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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Kupplungskörper für eine Schalt- oder Synchronisiereinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeuggetriebe, umfassend einen Scheibenkörper mit einem am Außenumfang vorgesehenen Zahnprofil, das in der Montagestellung mit einem Gegenprofil einer Schiebemuffe kuppelbar ist, wobei das Zahnprofil Zähne aufweist, von denen zumindest ein Teil eine asymmetrische Querschnittsgeometrie mit zwei in Dachform angeordneten, in unterschiedlichen Winkeln zur Normalen auf die Scheibenebene stehenden Flächen aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Kupplungskörper für eine Schalt- oder Synchronisiereinrichtung ist beispielsweis aus
DE 101 63 413 A1 bekannt. Er dient dazu, nach Abschluss des Synchronisiervorgangs und erfolgtem Einspuren über seine Außenverzahnung das Motormoment von der mit ihm über die Verzahnung gekoppelten Schiebemuffe auf das Gangrad, an dem der Kupplungskörper drehfest angeordnet ist, oder umgekehrt zu übertragen. Über den Kupplungskörper ist also eine Übertragung des Moments vom Gebtriebeeingang zum Getriebeausgang möglich. Ein solcher Kupplungskörper wird entweder spanend oder urformend hergestellt. Dies gilt auch für die Form der Verzahnung, die maßgeblichen Einfluss auf das Kupplungsverhalten des Kupplungskörpers hat. Über die Form der Außenverzahnung wird die Dauer der Freiflugphase, die Neigung der Synchronisierung zu Funktionsstörungen wie Kratzen oder Ratschen und damit generell der durch die Synchronisierung verursachte Schaltkomfort beeinflusst. Dabei sind im Stand der Technik neben symmetrischen Verzahnungen auch asymmetrische Verzahnungen bekannt. Die Zähne des Zahnprofils einer solchen asymmetrischen Verzahnung weisen eine asymmetrische Querschnittsgeometrie auf, die maßgeblich dadurch zustande kommt, dass zwei in Dachform angeordnete Flächen in unterschiedlichen Winkeln zur Normalen auf die Scheibenebene stehen. Durch diese asymmetrischen Dachwinkel lassen sich, je nach Anordnung der Flächen, die unterschiedlichen Drehrichtungen bei Hoch- und Rückschaltvorgängen berücksichtigen. Die asymmetrische Querschnittsgeometrie aller Zähne ist die gleiche, das heißt, alle Zähne weisen die gleiche Soll-Geometrie auf. Die Zahnform stellt folglich einen Kompromiss aus optimaler Hochschaltbarkeit oder Rückschaltbarkeit dar, das heißt, dass die Querschnittsgeometrie so gewählt wird, dass sowohl das Hochschalten als auch das Rückschalten positiv beeinflusst wird. Gleichwohl ist, da alle Zähne gleich geformt sind, weder die optimale Geometrie für den Hochschaltvorgang noch die optimale Geometrie für den Rückschaltvorgang umgesetzt, so dass nicht der jeweils volle Vorteil, der sich durch ein asymmetrisches Querschnittsprofil erreichen ließe, ausgenutzt werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Kupplungskörper anzugeben, der demgegenüber verbessert ist, so dass ein vorteilhaftes Hochund runterschalten, also ein verbesserter Kupplungsvorgang in beiden Drehrichtungen möglich ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kupplungskörper der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass asymmetrische Zähne mit wenigstens zwei unterschiedlichen asymmetrischen Querschnittsgeometrien vorgesehen sind.
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Der erfindungsgemäße Kupplungskörper weist zumindest zum Teil, vorzugsweise insgesamt Zähne mit asymmetrischer Querschnittsgeometrie auf, wobei jedoch – anders als im Stand der Technik – Zähne mit wenigstens zwei unterschiedlichen Querschnittsgeometrien zum Einsatz kommen. Dies ermöglicht es, den Teil der Zähne, die die erste asymmetrische Querschnittsgeometrie aufweisen, für den Hochschaltvorgang optimiert auszulegen, während der andere Teil mit der zweiten asymmetrischen Querschnittsgeometrie für den Rückschaltvorgang optimiert ausgelegt werden kann. Das heißt, dass quasi in jeder Schaltrichtung der Schaltkomfort verbessert und der jeweilige Kuppelvorgang optimiert werden kann.
