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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schiebemuffe eines Gangräderwechselgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit einer Innenverzahnung, die Eingriffszähne zum Eingriff in Gegenverzahnungen und Anschlagzähne als zwei unterschiedliche Zahnarten aufweist, wobei die Anschlagzähne einen Axialanschlag für einen Kupplungskörper bilden.
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige Schiebemuffen sind in der Regel als Kupplungselemente in Synchronisiereinrichtungen von Hand oder automatisiert geschalteter Kraftfahrzeuggetriebe eingesetzt. Sie verbinden eine Getriebewelle verdrehfest mit einem auf der Getriebewelle drehbar gelagerten Gangrad. Dabei ist die Schiebemuffe konzentrisch zur Getriebewelle und drehfest auf einem ebenfalls drehfest mit der Getriebewelle verbundenen Synchronkörper angeordnet, in Längsrichtung der Getriebewelle verschiebbar sowie mit einem Gangrad kuppelbar.
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Schiebemuffen gibt es in den verschiedenen Ausführungsformen. Sie weisen an ihrer Innenmantelfläche eine nach innen weisende Verzahnung auf, die in eine Gegenverzahnung des Synchronkörpers und im geschalteten Zustand in eine Verzahnung des Gangrads eingreift. Am Außenumfang der Schiebemuffe ist eine zumeist als eine Nut ausgebildete Führung für eine Schaltgabel vorgesehen. Mit der Schaltgabel wird die Schiebemuffe in Längsrichtung der Getriebewelle auf dem Synchronkörper verschoben, bis sie an das Zahnrad gekuppelt oder wieder zurück in ihre Neutralstellung bewegt ist.
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Beim Kuppelvorgang des Gangrads mit der Schiebemuffe müssen die in der Regel unterschiedlichen Drehzahlen der Welle und des Gangrads zunächst aneinander angeglichen werden, damit die Verzahnungen der Schiebemuffe und des Gangrads möglichst ohne Widerstand, geräuscharm und beschädigungsfrei ineinander geschoben werden können. Zur Angleichung der Drehzahlen sind ein oder mehrere Synchronringe vorgesehen, welche mit der Welle bzw. mit der Schiebemuffe verdrehbar geführt sind. Sie haben zu diesen Bauteilen gegenüber jedoch einen gewissen Spielraum in Umfangsrichtung. Während des Ausgleichens der Drehzahlen ist der Synchronring relativ zur Schiebemuffe um den ihm möglichen Winkelversatz verdreht, wodurch seine Sperrverzahnung ein weiteres axiales Vorschieben der Schiebemuffe so lange blockiert, bis sich die Drehzahlen der Schiebemuffe und des Gangrads angeglichen haben. Damit in der Neutralstellung kein permanentes Ansynchronisierungen durch Erschütterungen oder ungewollte Axialbewegungen der Schiebemuffe erfolgen, ist die Schiebemuffe am Synchronkörper mittenzentriert gehalten. Die Halterung erfolgt zumeist durch mehrere Rastnuten in der Verzahnung, in denen Rastelemente vorspannbar sind. Die Rastelemente sind häufig als Druckstücke ausgebildet und können den Vorsynchronisationsprozess einleiten. Durch die Vorspannung nimmt bei einer Schaltbewegung des Fahrers zunächst die Schaltgabel die Schiebemuffe samt der Druckstücke mit. Nachdem der Synchronisationsvorgang abgeschlossen ist, kann die Schiebemuffe axial weiter verschoben werden, und die Rastelemente können aus ihren Rastausnehmungen ausrasten. Die Tragfähigkeit der Zähne mit den Rastnuten ist allerdings reduziert. In einer anderen Variante wechselwirken Vorsynchronisationselemente mit (weiteren) Nuten, so dass die Tragfähigkeit (weiter) reduziert wird.
