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Die Erfindung betrifft einen zur Verwendung in einem Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs geeigneten Synchronkörper sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Synchronkörpers.
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Aus der
DE 10 2011 085 379 A1 sowie aus der
DE 10 2011 085 381 A1 sind verschiedene für Synchronisiereinrichtungen von Zahnräderwechselgetrieben vorgesehene Synchronkörper bekannt, welche eine durch einen Kaltumform-Walzprozess hergestellte Außenverzahnung aufweisen. Die Außenverzahnung befindet sich hierbei auf einem ein- oder mehrteiligen Grundkörper des jeweiligen Synchronkörpers. Weiter weisen die bekannten Synchronkörper eine durch einen Ziehprozess hergestellte Innenverzahnung auf, die zur drehfesten Verbindung mit einer Gegenverzahnung einer Getriebewelle eines Schaltgetriebes vorgesehen ist.
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Eine komplette Synchronisiereinrichtung für Schaltgetriebe ist beispielsweise in der
DE 195 80 558 C1 offenbart. Diese Synchronisiereinrichtung weist einen Synchronkörper mit mehreren, gleichmäßig am Umfang verteilten Längsnuten auf, in welchen sich jeweils ein mit einer Schiebemuffe zusammenwirkendes Druckstück befindet. Jedes Druckstück ist als Baueinheit ausgebildet und umfasst ein hülsenförmiges Fußteil sowie ein mit diesem verbundenes Kopfteil.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelten, zur Verwendung in einer Synchronisiereinrichtung eines Schaltgetriebes geeigneten Synchronkörper anzugeben, welcher ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Funktionalität und Fertigungsaufwand aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Synchronkörpers gemäß Anspruch 1, sowie durch einen nach diesem Verfahren herstellbaren Synchronkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Synchronkörper, und umgekehrt.
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Bei der Herstellung des Synchronkörpers wird auf einer Nabe, welche eine Innenverzahnung aufweist, ein ringscheibenförmiges Außenteil befestigt, wobei die Befestigung formschlüssig, etwa durch eine Nietverbindung oder Verstemmung, und/oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißung, insbesondere Laserverschweißung, realisierbar ist. In jedem Fall wird erst nach der Befestigung des ringscheibenförmigen Außenteils auf der Nabe durch Drückwalzen eine Verzahnung am Außenumfang des ringscheibenförmigen Außenteils geformt. Diese Verzahnung wirkt in an sich bekannter Weise mit einer auf dem Synchronkörper verschiebbaren Schiebemuffe zusammen.
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Das Außenteil des Synchronkörpers erstreckt sich nicht bis zu dessen Innenumfang; insbesondere weist das Außenteil keine Verzahnung an seinem Innenumfang auf. Die Nabe, das heißt das Innenteil des Synchronkörpers, erstreckt sich nicht bis zum Außenumfang des Synchronkörpers; insbesondere weist die Nabe keine Verzahnung an ihrem Außenumfang auf. In vorteilhaften Bauformen ist der Synchronkörper, abgesehen von eventuellen Verbindungselementen, beispielsweise Nieten, ausschließlich aus der Nabe und dem Außenteil gebildet. Mit dem Synchronkörper verbundene Druckstücke zählen hierbei nicht zum Synchronkörper.
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Während das Außenteil des Synchronkörpers durch Umformung hergestellt wird, ist das Innenteil beispielsweise ebenfalls durch Umformung oder durch spanabhebende Bearbeitung herstellbar. Die Innenverzahnung der auch als Innenteil des Synchronkörpers bezeichneten Nabe dient der festen, ein Drehmoment übertragenden Verbindung zwischen dem Synchronkörper und einer Welle des Schaltgetriebes.
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Sämtliche Bearbeitungsschritte, ob spanend oder nichtspanend, an der Nabe des Synchronkörpers können bereits vor der Verbindung der Nabe mit dem ringscheibenförmigen Außenteil abgeschlossen sein. Alternativ ist es auch möglich, finale Bearbeitungsschritte, beispielsweise durch Schleifen an der Nabe, erst nach der Verbindung der Nabe mit dem ringscheibenförmigen Außenteil und der Formung der Außenverzahnung am Außenteil durchzuführen.