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In der Montagestellung ist der Kupplungskörper wie einleitend beschrieben drehfest mit dem Gangrad verbunden. Üblicherweise ist axial versetzt zum Kupplungskörper ein Synchronkörper in Form eines Muffenträgers über eine Verzahnung formschlüssig auf einer Getriebewelle, auf der das Gangrad über ein Loslager gelagert ist, vorgesehen, wobei der Synchronkörper außenseitig eine axial verschiebbar angeordnete Schiebemuffe trägt. Zwischen Kupplungskörper und Muffenträger ist ferner eine Synchronringeinheit mit einem Außensynchronring und einem Innensynchronring, die über Reibflächen aufeinander laufen, vorgesehen. Der Außensynchronring weist eine Sperrverzahnung auf, die mit der am Kupplungskörper angeordneten Außenverzahnung korrespondiert. Zur Synchronisierung wird die Schiebemuffe axial verschoben. Diese Axialbewegung löst eine Vorsynchronisation aus, im Rahmen welcher eine Radialkraft auf den Außensynchronring ausgeübt wird, die über den Reibschluss auf den Innensynchronring, der mit dem Kupplungskörper verbunden ist, weiter gegeben wird. Es kommt zu einer Drehzahlanpassung. Ist die Drehzahlsynchronisation zwischen Kupplungskörper und dem Synchronkörper mit der Schiebemuffe erreicht, kann die Schiebemuffe mit ihrer Verzahnung bis zu einer Überdeckung mit der Außenverzahnung des Kupplungskörpers durchgeschaltet werden. Dieser Schaltvorgang wird nun durch das erfindungsgemäße, quasi doppelt asymmetrische Zahnprofil am erfindungsgemäßen Kupplungskörper vorteilhaft beeinflusst, insbesondere dahingehend, als der gleiche Schaltkomfort unabhängig von der Drehrichtung der Kupplungspartner gegeben ist.
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Dabei können die beiden unterschiedlichen Querschnittsgeometrien zueinander spiegelsymmetrisch sein. Das heißt, dass die beiden Querschnittsgeometrien dem Grunde nach identisch sind. Die Zähne sind jedoch gespiegelt zueinander ausgeführt.
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Die beiden asymmetrischen Querschnittsgeometrien können sich in den jeweiligen Winkeln der Flächen gleicher Zahnseiten unterscheiden. Das heißt, dass der erste Dachwinkel der ersten Querschnittsgeometrie etwas größer oder kleiner als der erste Dachwinkel der zweiten Querschnittsgeometrie ist. Gleiches gilt für den jeweils zweiten Dachwinkel, das heißt, dass der zweite Dachwinkel der ersten Querschnittsgeometrie größer oder kleiner als der zweite Dachwinkel der zweiten Querschnittsgeometrie ist.
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Zusätzlich oder alternativ können sich die asymmetrischen Querschnittsgeometrien in den jeweiligen halben Zahnbreiten, definiert über die Normale der Spitze der Dachform zur Scheibenebene an den gleichen Zahnseiten unterscheiden. Legt man durch jeden Zahn von der Spitze der Dachform senkrecht auf die Scheibenebene verlaufend eine Trennlinie, so ergeben sich folglich zwei Zahnhälften. Diese sind nun innerhalb des jeweiligen Zahns unterschiedlich breit. Werden nun die jeweiligen Zahnhälften der Zähne mit den unterschiedlichen Querschnittsgeometrien verglichen, so unterscheiden sich die Breiten der jeweiligen Zahnhälften an den vergleichbaren Seiten ebenfalls. Sind die Querschnittsgeometrien zueinander spiegelsymmetrisch, so entspricht dann die linke Zahnhälfte der ersten Querschnittsgeometrie der rechten Zahnhälfte der zweiten Querschnittsgeometrie, während die rechte Zahnhälfte der ersten Querschnittsgeometrie der linken Zahnhälfte der zweiten Querschnittsgeometrie entspricht, was die jeweilige Breite angeht. Auch hierüber kann also, alternativ oder zusätzlich zu den unterschiedlichen Dachwinkeln, die Asymmetrie realisiert sein.
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Dabei sind in Weiterbildung der Erfindung bevorzugt alle Zähne mit einer asymmetrischen Querschnittsgeometrie ausgeformt, wobei sich Zähne mit unterschiedlichen Querschnittsgeometrien abwechseln. Das heißt, dass benachbart zu einem Zahn der ersten Querschnittsgeometrie ein zweiter Zahn der Querschnittsgeometrie vorgesehen ist, dem wiederum ein Zahn der ersten Querschnittsgeometrie folgt etc. Auf diese Weise kann folglich über den gesamten Umfang des Kupplungskörpers eine symmetrische Verteilung der unterschiedlichen, also die doppelten Asymmetrien aufweisenden Zähne realisiert werden.
