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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Muffenträgers für eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeugwechselgetriebes aus einer Blechscheibe.
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Hintergrund der Erfindung
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In modernen handgeschalteten Getrieben werden überwiegend Synchronisiereinrichtungen eingesetzt, um auf komfortable Art ein Zurückschalten zwischen den einzelnen Gangstufen zu ermöglichen. Beim Schaltvorgang wird mittels verschiedener Elemente der Synchronisiereinrichtung die Umfangsgeschwindigkeit eines Gangrades der Umfangsgeschwindigkeit der Getriebewelle angepasst und dann eine formschlüssige Verbindung zwischen der Getriebewelle und diesem Gangrad hergestellt. Durch den auch als Synchronkörper bezeichneten Muffenträger sind die Getriebewelle und die Schiebemuffe der Synchronisiereinrichtung drehfest miteinander verbunden. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass der Muffenträger einerseits in Umfangsrichtung formschlüssig über ein an seiner Nabe ausgebildetes Keilprofil oder Verzahnungsprofil mit der Getriebewelle verbunden ist und andererseits über eine Außenverzahnung seines Muffenträgers die Schiebemuffe an seinem Außendurchmesser axial verschiebbar aufnimmt. Weiterhin dient der Muffenträger als Anschlags- und Führungselement für Synchron- bzw. Reibringe. Zu diesem Zweck sind in seine Stirnseiten zumeist durchgängige Langlöcher oder Ausnehmungen eingebracht, in denen Bolzen oder Mitnehmernocken der Synchron- bzw. Reibringe geführt werden. Außerdem nimmt der Muffenträger in Längsnuten, die in gleichmäßigen Abständen an seinem Außenumfang ausgearbeitet sind, Elemente zum Ansynchronisieren wie z. B. Druckstücke oder Elemente zum Arretieren der Schiebemuffe oder der Druckstücke wie z. B. Sperrbolzen auf.
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Muffenträger müssen hohen Drehmomenten standhalten und sind daher fast ausnahmslos spanabhebend hergestellt, was aufwändig und mit hohen Fertigungskosten verbunden ist. Spanabhebend hergestellte Muffenträger sind außerdem vergleichsweise schwer.
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Gesinterte Muffenträger weisen im Vergleich zu spanend hergestellten Muffenträgern eine geringere Festigkeit aufgrund der niedrigeren Werkstoffdichte auf und sind dennoch vergleichsweise aufwändig herzustellen.
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Es sind auch Muffenträger aus zwei Blechschalen bekannt. Eine Synchronisiereinrichtung mit einem derartig gebauten Muffenträger geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 25 37 495 A1 hervor. Der Muffenträger weist zwei im Querschnitt gesehen U-förmige Scheibenkörper auf, die mit ihren Stegen aneinander befestigt sind, so dass nicht unter allen Umständen eine hinreichende Stabilität insbesondere in axialer Richtung gewährleistet ist. Aus entformungstechnischen Gründen sind Muffenträger aus Blech stets mehrteilig hergestellt. Die Einzelteile, in der Regel zwei Halbschalen, müssen miteinander drehfest verbunden werden. Die Verbindungsstelle ist durch die zu übertragenden Drehmomente hoch belastet und führt zu den Verformungen des Muffenträgers. Unter Belastung verwinden die Blechschalten und können daher keine großen Momente übertragen. Durch die geringe Belastbarkeit sind derartige Muffenträger in den meisten Getrieben moderner Kraftfahrzeuge aufgrund der hohen Drehmomentanforderungen nicht einsetzbar.