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Das Außenteil des Synchronkörpers kann – zumindest in seiner Form vor der Erzeugung der Außenverzahnung – mehrere, vorzugsweise gleichmäßig am Umfang verteilte, beispielsweise zur Zusammenwirkung mit weiteren Komponenten der Synchronisiereinrichtung vorgesehene Fenster aufweisen, die vorzugsweise bereits vor der Verbindung des Außenteils mit der Nabe erzeugt werden.
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Dagegen werden Ausnehmungen am Umfang des Außenteils sowie unmittelbar am Rand der Ausnehmungen liegende Auflageflächen für Druckstücke vorzugsweise erst nach der Verbindung des Außenteils mit der Nabe, im Zuge der Formung der Außenverzahnung, spanlos geformt. Im Zuge der Formung dieser Ausnehmungen können zunächst geschlossene Fenster, welche sich im ringscheibenförmigen Außenteil befinden, am Umfang des Außenteils geöffnet werden. Somit wandelt sich durch das Drückwalzen ein Fenster mit zunächst geschlossenem Rand in eine radial nach außen, bezogen auf die Symmetrieachse des Synchronkörpers, Ausnehmung, wobei radial innen liegende Abschnitte der Kontur des Fensters unverändert bleiben können.
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Weiter können in das ringscheibenförmige Außenteil mehrere sich in Axialrichtung erstreckende Durchstellungen eingeformt werden, welche als Anschläge innerhalb der Synchronisiereinrichtung fungieren. Ebenso wie diese Durchstellungen können in einem radial weiter außen liegenden Bereich des Außenteils, welcher außenseitig als Außenverzahnung geformt ist, zu beiden Stirnseiten des Außenteils hin durch spanlose Umformung konische Konturen erzeugt werden, welche zur Zusammenwirkung mit weiteren Komponenten der Synchronisiereinrichtung, insbesondere mit Synchronringen, vorgesehen sind.
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Das Innenteil, das heißt die Nabe des Synchronkörpers, weist optional an einer Stirnseite oder an beiden Stirnseiten Ölnuten auf. Diese Ölnuten werden vorzugsweise bereits vor der Verbindung der Nabe mit dem ringscheibenförmigen Außenteil erzeugt.
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Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass bei der Herstellung eines Synchronkörpers spanende Verfahren, nämlich bei der Fertigung der Nabe, in rationeller Weise – auch in der Serienfertigung mit engen Toleranzen reproduzierbar – mit Umformtechnologien, nämlich bei der Bearbeitung des ringscheibenförmigen Außenteils des Synchronkörpers, kombiniert werden. Beim Betrieb der den Synchronkörper aufweisenden Synchronisiereinrichtung treten in gewünschter Weise hohe Kräfte im Bereich nahe der Rotationsachse der den Synchronkörper tragenden Getriebewelle, das heißt im Bereich der spanend hergestellten Innenverzahnung der Nabe auf, während an der weiter außen liegenden Verzahnung des Außenteils lediglich vergleichsweise geringe Kräfte durch spanlos geformte Konturen aufzunehmen sind.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 einen Rohling zur Herstellung eines Synchronkörpers,
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2 den aus dem Rohling nach 1 hergestellten Synchronkörper,
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3 ein Detail des Synchronkörpers nach 2,
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4 in einer Schnittdarstellung ein Detail einer weiteren Ausführungsform eines Synchronkörpers,
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5 den Synchronkörper nach 4 in perspektivischer Darstellung.
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Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die beiden Ausführungsbeispiele zeigen jeweils einen Synchronkörper 1, der Teil einer nicht weiter dargestellten Synchronisiereinrichtung eines Schaltgetriebes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktionsweise solcher Synchronisiereinrichtungen wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Die 1 zeigt einen mit 2 bezeichneten Rohling, das heißt ein Zwischenprodukt, aus welchem der Synchronkörper 1 gefertigt wird. Der Rohling 2 setzt sich zusammen aus einer Nabe 3, auch als Innenteil bezeichnet, und einem ringscheibenförmigen Außenteil 4. Bei der Nabe 3 handelt es sich um ein durch spanende Bearbeitung hergestelltes Stahlteil, bei dem ringscheibenförmigen Außenteil 4 um ein Blechteil. Eine Innenverzahnung 5 der Nabe 3 ist zur Verbindung mit einer Gegenverzahnung einer Welle des Schaltgetriebes vorgesehen. An den Stirnseiten der Nabe 3 befinden sich jeweils drei gleichmäßig am Umfang verteilte Ölnuten 6. Die Gestalt der Nabe 3 des Rohlings 2 entspricht der Gestalt der Nabe 3 des fertigen Synchronkörpers 1.
