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Die Erfindung betrifft eine Schiebemuffe einer Synchronisationsvorrichtung für Schaltgetriebe, mit einer Längsachse, einer Innenverzahnung, die in eine Außenverzahnung einer Nabe der Synchronisationsvorrichtung eingreift und eine Vielzahl von Schiebemuffenzähnen umfasst, wobei sich jeder Schiebemuffenzahn von einem axialen Zahnende zu einem entgegengesetzten axialen Zahnende erstreckt, und wobei die Schiebemuffe Sperrflächen zum Angreifen an einer Außenverzahnung eines Synchronrings der Synchronisationsvorrichtung aufweist.
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Desweiteren betrifft die Erfindung auch eine Synchronisationsvorrichtung für ein Schaltgetriebe, mit einer solchen Schiebemuffe sowie ein Verfahren zum Herstellen der Schiebemuffe.
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Bekannte Sperrsynchronisierungen für Schaltgetriebe verfügen über eine Sperrgeometrie zum Sperren einer Axialbewegung der Schiebemuffe, solange eine Differenzdrehzahl zwischen der Schiebemuffe und dem Kupplungskörper des zu schaltenden Gangrads besteht. Die Sperrgeometrie ist an der Innenverzahnung der Schiebemuffe sowie an der Außenverzahnung des Synchronrings vorgesehen und wird durch dachförmig angespitzten Zahnenden gebildet. Dabei weisen die axial aneinander angrenzenden Zahnenden der Schiebemuffenzähne und der Synchronringzähne Sperrflächen auf, die in Radialrichtung gesehen zur Längsachse der Synchronisationsvorrichtung geneigt sind. Wird bei vorhandener Drehzahldifferenz zwischen der Schiebemuffe und dem Kupplungskörper eine axiale Schaltkraft aufgebracht, gelangen die geneigten Sperrflächen der Schiebemuffe und des Synchronrings in Anlage und werden in Umfangsrichtung gegeneinander beaufschlagt, sodass der Synchronring eine weitere axiale Bewegung der Schiebemuffe verhindert. Erst nach einer Drehzahlangleichung gleiten die in Anlage befindlichen Sperrflächen aneinander entlang und sorgen für eine Relativdrehung zwischen dem Synchronring und der Schiebemuffe, sodass die Schiebemuffe axial in Richtung zum Kupplungskörper des zu schaltenden Gangrads verstellt werden kann.
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Bei modernen automatisierten Schaltgetrieben, insbesondere Doppelkupplungsgetrieben, gibt es aus Gründen der Energieeffizienz eine Tendenz, die Anzahl der Gangstufen des Schaltgetriebes zu erhöhen. Eine zunehmende Anzahl von Gangstufen führt jedoch auch zu einer größeren axialen Baulänge und damit sehr rasch zu Bauraumproblemen des Schaltgetriebes.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den axialen Bauraumbedarf eines Schaltgetriebes zu reduzieren und hierzu eine besonders kompakt bauende Synchronisationsvorrichtung bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schiebemuffe der eingangs genannten Art, bei welcher die Sperrflächen axial zwischen den Zahnenden angeordnet sowie von den beiden axialen Zahnenden axial beabstandet sind.
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Die entgegengesetzten axialen Zahnenden definieren dabei die maximale axiale Abmessung eines Schiebemuffenzahns, der sich insbesondere von einer axialen Stirnseite der Schiebemuffe bis zu einer entgegengesetzten axialen Stirnseite der Schiebemuffe erstreckt. Radiale oder tangentiale Querschnittsänderungen des Schiebemuffenzahns bilden daher explizit kein axiales Zahnende, solange ein Restquerschnitt des Schiebemuffenzahns bestehen bleibt.
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Unter einer von den beiden Zahnenden axial beabstandeten Sperrfläche ist im Übrigen eine Sperrfläche zu verstehen, die bereits mit axialem Abstand zum jeweiligen Zahnende beginnt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass jeder Punkt der Sperrfläche einen axialen Abstand zu jedem der Zahnenden aufweist.
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Verglichen mit herkömmlichen Schiebemuffen, deren Sperrflächen unmittelbar am axialen Zahnende eines Schiebemuffenzahns beginnen, lässt sich durch die axiale Beabstandung der Sperrflächen von den Zahnenden ein Synchronring in der unbetätigten Neutralstellung der Synchronisationsvorrichtung näher an der axialen Mittelachse der Schiebemuffe positionieren. Der axiale Abstand zwischen den Sperrflächen und den axialen Zahnenden beträgt vorzugsweise wenigstens 1 mm, insbesondere etwa 1,5 mm bis 2,5 mm.
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Vorzugsweise sind die Sperrflächen ebene sowie, in Radialrichtung gesehen, zur Längsachse geneigte Sperrschrägen, insbesondere wobei die Sperrschrägen und die Längsachse einen Winkel von maximal 70° einschließen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Schiebemuffe weisen die axialen Zahnenden der Schiebemuffenzähne jeweils einen stumpfen Stirnflächenabschnitt auf. Es hat sich herausgestellt, dass zum zuverlässigen Einspuren der Schiebemuffenzähne in die Kupplungskörper-Außenverzahnung an den axialen Zahnenden der Schiebemuffenzähne keine Anspitzung notwendig ist. Um im geschalteten Zustand der Synchronisationsvorrichtung eine gewünschte Drehmomentübertragbarkeit zwischen der Schiebemuffenverzahnung und der Kupplungskörper-Außenverzahnung sicherzustellen, muss die Schiebemuffe axial so weit auf die Kupplungskörper-Außenverzahnung geschoben werden, dass eine ausreichende Überdeckung der Verzahnungen gegeben ist. Der angespitzte Bereich an den axialen Zahnenden herkömmlicher Schiebemuffen ist lediglich zum Sperren gegen den Synchronring sowie zum vereinfachten Einspuren in die Kupplungskörper-Außenverzahnung vorgesehen und trägt im geschalteten Zustand nicht zur Drehmomentübertragung bei. Dementsprechend lässt sich durch den Entfall der Anspitzung und die Ausbildung der axialen Zahnenden als stumpfe Stirnflächenabschnitte die axiale Baulänge der Synchronisationsvorrichtung verringern und darüber hinaus auch der Schaltweg in vorteilhafter Weise verkürzen.