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Ferner ist aus
EP 2 182 233 A1 ein einteilig hergestellter Muffenträger aus Blech bekannt, der eine Verzahnung mit Segmenten aufweist, die abwechselnd aus der Ebene des Scheibenkörpers in unterschiedliche Axialrichtungen gerichtet sind. Die Tragfähigkeit der Außenverzahnung ist durch die lediglich einseitig gerichteten Verzahnungsabschnitte reduziert. Dadurch dass der Scheibenkörper jeweils das axiale Ende der Verzahnungsabschnitte bildet, ist die Tragfähigkeit geringer als bei nicht ausgestellten Verzahnungen oder mittig angeordnetem Basiskörper, und die Endzähne der Zahnsegmente sind besonders belastet. Durch Biegen ist der für ein gleichmäßiges Tragen erforderliche rechte Winkel der Außenverzahnung zum Basiskörper zudem schwierig herzustellen. Ein weiterer Muffenträger aus zwei Blechteilen geht aus
DE 198 21 565 A1 hervor.
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Aufgabe der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines für eine Großserie geeigneten Muffenträgers vorzuschlagen, der auch hohe Drehmomente übertragen kann und die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgaben werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß dem vorgeschlagenen Herstellverfahren erfolgt die Herstellung eines erfindungsgemäßen Muffenträgers aus einem Blech. Das Blech wird in Form einer Blechplatte oder Blechringplatte bereitgestellt, die nachfolgend als Blechscheiben bezeichnet sind. Die Blechscheiben sind beispielsweise aus einem Halbzeug wie Bandmaterial gestanzt worden. Die Blechringplatte unterscheidet sich von der Blechplatte dadurch, dass allein die Blechringplatte eine Durchgangsausnehmung aufweist. Die Blechscheiben sind vorzugsweise kreisförmig als Ronden ausgebildet und weisen einen im Vergleich zur Stirnfläche schmalen Außenmantel auf. Um später eine Außenverzahnung aus dem Außenmantel der Blechscheibe herstellen zu können, darf die Blechstärke des Ausgangsmaterials nicht zu dünn sein. Um hinreichend hohe Drehmomente übertragen zu können, ist das Ausgangsblech in der Regel so stark, dass Biegetechniken zur Umformung ausscheiden.
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Die Blechringplatte kann als Blechring aus einem Bandmaterial ausgestanzt werden, oder aber eine Blechplatte wird gelocht, wobei die Lochung eine Vorlochung darstellen kann.
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In die so bereitgestellte Blechscheibe wird eine Mehrzahl von Taschen axial eingebracht. Die Taschen können durch Fließpressen, Tiefziehen, Prägen oder Durchstellen erzeugt werden. Vorzugsweise werden die Taschen gezogen. Dies kann in einem einstufigen oder in einem mehrstufigen Prozess erfolgen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Taschen wechselseitig von verschiedenen Stirnseiten auf die Blechscheibe eingebracht. Als gut handhabbar und unerwünschte Verformungen minimierend hat es sich herausgestellt, alle Taschen auf der einen Stirnseite vorzuziehen und in einem zweiten Schritt fertig zu ziehen. Anschließend werden die Taschen der gegenüberliegenden Stirnseite vorgezogen und fertig gezogen. Damit werden ale Taschen, die in die gleiche Axialrichtung gerichtet sind, gemeinsam hergestellt.
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Die Taschen selbst können Absätze, Nuten oder Kanten aufweisen, die die Steifigkeit erhöhen und eine größere Streckung des Werkstoffs ermöglichen.
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In einer Ausbildung sind die Taschen untereinander durch Stege beabstandet, die in der Ebene der unbearbeiteten Blechscheibe liegen. Die Steifigkeit der Blechscheibe und damit die Tragfähigkeit des späteren Muffenträgers wird damit erhöht. Alternativ können die Taschen ohne in der Ebene des Blechscheibenrohlings verlaufende Stege direkt aneinandergrenzen. Ebenfalls können die Taschen über Trennschnitte hergestellt werden.