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Die axiale Verschiebung der Schiebemuffe in Richtung des Gangrads muss in der Regel begrenzt werden, um eine Dauerbelastung des Synchronrings zu vermeiden. Ein im Stand der Technik verwendetes Begrenzungsmittel ist beispielsweise eine zusätzliche Scheibe hinter dem Synchronring. Ein derartige Scheibe erhöht allerdings das Gewicht und in unerwünschter Weise die axiale Baulänge. Zur Lösung dieses Problems wird in der
EP 1 231 396 A1 vorgeschlagen, zwischen den Zähnen der Schiebemuffe einen Anschlag anzuordnen, welcher die axiale Bewegung der Schiebemuffe begrenzt. Nachteilig an dieser an sich vorteilhaften Lösung ist, dass im Bereich der Zahnspitzen sehr hohe Belastungen auftreten, wobei diese angestoßen und beschädigt werden können. Dies führt zunächst zu einem Komfortverlust, kann bei starker Beschädigung aber auch die Funktion der Schaltvorrichtung beeinträchtigen. Die Tragfähigkeit dieser Zahnflanken ist ebenfalls reduziert.
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DE 10 2007 030 507 A1 lehrt die Anordnung von Anschlägen auf den Schiebemuffenzähnen. Die Fertigung dieser Anschläge aus den Schiebemuffen in Umformtechnik ist nicht immer prozesssicher möglich, da die Steifigkeit des Anschlags relativ gering ist. Die Durchstellung verändert zudem die Ausgestaltung der Zahnflanke, so dass diese nicht mehr in Gänze tragend ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Schiebemuffe zu schaffen, die eine hohe Tragfähigkeit aufweist und dennoch einfach herstellbar ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schiebemuffe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Schiebemuffe weist Eingriffszähne mit einem konstant hohen Zahndach auf, die der Drehmomentübertragung dienen. Weitere Zähne, die Anschlagzähne, welche die Nuten für ein Vorsynchronisationselement oder als Teil einer Mittenzentrierung aufweisen, bilden gleichzeitig Axialanschläge für die Schiebemuffe. Weist die Schiebemuffe also beispielsweise drei Rastnuten und drei Axialanschläge je Schaltrichtung auf, ist eine von den Eingriffszähnen abweichende Zahngestaltung nicht für sechs oder mehr verschiedene Zähne erforderlich, sondern lediglich für drei. Die Summe der Flankenfläche, die zur Momentenübertragung nutzbar ist, ist damit vergrößert, so dass die Schiebemuffe bei gleichem Bauraumbedarf und gleichem Gewicht ein höheres Drehmoment übertragen kann.
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In einer Ausgestaltung nehmen die Anschlagzähne nicht an der Drehmomentübertragung teil. Dadurch kann ihnen eine individualisierte Form gegeben werden, die die Integration weiterer Funktionen ermöglicht. Beispielsweise können die Anschlagzähne blockartig oder asymmetrisch geformt sein und somit eine mechanische Verbausicherung bilden, die eine drehwinkelkorrekte Montage der Schiebemuffe erzwingt. Dadurch kann auf separate Mittel zur drehsicheren Montage wie Fasen, unterschiedliche Radien, Einstiche oder separat anzubringende, optische Kennzeichnungen verzichtet werden.
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In einer Variante der Erfindung weisen die Anschlagzähne Nuten für Vorsynchronisationselemente auf. In einer anderen Variante der Erfindung weisen die Anschläge Nuten zur Mittenzentrierung auf. In beiden Fällen ist die Anzahl der Eingriffszähne erhöht.
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Es sind zwei, drei oder mehr Anschlagzähne über den Umfang der Schiebemuffe angeordnet. Die Anschlagzähne sind vorzugsweise in etwa gleichem Winkelabstand voneinander angeordnet. Beim Einlegen eines Ganges erfolgt dadurch eine gleichmäßige Belastung der Schiebemuffe.
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Eine leichte Asymmetrie der Anschlagzähne kann als Positionierhilfe vorgesehen sein, damit die Schiebemuffe nur mit genau einer Stirnseite auf dem Synchronkörper verbaubar ist. Dies kann beispielsweise durch eine Anordnung der Anschlagzähne realisiert sein, die im Vergleich zur geometrisch gleich beabstandeten Anordnung der Anschlagzähne einen der Anschlagzähne um einen Zahn versetzt.
