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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Synchronkörper für eine Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes, aufweisend eine Nabe mit einer Ausnehmung für eine Getriebewelle und einen Ringteil mit einer Außenverzahnung zum Eingriff in eine Gegenverzahnung einer Schiebemuffe,- wobei der Ringteil aus Blech und separat von der Nabe hergestellt und mit dieser fest verbunden ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Synchronisiereinrichtungen werden in Getrieben eingesetzt, um auf komfortable Art ein Schalten zwischen den einzelnen Gangstufen zu ermöglichen. Beim Schaltvorgang wird mittels verschiedener Elemente der Synchronisiereinrichtung die Umfangsgeschwindigkeit eines Gangrads der Umfangsgeschwindigkeit der Getriebewelle angepasst und dann eine formschlüssige Verbindung zwischen der Getriebewelle und diesem Gangrad hergestellt. Durch den Synchronkörper sind die Getriebewelle und eine Schiebemuffe der Synchronisiereinrichtung drehfest miteinander verbunden. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass einerseits ein am Innenumfang des Synchronkörpers ausgebildetes Keilprofil als Innenverzahnung mit der Getriebewelle verbunden ist und andererseits die Schiebemuffe auf einer am Außenumfang des Synchronkörpers angeordneten Außenverzahnung entlang der Längsmittelachse der Getriebewelle verschiebbar ist. Weiterhin dient der Synchronkörper je nach seiner Ausführung als Anschlags- und Führungselement für Synchronringe.
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Der Synchronkörper ist häufig mit in gleichmäßigen Abständen an seinem Außenumfang ausgearbeiteten Aufnahmen für Rastelemente wie Rastbolzen, Rastkugeln oder Druckstücke versehen. Die Rastelemente halten die Schiebemuffe in ihrer Mittelstellung, wenn kein Gangrad geschaltet ist. Dabei sind die Rastelemente unter Federvorspannung in eine Rastnut der Schiebemuffe gepresst oder wirken auf Druckstücke, die in Rastnuten der Schiebemuffe aufgenommen sind. Die Druckstücke dienen während eines Schaltvorgangs zum Vorsynchronisieren, also zur Bewegung des Synchronrings gegen eine benachbarte Reibfläche, beispielsweise die eines Kupplungskörpers oder eines Zwischenrings von Mehrfachkonussynchronisationen. Wird die Schiebemuffe zur Gangwahl axial bewegt, wird über die innere Kontur ihrer Rastnut das gegen diese vorgespannte Druckstück axial gegen den Synchronring geschoben. Der Synchronring wird dadurch gegen die Reibfläche gepresst.
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Synchronkörper, auch Synchronträgerkörper oder Muffenträger genannt, werden nach dem Stand der Technik entweder spanabhebend oder spanlos gefertigt. Die spanabhebende Fertigung sieht vor, Rohlinge durch verschiedene spanabhebende Bearbeitungsverfahren in ihre endgültige Form zu bringen. Besonders zeit- und kostenaufwändig ist dabei die Gestaltung der Verzahnungen und der bereits beschriebenen Aufnahmen für die Rastelemente. Die Aufnahmen werden z. B. durch Räumen oder Bohren aus dem vollen Material des Rohlings ausgearbeitet. Derartige Synchronkörper bauen kompakt, erfordern viel Werkstoff und sind relativ schwer. Besonders in der Massenfertigung fallen deshalb hohe Material- und Fertigungskosten an. Vorteilhaft bei derartig ausgebildeten Synchronkörpern ist deren hohe Festigkeit unter Last.
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Für die spanlose Fertigung von Synchronkörpern wird als Ausgangsmaterial in der Regel Blech oder Bandmaterial verwendet, das durch Trennen und Umformen in seine bestimmungsgemäße Form gebracht wird. Dabei ist die Dicke des Ausgangsmaterials und dessen Gewicht durch funktionelle Erfordernisse und die erforderliche Festigkeit des Fertigungsteils bestimmt. Ein Großteil des zur Fertigung eingesetzten Ausgangsmaterials wird tatsächlich zur Bildung der geometrischen Form des Synchronkörpers verwendet und geht nicht durch spanende Ausarbeitung verloren. Ein spanlos gefertigter Synchronkörper enthält somit kaum überflüssiges Material, sondern nur so viel, wie für seine Funktion und Festigkeit erforderlich ist. Ein Synchronkörper dieser Art ist in der
DE 25 37 495 beschrieben. Dabei ist der Synchronkörper aus zwei an ihren Stirnseiten miteinander verbundenen Blechformteilen gebildet. Die Fügeebene bildet dabei die Quermittelebene des Synchronkörpers. Jedes der Blechformteile ist in einem spanlosen Umformverfahren geformt und bildet jeweils eine Hälfte der Außenverzahnung und der Innenverzahnung sowie des Grundkörpers.