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Nach dem Fertigziehen weisen die Taschen radial innen angeordnete Tascheninnenwände auf, die vorzugsweise sich orthogonal zur Stirnfläche erstrecken. Ihre Form ist von der Form der Getriebewelle abhängig, auf die der Muffenträger montiert werden soll, da über die Tascheninnenwände die spätere Anbindung an die Getriebewelle erfolgt. Für den Normalfall einer runden Getriebewelle verlaufen Tascheninnenwände zweckmäßigerweise so, dass sie zur Drehachse stets den gleichen, gemeinsamen Abstand aufweisen.
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Die Taschen werden bevorzugt beabstandet von dem inneren und äußeren Rand der Blechscheibe eingebracht. Dadurch kann die axiale Länge der Tascheninnenwände maximiert werden, was das übertragbare Drehmoment erhöht. Sind die Taschen wechselseitig von jeweils gegenüberliegenden Stirnseiten eingebracht, können sich die Tascheninnenwände axial in jeweils unterschiedliche Richtungen aus der Ebene der Blechscheibe erstrecken. Axial zueinander versetzt angeordnete Tascheninnenwände können als Anschläge für eine umfangsorientierte Montage auf einer entsprechend ausgebildeten Getriebewelle genutzt werden. Die wechselseitig angeordneten Taschen können gleich geformt und daher in ihrer Gestalt komplementär zueinander ausgebildet sein. Alternativ weicht ihr Profil voneinander ab. So kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die einen Taschen in einem zweistufigen Prozess hergestellt sind und unterschiedliche Taschentiefen aufweisen, während die zweiten Taschen eine über die Tasche konstante Tiefe aufweisen.
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Das mit Taschen versehene Zwischenerzeugnis kann für den Fall, dass es nicht aus der Blechringplatte, sondern aus der Blechplatte hergestellt ist, optional vorgelocht werden, wobei der Durchmesser der Vorlochung kleiner als der Abstand zweier radial sich gegenüberliegender Tascheninnenwände ist.
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Anschließend wird eine Zentralausnehmung vorzugsweise durch Lochen in die Blechscheibe eingebracht. Weist die Blechscheibe bereits eine Vorlochung oder eine Durchgangsausnehmung auf, ist diese Ausnehmung von der einzubringenden Zentralausnehmung umfasst. Durch das Lochen wird der die Tascheninnenwand von der Vorlochung trennende Bord abgetragen. Die Vorlochung wird damit auf Maß gebracht bzw. für den Fall, dass keine Vorlochung eingebracht wurde, mit der Zentralausnehmung versehen. Der Durchmesser der Zentralausnehmung sollte dem Kopfkreis einer ggf. einzubringenden Innenverzahnung entsprechen.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, von beiden Axialseiten eine Lochung vorzunehmen, um prozesssicher eine kreisförmige Zentralausnehmung mit daran radial anschließenden, axial gerichteten Tascheninnenwänden zu erhalten.
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Schließlich wird eine Außenverzahnung beispielsweise durch einen Walzvorgang, vorzugsweise Drückwalzen, des Außenrandes der Blechscheibe erzeugt.
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Die Außenverzahnung erstreckt sich axial aus der Ebene der Blechscheibe heraus. Dieser herausstehende Teil kann durch Stanzungen oder andere Abtragungsverfahren mit Aussparungen in Form von Fenstern versehen werden, in denen vor der Montage Druckstücke oder Arretierungen angeordnet werden können.
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In einer Weiterbildung der Erfindung werden die axial verlaufenden Tascheninnenwände mit einer Innenverzahnung versehen. Dazu kann die Innenverzahnung mit einem Stempel erzeugt werden. Sie kann durch einen oder mehrere Ziehvorgänge erzeugt werden. In einer Variante ist ein Verzahnungsring als Einlegeteil vorgesehen, das sich beispielsweise formschlüssig am Grundkörper in einer für es geeigneten Zentralausnehmung abstützt.
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In einer nächsten Weiterbildung wird der Muffenträger nitrocarburiert.
