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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kupplungskörper einer Synchronisiervorrichtung für ein Kraftfahrzeugwechselgetriebe aufweisend eine Kupplungsscheibe als ersten Abschnitt und einen Reibkonus als zweiten Abschnitt, wobei der Reibkonus einteilig mit der Kupplungsscheibe ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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Derartige Kupplungskörper sind in Synchronisiervorrichtungen verbaut, welche bei Schaltgetrieben nach dem Zahnräderwechselprinzip verwendet werden. Die Synchronisiervorrichtung vereinfacht den Gangwechsel eines meist manuell geschalteten Getriebes. Der Kupplungskörper ist dabei zwischen einem Losrad und zumindest einem Synchronring angeordnet, wobei der Synchronring axial gegen den Kupplungskörper anläuft und der Kupplungskörper selbst verdrehfest mit dem Losrad verbunden ist. Dazu kann der Kupplungskörper mit dem Losrad beispielsweise verschweißt sein.
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Die Kupplungskörper sind häufig als eine plane Scheibe ausgebildet. Sie können auch einen Reibkonusabschnitt umfassen, welcher entweder über Fügeverfahren mit dem Kupplungsscheibenabschnitt verbunden ist oder einteilig mit diesem hergestellt ist.
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Aus der
DE 198 11 096 A1 ist ein derartiger Kupplungskörper für eine Synchronisationseinrichtung eines Schaltgetriebes bekannt. Dieser ist zweiteilig ausgestaltet, wobei jeder Teil separat an einem Losrad angeordnet ist. Der Kupplungskörper sowie der Synchronring, welcher den Reibkonusabschnitt bildet, sind jeweils dem Losrad zugeordnet, wobei der Kupplungskörper während eines Schaltvorgangs über eine Dachverzahnung formschlüssig mit einer Schiebemuffe verbunden werden kann. Die Reibkonusfläche des Reibkonusabschnittes wirkt mit einem Synchronring zusammen. Sowohl das Losrad, der Reibkonusabschnitt sowie der Scheibenabschnitt des Kupplungskörpers sind jeweils als Einzelteile ausgestaltet, die über das Losrad verdrehfest miteinander verbunden sind. Dieser Kupplungskörper weist jedoch den Nachteil auf, dass sowohl der Kupplungsscheibenabschnitt als auch der Reibkonusabschnitt separat voneinander gefertigt werden müssen. Ferner ergibt sich das Erfordernis, dass jedes Einzelteil mit dem Losrad separat verbunden werden muss. Die Verbindung erfordert dabei eine genaue Ausrichtung der Teile relativ zum Losrad sowie relativ zueinander.
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Ein gattungsgemäßer Kupplungskörper ist aus der
DE 10 2006 056 487 A1 bekannt. Der Kupplungskörper umfasst eine Kupplungsscheibe und einen Konusring mit zumindest einer Reibfläche. Der Konusring ist dabei einteilig mit der Kupplungsscheibe ausgeführt. Bei dieser technischen Ausgestaltung sind komplexe Umformvorgänge erforderlich, und ein derart hergestellter Kupplungskörper ist insbesondere in den Rückstauchbereichen hoch belastet, so dass der Materialstärke und damit dem übertragbaren Drehmoment deutliche Grenzen gesetzt sind. Weitere Einschränkungen ergeben sich dadurch, dass der Reibkonusdurchmesser im Vergleich zum Nabendurchmesser des Kupplungskörpers für eine prozesssichere Herstellung nicht zu groß werden darf.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen unaufwändig zu fertigenden Kupplungskörper zu schaffen, der die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch einen Kupplungskörper mit einem Reibkonus gelöst, wobei der Reibkonus einteilig mit einer Kupplungsscheibe ausgebildet ist, indem er durch mehrere, voneinander beabstandete und aus der Ebene der Kupplungsscheibe axial heraus weisende Konussegmente gebildet ist.
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Der Kupplungskörper weist erfindungsgemäß keinen umfangsseitig geschlossenen Reibkonus auf, sondern einzelne, in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Reibkonussegmente. Der überstrichene Winkelbereich der Konussegmente lässt sich an das Durchmesserverhältnis der Nabe der Kupplungsscheibe zum Reibkonusdurchmesser anpassen. Damit sind auch Kupplungskörper umformtechnisch fertigbar, die große Durchmesserunterschiede von Innendurchmesser und Reibkonusdurchmesser aufweisen. Diese sind mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Umformverfahren wie Aufweiten, Falten oder Stauchen nicht mehr darstellbar und müssten demzufolge spanend hergestellt, geschmiedet oder gesintert werden, was mit höherem Aufwand und Gewicht verbunden ist.