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Bevorzugt weist ein Schiebemuffenzahn in Umfangsrichtung entgegengesetzte Zahnflanken auf, welche den Schiebemuffenzahn der Innenverzahnung jeweils von einem in Umfangsrichtung angrenzenden Zahnzwischenraum trennen, wobei der stumpfe Stirnflächenabschnitt die entgegengesetzten Zahnflanken verbindet.
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Die beiden entgegengesetzten Zahnflanken eines, insbesondere jedes Schiebemuffenzahns können dabei angrenzend an den stumpfen Stirnflächenabschnitt jeweils einen Hinterlegungsabschnitt zum Angreifen an der Außenverzahnung eines Kupplungskörpers aufweisen. Als Hinterlegungsabschnitte werden dabei Bereiche der Zahnflanken bezeichnet, die sich nicht parallel zur Längsachse erstrecken, sondern zur Längsachse leicht geneigt sind, wobei ein Hinterlegungswinkel bevorzugt 3,5° bis 4,5° beträgt. Der betreffende Schiebemuffenzahn weitet sich dadurch axial zum Zahnende hin auf, das heißt seine tangential bzw. in Umfangsrichtung gemessene Zahnbreite nimmt axial zu seinem Zahnende hin zu. Der Hinterlegungsabschnitt sorgt dafür, dass die Schiebemuffe im geschalteten Zustand der Synchronisationsvorrichtung mit der Kupplungskörper-Außenverzahnung auch dann in Eingriff bleibt, wenn keine Schaltkraft mehr aufgebracht wird. Mit anderen Worten verhindert der Hinterlegungsabschnitt ein unerwünschtes, selbsttätiges „Herausspringen“ der geschalteten Gangstufe.
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Bevorzugt sind die Hinterlegungsabschnitte der Zahnflanken axial zwischen dem stumpfen Stirnflächenabschnitt des Schiebemuffenzahns und den Sperrflächen angeordnet. Somit kann die Synchronring-Außenverzahnung in einer unbetätigten Neutralstellung der Synchronisationsvorrichtung axial im Bereich der Hinterlegungsabschnitte vorgesehen sein. Dies ermöglicht eine axial besonders kompakte Konstruktion der Synchronisationsvorrichtung und führt zu einem kurzen axialen Schaltweg der Schiebemuffe von ihrer axial mittigen Neutralstellung in ihre geschaltete Stellung.
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Vorzugsweise beginnt jede Sperrfläche am axialen Ende des Hinterlegungsabschnitts eines Schiebemuffenzahns und erstreckt sich in Umfangsrichtung schräg in Richtung zum benachbarten Schiebemuffenzahn.
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Gemäß einer Ausführungsform der Schiebemuffe ist der stumpfe Stirnflächenabschnitt ein ebener Stirnflächenabschnitt, der sich senkrecht zur Längsachse erstreckt.
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Alternativ kann der stumpfe Stirnflächenabschnitt auch ein konvexer Stirnflächenabschnitt sein. Insbesondere erstreckt sich der konvexe Stirnflächenabschnitt in Umfangsrichtung jeweils von einem Fußpunkt angrenzend an den Hinterlegungsabschnitt der einen Zahnflanke über einen axial vorstehenden Scheitelabschnitt bis zu einem Fußpunkt angrenzend an den Hinterlegungsabschnitt der entgegengesetzten Zahnflanke, wobei ein axialer Abstand zwischen dem Scheitelabschnitt und jedem der Fußpunkte höchstens 18 %, insbesondere höchstens 10 % einer Zahnbreite des Schiebemuffenzahns beträgt. Unter der Zahnbreite ist hierbei die maximale tangentiale Abmessung des Schiebemuffenzahns im Bereich der Hinterlegungsabschnitte zu verstehen. Unter konvexer Stirnfläche ist in diesem Zusammenhang eine von den Fußpunkten ausgehende, nach außen gewölbte sowie durch den Scheitelabschnitt, insbesondere Scheitelpunkt verlaufende Fläche zu verstehen, wobei die Wölbung in Radialrichtung gesehen durch eine stetige Krümmung, einen Polygonzug oder Mischformen hiervon gebildet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Schiebemuffe sind die stumpfen Stirnflächenabschnitte an den axialen Zahnenden der Schiebemuffenzähne radial außerhalb der Sperrschrägen angeordnet. Somit erfüllt ein radial innerer Abschnitt des Schiebemuffenzahns zusammen mit dem Synchronring die Sperrfunktion, während ein radial äußerer Abschnitt des Schiebemuffenzahns zusammen mit dem Kupplungskörper die Einspurfunktion beim Durchschalten in die gewünschte Gangstufe erfüllt.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Schiebemuffe erstrecken sich alle Sperrflächen der Schiebemuffe von einem gemeinsamen Innenradius bis zu einem gemeinsamen Außenradius, wobei die stumpfen Stirnflächenabschnitte der Schiebemuffenzähne zwischen diesem Innenradius und diesem Außenradius angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Schiebemuffe einstückig ausgeführt, und die Sperrflächen sind einstückig an die Schiebemuffenzähne der Innenverzahnung angeformt, insbesondere wobei jedem axialen Zahnende der Schiebemuffenzähne zwei Sperrflächen zugeordnet sind.