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Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Muffenträger aus Blech weist eine Außenverzahnung, eine Innenverzahnung, mittels der sich der Muffenträger an der Getriebewelle abstützt, und einen die Innenverzahnung mit der Außenverzahnung verbindenden Grundkörper als drei Hauptbestandteile auf. Die Außenverzahnung und der Grundkörper sowie die Innenverzahnung sind einteilig ausgebildet. Durch die Einteiligkeit können Fügeverbindungen entfallen, wodurch der Muffenträger eine hohe Tragfähigkeit aufweist. Im Vergleich zu Muffenträgern aus zwei Halbschalen wird die Stabilität erhöht, da durch die fehlenden Fügeverbindungen diese nicht die gesamte Last aufnehmen müssen und die Halbschalen leichter verwinden. Gleichzeitig ist der Herstellungsaufwand aufgrund der entfallenden Fügeschritte geringer, und eine hohe Taktung ist möglich. Eine wird hohe Tragfähigkeit dadurch erreicht, dass jeder Zahn der Verzahnungen, der nicht eine Druckstückaussparung flankiert, über seine gesamte Axiallänge an einen benachbarten Zahn oder an den Grundkörper angebunden ist. Dadurch gibt es keine lappenartigen Verzahnungssegmente, die in Umfangsrichtung gesehen, freie Enden aufweisen, wodurch die Belastung auf die Endzähne eines Verzahnungssegments entfallen.
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Die Anbindung jedes Zahnes - mit Ausnahme der Randzähne zu den Druckstückaussparungen - über die volle axiale Länge kann an den Nachbarzahn, an den Grundkörper oder an beide erfolgen. Ist eine Verzahnung beispielsweise aus mehreren Verzahnungssegmenten zusammengesetzt, können die Zähne an den Verzahnungssegmentenden über Radialwandungen mit dem Grundkörper verbunden sein.
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Vorteilhaft ist es, wenn jeweils zwei benachbarte Zähne der Verzahnungen mit Ausnahme der die Druckstückaussparungen flankierenden Randzähne den gleichen Abstand voneinander aufweisen. Die Verzahnungen sind damit bis auf Druckstückaussparungen vollumfänglich geschlossen ausgebildet. Insgesamt tragen mehr Zähne, und die Tragfähigkeit steigt.
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Die Tragfähigkeit kann weiter erhöht werden, wenn eine oder beide der Verzahnungen axial mittig zum Grundkörper angeordnet ist bzw. sind. Die Erstreckung der Verzahnung bzw. Verzahnungen ist, von der Ebene des Grundkörpers aus gesehen, in beide Axialrichtungen symmetrisch.
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Durch eine kaltumformtechnische Herstellung ist der Muffenträger in unaufwändiger Weise insbesondere in großen Stückzahlen kostengünstig herstellbar.
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Eine spanende Bearbeitung des Blechs, um beispielsweise einzelne Funktionselemente einzubringen, ist damit selbstverständlich nicht ausgeschlossen.
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Um eine sichere Anbindung des Muffenträgers an die Getriebewelle zu ermöglichen, ist es weder erforderlich, dass die Innenverzahnung einen kreiszylindrischen Mantelabschnitt konstanter Axiallänge aufweist, noch, dass die axiale Länge, über die sich der Muffenträger abstützt, über den Innenumfang stets den gleichen Wert aufweist. Es ist vielmehr ausreichend, dass diese einen Minimalwert nicht unterschreitet. In einer Weiterbildung weist der Muffenträger einen über seinen Innenumfang veränderlichen Axialdurchmesser auf.
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In einer nächsten Weiterbildung ist die Innenverzahnung aus mehreren, in Umfangsrichtung axial leicht zueinander versetzten Ringabschnitten ausgebildet. Die so gebildeten Vor- und Rücksprünge können als Anschläge dienen.
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Die Innenverzahnung des Muffenträgers weist vorzugsweise eine Innenverzahnung zur formschlüssigen Anbindung an die Getriebewelle auf. Der Muffenträger kann ferner Taschenkonturen aufweisen, die Anschläge für Synchronringe darstellen können.
