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Die Erfindung betrifft einen Synchronring für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes, der eine Ringachse aufweist und aus einem ringförmigen Blechkonus mit einer im Wesentlichen konstanten Blechdicke gebildet ist, wobei der ringförmige Blechkonus eine radiale Außenseite sowie eine entgegengesetzte radiale Innenseite mit einer konusförmigen Reibfläche aufweist, und wobei sich der ringförmige Blechkonus in Richtung der Ringachse von einem ersten axialen Konusende zu einem zweiten axialen Konusende hin verjüngt.
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Derartige Synchronringe werden üblicherweise aus einem ebenen Blech im Stanz- und Ziehverfahren hergestellt.
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Ein Problem dieser Blech-Synchronringe ist deren Zentrierung relativ zur Synchronnabe des Schaltgetriebes. Im Unterschied zu herkömmlichen Synchronringen aus Sintermetall oder geschmiedeten Synchronringen aus Messing, die in der Regel eine zylindrische Außenfläche aufweisen und sich dadurch problemlos im zylindrischen Innenhohlraum der Synchronnabe zentrieren lassen, weisen Blech-Synchronringe fertigungsbedingt eine konusförmige Außenfläche auf. Da der Synchronring beim Schalten des Getriebes durch die Schaltmuffe axial in Richtung zum Gangrad verschoben wird, geht die Zentrierung des Blech-Synchronrings aufgrund der Verjüngung des Blechkonus zum kleineren Durchmesser hin verloren. Dies kann zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Schaltgetriebes sowie zu einem höheren Verschleiß führen.
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Um auch bei Blech-Synchronringen eine exakte Zentrierung relativ zur Synchronnabe sicherzustellen, offenbart die
DE 10 2011 015 836 A1 einen gattungsgemäßen Synchronring mit einem ringförmigen Blechkonus, der an einem axialen Ende radial nach außen abgebogen ist und eine umlaufende Sperrverzahnung aufweist, wobei radial zwischen der Sperrverzahnung und dem Konusring Vorsprünge zur radialen Zentrierung des Synchronrings relativ zur Synchronnabe vorgesehen sind.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen konstruktiv besonders einfach aufgebauten, stabilen Synchronring für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes zu schaffen, der aus einem ringförmigen Blechkonus gebildet ist, alternative Mittel zur radialen Zentrierung des Synchronrings relativ zur Synchronnabe aufweist und sich mit geringem verfahrenstechnischem Aufwand herstellen lässt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Synchronring der eingangs genannten Art, bei dem der Blechkonus auf der radialen Außenseite einen angeformten Zentrierbund zur radialen Zentrierung des Synchronrings relativ zu einer Synchronnabe der Synchronisationseinheit aufweist, wobei der Zentrierbund mehrere in Umfangsrichtung hintereinanderliegende Zentrierbundabschnitte umfasst, und wobei ein erster Zentrierbundabschnitt einen ersten axialen Abstand und ein zweiter Zentrierbundabschnitt einen vom ersten axialen Abstand verschiedenen, zweiten axialen Abstand zum zweiten axialen Konusende aufweist. Aufgrund dieser unterschiedlichen axialen Abstände der Zentrierbundabschnitte vom zweiten axialen Konusende wird der Führungsabschnitt zwischen dem Synchronring und der Synchronnabe axial verlängert, wodurch sich die radiale Zentrierung verbessert und der Synchronring eine besonders gute Kippstabilität aufweist.
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Vorzugsweise ist der ringförmige Blechkonus des Synchronrings an seinem ersten axialen Konusende radial nach außen abgewinkelt und weist eine Sperrverzahnung auf.
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In einer Ausführungsform des Synchronrings ist der Blechkonus im Bereich des Zentrierbunds verformt und weist einen ersten Blechabschnitt mit einer gegenüber der Blechdicke verringerten Restdicke sowie axial angrenzend einen zweiten Blechabschnitt mit einer Bunddicke auf, welche wenigstens der Blechdicke entspricht.