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Vorzugsweise ist ferner ein Anschlagabschnitt zur Begrenzung des axialen Schaltwegs vorgesehen. Folglich kann in vorteilhafter Weise auf separate Anschlagstücke verzichtet werden. Dementsprechend muss die Synchronring-Außenverzahnung auch nicht im Bereich der herkömmlichen Anschlagstücke unterbrochen werden, sodass die Synchronring-Außenverzahnung mehr Synchronringzähne und damit eine höhere Belastbarkeit aufweist.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Schiebemuffe mehrteilig ausgeführt und weist separate Einlegestücke zum Einlegen in die Innenverzahnung auf, wobei die Sperrflächen an den Einlegestücken angeformt sind, insbesondere wobei die Einlegestücke jeweils einen Anschlagabschnitt zur Begrenzung des axialen Schaltwegs aufweisen. Dadurch vereinfacht sich die Geometrie der Schiebemuffenzähne, sodass sich die Schiebemuffe mit geringerem Herstellungsaufwand fertigen lässt. Im Gegenzug müssen jedoch separate Einlegestücke gefertigt und an der Schiebemuffe montiert werden.
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Vorzugsweise beginnen sämtliche, einer Stirnseite der Schiebemuffe zugeordnete Zahnenden und/oder sämtliche, einer Stirnseite der Schiebemuffe zugewandte Sperrflächen jeweils in derselben Radialebene. Besonders bevorzugt sind sämtliche, einer Stirnseite der Schiebemuffe zugeordneten axialen Zahnenden identisch ausgeführt, wobei insbesondere sogar alle Schiebemuffenzähne identisch ausgeführt sind. Dies bedeutet insbesondere auch, dass alle Schiebemuffenzähne dieselbe axiale Abmessung aufweisen. Eine identische Ausführung aller Schiebemuffenzähne führt dabei zu einem besonders geringen Fertigungsaufwand beim Herstellen der Schiebemuffe.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird im Übrigen auch gelöst durch eine Synchronisationsvorrichtung für ein Schaltgetriebe, mit einer Nabe, die auf einer um die Längsachse drehbaren Getriebewelle drehfest angebracht ist, einer oben beschriebenen Schiebemuffe, die relativ zur Nabe drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, einem Synchronring zur Kopplung der Nabe mit einem Gangrad des Schaltgetriebes über eine Reibverbindung, der eine Synchronring-Außenverzahnung aufweist, sowie einem Kupplungskörper, der drehfest mit dem Gangrad verbunden ist und eine Kupplungskörper-Außenverzahnung aufweist, wobei die Schiebemuffe in Axialrichtung von zwei entgegengesetzten Stirnseiten begrenzt ist, und wobei sich die Synchronring-Außenverzahnung in einer axial mittigen Neutralstellung der Schiebemuffe axial zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, zwischen den beiden Stirnseiten der Schiebemuffe erstreckt. Dieses axiale „Eintauchen“ der Synchronring-Außenverzahnung in die Schiebemuffe führt zu einer besonders geringen axialen Baulänge der Synchronisationsvorrichtung.
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Gemäß einer Ausführungsform der Synchronisationsvorrichtung weisen die axialen Zahnenden der Schiebemuffenzähne jeweils einen stumpfen Stirnflächenabschnitt auf, wobei die Synchronring-Außenverzahnung in radialer Richtung von diesen stumpfen Stirnflächenabschnitten beabstandet ist.
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Die Erfindung umfasst im Übrigen auch ein Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Schiebemuffe, wobei zunächst ein gesinterter Schiebemuffenrohling bereitgestellt und in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt Hinterlegungsabschnitte an die Schiebemuffenzähne des Schiebemuffenrohlings geformt werden.
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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 Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Synchronisationsvorrichtung für ein Schaltgetriebe;
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2 einen Längsschnitt durch die Synchronisationsvorrichtung gemäß 1 im Bereich eines Druckstücks;
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3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schiebemuffe gemäß einer Ausführungsform;
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4 einen Detailausschnitt der Schiebemuffe gemäß 3 im Bereich der Innenverzahnung;
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5 einen Abwicklungsausschnitt der Synchronisationsvorrichtung gemäß den 1 und 2 in einer Neutralstellung der Schiebemuffe;
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6 einen Abwicklungsausschnitt der Synchronisationsvorrichtung gemäß den 1 und 2 in einer Sperrstellung der Schiebemuffe;
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7 einen Abwicklungsausschnitt der Synchronisationsvorrichtung gemäß den 1 und 2 in einer Einspurstellung der Schiebemuffe;
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8 einen Abwicklungsausschnitt der Synchronisationsvorrichtung gemäß den 1 und 2 in einer geschalteten Stellung der Schiebemuffe;
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9 alternative Ausführungsvarianten für den axialen Endbereich eines Schiebemuffenzahns der Schiebemuffe gemäß 3 in Radialrichtung gesehen;
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10 alternative Ausführungsvarianten eines Kupplungskörperzahns der Synchronisationsvorrichtung gemäß den 1 und 2 in Radialrichtung gesehen;
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11 einen Schiebemuffenzahn eines Schiebemuffenrohlings sowie einen Schiebemuffenzahn der Schiebemuffe gemäß 3 in Radialrichtung gesehen;
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12 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schiebemuffe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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13 einen Detailausschnitt der Schiebemuffe gemäß 12 im Bereich der Innenverzahnung;
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14 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Synchronisationsvorrichtung mit einer Schiebemuffe gemäß 12;
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15 Abwicklungsausschnitte einer erfindungsgemäßen Synchronisationsvorrichtung mit einer Schiebemuffe gemäß 12;
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16 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schiebemuffe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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17 eine perspektivische Detailansicht eines separaten Einlegestücks der Schiebemuffe gemäß 16; und
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18 Abwicklungsausschnitte einer erfindungsgemäßen Synchronisationsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Die 1 und 2 zeigen eine Synchronisationsvorrichtung 10 für ein Schaltgetriebe 12 eines Kraftfahrzeugs, mit einer Getriebewelle 16, die um eine Längsachse A drehbar ist, einer Nabe 14, die auf der Getriebewelle 16 drehfest angebracht ist, einer Schiebemuffe 18, die relativ zur Nabe 14 drehfest aber axial verschieblich angeordnet ist, einem Synchronring 20 zur Kopplung der Nabe 14 mit einem Gangrad 22 des Schaltgetriebes 12 über eine Reibverbindung sowie einem Kupplungskörper 26, der drehfest mit dem Gangrad 22 verbunden ist.
