen Bolzen zusammenzuwirken. Ihre Kopplung kann formschlüssiger Art sein, wenn der Querschnitt der axialen Durchgangsausnehmungen und der dazu komplementären Bolzen nicht notwendigerweise kreisförmig ist. Alternativ sind Bolzen in den axialen Durchgangsausnehmungen verschweißt, verstemmt oder anderweitig fest verbunden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schiebemuffe zu einem Muffenträger verschiebbar ist, der zwei stirnseitige Trägerplatten aufweist. Die Trägerplatten sind durch parallel gerichtete Bolzen verbunden, auf welchen die Schiebemuffe axial verschiebbar ist. Die Drehmomentübertragung erfolgt im Wesentlichen über einige erste Bolzen, während einige zweite Bolzen nur der Versteifung des Systems dienen. Damit wird eine Überbestimmung des Systems vermieden, so dass fertigungstechnisch genügend Freiheitsgrade zur Verfügung stehen, um eine sichere Axialverschiebung und damit ein sicheres Schalten auch unter Last zu ermöglichen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Schiebemuffe eine Verzahnung zur Kopplung an eine An- oder Abtriebswelle auf. Die Verzahnung ist vorzugsweise nach radial innen und die Wälzkörperlaufbahn nach radial außen gerichtet. Damit kann die von außen angreifende Betätigungseinrichtung gut angreifen, und eine Synchronisiereinrichtung mit der Schiebemuffe baut insgesamt kompakt.
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In einer Weiterbildung weist die Schiebemuffe eine Breite auf, die etwa dem Doppelten der Wälzkörper entspricht. Dadurch sinken Materialaufwand und axialer Bauraum. Ermöglicht wird diese schmale Bauweise dadurch, dass die Schiebemuffe im geschalteten Gang An- und Abtriebswelle nicht über eine mit zwei axial hintereinander angeordneten Verzahnungen kämmt, sondern dass Momenteneinleitung und -ausleitung radial zueinander versetzt, beispielsweise über Bolzen und Ausnehmungen zum einen und eine Innenverzahnung der Schiebemuffe zum anderen, erfolgen.
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In einer weiteren Variante ist vorgesehen, die Schiebemuffe mit einem oder mehreren Rastgebirgen zu versehen. Die Rastgebirge wirken mit Arretierungen zusammen, die gegen die Rastgebirge vorspannbar sind. Durch die Gestaltung der Rastgebirge können die Neutralstellung, die Gangstellung und der Kraftverlauf beim Gangwechsel vorgegeben werden.
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Die Schiebemuffe ist vorzugsweise einteilig aufgebaut, so dass sie einfach herstellbar ist und keine Verbindungsmittel erforderlich sind. Alternativ können beispielsweise die Rastgebirge separat hergestellt sein und vor der Getriebemontage mit der Schiebemuffe verbunden werden. Als eine Ausführungsform eines Rastgebirges ist ein profiliertes Blechstück vorgesehen, das an der Schiebemuffe axial gesichert ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, die Verzahnung der Schiebemuffe mit zumindest einer Positionierungshilfe zu versehen, wenn die Schiebemuffe und ein Gegenbauteil dauerhaft verzahnt werden sollen. Die Positionierungshilfe ermöglicht ein richtungsorientiertes Aufsetzen der Schiebemuffe auf dem Gegenbauteil. Dazu können beispielsweise einige Zähne verbreitert sein, die in eine entsprechende Zahnlücke des Gegenbauteils eingreifen.