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In einer Ausgestaltung ist die Außenverzahnung in mehrere Außenverzahnungssegmente gegliedert, die durch Druckstückaussparungen voneinander beabstandet sind. In den Druckstückaussparungen können bei der Montage des Getriebes Druckstücke bzw. gegen eine Schiebemuffe vorspannbare Arretierelemente angeordnet werden.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer teilgeschnittenen Ringscheibe mit einer Innenverzahnung,
- 2 einen ersten, erfindungsgemäßen Muffenträger mit Fenstern für Druckstücke,
- 3 einen zweiten, erfindungsgemäßen Muffenträger mit Verzahnungsunterbrechungen für Druckstücke,
- 4 eine vergrößerte Ansicht der Ringscheibe nach 1 in gedrehter Darstellung,
- 5 einen Längsschnitt durch den Ringscheibe nach 1,
- 6a-f Längsschnitte der Blechscheibe in den einzelnen Herstellungsphasen der Blechscheibe nach 1,
- 7 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Blechscheibe nach 2 mit einem die einzelnen Taschen voneinander trennenden Steg und
- 8 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Muffenträger mit einer Außenverzahnung.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die 2 und 3 zeigen zwei erfindungsgemäße Muffenträger 1 für eine Synchronisiereinrichtung eines Fahrzeugswechselgetriebes. Die Muffenträger 1 sind einteilig ausgebildet und aus einem Metallblech hergestellt, dessen Ausgangsstärke d aus der Schnittdarstellung in 1 hervorgeht. Beide Muffenträger 1 sind im Wesentlichen zylindrische Ringe und weisen an ihrem Außenmantel 6 eine Außenverzahnung 3 mit Zähnen 23, 23' zum Eingriff mit nicht dargestellten Schiebemuffen und an ihren Innenmanteln 11 Innenverzahnungen 2 mit Zähnen 22, 22' für ebenfalls nicht dargestellte Gegenverzahnungen einer Getriebewelle auf. Die Innenverzahnungen 2 und die Außenverzahnungen 3 sind über scheibenförmige Grundkörper 4 miteinander verbunden. Die Grundkörper 4 und die beiden Verzahnungen 3, 2 sind einteilig ohne Fügeprozess hergestellt.
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Die beiden Muffenträger 1 nach den 1 und 2 unterscheiden sich in ihrer Außenverzahnung 3. Der Muffenträger 1 nach 2 weist drei Außenverzahnungssegmente 13 auf, die voneinander durch drei Druckstückaussparungen 10 in Form von Fenstern getrennt sind. In den Druckstückaussparungen 10 lassen sich Druckstücke oder Arretierungen anordnen. Der Muffenträger 1 nach 3 weist ebenfalls drei Außenverzahnungssegmente 13 auf, die miteinander aber über unverzahnte Ringabschnitte 14 verbunden sind.
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Die Muffenträger 1 weisen radial zwischen und beabstandet von den Verzahnungen 3, 2 Taschen 7, 8 auf, die in Umfangsrichtung gerichtet sind. Die Taschen 7 sind als Durchstellungen von der ersten Stirnseite 15 und die Taschen 8 sind komplementäre, in ihrer Form den Taschen 7 entsprechende Durchstellungen der zweiten Stirnseite 16 gebildet. In jede Axialrichtung sind alternierend je drei Taschen 7, 8 angeordnet.
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In der Variante nach 7 sind die einzelnen Taschen 7, 8 in Umfangsrichtung durch Stege 26 beabstandet. Die Stege 26 liegen in der Ebene der ursprünglichen Blechscheibe 5.