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Bevorzugt erstreckt sich in dieser Ausführungsform eine radiale Außenseite des ersten Blechabschnitts im Wesentlichen parallel zur Ringachse und liegt insbesondere auf einer kreiszylindrischen Fläche um die Ringachse. Dementsprechend lässt sich der Zentrierbund mit minimalem Fertigungsaufwand als „axial angeschobener Zentrierbund“ herstellen.
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Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass die Restdicke des Blechkonus im ersten Blechabschnitt im Wesentlichen konstant ist. Analog zum axial angeschobenen Zentrierbund wird der Zentrierbund auch in diesem Fall aus dem Material des Blechkonus geformt, sodass dessen Blechdicke zumindest abschnittsweise verringert ist. Diese eigentlich unerwünschte Schwächung des Konusrings ist jedoch unproblematisch, da sie in axialer Richtung gleichmäßig erfolgt, sodass der geschwächte erste Blechabschnitt eine definierte und im Wesentlichen konstante Restdicke aufweist. Die Restdicke ist dabei so gewählt, dass am Synchronring bei den im Betrieb der Synchronisationseinheit üblichen Belastungen keine Stabilitäts- oder Verformungsprobleme auftreten. Der Fertigungsaufwand für solch einen „schräg angeschobenen Zentrierbund“ ist jedoch im Vergleich zu dem oben erwähnten, axial angeschobenen Zentrierbund etwas größer.
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Vorzugsweise erstreckt sich der erste Blechabschnitt in dieser Ausführungsform des Synchronrings axial vom Zentrierbund in Richtung zum zweiten axialen Konusende, besonders bevorzugt bis zum zweiten axialen Konusende.
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Der Zentrierbund kann eine radiale Anlagefläche für die Synchronnabe aufweisen, wobei ein axialer Abstand dieser radialen Anlagefläche vom zweiten axialen Konusende in Umfangsrichtung nicht konstant, sondern veränderlich ist. Der Zentrierbund wird in diesem Zusammenhang durch einen angeschobenen radialen Absatz im Blechkonus sowie die unmittelbar anschließende, radiale Anlagefläche gebildet.
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Besonders bevorzugt weist jeder Zentrierbundabschnitt eine radiale Anlagefläche für die Synchronnabe auf, wobei alle radialen Anlageflächen auf einem Kreiszylinder liegen. Dadurch entsteht zwischen dem Synchronring und der radial angrenzenden Synchronnabe mit geringem fertigungstechnischen Aufwand ein axial ausgedehnter Führungsabschnitt, der zu einer hohen Kippstabilität des Synchronrings beiträgt.
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Gemäß einer Ausführungsform des Synchronrings ist vorgesehen, dass die hintereinanderliegenden Zentrierbundabschnitte in Umfangsrichtung direkt ineinander übergehen und der Zentrierbund in Umfangsrichtung wellenförmig umläuft. Insbesondere erstreckt sich der an den Konusring angeschobene, radiale Absatz des Zentrierbunds in Umfangsrichtung gesehen wellenförmig, sodass ein axialer Abstand zwischen diesem Absatz und dem zweiten axialen Konusende in Umfangsrichtung nicht konstant, sondern veränderlich ist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Synchronrings ist der Zentrierbund in Umfangsrichtung unterbrochen und umfasst mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Zentrierbundabschnitte. Das Anschieben von solchen separaten Zentrierbundsegmenten lässt sich fertigungstechnisch mit besonders geringem Aufwand realisieren.