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Der Synchronring 20 weist eine Synchronring-Außenverzahnung 24 und der Kupplungskörper 26 eine Kupplungskörper-Außenverzahnung 28 auf.
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Die Schiebemuffe 18 der Synchronisationsvorrichtung 10 ist um die Längsachse A drehbar und umfasst eine Innenverzahnung 34, die in eine Außenverzahnung 36 der Nabe 14 eingreift. In einer entsprechenden Axialposition der Schiebemuffe 18 kann die Innenverzahnung 34 darüber hinaus auch in die Synchronring-Außenverzahnung 24 und die Kupplungskörper-Außenverzahnung 28 eingreifen.
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Ferner sind in den 1 und 2 Druckstücke 60 dargestellt, welche bei einer axialen Verschiebung der Schiebemuffe 18 in bekannter Weise die Drehzahlsynchronisierung einleiten.
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Der grundsätzliche Aufbau der Synchronisationsvorrichtung 10 und deren Funktionsprinzip nach Borg-Warner sind bereits allgemein bekannt, sodass diesbezüglich explizit auf den Stand der Technik verwiesen und im Folgenden hauptsächlich auf erfindungswesentliche Unterschiede und Besonderheiten eingegangen wird.
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Um eine möglichst geringe axiale Baulänge realisieren zu können, liegt eine Besonderheit der Synchronisationsvorrichtung 10 gemäß den 1 und 2 darin, dass die Schiebemuffe 18 in Axialrichtung von zwei entgegengesetzten Stirnseiten 30, 32 begrenzt ist und sich die Synchronring-Außenverzahnung 24 in einer axial mittigen Neutralstellung der Schiebemuffe 18 axial zumindest teilweise zwischen diesen beiden Stirnseiten 30, 32 der Schiebemuffe 18 erstreckt.
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Die 2 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel der Synchronisationsvorrichtung 10 in der axial mittigen Neutralstellung der Schiebemuffe 18, wobei die Synchronring-Außenverzahnung 24 sich vollständig zwischen den beiden Stirnseiten 30, 32 der Schiebemuffe 18 erstreckt oder im Wesentlichen bündig mit den Stirnseiten 30, 32 ausgebildet ist. Damit ist in der Neutralstellung der Schiebemuffe 18 insbesondere der gesamte Synchronring 20 in axialer Richtung zwischen den beiden Stirnseiten 30, 32 der Schiebemuffe 18 aufgenommen.
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Diese axial besonders kompakte Bauweise der Synchronisationsvorrichtung 10 wird im Wesentlichen durch eine vorteilhafte Konstruktion der Schiebemuffe 18 ermöglicht, wobei eine Ausführungsform der Schiebemuffe 18 in 3, eine weitere Ausführungsform in 12 und noch eine weitere Ausführungsform der Schiebemuffe 18 in 16 dargestellt ist.
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In allen Ausführungsformen der Schiebemuffe 18 umfasst deren Innenverzahnung 34 eine Vielzahl von Schiebemuffenzähnen 38, wobei sich jeder Schiebemuffenzahn 38 von einem axialen Zahnende 40 zu einem entgegengesetzten axialen Zahnende 42 erstreckt. Ferner weist die Schiebemuffe 18 Sperrflächen 44 zum Angreifen an der Außenverzahnung 24 des Synchronrings 20 auf, wobei diese Sperrflächen 44 axial zwischen den Zahnenden 40, 42 angeordnet sowie von beiden axialen Zahnenden 40, 42 axial beabstandet sind. Dies bedeutet konkret, dass jeder Punkt der Sperrflächen 44 einen axialen Abstand zu jedem der Zahnenden 40, 42 aufweist.
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In den Ausführungsformen der Schiebemuffe 18 gemäß den 3, 12 und 16 sind die Sperrflächen 44 jeweils ebene sowie in Radialrichtung gesehen zur Längsachse A geneigte Sperrschrägen, welche mit der Längsachse A einen Winkel α von maximal 70° einschließen (siehe auch 11). Die als Sperrverzahnung ausgebildete Außenverzahnung 24 des Synchronrings 20 weist im Wesentlichen parallele Gegenflächen zu den Sperrschrägen auf, um die Flächenpressungen in der Sperrstellung der Synchronisationsvorrichtung 10 zu minimieren.
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Insbesondere anhand der Detailausschnitte der Schiebemuffe 18 in den 4, 13 und 16 wird deutlich, dass die axialen Zahnenden 40, 42 der Schiebemuffenzähne 38 nicht angespitzt, sondern stumpf ausgebildet sind und jeweils einen stumpfen Stirnflächenabschnitt 48 aufweisen.
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Jeder Schiebemuffenzahn 38 weist in Umfangsrichtung entgegengesetzte, im Wesentlichen axial verlaufende Zahnflanken 50 auf, welche den jeweiligen Schiebemuffenzahn 38 der Innenverzahnung 34 von einem in Umfangsrichtung angrenzenden Zahnzwischenraum 52 trennen, wobei der stumpfe Stirnflächenabschnitt 48 die entgegengesetzten Zahnflanken 50 verbindet.
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Ferner ist in den 4, 13 und 16 zu erkennen, dass die beiden entgegengesetzten Zahnflanken 50 eines Schiebemuffenzahns 38 angrenzend an den stumpfen Stirnflächenabschnitt 48 jeweils einen Hinterlegungsabschnitt 54 zum Angreifen an der Kupplungskörper-Außenverzahnung 28 aufweisen.
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Die Hinterlegungsabschnitte 54 an den Zahnflanken 50 der Schiebemuffenzähne 38 sorgen bei eingelegtem Gang dafür, dass die Schiebemuffe 18 auch ohne axiale Schaltkraft F in ihrer Schaltstellung (siehe zum Beispiel 8) verbleibt und der geschaltete Gang nicht ungewollt wieder ausgelegt wird.
