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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Kupplungselement einer Synchronisiereinrichtung eines Fahrzeuggetriebes, wobei das Kupplungselement ein Zahnprofil mit Dachschrägen aufweist, das zum Übertragen von Drehmomenten mit einem Gegenzahnprofil in Eingriff bringbar ist, wobei das Zahnprofil oberflächenbehandelt ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige Kupplungselemente von Synchronisiereinrichtungen sind Teil von Schaltkupplungen. Die Schaltkupplungen sind in bekannter Weise Schaltmuffen- oder Klauenkupplungen, mit denen in handgeschalteten Getrieben bei einem Gangwechsel ein Gangrad, bevorzugt jedoch wahlweise zwei Gangräder schaltbar sind. Mit den Schaltkupplungen wird eine lösbare formschlüssige Verbindung in der Regel zwischen einer Getriebewelle und dem gewählten Gangrad hergestellt. Mittels der Verbindung werden aus dem Leistungsfluss im Getriebe resultierende Drehmomente von der Getriebewelle zu dem Gangrad, oder umgekehrt, übertragen.
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In
DE 198 32 729 A1 ist eine Schaltkupplung der gattungsbildenden Art beschrieben. Die einzelnen Kupplungselemente, wie die Schaltmuffe, der Muffenträger und die Kupplungsverzahnung an dem Gangrad greifen zum Übertragen der Drehmomente mittels Verzahnungen formschlüssig ineinander. Die Schaltmuffe sitzt dabei entweder direkt auf der Getriebewelle oder wie in der Schaltkupplung nach
DE 198 32 729 A1 auf dem Muffenträger und ist in Umfangsrichtung drehfest aber längs der Rotationsachse der Schaltkupplung verschiebbar auf der Getriebewelle oder dem Muffenträger angeordnet. Dazu greift die Schaltmuffe mit einem Zahnprofil in ein entsprechendes Gegenzahnprofil an der Getriebewelle oder an dem Muffenträger ein. Die Flanken der Zähne der Zahnprofile sind längs der Rotationsachse ausgerichtet. Die Schaltmuffe bewegt sich beim Schalten eines Ganges, ständig in der Gegenverzahnung an dem Muffenträger geführt, längs der Rotationsachse, bis das oder ein weiteres Zahnprofil an der Schaltmuffe mit dem Zahnprofil der Kupplungsverzahnung verzahnt ist. Während der Schaltbewegung sind Reibkräfte zwischen den Flanken der Zähne der aneinander bewegten Zahnprofile des Muffenträgers und der Schaltmuffe sowie zwischen den Flanken der ineinander spurenden Zahnprofile der Schaltmuffe und der Kupplungsverzahnung zu überwinden. Bei synchronisierten Schaltkupplungen entstehen zusätzlich Kräfte aus der Reibung an den aneinandergleitenden Flanken der Schaltmuffe und der Sperrverzahnung des äußeren Synchronringes, wenn das Zahnprofil der Schaltmuffe ein Zahnprofil der Sperrverzahnung nach dem Synchronisieren durchfährt. Die aus der Reibung resultierenden Schaltkräfte sind insbesondere in den ersten Betriebsstunden von Neufahrzeugen relativ hoch, da die miteinander im Eingriff stehenden bzw. miteinander in Eingriff zu bringenden Kupplungselemente sich erst aneinander einarbeiten müssen. Oft hakelt die Schaltung anfangs oder ist schwergängig. Der Schaltkomfort ist beeinträchtigt.
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Zur Verbesserung des Schaltkomforts schlägt die
DE 102 30 189 A1 vor, eines der Zahnprofile mit einer reibungsvermindernden Gleitschicht zu versehen, so dass bei einer Axialverschiebung die Bauteile leichter aneinander gleiten. Nachteilig an dieser Beschichtung ist, dass die Sperrsicherheit der Synchronisiereinrichtung abnimmt. Dies muss mit einem größeren Dachschrägenwinkel kompensiert werden, was wiederum das Kratzverhalten ungünstig beeinflusst.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kupplungselement einer Synchronisiereinrichtung zu schaffen mit dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe ist gelöst durch ein Kupplungselement einer Synchronisiereinrichtung eines Fahrzeuggetriebes, wobei das Kupplungselement ein Zahnprofil mit Dachschrägen aufweist, das zum Übertragen von Drehmomenten mit einem Gegenzahnprofil in Eingriff bringbar ist, wobei das Zahnprofil oberflächenbehandelt ist, wobei die Dachschrägen eine Oberfläche aufweisen, deren Reibmoment erhöht ist.