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Umformtechnisch hergestellte Synchronkörper haben sich bisher wenig durchgesetzt, da unter anderem die Kosten für die Herstellung der Formwerkzeuge hoch sind, die sich erst bei der Fertigung von größeren Stückzahlen rentieren. Außerdem bietet die relativ dünnwandige Ausbildung derartiger Synchronkörper wenig Raum für die Gestaltung komplex ausgebildeter und damit den hohen Anforderungen moderner Synchronisiereinrichtung angepasster Formen. Ferner sind die spanlos hergestellten Synchronkörper bislang nicht in der Lage, die hohen Drehmomente moderner Brennkraftmaschinen zu übertragen.
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Zur Lösung dieses Zielkonflikts zwischen spanend und umformtechnisch hergestellten Synchronkörpern schlägt
DE 10 2006 042 216 A1 vor, einen Synchronkörper zweiteilig auszubilden, wobei der innere Teil als eine massive Nabe und der äußere Teil als eine Blechverzahnung ausgebildet ist. Dieser gebaute Synchronkörper ist immer noch vergleichsweise massiv. Das Einbringen der Druckstückaufnahmen erfordert zudem in der Regel eine spanende Nacharbeit.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Synchronkörper zu schaffen, der mit weniger Werkstoff zu seiner Herstellung benötigt, dessen Herstellung wegen des geringeren Aufwands für die Massenfertigung geeignet ist und der trotzdem hohe Drehmomente übertragen kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch einen Synchronkörper mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst, dessen Ringteil einen einteilig mit der Außenverzahnung ausgebildeten Ringabsatz aufweist, durch den die Außenverzahnung von der Nabe beabstandet ist. Durch die im Vergleich zur axialen Breite der Nabe verringerte Dicke des Ringabsatzes weist der Synchronkörper in diesem Bereich bei gleichem Durchmesser weniger Material auf, so dass die Masse insgesamt verringert ist. Die Tragkraft reduziert sich nur unwesentlich.
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Der Ringabsatz kann im Querschnitt gesehen stegartig ausgebildet sein. In dem Bereich, in dem er an die Nabe angebunden ist, entstehen aufgrund seiner geringeren Breite Absätze, die ggf. als Funktionsflächen für die axial benachbarten Synchronringe nutzbar sind.
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In einer Ausbildung der Erfindung ist radiale Höhe des Ringabsatzes größer oder gleich der Bauhöhe von Druckstücken, die am Synchronkörper angeordnet sind. In den Bereichen, in denen die Druckstücke angeordnet werden, fehlt die Verzahnung, und auch die Ringabsatzhöhe ist reduziert. Dadurch ist es möglich, das Druckstück auf dem Ringabsatz anzuordnen. Zur besseren Führung kann der Ringabsatz in der Druckstückausnehmungen axial verbreitert sein. Dazu kann das Material im Bereich der Druckstückausnehmungen gestaucht sein, so dass es sich statt in radialer in axialer Richtung erstreckt. Durch diese Ausbildung weist der Ringteil einen umlaufenden Innenmantel auf, mit dem er an die Nabe angebunden werden kann. Für die Nabe ergibt sich damit der herstellungstechnische Vorteil, dass ihr Außenmantel zylindrisch ausgebildet werden kann, ohne dass die äußere Zylindermantelfläche bearbeitet werden muss. In die massive Nabe müssen damit insbesondere keine Druckstückausnehmungen spanend eingebracht werden, was besonders im Falle gesinterter Naben im spröden Werkstoff einen Materialausbruch vermeidet.
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In den Druckstückaufnahmen kann die radiale Höhe des Ringteils vollständig reduziert sein, so dass der Ringteil an der Nabe nur noch mit einer Höhe anliegt, die etwa der Materialstärke entspricht. Alternativ ist die radiale Höhe nur teilweise reduziert, falls beispielsweise die Druckstücke besonders flach bauen.
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Alternativ kann der Synchronkörper eine Ringnut an seinem Außenumfang für den Ringteil aufweisen. Insbesondere wenn eine winkelgenaue Positionierung des Ringteils und der Nabe erforderlich sind, lässt sich der Ringteil mit Formschlusselementen versehen, in die in die komplementär geformte Ringnut eingreifen, so dass eine Fehlmontage ausgeschlossen werden kann.
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Der Ringteil wird an der Nabe bevorzugt stoffschlüssig befestigt. Beispielsweise kann der Ringabsatz über eine ringförmige Schweißnaht in seinem Fußbereich an der Nabe gesichert werden. Eine Sicherung über diskrete Schweißpunkte ist ebenfalls möglich, insbesondere wenn eine zusätzliche Sicherung über einen Formschluss erfolgt.