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In allen dargestellten Ausführungsbeispielen der Schiebemuffe 18 sind die Hinterlegungsabschnitte 54 axial zwischen den stumpfen Stirnflächenabschnitten 48 der Schiebemuffenzähne 38 und den Sperrflächen 44 der Schiebemuffe 18 angeordnet und definieren insbesondere den axialen Abstand der Sperrflächen 44 von den axialen Zahnenden 40, 42 (siehe zum Beispiel 4, 13 und 16).
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Die 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform der Schiebemuffe 18, bei der jede Sperrfläche 44 am axialen Ende eines Hinterlegungsabschnitts 54 eines Schiebemuffenzahns 38 beginnt und sich in Umfangsrichtung schräg in Richtung zum benachbarten Schiebemuffenzahn 38 erstreckt.
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Ferner erstrecken sich alle Sperrflächen 44 der Schiebemuffe 18 von einem gemeinsamen Innenradius 56 bis zu einem gemeinsamen Außenradius 58, wobei die stumpfen Stirnflächenabschnitte 48 der Schiebemuffenzähne 38 zwischen diesem Innenradius 56 und diesem Außenradius 58 angeordnet sind.
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In der Ausführungsform gemäß den 3 und 4 ist die Schiebemuffe 18 einstückig ausgeführt, wobei die Sperrflächen 44 einstückig an die Schiebemuffenzähne 38 der Innenverzahnung 34 angeformt sind. Speziell sind hier jedem axialen Zahnende 40, 42 der Schiebemuffenzähne 38 zwei Sperrflächen 44 zugeordnet und in radialer Draufsicht symmetrisch zur Längsachse A angeordnet. Konkret ist in Umfangsrichtung beidseits des stumpfen Stirnflächenabschnitts 48 jeweils eine axial zurückgesetzte Sperrfläche 44 ausgebildet.
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Die 5 bis 8 zeigen Abwicklungsausschnitte der Synchronisationsvorrichtung 10 gemäß den 1 und 2 und veranschaulichen einen Schaltvorgang unter Verwendung einer Schiebemuffe 18 gemäß den 3 und 4.
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Die 5 zeigt die Synchronisationsvorrichtung 10 in einem unbetätigten Zustand, in dem keine axiale Schaltkraft auf die Schiebemuffe 18 wirkt. Die Schiebemuffe 18 wird hierbei durch eine (nicht dargestellte) Mittenarretierung axial zur Nabe 14 zentriert und befindet sich folglich in einer axial mittigen Neutralstellung.
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Auch anhand dieser Figur wird deutlich, dass sich die Synchronring-Außenverzahnung 24 in der axialen Neutralstellung der Synchronisationsvorrichtung 10 axial vollständig zwischen den beiden Stirnseiten 30, 32 der Schiebemuffe 18 erstreckt oder im Wesentlichen bündig mit den Stirnseiten 30, 32 ausgeführt ist. Dieses axiale „Eintauchen“ der Synchronring-Außenverzahnung 24 in die Schiebemuffe 18 führt in axialer Richtung zu einer besonders kompakten Bauweise der Synchronisationsvorrichtung 10.
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Ferner ist angedeutet, dass sämtliche, einer Stirnseite 30, 32 der Schiebemuffe 18 zugeordnete Zahnenden 40, 42 in einer Radialebene E beginnen und sämtliche, einer Stirnseite 30, 32 der Schiebemuffe 18 zugewandte Sperrflächen 44 ebenfalls in einer (anderen) Radialebene E beginnen. Alle Schiebemuffenzähne 38 weisen in diesem Ausführungsbeispiel dieselbe axiale Abmessung auf und sind insbesondere identisch ausgeführt. Die identische Ausführung aller Schiebemuffenzähne 38 führt zu einem besonders geringen Fertigungsaufwand beim Herstellen der Schiebemuffe 18.
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Die 6 zeigt die Synchronisationsvorrichtung 10 gemäß 5 in einer Sperrstellung, in der die Schiebemuffe 18 durch eine Schaltkraft F in axialer Richtung beaufschlagt und verschoben ist (gemäß 6 nach unten).
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In der Sperrstellung liegen die als Sperrschrägen ausgeführten Sperrflächen 44 der Schiebemuffenzähne 38 an entsprechenden, vorzugsweise parallelen Gegenflächen der Synchronring-Außenverzahnung 24 an, sodass gemäß 6 eine weitere axiale Bewegung der Schiebemuffe 18 (nach unten) durch die Synchronring-Außenverzahnung 24 verhindert wird.
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Nach einer Drehzahlangleichung der Schiebemuffe 18 und des Kupplungskörpers 26 reicht die axiale Schaltkraft F aus, um die Schiebemuffe 18 relativ zum Synchronring 20 zu verdrehen, wobei die schrägen Sperrflächen 44 an den schrägen Gegenflächen des Synchronrings 20 entlang gleiten.
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Die 7 zeigt die Synchronisationsvorrichtung 10 gemäß 5 nach erfolgter Synchronisierung in einer Einspurstellung.
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Hierbei werden die axialen Zahnenden 40 der Schiebemuffenzähne 38 der Innenverzahnung 34 zwischen Kupplungskörperzähne 62 der Kupplungskörper-Außenverzahnung 28 eingespurt.
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Bei einer axialen „Zahn auf Zahn“-Stellung ist hierbei eine gewisse Relativdrehung zwischen der Schiebemuffe 18 und dem Kupplungskörper 26 notwendig, um das Einspuren zu ermöglichen. Diese Relativdrehung kann passiv durch die Wirkung von Schleppmomenten erfolgen oder aktiv über die Betätigung eines Aktuators initiiert werden. Beispielsweise wird durch die Betätigung des Aktuators eine Kupplung geschlossen, um die Drehzahl aktiv zu erhöhen oder zu verringern.
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Die 8 zeigt schließlich die Synchronisationsvorrichtung 10 gemäß 5 im geschalteten Zustand.
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Die Schiebemuffenzähne 38 sind hierbei zwischen die Kupplungskörperzähne 62 eingespurt, sodass sich die Schiebemuffe 18 in ihrer axial ausgelenkten Schaltstellung befindet. Der zu schaltende Gang ist nunmehr eingelegt.