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Die 4 und 5 zeigen vergrößerte Ansichten von Taschen 8. Die innenseitig die Taschen 8 abschließenden Innenfläche 12 weist Innenverzahnungssegmente 17, 18 auf, die axial versetzt zueinander angeordnet sind und zusammen die Innenverzahnung 2 bilden. Das Maß des axialen Versatzes ist kleiner als die Zahnlänge, so dass eine Längsschnittebene mit einer umlaufenden Verzahnung existiert. Die Enden der Innenverzahnungssegmente 17, 18 sind über Radialwandungen 24 mit dem Grundkörper 4 verbunden.
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Die sechs 6a-f zeigen die Längsschnitte des Muffenträgers 1 nach den einzelnen Umformungsschritten. In 6a ist als Ausgangskörper eine Ronde als gestanzte Blechscheibe 5 dargestellt. Die Blechscheibe 5 ist geschlossen ausgebildet, ihre Stirnseiten 15, 16 sind also jeweils durch einen Vollkreis gebildet.
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Wie 6b zeigt, erfolgt zunächst ein Vorlochen der Blechscheibe 5. Vorliegend ist die so entstehende Ausnehmung 25 kreisförmig und zentralsymmetrisch um die zukünftige Drehachse ausgebildet, wobei ihr Durchmesser kleiner ist als der der später eingebrachten Zentralausnehmung 9 (6e).
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Anschließend erfolgt ein Vorziehen und ein Fertigziehen (6c) der Taschen 7 aus Richtung der ersten Stirnseite 15. Das Rondenmaterial wird aus der Blechebene 5 in mehreren Stufen herausgedrängt, wobei die Tasche 7 radial innenseitig am tiefsten ausgebildet ist. Die innenseitig in der Tasche 7 angeordnete Nut 19 wird durch eine Nutwand 20 begrenzt, deren Rückseite die spätere Innenverzahnung 2 bilden wird.
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Analog zum vorhergehenden Schritt werden Taschen 8 in die zweite Stirnseite 16 eingebracht (6d). Alle Nutwände 20 der Taschen 7 und 8 sind in Umfangsrichtung gerichtet und weisen den gleichen Abstand zur Drehachse D auf.
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Im nächsten Schritt (6e) wird der zwischen den Nutwänden 20 und der Vorlochung entstandene Kreisring 21 beispielsweise durch ein Lochen entfernt. Durch das Lochen wird die Zentralausnehmung 9 erzeugt, die in ihrer Größe dem Getriebewellendurchmesser entspricht. Die axial gerichteten Nutwände 20 bilden nun die abschließende Innenfläche 12 des fast fertigen Muffenträgers 1. In die Innenfläche 12 wird eine Innenverzahnung 2 durch ein mehrstufiges Ziehverfahren eingeformt, um eine formschlüssige Verbindung mit der Getriebewelle zu ermöglichen.
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Abschließend wird (nicht dargestellt) in die Außenfläche 6 eine Außenverzahnung 3 drückgewalzt. Die fertige Außenverzahnung 3 steht aus der Axialebene der Blechscheibe 5 hervor. Die Außenverzahnung 3 kann anschließend mit Druckaussparungen 10 versehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Muffenträger
- 2
- Innenverzahnung
- 3
- Außenverzahnung
- 4
- Grundkörper
- 5
- Blechscheibe
- 6
- Außenmantel
- 7
- Tasche
- 8
- Tasche
- 9
- Zentralausnehmung
- 10
- Druckstückaussparung
- 11
- Innenmantel
- 12
- Innenfläche
- 13
- Außenverzahnungssegment
- 14
- Ringabschnitt
- 15
- erste Stirnseite
- 16
- zweite Stirnseite
- 17
- Innenverzahnungssegment
- 18
- Innenverzahnungssegment
- 19
- Nut
- 20
- Nutwand
- 21
- Kreisring
- 22, 22'
- Zahn
- 23, 23'
- Zahn
- 24
- Radialwandung
- 25
- Ausnehmung
- 26
- Steg
- d
- Blechdicke
- D
- Drehachse