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Um unabhängig von der axialen Position des Synchronrings relativ zur Synchronnabe eine gewünschte radiale Zentrierung des Synchronrings mit geringem radialen Spiel sicherzustellen, weist der Zentrierbund bevorzugt wenigstens drei erste Zentrierbundabschnitte und wenigstens drei zweite Zentrierbundabschnitte auf.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Synchronrings für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes;
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2 einen Längsschnitt durch den Synchronring gemäß 1 sowie zwei Schnittdetails;
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3 einen Detailschnitt eines erfindungsgemäßen Synchronrings zusammen mit der Synchronnabe einer Synchronisationseinheit; und
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4 einen Längsschnitt durch ein Schaltgetriebe mit einem Synchronring gemäß 3; und
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5 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Synchronrings gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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In den 1 bis 5 ist ein Synchronring 10 für eine Synchronisationseinheit 12 eines Schaltgetriebes 14 dargestellt, der eine Ringachse A aufweist und aus einem ringförmigen Blechkonus 16 mit einer im Wesentlichen konstanten Blechdicke t gebildet ist.
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Der ringförmige Blechkonus 16 weist eine konusförmige radiale Außenseite sowie eine entgegengesetzte radiale Innenseite mit einer konusförmigen Reibfläche 18 auf, wobei die Blechdicke t einer Abmessung des Blechkonus 16 senkrecht zur Reibfläche 18 entspricht. Abhängig von der Konstruktion und Beanspruchung des Synchronrings 10 wird die Reibfläche 18 vom Blechkonus 16 selbst oder alternativ durch einen separaten, auf den Blechkonus 16 aufgebrachten Reibbelag 19 gebildet.
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In den vorliegenden Ausführungsbeispielen des Synchronrings 10 verjüngt sich der ringförmige Blechkonus 16 in Richtung der Ringachse A von einem ersten axialen Konusende 28 zu einem zweiten axialen Konusende 30 hin, wobei der Blechkonus 16 an seinem ersten axialen Konusende 28 radial nach außen abgewinkelt ist und eine Sperrverzahnung 26 aufweist.
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Ferner hat der Blechkonus 16 auf der radialen Außenseite einen angeformten Zentrierbund 20 zur radialen Zentrierung des Synchronrings 10 relativ zu einer Synchronnabe 22 der Synchronisationseinheit 12 (siehe 3 und 4), wobei der Zentrierbund 20 mehrere in Umfangsrichtung 24 hintereinanderliegende Zentrierbundabschnitte 32, 34 umfasst. Konkret weist der Zentrierbund 20 erste Zentrierbundabschnitte 32 mit einem ersten axialen Abstand a1 vom zweiten Konusende 30 sowie zweite Zentrierbundabschnitte 34 mit einem vom ersten axialen Abstand a1 verschiedenen, zweiten axialen Abstand a2 zum zweiten Konusende 30 auf. Aufgrund dieser unterschiedlichen axialen Abstände a1, a2 zwischen den Zentrierbundabschnitten 32, 34 und dem zweiten axialen Konusende 30 vergrößert sich eine axiale Abmessung x des Führungsabschnitts zwischen dem Synchronring 10 und der Synchronnabe 22 (siehe 3), wodurch sich die radiale Zentrierung verbessert und der Synchronring 10 eine besonders gute Kippstabilität aufweist.
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Der Zentrierbund 20 weist eine radiale Anlagefläche 48 für die Synchronnabe 22 auf. Insbesondere weist jeder Zentrierbundabschnitt 32, 34 eine radiale Anlagefläche 48 für die Synchronnabe 22 auf, wobei alle radialen Anlageflächen 48 auf einem Kreiszylinder liegen.
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Um unabhängig von der axialen Position des Synchronrings 10 relativ zur Synchronnabe 22 eine gewünschte radiale Zentrierung des Synchronrings 10 mit einem geringen radialen Spiel sicherzustellen, weist der Zentrierbund 20 bevorzugt wenigstens drei erste Zentrierbundabschnitte 32 und wenigstens drei zweite Zentrierbundabschnitte 34 auf.
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Gemäß den 2 und 3 ist der Blechkonus 16 im Bereich des Zentrierbunds 20 verformt und weist einen ersten Blechabschnitt 38 mit einer gegenüber der Blechdicke t verringerten Restdicke tR sowie axial angrenzend einen zweiten Blechabschnitt 40 mit einer Bunddicke tB auf, welche wenigstens der Blechdicke t entspricht.