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Der Kupplungskörper lässt sich schmieden, sintern oder anderweitig spanend herstellen. Vorzugsweise erfolgt jedoch die Herstellung des Kupplungskörpers kaltumformtechnisch. Beispielsweise wird zunächst ein scheibenförmiger Grundkörper aus Blech bereitgestellt, Die Grundform des Kupplungskörpers umfasst damit lediglich einen Ring mit einer Passverzahnung und einen an diesen angeformten, wenn auch durchbrochenen Konus. Die Reibkonussegemente können aufgrund der einteiligen Herstellung mit dem Ring in einem sehr geringen Toleranzband hergestellt werden. Dies ist besonders günstig bezüglich der auftretenden Schaltkräfte und des durch den Benutzer erfahrbaren Schaltgefühls.
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Die einzelnen Reibkonussegmente können auf besonders einfache Weise hergestellt werden, wenn in den Grundkörper Lappen als die späteren Reibkonussegmente gestanzt werden. Die Lappen können anschließend aus der Ebene des Grundkörpers gebogen oder durchgestellt werden.
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Da die einzelnen Reibkonussegmente voneinander beabstandet sind, ist es nicht erforderlich, diese zusätzlich mit Axialnuten zur Ölabfuhr zu versehen. Ebenso können Axialnuten des Reibpartners, des Synchronrings, entfallen, so dass dessen Herstellung dadurch vereinfacht wird
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Durch die einteilige Herstellung aus einem Stahlband sind nachgelagerte Fügevorgänge nicht erforderlich. Die Einbau- und Funktionsmaße werden durch die Umformung selbst eingehalten, wobei die Umformung insbesondere die Verzahnung und die Reibkonusfläche betrifft. Die durch die Umformung erreichten Genauigkeiten und Oberflächeneigenschaften sind für einen direkten Verbau des Kupplungskörpers im Getriebe geeignet.
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Das Stahlblech, welches als Ausgangsmaterial bereitgestellt wird, kann beispielsweise eine Dicke von 2mm bis 10mm, vorzugsweise von 3mm bis 7mm und besonders bevorzugt von 5mm aufweisen. Das Gefüge des Ausgangsmaterials kann einen normalisierten Zustand aufweisen, welcher erst durch die entstehende Kaltverfestigung und einen nachgeschalteten Wärmebehandlungsvorgang die endgültige Härte erreicht. Beispielhaft kann ein Einsatzstahl wie ein 16MnCr5 oder ein Material aus dem Anwendungsgebiet der Wälzlager herangezogen werden, welches beispielsweise 100Cr6 entspricht, wobei der Kupplungskörper selbstverständlich auch ein anderes Material, beispielsweise ein Buntmetall oder einen Kunststoff, umfassen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren nach dem Bereitstellen des Stahlblechs und vor dem Kragenziehen einen Lochvorgang umfasst, um ein Loch aus dem Stahlblech in Richtung einer Symmetrieachse auszuschneiden. Der Schnittvorgang kann ein einfaches Stanzen umfassen, so dass das für das Kragenziehen notwendige Ausgangswerkstück bereitgestellt werden kann. In den Kragen wird optional eine Verzahnung eingebracht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kupplungskörpers umfasst ein Höhenschleifen des Reibkonussegmente. Erst nach dem Höhenschleifen wird die gewünschte Reibkonusfläche ausgebildet, gegen die im späteren Betrieb des Kupplungskörpers der Synchronring anlaufen kann, um einen Reibkontakt zu bilden. Beim Höhenschleifen kann zugleich die erforderliche Qualität der Oberfläche der Reibkonusfläche herbeigeführt werden. Es besteht ferner die Möglichkeit, sowohl die gewünschte geometrische Gestalt mit den jeweiligen Toleranzen und Maße der Reibkonusfläche mittels eines Walzverfahrens herzustellen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Kupplungskörper eine Innenfläche aufweist, in die eine Innenverzahnung eingebracht wird. Diese kann beispielsweise mittels eines Fließpressens oder eines Walzverfahrens in die Innenfläche eingebracht werden. Die Innenverzahnung in der Innenfläche des Kupplungskörpers dient zur formschlüssigen Verbindung mit dem Losrad, an dem der Kupplungskörper verdrehfest angeordnet werden muss. Wenn der Kupplungskörper mittels eines Schweißverfahrens an das Losrad angebracht wird, ist die Innenfläche bevorzugt als zylindrischer Durchgang auszugestalten.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Kupplungskörper wärmebehandelt, wobei die Wärmebehandlung entweder am gesamten Kupplungskörper oder an Teilabschnitten ausgeführt wird. Durch die Wärmebehandlung erhält der Kupplungskörper die endgültige Härte, wobei die Wärmebehandlung beispielsweise ein Umwandlungshärten umfassen kann, wobei ferner auch Verfahren zur Ausscheidungshärtung, zur Kalthärtung oder Härteverfahren mit Laserstrahlung vorgenommen werden können.