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Durch die zunächst dem Ziel der Kratzminimierung entgegen erscheinende Erhöhung des Reibwertes der Dachschrägen beispielsweise durch Beschichten oder durch Aufrauen, ist es möglich, bei gleicher Sperrsicherheit den Dachschrägenwinkel zu verringern. Erst durch die gezielte Reibwerterhöhung kann der Dachschrägenwinkel minimiert werden. Damit wird auch das Einlaufen in den ersten Betriebsstunden von Neufahrzeugen, bei denen die miteinander im Eingriff stehenden mechanischen Bauteile teilweise noch schwergängig gegeneinander bewegbar sind, erleichtert, so dass auf eine Gleitschicht auf den Zahndächern verzichtet werden kann.
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Gegebenenfalls reicht es aus, den Dachschrägenwinkel und die Reibschicht auf den Dachschrägen so zu wählen, dass die für die Sperrsicherheit erforderliche Minimalreibzahl während des Einlaufens unterschritten wird. Sie kann also im Einlauf kurze Zeit unterhalb der zulässigen minimalen Reibungszahl liegen, die sich bei nicht modifiziertem Reibwert der Dachschräge ergibt.
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Durch die Erfindung ist es möglich, bei niedrigen Schaltkräften unter etwa 300N mit Dachschrägenwinkeln zu arbeiten, die 100° oder weniger betragen, ohne dass die Sperrsicherheit beeinträchtigt ist.
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Kupplungselemente im Sinne der Erfindung sind unter anderem Schaltmuffen, Synchronringe mit Verzahnungen oder Kupplungskörper. Unter Verzahnungen, Zahnprofilen und Zähne sind alle Elemente wie Keilprofile, Keile, Klauen und Kerbverzahnungen zu verstehen, die in Schaltkupplungen für dauerhafte oder lösbare formschlüssige Verbindungen zum Übertragen von Drehmomenten geeignet sind. Derartige Zahnprofile und ihre Zähne sind in der Regel aus Eisen oder Stahl, beispielsweise aus Einsatzstählen, gefertigt und zumindest an ihrer Oberfläche gehärtet.
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Die vorher genannten Beschichtungen sind je nach ihrer Zusammensetzung und ihren einzelnen Bestanteilen in den verschiedensten Verfahren aufgebracht. Beispielhaft seinen hier genannt: Das sogenannte Auftrockenverfahren, galvanisch-elektrolytisch bzw. chemisch-autokatalytisch oder in der chemischen außenstromlosen Abscheidung, mit Katodenzerstäubung, thermisch, durch Spritzen, durch Spritzen mit Laserstrahl, Schmelzbadspritzen, Pulverflamm- bzw. Drahtflammspritzen, Lichtbogen- bzw. Plasmaspritzen, durch Aufdampfen (z. B. im Vakuum), im Tauchverfahren, Lackierverfahren (z. B. Nasslackierverfahren).
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Alternativ kann das Reibmoment durch mechanische Einwirkung auf die Dachschrägen erhöht werden. Durch spanende Bearbeitung, Aufrauen, Umformen oder Sintern kann das Reibmoment im Vergleich zur unbehandelten Oberfläche vergrößert werden.
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In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest die Dachschrägen einer Schaltmuffe eine das Reibmoment erhöhende Reibbeschichtung aufweist. Die Schaltmuffe sitzt dabei bevorzugt wiederum auf einem Schaltmuffenträger oder direkt auf einer Getriebewelle und greift mit dem beschichteten Zahnprofil dann entweder in ein Zahnprofil an dem Muffenträger oder in der Getriebewelle ein. Ein weiteres der Kupplungselemente ist der Muffenträger, dessen Zahnprofil zur Schaltmuffe ebenfalls mit einer Reibbeschichtung versehen ist. Vorzugsweise sind sowohl die Schaltmuffe als auch der Muffenträger an ihren ineinandergreifenden Zahnprofilen mit Reibschichten gleicher oder sich unterscheidender chemischer Zusammensetzung versehen. Es ist auch eine Reibbeschichtung an dem Zahnprofil der Kupplungsverzahnung vorgesehen. Berücksichtigt sind auch Schaltmuffen, die mehr als eines der beschriebenen Zahnprofile, beispielsweise ein Zahnprofil für den Eingriff in den Schaltmuffenträger und ein weiteres Zahnprofil für den Eingriff in die Kupplungsverzahnung aufweisen. Bevorzugt sind beide der Zahnprofile der Schalmuffe mit einer Gleitbeschichtung versehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
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1 eine Synchronisiereinheit, in der die einzelnen Zahnprofile der erfindungsgemäßen Kupplungselemente mit einer Reibbeschichtung versehen sind,
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2 bis 5 Beispiele für Ausführungen der einzelnen Kupplungselemente der Schaltkupplung nach 1 und
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6 eine Teilaxialansicht eines erfindungsgemäßen Synchronrings mit Dachschrägen, deren Reibwert modifiziert ist.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Synchronisiereinrichtung 1 eines nicht weiter dargestellten Schaltgetriebes, mit der eine Getriebewelle 2 wahlweise verdrehfest mit einem Gangrad 3 oder 4 kuppelbar ist. Die Schaltkupplung 1 weist Kupplungselemente 15 in Form eines Muffenträgers 5, einer Schaltmuffe 6 sowie in Form von Kupplungsscheiben 7 und 8 als Kupplungskörper auf. Die Kupplungsscheiben 7 und 8 sind jeweils fest mit einem der Gangräder 3 oder 4 verbunden.