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In einer Ausbildung der Erfindung ist der Ringteil asymmetrisch auf der Nabe angeordnet. Darunter ist zu verstehen, dass der Ringabsatz nicht axial mittig auf der Nabe befestigt ist, sondern versetzt. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn dem Synchronkörper nur ein zu schaltendes Gangrad zugeordnet ist, beispielsweise der Rückwärtsgang. In einer Weiterbildung erstreckt sich die Außenverzahnung symmetrisch vom Ringabsatz in beide Axialrichtungen, wobei sie auf einer Stirnseite des Synchronkörpers bündig mit der Nabe abschließt und auf der anderen Stirnseite axial vorsteht. Der Versatz, um den der Ringabsatz außermittig auf der Nabe angeordnet ist, ist idealerweise nur so groß, dass die Querschnittsebene, die von beiden Stirnseiten gleich beabstandet ist, innerhalb des Ringabsatzes verläuft. Der axiale Versatz ist damit kleiner als die halbe Axialdicke des Ringabsatzes.
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Der Ringabsatz ist einteilig mit der Außenverzahnung ausgebildet. In seiner einfachsten Form verläuft er rechtwinklig zu dieser nach radial innen gerichtet. Damit weist der Ringteil eine T-förmige Kontur auf. Vorzugsweise ist seine axiale Breite bis zur Außenverzahnung gleichbleibend über die Radialerstreckung gesehen.
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Der Ringteil mit dem Ringabsatz kann durch Fließpressen hergestellt werden. Bevorzugt ist eine kaltumformtechnische Herstellung insbesondere auf ziehtechnische Art. Dazu kann der Ringabsatz als Dopplung ausgebildet sein, so dass die Außenverzahnung sich aus zwei in unterschiedliche Axialrichtungen weisenden Einzelverzahnungen zusammensetzt. Die Dopplung ist an der Nabe vorzugsweise beidseitig verschweißt.
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Die Nabe ist al Grundkörper des Synchronkörpers als ein Massivbauteil ausgebildet. Der Ringteil ist separat und spanlos hergestellt ist und anschließend mit dem Grundkörper form- oder stoffschlüssig verbunden. Der massive Grundkörper ermöglicht es einerseits, hohe Drehmomente zu übertragen und ist andererseits einfach zu fertigen, da er beispielsweise als Zylinder ausgebildet werden kann, welcher an seiner Außenmantelfläche kreiszylindrisch ohne Druckstückaufnahmen keine komplexe äußere Geometrie besitzen muss. Der Ringteil mit der Außenverzahnung kann durch Tiefziehen aus einem abgelängten Verzahnungsband gefertigt sein, wobei hier aufwändige Geometrien kostengünstig realisiert werden können. Die jeweils einzeln hergestellten Bauteile werden schließlich fest miteinander verbunden. Alternativ ist es auch möglich, die Nabe selbst aus einem massiven Grundkörper ohne Innenverzahnung und einer separaten Innenverzahnung, welche ebenfalls aus Bandmaterial besteht, zusammenzusetzen.
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Der Grundkörper besteht aus Massivmaterial und ist beispielsweise geschmiedet oder gesintert.
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Die Außenverzahnung kann auch unterschiedliche Zahnformen in ihrer Länge, Breite, Höhe oder Form aufweisen. Insbesondere können ein oder mehrere Zähne als Führungszähne ausgebildet sein, die ein Kippspiel bzw. ein Verdrehspiel reduzieren können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1 einen Längsschnitt eines Teils einer bekannten Synchronisiervorrichtung,
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2 einen Querschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Synchronkörpers,
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3 einen Längsschnitt der Synchronisiervorrichtung nach 2 entlang II-II,
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4 eine vergrößerte Darstellung der Druckstückausnehmung aus 2,
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5 den vergrößerten Teilausschnitt aus 3,
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6 eine perspektivische Ansicht des Synchronkörpers nach 2,
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7 einen Querschnitt eines zweiten erfindungsgemäßen Synchronkörpers,
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8 einen Längsschnitt des Synchronkörpers nach 7 und
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9 eine perspektivische Ansicht des Synchronkörpers nach 7.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist mit 1 eine Getriebewelle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge bezeichnet, auf welcher zwei Gangräder 2 und 3 frei drehbar gelagert sind.