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In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn der Teilungsabstand jeweils zwei benachbarter Zähne unterschiedlich ist. Das heißt, dass, insbesondere im Hinblick auf unterschiedliche halbe Verzahnungsbreiten, definierte Teilungssprünge zwischen den einzelnen Zähnen vorgesehen sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer Synchronisiereinrichtung mit erfindungsgemäßen Kupplungskörpern, und
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2 eine Aufsicht auf die Außenverzahnung eines der in 1 gezeigten Kupplungskörpers.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung eine Kupplung in Form einer Synchronisiereinrichtung 1. Die Synchronisiereinrichtung sitzt auf einer hier nicht näher gezeigten, abschnittsweise außenverzahnten Getriebewelle, auf der ein ebenfalls nicht näher gezeigtes Gangrad über Loslager drehbar angeordnet ist. Mit dem Gangrad ist drehfest ein erfindungsgemäßer Kupplungskörper 2 verbunden, wobei, siehe 1, zwei solche Kupplungskörper 2 vorgesehen sind, die jeweils mit einem Gangrad verbunden sind. Axial versetzt zu den Kupplungskörpern 2 ist ein Muffenträger 3 vorgesehen, der eine Innenverzahnung 4 aufweist, mit der er drehfest in die Außenverzahnung der Getriebewelle formschlüssig eingreift. Auf dem eine entsprechende Außenverzahnung aufweisenden Muffenträger 3 ist axial verschiebbar eine Schiebemuffe 5 vorgesehen, die mit einer nicht näher gezeigten Schaltgabel zusammenwirkt, über die sie axial verschoben werden kann.
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Im Bereich zwischen jeweils einem Kupplungskörper 2 und dem Muffenträger 3 sind ferner ein Außensynchronring 6 sowie ein Innensynchronring 7 angeordnet. Der Außensynchronring 6 weist eine radial innenliegende Reibfläche 8 auf. Er ist mit einer Sperrverzahnung 9 versehen, die stirnseitig mit Dachwinkeln 10, also entsprechend gewinkelt zueinander stehenden Flächen versehen ist. Die Sperrverzahnung 9 korrespondiert mit einer entsprechenden Außenverzahnung 11 des jeweiligen Kupplungskörpers 2, wobei die Außenverzahnung 11 in der erfindungsgemäßen Weise, wie nachfolgend noch beschrieben wird, ausgeführt ist.
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Zwischen die beiden Synchronringe 6 und 7 ist ferner ein Reibring 12 gesetzt, der auf einer entsprechenden Reibfläche 13 des Innensynchronrings 7 aufsitzt. Der Innensynchronring 7 ist über axiale Mitnehmer 14 formschlüssig mit dem jeweiligen erfindungsgemäßen Kupplungskörper 2 verbunden, es ist also eine drehfeste Verbindung gegeben.
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Zur Erwirkung eines Schaltvorgangs und damit zur Synchronisation ist die Schiebemuffe 5, wie beschrieben, ausgehend von der in 1 gezeigten Neutralstellung in Richtung des einen oder des anderen Kupplungskörpers 2 zu verschieben. Diese Axialbewegung führt zu einer Vorsynchronisation, bei der zunächst über die Schiebemuffe 5 auf den Außensynchronring 6 eine Radialkraft ausgeübt wird. Diese Radialkraft wird über die konische Kopplung des Außensynchronrings 6 über den Reibring 12 auf den Innensynchronring übertragen. Es baut sich ein Reibmoment auf, das dazu führt, dass die Drehzahl des Außensynchronrings 6 der Drehzahl der Schiebemuffe 5 angepasst wird. Die Schiebemuffe 5 verlangt sodann eine Erhöhung der Axialkraft, um sie in einen formschlüssigen Eingriff mit der Sperrverzahnung 10 des Außensynchronrings 6 zu bringen, das heißt, dass die Innenverzahnung der Schiebemuffe 5 in die Sperrverzahnung 10 des Außensynchronrings 6 eingreift. Sobald nun die Drehzahlsynchronisation zwischen der Schiebemuffe 5 und damit dem Muffenträger 3 und dem jeweiligen Kupplungskörper 2, der je nach Verschieberichtung der Schiebemuffe 5 angesprochen wird, und damit dem mit ihm verbundenen Gangrad erreicht ist, ist ein Durchschieben der Schiebemuffe 5 in Eingriff mit dem Zahnprofil der Außenverzahnung 11 des Kupplungskörpers 2 möglich.