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Das ringscheibenförmige Außenteil 4, wie in 1 erkennbar, ist auf der Nabe 3 dauerhaft befestigt, beispielsweise durch Laserverschweißung, bevor weitere Bearbeitungsschritte durchgeführt werden. Etwa mittig zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Rand des ringscheibenförmigen Außenteils 4 befinden sich drei gleichmäßig am Umfang verteilte Fenster 7, welche sich radial nach innen verjüngen.
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Der in 1 dargestellte Rohling 2 wird durch Drückwalzen zu dem in den 2 und 3 dargestellten Synchronkörper 1 geformt. Hierbei bildet sich zum einen am Außenumfang des ringscheibenförmigen Außenteils 4 eine Außenverzahnung 8, kurz auch als Verzahnung bezeichnet, welche zur Zusammenwirkung mit einer Schiebemuffe der Synchronisiereinrichtung vorgesehen ist. Zum anderen werden durch das Drückwalzen, womit eine Verringerung des Durchmessers des Außenteils 4 verbunden ist, die Fenster 7 aufgebrochen. An den entsprechenden Stellen entstehen drei Ausnehmungen 9, die jeweils um 120° am Umfang des Außenteils 4 gegeneinander versetzt sind. An den Rändern jeder Ausnehmung 9 befinden sich Auflageflächen 10 für ein nicht dargestelltes Druckstück der Synchronisiereinrichtung. Eine Nachbearbeitung der Verzahnung 8 sowie der Auflageflächen 10 nach deren umformtechnischer Herstellung kann entfallen. Die Verzahnung 8 ist durch die Ausnehmungen 9 in drei Verzahnungssegmente 13 unterteilt, wobei jedes Verzahnungssegment 13 einen mittig am Umfang des Synchronkörpers 1 zwischen zwei Ausnehmungen 9 liegenden verzahnungsfreien Abschnitt 14 aufweist.
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Auch im Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5 ist der Synchronkörper 1 aus einer Nabe 3 mit einer Innenverzahnung 5 und einem ursprünglich ringscheibenförmigen Außenteil 4 zusammengesetzt. Zusätzlich zur Formung der Verzahnung 8 werden nach der Verbindung des ringscheibenförmigen Außenteils 4 mit der Nabe 3 insgesamt sechs Durchstellungen 11 in das ringscheibenförmige Außenteil 4 eingeformt. Die Durchstellungen 11 dienen als Anschlag innerhalb der Synchronisiereinrichtung.
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Wie insbesondere aus
4 hervorgeht, ist das Außenteil
4 des fertigen Synchronkörpers
1 auf der Innenseite seines mit
12 gekennzeichneten Außenbereichs, der auf seiner Außenseite die Verzahnung
8 aufweist, konisch geformt. Die geometrische Gestaltung des Synchronkörpers
1 entspricht im Außenbereich
12 insofern der aus der
DE 10 2012 209 219 A1 bekannten Gestaltung eines Synchronkörpers.
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Insgesamt zeichnet sich der Synchronkörper 1 sowohl in der Ausgestaltung nach den 1 bis 3 als auch in der Ausgestaltung nach den 4 und 5 nicht nur durch eine rationelle Herstellbarkeit sowie hohe Stabilität, sondern auch durch eine einfache Austauschbarkeit gegen herkömmliche Synchronkörper in Synchronisiereinheiten bekannter Bauart aus.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Synchronkörper
- 2
- Rohling
- 3
- Nabe
- 4
- Außenteil
- 5
- Innenverzahnung
- 6
- Ölnut
- 7
- Fenster
- 8
- Außenverzahnung
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Auflagefläche
- 11
- Durchstellung
- 12
- Außenbereich
- 13
- Verzahnungssegment
- 14
- verzahnungsfreier Abschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011085379 A1 [0002]
- DE 102011085381 A1 [0002]
- DE 19580558 C1 [0003]
- DE 102012209219 A1 [0026]