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Die Gestalt der Anschlagzähne kann unabhängig von der der Eingriffszähne gewählt werden. So können die Anschlagzähne schmaler ausfallen und damit die endseitigen, besonders belasteten Eingriffszähne verstärkt werden. In einer anderen Ausbildung, insbesondere wenn der Anschlagzahn besonders hoch ausgebildet werden soll, kann dieser auch breiter als die Eingriffszähne gestaltet sein, so dass dennoch eine Herstellung der Verzahnung in Kaltumformtechnik aus Blech möglich ist.
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Aus dem gleichen Grunde kann das Zahndach der Anschlagzähne gegenüber dem der Eingriffszähne verkürzt sein.
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In einer nächsten Ausgestaltung sind die Anschlagzähne von dem axialen Schiebemuffenrand beabstandet. Der Anschlagzahn kann somit stirnseitig mit dem Ringkörper eines Kupplungskörpers einen Anschlag bilden, wobei der Kupplungskörper oder das zugehörige Gangrad nicht weiter angepasst werden müssen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind alle Zähne spanlos hergestellt. Eine aufwändiges Zerspanen entfällt somit; gegebenenfalls kann auch auf spanende Nacharbeit verzichtet werden. Weiterhin ist es nicht erforderlich, zusätzliches Material für die Anschläge einzubringen.
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Vorzugsweise sind die Anschläge zusammen mit der Verzahnung hergestellt. Insbesondere wenn die Verzahnung in einem spanlosen Herstellungsprozess gefertigt wird, kann die gleiche Fertigungsmaschine verwendet werden, so dass kein erneutes Ausrichten der Kupplungsverzahnung erforderlich ist.
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Zusammenfassend kann durch die Integration der Axialanschläge in Zähne mit Nuten die Anzahl der tragenden Flanken erhöht werden. Ebenfalls möglich ist eine Reduktion der querschnittsminimierenden Ausformungen am Synchronkörper.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Schiebemuffe mit Nuten aufweisenden Axialanschlägen im Querschnitt und
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2 die Schiebemuffe nach 1 im Längsschnitt und
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3 eine Synchronisiereinrichtung im Querschnitt.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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In 3 ist mit 1 eine Welle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge bezeichnet, auf welcher zwei Gangräder 2 und 3 frei drehbar gelagert sind. Zwischen diesen beiden Gangrädern 2 und 3 ist eine Synchronisiereinrichtung 4 angeordnet, über welche wahlweise eines der beiden Gangräder 2 oder 3 an die Welle kuppelbar ist. Auf diese Weise wird das Schaltgetriebe in unterschiedliche Übersetzungsstufen geschaltet.
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Die Synchronisiereinrichtung 4 weist einen Synchronkörper 5 auf, der drehfest in eine Verzahnung 6 der Welle 1 eingreift. Weiterhin ist der Synchronkörper 5 an seinem äußeren Umfang mit einer Außenverzahnung 7 versehen, in welche Zähne 8 einer Innenverzahnung einer Schiebemuffe 9 eingreifen. Im Synchronkörper 5 ist weiterhin ein Druckstück 10 mit einer Druckfeder 11 geführt, das ein kugelförmiges, in Längsrichtung über das Druckstück 10 vorstehendes Rastelement 12 aufnimmt. Das kugelförmige Rastelement 12 ragt dabei aus dem Synchronkörper 5 bis etwa zum Kopfkreis der Außenverzahnung 7 vor. In der Neutralstellung der Synchronisiervorrichtung 4, in der keine der beiden möglichen Gangstufen geschaltet ist und sich somit die beiden Gangräder 2 und 3 gegenüber der Welle 1 drehen, greift das Rastelement 12 in eine Innenverzahnung 8 der Schiebemuffe 9 ausgebildete Rastnut 13 ein.
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Beiderseits des Druckstücks 10 sind Synchronringe 14 und 15 angeordnet, die außen eine Sperrverzahnung 16 bzw. 17 und innen eine Reibfläche 18 bzw. 19 aufweisen. Gleitflächen 18 und 19 der Synchronringe 14 und 15 wirken mit entsprechend ausgebildeten Reibflächen 20 und 21 zusammen, welche am Gangrad 3 sowie an einem drehfest mit dem Gangrad 2 verbundenen Kupplungsring 22 ausgebildet sind.