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Zwischen diesen beiden Gangrädern 2 und 3 ist eine Synchronisiereinrichtung 4 angeordnet, über welche wahlweise eines der beiden Gangräder 2 oder 3 an die Getriebewelle 1 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 mit einer Innenverzahnung 6 drehfest in eine Verzahnung der Getriebewelle 1 eingreift. Weiterhin ist der Synchronkörper 5 an seinem äußeren Umfang mit einer Außenverzahnung 7 versehen, in welche Zähne einer Innenverzahnung einer Schiebemuffe 9 als Gegenverzahnung 29 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 einer Neutralstellung der Synchronisiereinrichtung 4, in keine der beiden möglichen Gangstufen geschaltet ist und sich somit die beiden Gangräder 2 und 3 frei gegenüber der Getriebewelle 1 drehen, greift das Rastelement 12 in eine in der 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 und 17 und innen eine Reibfläche 18 und 19 aufweisen. Die Reibflächen 18 und 19 der Synchronringe 14 und 15 wirken zusammen mit entsprechend ausgebildeten Reibflächen 20 und 21, welche am Gangrad 3 sowie einem drehfest mit dem Gangrad 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, 50 dass dieser über seine Reibfläche 18 oder 19 von der entsprechendes Reibfläche 20, 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 ein 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 bzw. 17 hindurch bewegt und gelangt schließlich in den Eingriff in eine Kuppelverzahnung 23 bzw. 24.
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Die 2 bis 6 zeigen einen erfindungsgemäßen Synchronkörper 5, der eine Nabe 25 als Grundkörper und eine Außenverzahnung 7 als Teil eines Ringteils 27 aufweist. Die Nabe 25 ist ein dickwandiger Rohrabschnitt in Form einer Buchse und weist innenseitig die Innenverzahnung 6 auf, über die der Synchronkörper 5 mit der Getriebewelle 1 drehfest verbunden ist. Außenseitig weist die Nabe 25 eine Zylindermantelfläche 32 auf, die bar von Erhebungen oder Einkerbungen kreiszylindrisch ist. Der Ringteil 27 weist einen einteilig mit der Außenverzahnung 7 ausgebildeten Ringabsatz 28 auf, der radial gerichtet ist und die Außenverzahnung 7 mit der Nabe 25 verbindet. Dazu ist der Ringabsatz 28 über zwei ringförmige Schweißnähte 30 (5) stoffschlüssig mit der Nabe 25 verbunden.
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Die Außenverzahnung 7 ist durch drei in Umfangsrichtung äquidistant voneinander beabstandete Fenster 31 in Form von Freistanzungen unterbrochen, die Druckstückaufnahmen für Druckstücke 10 bilden. Die Fenster erstrecken sich nicht bis zur Nabe 25, sondern nehmen gut die Hälfte der Radialerstreckung des Ringabsatzes 28 ein.
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Der Ringteil 27 ist mit seinem Ringabsatz 28 auf der Nabe 25 außermittig angeordnet. Die Ebene E1, die die zu den Stirnseiten parallele Mittelebene definiert, und die Symmetrieebene E2 des Ringteils 27 fallen damit auseinander. Sie sind gleichwohl planparallel und nur gering zueinander beabstandet, so dass E1 den Ringabsatz 28 nicht nur schneidet, sondern auf zwischen der Nabe 25 und der Außenverzahnung 7 vollständig innerhalb des Ringabsatzes 28 verläuft. Die Außenverzahnung 7 schließt auf der einen Stirnseite axial bündig mit der Nabe 25 und steht daher aufgrund ihrer zum Ringabsatz 28 symmetrischen Ausbildung auf der gegenüberliegenden Stirnseite von der Nabe 25 hervor.
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Die 7 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform, die sich von der ersten durch die Ausbildung des Ringabsatzes 28 unterscheidet. Der gesamte Ringteil 27 besteht aus einem Blech konstanter Dicke, das zur Bildung des Ringabsatzes 28 abgewinkelt ist. Der Ringabsatz 28 selbst ist als Doppelung ausgebildet, so dass die Außenverzahnung 7 aus zwei Teilverzahnungen 33, 34 zusammengesetzt ist, die durch eine schmale Mittelnut 35 voneinander getrennt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebewelle
- 2
- Gangrad
- 3
- Gangrad
- 4
- Synchronisiereinrichtung
- 5
- Synchronkörper
- 6
- Innenverzahnung
- 7
- Außenverzahnung
- 8, 8'
- Zähne
- 9
- Schiebemuffe
- 10
- Druckstück
- 11
- Druckfeder
- 12
- Rastelement
- 13
- Rastnut
- 14
- Synchronring
- 15
- Synchronring
- 16
- Sperrverzahnung
- 17
- Sperrverzahnung
- 18
- Reibfläche von 14
- 19
- Reibfläche von 15
- 20
- Reibfläche
- 21
- Reibfläche
- 22
- Kupplungsring
- 23
- Kuppelverzahnung
- 24
- Kuppelverzahnung
- 25
- Nabe
- 26
- Ausnehmung
- 27
- Ringteil
- 28
- Ringabsatz
- 29
- Gegenverzahnung
- 30
- Ringschweißnaht
- 31
- Freistanzung
- 32
- Zylindermantelfläche
- 33
- Teilverzahnung
- 34
- Teilverzahnung
- 35
- Mittelnut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2537495 [0005]
- DE 102006042216 A1 [0007]