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Ausgehend von der axial mittigen Neutralstellung der Schiebemuffe 18 gemäß 5 legt die Schiebemuffe 18 einen axialen Schaltweg zurück und erreicht in der Schaltstellung gemäß 8 ihre maximale axiale Auslenkung. Um die axiale Position der Schiebemuffe 18 in ihrer Schaltstellung eindeutig zu definieren, ist ein Anschlagabschnitt 76 zur Begrenzung des axialen Schaltwegs vorgesehen.
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Gemäß 8 wird der Anschlagabschnitt 76 durch die Sperrflächen 44 der Schiebemuffe 18 gebildet, welche in der Schaltstellung axial an den Kupplungskörperzähnen 62 anliegen und somit eine weitere axiale Bewegung der Schiebemuffe 18 (nach unten) verhindern.
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Aufgrund der an der Schiebemuffe 18 ausgebildeten Anschlagabschnitte 76 zur Begrenzung des axialen Schaltwegs, sind keine separaten Anschlagstücke und damit auch keine Ausnehmungen für die separaten Anschlagstücke in der Synchronring-Außenverzahnung 24 mehr notwendig. Ohne die Ausnehmungen für separate Anschlagstücke weist der Synchronring 20 gemäß 1 lediglich umgebogene Laschen 77 zur Drehmitnahme und zwischen diesen Laschen 77 einen durchgehend gezahnten Bereich der Synchronring-Außenverzahnung auf. Die Synchronring-Außenverzahnung 24 umfasst somit mehr Zähne und ist dementsprechend höher belastbar.
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In der Ausführungsform gemäß den 1 bis 8 sind die stumpfen Stirnflächenabschnitte 48 der Schiebemuffenzähne 38 insbesondere ebene Stirnflächenabschnitte, die sich senkrecht zur Längsachse A erstrecken.
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Um das Einspuren zwischen die Kupplungskörperzähne 62 zu erleichtern ist alternativ jedoch auch denkbar, dass der stumpfe Stirnflächenabschnitt 48 ein konvexer Stirnflächenabschnitt ist.
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Die 9 zeigt axiale Endbereiche von drei Schiebemuffenzähnen 38 in Radialrichtung gesehen mit unterschiedlichen Ausführungsvarianten konvexer Stirnflächenabschnitte, wobei sich die konvexen Stirnflächenabschnitte in Umfangsrichtung jeweils von einem Fußpunkt 64 angrenzend an eine Zahnflanke 50 des Schiebemuffenzahns 38, konkret an einen Hinterlegungsabschnitt 54 der Zahnflanke 50, über einen axial vorstehenden Scheitelabschnitt 66 bis zu einem Fußpunkt 68 angrenzend an eine entgegengesetzte Zahnflanke 50 des Schiebemuffenzahns 38, konkret an einen Hinterlegungsabschnitt 54 der Zahnflanke 50, erstrecken.
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Dabei beträgt der axiale Abstand a zwischen dem Scheitelabschnitt 66 und jedem der Fußpunkte 64, 68 maximal 18 %, insbesondere maximal 10 % einer Zahnbreite b des Schiebemuffenzahns 38, wobei die Zahnbreite b der maximalen tangentialen Abmessung des Schiebemuffenzahns 38 dem Bereich des Hinterlegungsabschnitts 54 entspricht und in der Größenordnung von etwa 2 mm liegt.
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Unter einem konvexen Stirnflächenabschnitt ist in diesem Zusammenhang allgemein eine von den Fußpunkten 64, 68 ausgehende, axial nach außen vorspringende, gewölbte und durch den Scheitelabschnitt 66 (insbesondere einen Scheitelpunkt) verlaufende Fläche zu verstehen, wobei die Wölbung in Radialrichtung gesehen durch eine stetige Krümmung (siehe 9, linke Abbildung), einen Polygonzug (siehe 9, rechte Abbildung) oder Mischformen hiervon (siehe 9, mittlere Abbildung) gebildet oder angenähert sein kann.
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Der konvexe Stirnflächenabschnitt ist in den Ausführungsvarianten gemäß 9 jeweils zylindrisch, genauer gesagt als zylindrische Teilfläche ausgebildet, wobei jedoch auch eine leichte Krümmung in radialer Richtung denkbar wäre, sodass sich eine doppelt gekrümmte Fläche ergibt.
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In allen dargestellten Ausführungsvarianten der Schiebemuffenzähne 38 ist der konvexe Stirnflächenabschnitt in Radialrichtung gesehen jeweils spiegelsymmetrisch zur axialen Zahnmittelachse X ausgebildet. Damit ergibt sich eine Symmetrie in Umfangsrichtung.
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Insbesondere kann der konvexe Stirnflächenabschnitt in Radialrichtung gesehen vom Fußpunkt 64 zum Fußpunkt 68 durch einen Mantelabschnitt eines Kreiszylinders gebildet ist sein, wobei ein Radius des Kreiszylinders wenigstens 2 mm beträgt.
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Abhängig von den jeweiligen Randbedingungen sind alternativ aber auch Ausführungsvarianten denkbar, bei denen der konvexe Stirnflächenabschnitt in Radialrichtung gesehen unsymmetrisch zur axialen Zahnmittelachse X ausgebildet ist.
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In der Ausführungsform der Synchronisationsvorrichtung 10 gemäß den 1 bis 8 weisen die Kupplungskörperzähne 62 axial angrenzend an die Schiebemuffenzähne 38 axiale Zahnenden auf, die als stumpfe Stirnflächen 74 ausgebildet sind, wobei die stumpfen Stirnflächen 74 insbesondere ebene Stirnflächen sind, die sich senkrecht zur Längsachse A erstrecken (siehe zum Beispiel 5 bis 8).
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Alternativ oder zusätzlich zum konvex ausgebildeten Stirnflächenabschnitt der Schiebemuffenzähne 38 gemäß 9 können jedoch auch die Stirnflächen 74 der Kupplungskörperzähne 62 konvex ausgeführt sein.