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Entweder wird der Kupplungskörper insgesamt einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei auch Teile des Kupplungskörpers wie beispielsweise ausschließlich der Reibkonusabschnitt oder beispielsweise ausschließlich der Bereich der Außenverzahnung, welche am Kupplungsscheibenabschnitt angeordnet ist, wärmebehandelt werden können. Hierbei bietet sich insbesondere die Wärmeinbringung mittels Laserstrahlung an, da diese mit einer besonders hohen Ortsauflösung erfolgen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kupplungskörpers ist vorgesehen, dass im radial äußeren Bereich des Kupplungsscheibenabschnittes eine Außenverzahnung mittels eines Fließpressens angeformt wird. Dabei ist die Herstellung der Außenverzahnung nicht auf den Vorgang eines Fließpressens begrenzt, sondern die Außenverzahnung kann auch mittels eines Hubstoßens, Fräsens oder Anwalzens erfolgen.
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Vorteilhafterweise wird in die Kupplungsscheibe wenigstens eine fensterförmige Aussparung eingebracht, um ein Eingriffsmöglichkeit für Halteelemente eines angrenzenden Synchronzwischenringes zu schaffen. Die fensterförmigen Aussparungen können über dem Umfang des Kupplungskörpers gleich verteilt mehrfach angeordnet sein. Die fensterförmigen Aussparungen können rechteckförmig, quadratisch oder rund ausgeführt werden, so dass eine entsprechende Eingriffsgeometrie der Halteelemente zum Formschluss des Kupplungskörpers mit dem Synchronzwischenring entsteht. Alternativ ist es auch möglich, dass die Halteelemente in die durch den Abstand der Reibkonussegmente voneinander gebildeten Axialnuten oder in die durch das Durchstellen der Reibkonussegmente in der Kupplungsscheibe entstandenen Fenster eingreifen.
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Die einzelnen Reibkonussegmente können vor oder nach dem Umformen mit einem Reibmaterial beschichtet werden.
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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 perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kupplungskörpers,
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2a einen Querschnitt des Kupplungskörpers gemäß 1,
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2b einen Längsschnitt des Kupplungskörpers gemäß 1 und
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3 den Aufbau einer Synchronisiervorrichtung, die Kupplungskörper nach dem Stand der Technik aufweist.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Aus der 3 ist der Aufbau einer Synchronisiervorrichtung 1 zu entnehmen, die im Längsschnitt abgebildet ist. Der Aufbau umfasst zwei Baueinheiten 3a, 3b einteiliger Bauart, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die beiden Baueinheiten 3a, 3b sind auf einer Getriebewelle 2 beabstandet durch einen Muffenträger 4 drehbar angeordnet sind. Jede Baueinheit 3a, 3b ist versehen mit einem eine Außenverzahnung aufweisenden Losrad 5a, 5b. In Richtung des Muffenträgers 4 zeigend ist dem Losrad 5a, 5b jeweils ein Kupplungskörper 6a, 6b vorangestellt, an dem sich ein Synchronring 7a, 7b anschließt. Zur Unterscheidung der einzelnen Elemente der Baueinheit 3a, 3b sind diese abweichend schraffiert. Auf einer konisch verlaufenden Reibfläche 8a, 8b des Synchronrings 7a, 7b ist jeweils ein Synchronring 9a, 9b geführt, dessen einseitig abgewinkelter Abschnitt außen eine Dachverzahnung aufweist, die mit einer axial verschiebbaren Schiebemuffe 10 zusammenwirkt. Die als Ringkörper gestaltete Schiebemuffe 10 umschließt den Muffenträger 4 und ist mit diesem durch eine Verzahnung verbunden. Das Verzahnungsprofil der Schiebemuffe 10 stimmt weiterhin überein mit den Dachverzahnungen der Synchronringe 9a, 9b sowie der Kupplungskörper 6a, 6b. Ein axiales Verschieben der Schiebemuffe 10 in Richtung einer Synchroneinheit 3a, 3b bis zu einer radialen Überdeckung eines Kupplungskörpers 6a, 6b, bei der dieser mit der Schiebemuffe 10 durch die Verzahnung formschlüssig verbunden ist, ermöglicht einen Kraftfluss von der Getriebewelle 2 auf ein Losrad 5a, 5b, welches jeweils mit einem weiteren in 3 nicht abgebildeten Zahnrad in Eingriff steht. Zur Verlagerung der Schiebemuffe 10 dient ein Schaltfinger 12, der in eine Ausnehmung 13 der Schiebemuffe 10 formschlüssig eingreift. Der Schaltfinger 12 ist an einer koaxial zur Getriebewelle 2 angeordneten Schaltwelle 11 lagefixiert, die beispielsweise über einen manuell zu betätigenden Schalthebel in eine der durch die Pfeile angegebenen Axialrichtungen verschiebbar ist.