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So schließt sich an das erste axiale Konusende 28 im Bereich des Zentrierbunds 20 axial der zweite Blechabschnitt 40 mit der Anlagefläche 48 und dann der erste Blechabschnitt 38 an, welcher sich axial vom Zentrierbund 20 bis zum zweiten Konusende 30 erstreckt.
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In einer Ausführungsvariante des Synchronrings 10 gemäß 2 erstreckt sich eine radiale Außenseite 42 des ersten Blechabschnitts 38 im Wesentlichen parallel zur Ringachse A. Insbesondere erstreckt sich die radiale Außenseite 42 des ersten Blechabschnitts 38 auf einer kreiszylindrischen Fläche um die Ringachse A, sodass ein axial angeschobener Zentrierbund 20 entsteht, welcher sich fertigungstechnisch mit minimalem Aufwand an den Blechkonus 16 anformen lässt.
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Gemäß einer in 3 angedeuteten, alternativen Ausführungsvariante des Synchronrings 10 ist jedoch auch denkbar, dass die Restdicke tR des Blechkonus 16 im ersten Blechabschnitt 38 weitgehend konstant ist. Dies bedeutet konkret, dass der Zentrierbund 20 schräg zur Ringachse A und im Wesentlichen mit demselben Winkel wie die konusförmige Reibfläche 18 an den Blechkonus 16 angeschoben wird, sodass die Restdicke tR des Blechkonus 16 im ersten Blechabschnitt 38 in Umfangsrichtung 24 sowie insbesondere auch in Axialrichtung 44 im Rahmen üblicher Fertigungstoleranzen konstant bleibt. Verglichen mit einem axial angeschobenen Zentrierbund 20 wird der erste Blechabschnitt 38 bei einem schräg angeschobene Zentrierbund 20 gleichmäßiger beansprucht, was sich vorteilhaft auf dessen Stabilitäts- und Verformungsverhalten auswirkt. Allerdings ist ein schräg angeschobener Zentrierbund 20 in der Fertigung etwas aufwendiger.
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Die 3 zeigt den Synchronring 10 in einem an der Synchronnabe 22 montierten Zustand. Dabei wird deutlich, dass die radiale Anlagefläche 48 des Zentrierbunds 20 radial an eine zylindrische Kontaktfläche 50 der Synchronnabe 22 angrenzt.
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Diese Kontaktfläche 50 ist gemäß 4 Teil einer hohlzylindrischen Ausnehmung 52 der Synchronnabe 22, in die das zweite axiale Konusende 30 des Synchronrings 10 hineinragt. Abgesehen von der Anlagefläche 48 zur radialen Zentrierung des Synchronrings 10 können an den Zentrierbundabschnitten 32, 34 weitere Anlageflächen ausgebildet sein, beispielsweise Anlageflächen für Druckstücke der Synchronisationseinheit 12.
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Die 4 zeigt einen Längsschnitt durch das zusammengesetzte Schaltgetriebe 14, mit einer Synchronnabe 22, die auf einer Getriebewelle drehfest angebracht ist, einer Schaltmuffe 54, die relativ zur Synchronnabe 22 drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, zwei Gangrädern 56, die auf der Getriebewelle drehbar aber axial unverschieblich angeordnet sind, sowie zwei oben beschriebenen Synchronringen 10 zur Kopplung der Synchronnabe 22 mit einem der Gangräder 56 des Schaltgetriebes 14 über eine Reibverbindung. Die Reibverbindung erfolgt gemäß 4 jeweils über einen Kupplungskörper 58, der an einem zugeordneten Gangrad 56 drehfest und axial unverschieblich fixiert ist und im Übrigen eine Schaltverzahnung 60 sowie eine Reibfläche 62 aufweist.