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Analog zu 9 zeigt die 10 drei Kupplungskörperzähne 62 in Radialrichtung gesehen mit unterschiedlichen Ausführungsvarianten konvexer Stirnflächen, wobei sich die konvexen Stirnflächen in Umfangsrichtung jeweils von einem Fußpunkt 64 angrenzend an eine Zahnflanke 50 des Kupplungskörperzahns 62 über einen axial vorstehenden Scheitelabschnitt 66 bis zu einem Fußpunkt 68 angrenzend an eine entgegengesetzte Zahnflanke 50 des Kupplungskörperzahns 62 erstrecken.
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Die angegebene konvexe Kontur des Zahnendes eines Kupplungskörperzahns 62 entspricht insbesondere der konvexen Kontur des Zahnendes eines Schiebemuffenzahns 38, wie sie anhand der 9 bereits beschrieben wurde, so dass auf obige Ausführungen verwiesen werden kann.
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Für die Kupplungskörperzähne 62 besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsvariante der konvexen Stirnfläche gemäß der rechten Abbildung in 9, bei der in Umfangsrichtung mittig ein ebener, im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse A verlaufender Scheitelabschnitt 66 sowie in Umfangsrichtung beidseitig angrenzende Fasen 70 vorgesehen sind, wobei die Fasen 70 mit der Längsachse A jeweils einen Winkel einschließen, der dem Winkel zwischen der axial angrenzenden (schrägen) Sperrflächen 44 und der Längsachse A entspricht. Folglich liegen bei der axialen Schaltwegbegrenzung im geschalteten Zustand der Synchronisationsvorrichtung 10 gemäß 8 die durch die Sperrflächen 44 gebildeten Anschlagabschnitte 76 flächig an den Fasen 70 der Kupplungskörperzähne 62 an, sodass nur vergleichsweise geringe Flächenpressungen auftreten. Die Beanspruchung und der Verschleiß an den Kupplungskörperzähnen 62 und den Sperrflächen 44 der Schiebemuffe 18 werden dadurch auf einfache und vorteilhafte Weise minimiert.
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Ein gewünschtes, das heißt geringes Verdrehflankenspiel zwischen der Schiebemuffe 18 und dem Kupplungskörper 26 lässt sich bereits realisieren, wenn entweder die Zahnenden 40, 42 der Schiebemuffenzähne 38 oder die Zahnenden der Kupplungskörperzähne 62 einen konvexen Stirnflächenabschnitt 48 bzw. eine konvexe Stirnfläche 74 aufweisen.
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Die Schiebemuffe 18 ist aufgrund der Zahngeometrie der Innenverzahnung 34 vorzugsweise ein Sinterbauteil.
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Beim Verfahren zum Herstellen der Schiebemuffe 18 wird in diesem Fall zunächst ein gesinterter Schiebemuffenrohling 78 bereitgestellt, bevor in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt die Hinterlegungsabschnitte 54 an die beim Sintern gebildeten Schiebemuffenzähne 38′ geformt werden.
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Die 11 zeigt links einen Schiebemuffenzahn 38′ des gesinterten Schiebemuffenrohlings 78 in Radialrichtung gesehen, wobei der Schiebemuffenzahn 38′ in einem axialen Mittenabschnitt eine Zahnbreite b1 aufweist, die größer ist als eine Zahnbreite b in einem axialen Randabschnitt. Auf diese Weise werden die als Sperrschrägen ausgebildeten Sperrflächen 44 bereits teilweise beim Sintern geformt, sodass im nachfolgenden Bearbeitungsschritt, bei dem die Hinterlegungsabschnitte 54 ausgebildet und die Sperrflächen 44 vervollständigt werden, geringere Materialumformungen und/oder Materialentfernungen notwendig sind. Insbesondere kann der Schiebemuffenrohling 78 in dem nachfolgenden Bearbeitungsschritt durch Rollieren der Schiebemuffenzähne 38′ umgeformt werden. Alternativ können die Hinterlegungsabschnitte 54 und Sperrflächen 44 in dem nachfolgenden Bearbeitungsschritt auch spanend, beispielsweise durch Hinterlegungsfräsen hergestellt werden, wobei eine spanende Bearbeitung in der Regel mit einem höheren Fertigungsaufwand verbunden ist.
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Bei einer Herstellung der Schiebemuffe 18 als Sinterbauteil ist alternativ auch denkbar, die Sperrflächen 44 und Hinterlegungsabschnitte 54 bereits vollständig während des Pressvorgangs beim Sintern zu formen, sodass der oben erwähnte, nachfolgende Bearbeitungsschritt entfällt. Hierfür ist jedoch ein geteiltes Sinterwerkzeug nötig, sodass der Fertigungsaufwand beim Sintern steigt.
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Statt als Sinterbauteil kann die Schiebemuffe 18 prinzipiell auch als Blechbauteil aus einem Stahlwerkstoff gefertigt werden.
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In diesem Fall wird als Schiebemuffenrohling ein rohrförmiger Schmiederohling bereitgestellt, bei dem zunächst die Schiebemuffenzähne 38 (zum Beispiel durch Räumen) zerspanend hergestellt und in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt die Sperrflächen 44 und Hinterlegungsabschnitte 54 durch Fräsen oder Umformen der Schiebemuffenzähne 38 gebildet werden.
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Die 12 und 13 zeigen die Schiebemuffe 18 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Analog zu den 3 und 4 ist die Schiebemuffe 18 einstückig ausgebildet, wobei die Sperrflächen 44 einstückig an die Schiebemuffenzähne 38 der Innenverzahnung 34 angeformt sind, und wobei jedem axialen Zahnende 40, 42 der Schiebemuffenzähne 38 zwei Sperrflächen 44 zugeordnet sind.
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Gemäß 13 weist die Schiebemuffe 18 einen Anschlagabschnitt 76 zur Begrenzung des axialen Schaltwegs auf, wobei dieser Anschlagabschnitt 76 im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß den 3 und 4 hier eine ebene Anschlagfläche ist, die in Umfangsrichtung zwischen den Sperrflächen 44 angeordnet ist und sich senkrecht zur Längsachse A erstreckt.