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Der in den 1, 2a und 2b dargestellte, erfindungsgemäße Kupplungskörper 14 ist ringförmig um eine Symmetrieachse 15 ausgebildet. Der Kupplungskörper 1 besteht aus einer Kupplungsscheibe 16 als erstem Abschnitt, an welcher ein Reibkonus 17 angeformt ist, der aus sechs einzelnen Reibkonussegmenten 18a, 18b, 18c gebildet ist. Der Kupplungskörper 14 ist aus einem Stahlblech mittels Umformverfahren hergestellt, wobei die Kupplungsscheibe 16 aus einem unverformten Blechabschnitt besteht und die Reibkonussegmente 18a, 18b, 18c aus der Ebene der Kupplungsscheibe 16 heraus gezogen sind. Untereinander sind die einzelnen Reibkonussegmente 18a, 18b, 18c in Umfangsrichtung beabstandet und bilden somit Ölnuten 27. Die einzelnen Ölnuten 27 sind äquidistant voneinander beabstandet und weisen jeweils den gleichen Winkeldurchmesser auf.
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Außenseitig weist der Kupplungskörper 14 im Bereich der Kupplungsscheibe 16 eine Außenverzahnung 19 auf, welche zugleich eine Dachanspitzung 20 umfasst. Der Reibkonus 17 bildet eine Reibkonusfläche, gegen die ein Synchronring anlaufen kann.
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Der Kupplungskörper 14 weist als nabenförmiges Bauteil eine Zentralausnehmung 23 auf, an die sich ein axial gerichteter Kragen 21 anschließt. Der Kragen 21 ist zur Befestigung an einem Losrad 5a, 5b oder der Getriebewelle 2 mit einer Innenverzahnung 22 versehen. Radial außen schließen sich die durch die Herstellung der Reibkonussegmente 18a, 18b, 18c entstandenen Fenster 24a, 24b, 24c an, die von dem Kragen 21 durch einen umlaufenden ersten Ringbereich 25 beabstandet sind, um dem Kupplungskörper 14 eine höhere Stabilität zu verleihen. Im Gegensatz zum axial in Richtung der Symmetrieachse 15 gerichteten Kragen 21 sind die Reibkonussegmente 18a, 18b, 18c zu dieser leicht gewinkelt. Weiter radial außen schließt sich ein zweiter, nicht durchbrochener Ringbereich 26 an, der die radial gerichtete Außenverzahnung 19 aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Synchronisiervorrichtung
- 2
- Getriebewelle
- 3a
- Baueinheit
- 3b
- Baueinheit
- 4
- Muffenträger
- 5a
- Losrad
- 5b
- Losrad
- 6a
- Kupplungskörper
- 6b
- Kupplungskörper
- 7a
- Synchronring
- 7b
- Synchronring
- 8a
- Reibfläche
- 8b
- Reibfläche
- 9a
- Synchronring
- 9b
- Synchronring
- 10
- Schiebemuffe
- 11
- Schaltwelle
- 12
- Schaltfinger
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Kupplungskörper
- 15
- Symmetrieachse
- 16
- Kupplungsscheibe
- 17
- Reibkonus
- 18a
- Reibkonussegment
- 18b
- Reibkonussegment
- 18c
- Reibkonussegment
- 19
- Außenverzahnung
- 20
- Dachanspitzung
- 21
- Kragen
- 22
- Innenverzahnung
- 23
- Zentralausnehmung
- 24a
- Fenster
- 24b
- Fenster
- 24c
- Fenster
- 25
- erster Ringbereich
- 26
- zweiter Ringbereich
- 27
- Ölnut