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Während eines Schaltvorgangs wird bei einer entsprechenden Sperrsynchronisierung über das Druckstück 10 zunächst während des Ansynchronisierens eine axiale Kraft auf den jeweiligen Synchronring 14 oder 15 ausgeübt, so dass dieser über seine Reibfläche 18 oder 19 von der entsprechenden Reibfläche 20 oder 21 mitgenommen und gegenüber dem Synchronkörper 5 um einen bestimmten Winkel verdreht wird. In dieser Lage sperrt die Sperrverzahnung 16 eine weitere Verschiebung der Schiebemuffe 9. Diese Sperrwirkung wird erst dann aufgehoben, wenn Gleichlauf zwischen dem jeweiligen Gangrad 2 bzw. 3 und der Welle 1 erzielt ist. In diesem Moment wird die Innenverzahnung 8 der Schiebemuffe 9 durch die Sperrverzahnung 16, 17 hindurch bewegt und gelangt schließlich in Eingriff mit einer Kuppelverzahnung 23 bzw. 24.
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Die 1 und 2 zeigen die erfindungsgemäße Schiebemuffe 9 mit Zähnen 8 und Zahnzwischenräumen 33, welche aus Bandmaterial hergestellt sind. Bei der Herstellung wird in das Bandmaterial dazu zunächst die Verzahnung 6 eingebracht. Dieses Verzahnungsband 34 wird sodann gebogen und durch eine Haltevorrichtung zusammengehalten. Radial außen liegend weist die Schiebemuffe 9 zwei Ringe 37, 38 auf, welche eine Nut 39 für den Eingriff einer Schaltgabel bilden und mit dem Verzahnungsband 34 verschweißt sein können. In die Zahnzwischenräume 33 greifen, sofern ein Gang geschaltet ist, Kupplungszähne 26 der Kuppelverzahnung 23 bzw. 24 ein.
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Die Innenverzahnung 6 der Schiebemuffe 9 weist Anschlagzähne 25 auf, die im Vergleich zu den anderen Eingriffszähnen 26 axial verkürzt sind. Sie sind höher ausgebildet und weisen in ihrem Zahndach eine Nut 13 als mittenzentrierendes Funktionselement auf. Drei Anschlagzähne 25 sind gleichmäßig am Umfang der Schiebemuffe 9 angeordnet. Zur Verdeutlichung des Unterschiedes zum Stand der Technik ist ein Riegelnutzahn 36 eingezeichnet, der im Bereich seiner Nut eine Materialverdrängung 42 in Umfangsrichtung aufweist. Dadurch müssen benachbarte Zähne entfallen. Durch die Verlagerung der Nut 39 in den Anschlagzahn 25 kann dieser Bereich mit normalen Eingriffszähnen 26 aufgefüllt werden. Aufgrund der axialen Verkürzung und der Erhöhung kann die Nut 13 in den Anschlagzahn 25 ohne Auswirkungen auf die benachbarten Zähne 26 eingebracht werden. Die Anzahl der tragenden Flanken der Zähne 8 ist damit erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Gangrad
- 3
- Gangrad
- 4
- Synchronisiereinrichtung
- 5
- Synchronkörper
- 6
- Verzahnung
- 7
- Außenverzahnung
- 8
- Zahn
- 9
- Schiebemuffe
- 10
- Druckstück
- 11
- Druckfeder
- 12
- Rastelement
- 13
- Nut
- 14
- Synchronring
- 15
- Synchronring
- 16
- Sperrverzahnung
- 17
- Sperrverzahnung
- 18
- Reibfläche von 14
- 19
- Reibfläche von 15
- 20
- Reibfläche
- 21
- Reibfläche
- 22
- Kupplungsring
- 23
- Kupplungsverzahnung
- 24
- Kupplungsverzahnung
- 25
- Anschlagzahn
- 26
- Eingriffszahn
- 32
- Zahnkopf
- 33
- Zahnzwischenraum
- 34
- Verzahnungsband
- 35
- Ausnehmung
- 36
- Riegelnutzahn
- 37
- Ring
- 38
- Ring
- 39
- Nut
- 42
- Materialverdrängung
- 43
- Füllbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1231396 A1 [0005]
- DE 102007030507 A1 [0006]