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Der Muffenträger 5 weist eine radial nach innen zu der Rotationsachse 2a der Getriebewelle 2 bzw. Schaltkupplung 1 gerichtete Verzahnung 5a auf. Über die Verzahnung 5a ist der Muffenträger 5 mit der Getriebewelle 2 drehfest verbunden.
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Die Schaltmuffe 6 sitzt auf dem Muffenträger 5 und greift dabei mit einem Zahnprofil 6a in ein entsprechendes Zahnprofil 5b an dem Muffenträger ein. Die ineinandergreifenden Zähne 5c und 6b der Zahnprofile 5b und 6a (2, 3) sind mit ihren Zahnflanken längs zur Rotationsachse 2a ausgerichtet. Die Schaltmuffe 6 ist wahlweise längs der Rotationsachse 2a in Richtung eines der Gangräder 3 oder 4 bewegbar und greift dabei schließlich in eines der Zahnprofile 7b bzw. 8b der Kupplungsverzahnung 7a bzw. 8a an den Kupplungsscheiben 7 bzw. 8 ein. Mit dem zeitgleichen Eingriff des Zahnprofils 6a in das Zahnprofil 5b sowie das Zahnprofil 7b bzw. 8b ist eine Drehmomente übertragende Verbindung zwischen der Getriebewelle 2 und einem der Gangräder 3, 4 herstellbar.
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Die Synchronisiereinrichtung 1 weist jeweils sich längs der Rotationsachse 2a an den Muffenträger 5 anschließende Synchronringe 9, 10, 11 und 12, 13, 14 auf. Die äußeren Synchronringe 11 und 14 weisen ein Zahnprofil 11a bzw. 14a auf, deren Sperrzähne 11b bzw. 14b die längs der Rotationsachse 2a gerichtete Bewegung der Schaltmuffe 6 nach dem Synchronisationsvorgang freigeben. Dabei durchfährt das Zahnprofil 6a der Schaltmuffe das Zahnprofil 11a bzw. 14a der äußeren Synchronringe 11 und 14.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Muffenträgers 5 in einer Gesamtansicht mit den einzelnen Zähnen 5c des Zahnprofils 5b.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltmuffe 6 in einer Gesamtansicht mit den einzelnen Zähnen 6b des Zahnprofils 6a. Die Dachschrägen der Schaltmuffe 6 sind mit einer Reibschicht versehen.
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4 zeigt eine Ausführungsform der Kupplungsscheiben 7 und 8 der Kupplungsverzahnung 7a bzw. 8a mit dem Zahnprofil 7b bzw. 8b. Die Kupplungsscheiben 7, 8 sind an ihren stirnseitigen Dachschrägen 16 aufgeraut.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines äußeren Synchronringes 11 bzw. 14 mit den einzelnen Zähnen 11b bzw. 14b der Zahnprofile 11a bzw. 14a. Die Dachschrägen 16 sind mit einer Reibschicht versehen.
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6 zeigt eine stirnseitige, perspektivische Ansicht der Zähne mit Dachschrägen 16. Allein die mit Pfeilen versehenen Dachschrägen 16 weisen eine Reibschicht auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltkupplung
- 2
- Getriebewelle
- 2a
- Rotationsachse
- 3
- Gangrad
- 4
- Gangrad
- 5
- Muffenträger
- 5a
- Verzahnung
- 5b
- Zahnprofil
- 5c
- Zahn
- 6
- Schaltmuffe
- 6a
- Zahnprofil
- 6b
- Zahn
- 7
- Kupplungsscheibe
- 7a
- Kupplungsverzahnung
- 7b
- Zahnprofil
- 8
- Kupplungsscheibe
- 8a
- Kupplungsverzahnung
- 8b
- Zahnprofil
- 9
- Synchronring
- 10
- Synchronring
- 11
- äußerer Synchronring
- 11a
- Zahnprofil
- 11b
- Sperrzahn
- 12
- Synchronring
- 13
- Synchronring
- 14
- äußerer Synchronring
- 14a
- Zahnprofil
- 14b
- Sperrzahn
- 15
- Kupplungselement
- 16
- Dachschräge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19832729 A1 [0003, 0003]
- DE 10230189 A1 [0004]