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Schließlich ist eine Synchronisiereinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Schiebemuffe vorgesehen. Die Schiebemuffe eignet sich insbesondere für Synchronisiereinrichtungen, die nicht auf der Getriebehauptwelle angeordnet sind. So ist die Anordnung eines erfindungsgemäßen Schiebemuffe als Teil einer Synchronisiereinrichtung mit einem Dreiwellengetriebe, mit einem Planetengetriebe oder mit einem über einen Aktuator wie einen Elektromotor beaufschlagbaren Verzweigungsgetriebe vorgesehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erste erfindungsgemäße Schiebemuffe auf einem ersten Muffenträger im Längsschnitt,
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2 eine perspektivische Darstellung der Schiebemuffe aus 1,
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3 die Schiebemuffe nach 1 im Querschnitt,
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4 den Muffenträger nach 1 in perspektivischer Ansicht,
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5 eine Synchronisiereinrichtung mit einer zweiten erfindungsgemäßen Schiebemuffe auf einem zweiten Muffenträger im Längsschnitt und
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6 die Synchronisiereinrichtung nach 6 in einer Explosionsdarstellung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt einen Teil einer Synchronisiereinrichtung 9 mit einer Schiebemuffe 1, die auf einem Muffenträger 2 axial verschieblich ist. Dazu ist die Schiebemuffe 1, wie 2 und 3 zeigen, ringförmig ausgebildet. Die Ringinnenseite ist mit einer Verzahnung 13 in Form einer Innenverzahnung 3 zur drehfesten Verbindung mit einem Antriebsbauteil wie einer Welle, versehen. Die nach radial außen gerichtete Wandung weist eine Nut 14 auf, die als eine Wälzkörperlaufbahn 4 für hier nicht dargestellte Wälzkörper dient. Die Schiebemuffe 1 weist axiale Durchgangsausnehmungen 5 auf, die kreisförmig im Durchmesser sind, wobei jeweils benachbarte axiale Durchgangsausnehmungen 5 jeweils den gleichen Winkelabstand voneinander haben.
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Die axialen Durchgangsausnehmungen 5 der Schiebemuffe 1 sind von Bolzen 6 durchdrungen, die Teil des Muffenträgers 2 sind. Die Bolzen 6 sind jeweils gleich lang, sind achsparallel zueinander gerichtet und radial und in Umfangsrichtung endseitig jeweils durch eine Trägerscheibe 7, 8 zueinander lagefixiert. Die Trägerscheibe 7 ist eine ringförmige Platte mit Löchern 17, die im Querschnitt den Abmessungen der Bolzen 6 so entsprechen, dass diese kraftschlüssig fixiert sind. Die Trägerscheibe 8 ist wie die Trägerscheibe 7 aufgebaut und weist zusätzlich einen axial gerichteten Kragen 16 auf.
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Vorliegend ist die Schiebemuffe 1 einteilig hergestellt. Die axialen Durchgangsausnehmungen 5 sind als zylindrische Ausnehmungen in dem metallenen Ringkörper ausgeführt. In ihrer Größe sind sie so bemessen, dass sie auch unter Last, wenn über die Bolzen 6 ein radiales Moment auf die Schiebemuffe 1 eingebracht wird und diese damit leicht verwinden, tordieren oder verkanten, eine axiale Verschiebbarkeit auf dem Muffenträger 2 weiterhin ermöglichen.
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Drei der axialen Durchgangsausnehmungen 5 dienen im Zusammenwirken mit den Bolzen 6 der eigentlichen Führung und der Drehmomentübertragung. Sie haben einen Winkelabstand von etwa 120° zueinander. Die sechs weiteren Bolzen 6 versteifen lediglich das System, übernehmen in den in Bezug auf die drei ersten axialen Durchgangsausnehmungen 5’ leicht vergrößerten zweiten axialen Durchgangsausnehmungen 5’’ aber keine Führungsfunktion.
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Die nach außen gerichtete Wälzkörperlaufbahn 4 der Schiebemuffe 1 ist Teil eines Rillenkugellagers. Die Nut 14 ist axial mittig angeordnet und ist selbst axialsymmetrisch ausgebildet. Die Schiebemuffe 1 ist aus einem Lagerstahl ausgebildet. Die Wälzkörperlaufbahn 4 kann zusätzlich eine der in der Wälzlagertechnik übliche Beschichtung zur Reibungsminimierung oder als Korrosionsschutz aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiebemuffe
- 2
- Muffenträger
- 3
- Innenverzahnung
- 4
- Wälzkörperlaufbahn
- 5
- axiale Durchgangsausnehmung
- 5’, 5’’
- axiale Durchgangsausnehmung
- 6
- Bolzen
- 6’, 6’’
- Bolzen
- 7
- erste Trägerscheibe
- 8
- zweite Trägerscheibe
- 9
- Synchronisiereinrichtung
- 10
- Positionierungshilfe
- 11
- Rastgebirge
- 12
- Kragen
- 13
- Verzahnung
- 14
- Nut
- 15
- erste Schiebemuffenstirnseite
- 16
- zweite Schiebemuffenstirnseite
- 17
- Loch
- A
- Getriebehauptachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 03/056201 A1 [0005]
- DE 102007062307 A1 [0007]