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In bekannter Weise erfolgt bei einem Schaltvorgang zunächst eine Drehzahlsynchronisierung zwischen der Synchronnabe 22 und dem zu schaltenden Gangrad 56 über die Reibverbindung zwischen den Reibflächen 18, 62 sowie anschließend ein Durchschalten der Schaltmuffe 54 auf die dem Gangrad 56 zugeordnete Schaltverzahnung 60, sodass die Synchronnabe 22 in einer geschalteten Stellung des Schaltgetriebes 14 über die Schaltmuffe 54 und den Kupplungskörper 58 formschlüssig und drehfest mit dem entsprechenden Gangrad 56 verbunden ist.
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Die 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher der Zentrierbund 20 des Synchronrings 10 in Umfangsrichtung 24 unterbrochen ist und mehrere in Umfangsrichtung 24 beabstandete Zentrierbundabschnitte 32, 34 umfasst. Dabei weisen die ersten Zentrierbundabschnitte 32 jeweils einen konstanten ersten axialen Abstand a1 und die zweiten Zentrierbundabschnitte 34 einen konstanten zweiten axialen Abstand a2 zum zweiten axialen Konusende 30 auf, wobei der erste axiale Abstand a1 vom zweiten axialen Abstand a2 verschieden ist.
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Demgegenüber zeigt die 5 eine perspektivische Ansicht des Synchronrings 10 gemäß einer alternativen Ausführungsform, bei der die in Umfangsrichtung 24 hintereinanderliegenden Zentrierbundabschnitte 32, 34 direkt ineinander übergehen und der Zentrierbund 20 in Umfangsrichtung 24 geschlossen ist sowie wellenförmig umläuft.
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Dies bedeutet, dass sich der an den Konusring 16 angeschobene, radiale Absatz des Zentrierbunds 20, der einer dem zweiten axialen Konusende 30 zugewandten Begrenzung der radialen Anlagefläche 48 entspricht, in Umfangsrichtung 24 wellenförmig erstreckt, also einen veränderlichen axialen Abstand zum zweiten axialen Konusende 30 aufweist. Beispielsweise ist im Bereich eines „Wellenbergs“ ein erster Zentrierbundabschnitt 32 mit einem nahezu konstanten ersten axialen Abstand a1 vom zweiten Konusende 30 sowie im Bereich eines „Wellentals“ ein zweiter Zentrierbundabschnitt 34 mit einem nahezu konstanten zweiten axialen Abstand a2 vom zweiten Konusende 30 vorgesehen, wobei in Umfangsrichtung 24 Übergangsabschnitte vorgesehen sind, welche die ersten und zweiten Zentrierbundabschnitte 32, 34 miteinander verbinden, und wobei der erste axiale Abstand a1 vom zweiten axialen Abstand a2 verschieden ist.
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Bei der Herstellung der oben beschriebenen Synchronringe 10 wird zunächst der ringförmige Blechkonus 16 bereitgestellt und gegebenenfalls fixiert, wobei sich der Blechkonus 16 von seinem ersten axialen Konusende 28 zu seinem zweiten axialen Konusende 30 konisch verjüngt und noch keinen Zentrierbund 20 aufweist.
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Nachfolgend wird ein (nicht dargestelltes) Werkzeug zum Anformen der Zentrierbundabschnitte 32, 34 am zweiten axialen Konusende 30 auf eine gewünschte Radialposition eingestellt und dann unter Materialumformung entweder parallel zur Ringachse A oder parallel zur Reibfläche 18 des Blechkonus 16 in Richtung zum ersten axialen Konusende 28 hin verschoben.
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Die ersten Zentrierbundabschnitte 32 des Zentrierbunds 20 können dabei entweder gleichzeitig angeformt werden, wobei jedem ersten Zentrierbundabschnitt 32 ein Werkzeug zugeordnet ist, oder nacheinander durch ein einziges Werkzeug. Gleiches gilt für die zweiten Zentrierbundabschnitte 34.
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In einem nachfolgenden Verfahrensschritt können die Zentrierbundabschnitte 32, 34 dann in radialer Richtung 46 so verformt werden, dass jeweils in einem gewünschten Abstand r zur Ringachse A eine Anlagefläche 48 entsteht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011015836 A1 [0004]