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Wie beschrieben weist das Zahnprofil 11 der Außenverzahnung des jeweiligen Kupplungskörpers 2 eine besondere Geometrie auf. 2 zeigt eine der Einfachheit halber in einer Ebene dargestellte Aufsicht auf das Zahnprofil 11. Das Zahnprofil 11 umfasst eine Vielzahl einzelner Zähne, wobei zwei unterschiedliche Zahnarten, nämlich die Zähne 14a einerseits und die Zähne 14b andererseits vorgesehen sind und im Wechsel zueinander angeordnet sind. Wie 2 zeigt weisen die Zähne 14a und 14b unterschiedliche asymmetrische Querschnittsgeometrien auf. Jeder Zahn weist zwei in Dachform angeordnete Flächen 15a, 16a bzw. 15b und 16b auf. Diese Flächen stehen, bezogen auf jeden Zahn, unter zwei unterschiedlichen Winkeln zur Normalen 17 des jeweiligen Zahns auf die Scheibenebene des als Scheibenkörper ausgeführten Kupplungskörpers 2. An den beiden rechts gezeigten Zähnen 14a und 14b sind diese beiden unterschiedlichen Dachwinkel gezeigt. Am Zahn 14a sind die beiden halben Dachwinkel β1 und β2 dargestellt, während am Zahn 14b die beiden dortigen halben Dachwinkel ε1 und ε2 dargestellt sind. Beide sind geringfügig unterschiedlich, das heißt, dass β1 ≠ β2 und ε1 ≠ ε2 ist. Dabei kann β1 = ε2 und β2 = ε1 sein, was dann der Fall ist, wenn die Querschnittsgeometrien spiegelbildlich zueinander sind.
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Die beiden unterschiedlichen asymmetrischen Querschnittsgeometrien sind ferner durch unterschiedliche halbe Verzahnungsbreiten gekennzeichnet. Am rechts gezeigten Zahn 14b sind die beiden halben Verzahnungsbreiten b1 und b2 dargestellt. Sie berechnen sich jeweils als die Breite bezogen auf die Ebene, die durch die Normale 17 läuft. Ersichtlich ist im vorliegenden Fall b1 < b2. Entsprechende Breiten sind auch an dem Zahn 14a vorgesehen, jedoch aufgrund der spiegelbildlichen Anordnung an den jeweils anderen Zahnhälften.
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Resultierend aus diesen unterschiedlichen Querschnittsgeometrien sind auch Teilungssprünge vorgesehen, wie durch die beiden in 2 gezeigten unterschiedlichen Teilungen δ1 und δ2, wobei sich diese Teilungen wiederum auf die jeweiligen Ebenen durch die Normalen 17 beziehen. Ersichtlich ist der Teilungsabstand zwischen zwei Zähnen 14a–14b mit δ1 etwas kleiner als der Teilungsabschnitt zwischen zwei Zähnen 14b–14a mit dem Teilungsabstand δ2. Dies resultiert aus den unterschiedlichen halben Zahnbreiten b1 und b2.
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Die beiden unterschiedlichen Zähne 14a und 14b mit ihren spezifischen unterschiedlichen asymmetrischen Querschnittsgeometrien sind auf separate Schaltvorgänge ausgelegt. Beispielsweise sind die Zähne 14a für einen Hochschaltvorgang optimiert ausgelegt, während die Zähne 14b für einen Rückschaltvorgang optimiert ausgelegt sind. Das heißt, dass der erfindungsgemäße Kupplungskörper 2 mit zwei Arten an asymmetrischen Zähnen 14a und 14b ausgeführt ist, die jeweils für eine andere Drehrichtung optimal ausgelegt sind, mithin also in der jeweiligen Drehrichtung einen optimalen Schaltvorgang respektive Synchronisiervorgang ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Synchronisiereinrichtung
- 2
- Kupplungskörper
- 3
- Muffenträger
- 4
- Innenverzahnung
- 5
- Schiebemuffe
- 6
- Außensynchronring
- 7
- Innensynchronring
- 8
- Reibfläche
- 9
- Sperrverzahnung
- 10
- Dachwinkel
- 11
- Außenverzahnung
- 12
- Reibring
- 13
- Reibfläche
- 14
- Mitnehmer
- 14a
- Zahn
- 14b
- Zahn
- 15a
- Fläche
- 15b
- Fläche
- 16a
- Fläche
- 16b
- Fläche
- 17
- Normalen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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