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Der hauptsächliche Unterschied zur Schiebemuffe 18 gemäß den 3 und 4 liegt jedoch darin, dass in der Ausführungsform gemäß den 12 und 13 die stumpfen Stirnflächenabschnitte 48 an den axialen Zahnenden 40, 42 der Schiebemuffenzähne 38 radial außerhalb der Sperrflächen 44 angeordnet sind. In Bezug auf die Schiebemuffenzähne 38 sind folglich die Sperrfunktion in Zusammenspiel mit dem Synchronring 20 und die Einspurfunktion in Zusammenspiel mit dem Kupplungskörper 26 radial voneinander getrennt.
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Mit anderen Worten haben die Schiebemuffenzähne 38 in Radialrichtung übereinanderliegende, schichtartige Abschnitte, wobei der radial innere Abschnitt die Sperrflächen 44 und der radial äußere Abschnitt die axialen Zahnenden 40, 42 mit den stumpfen Stirnflächenabschnitten 48 aufweist.
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Dies wird auch anhand der 14 deutlich, die einen schematischen Längsschnitt der Synchronisationsvorrichtung 10 mit einer Schiebemuffe 18 gemäß den 12 und 13 zeigt.
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Hierbei fällt auf, dass ein Kopfkreisdurchmesser 79 der Synchronring-Außenverzahnung 24 radial von den stumpfen Stirnflächenabschnitten 48 der Schiebemuffenzähne 38 beabstandet ist, wobei die Synchronring-Außenverzahnung 24 insbesondere radial einwärts der Stirnflächenabschnitte 48 der Innenverzahnung 34 angeordnet ist.
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Ein Fußkreisdurchmesser 80 der Kupplungskörper-Außenverzahnung 28 liegt radial insbesondere im Bereich der Sperrflächen 44, sodass der zwischen zwei Sperrflächen 44 eines Schiebemuffenzahns 38 angeordneter Anschlagabschnitt 76 zur Begrenzung des axialen Schaltwegs der Schiebemuffe 18 am Kupplungskörper 26 anschlagen kann.
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Die 15 veranschaulicht den Schaltvorgang für eine Synchronisationsvorrichtung 10 mit einer Schiebemuffe 18 gemäß den 12 und 13, wobei in der linken Abbildung eine axial mittige Neutralstellung, in der mittleren Abbildung eine Sperrstellung und in der rechten Abbildung eine Schaltstellung der Schiebemuffe 18 gezeigt ist.
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Auch hier wird deutlich, dass sich die Synchronring-Außenverzahnung 24 in der axialen Neutralstellung axial vollständig zwischen den beiden Stirnseiten 30, 32 der Schiebemuffe 18 erstreckt, sodass sich in axialer Richtung eine besonders geringe Baulänge ergibt.
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Ausgehend von der Neutralstellung wird auf die Schiebemuffe 18 eine axiale Schaltkraft F aufgebracht, sodass sich die Schiebemuffe 18 nach links in die Sperrstellung bewegt.
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Analog zu 6 liegen in der Sperrstellung die als Schrägflächen ausgeführten Sperrflächen 44 der Schiebemuffenzähne 38 an entsprechenden, vorzugsweise parallelen Gegenflächen der Synchronring-Außenverzahnung 24 an, sodass eine weitere axiale Bewegung der Schiebemuffe 18 (nach links) durch die Synchronring-Außenverzahnung 24 verhindert wird.
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Im geschalteten Zustand der Synchronisationseinheit 10 sind die Schiebemuffenzähne 38 zwischen die Kupplungskörperzähne 62 eingespurt, sodass sich die Schiebemuffe 18 in ihrer axial ausgelenkten Schaltstellung befindet. Die Anschlagabschnitte 76 der Schiebemuffe 18 liegen dabei am Kupplungskörper 26 an und definieren somit die axiale Position der Schiebemuffe 18 in ihrer Schaltstellung (siehe auch 14).
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Die 16 und 17 zeigen die Schiebemuffe 18 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Analog zur Ausführungsform gemäß den 12 und 13 sind die stumpfen Stirnflächenabschnitte 48 an den axialen Zahnenden 40, 42 der Schiebemuffenzähne 38 hier ebenfalls radial außerhalb der schrägen Sperrflächen 44 angeordnet.
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Im Unterschied zur vorhergehenden Ausführungsform ist die Schiebemuffe 18 gemäß den 14 und 15 jedoch mehrteilig ausgeführt und weist separate Einlegestücke 82 zum Einlegen in die Innenverzahnung 34 der Schiebemuffe 18 auf, wobei die Sperrflächen 44 an den Einlegestücken 82 angeformt sind.
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Gemäß 17 weisen die Einlegestücke 82 jeweils einen Anschlagabschnitt 76 zur Begrenzung des axialen Schaltwegs auf, wobei sich der Anschlagabschnitt 76 insbesondere eben und senkrecht zur Längsachse A erstreckt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 16 sind drei gleichmäßig über den Umfang der Schiebemuffe 18 verteilte Einlegestücke 82 vorgesehen. Die Anzahl der Einlegestücke 82 und damit der vorhandenen Sperrflächen 44 kann hier jedoch mit geringem Aufwand an die im Sperrzustand der Synchronisationsvorrichtung 10 auftretenden Beanspruchungen so angepasst werden, dass eine vorgegebene maximale Flächenpressungen nicht überschritten wird.
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Die 18 zeigt zur Veranschaulichung eines Schaltvorgangs Abwicklungsausschnitte einer Synchronisationsvorrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei in der linken Abbildung eine axial mittige Neutralstellung, in der mittleren Abbildung eine Sperrstellung und in der rechten Abbildung eine Schaltstellung der Schiebemuffe 18 gezeigt ist.
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Diese dargestellte Synchronisationsvorrichtung 10 entspricht im Wesentlichen der vorangegangenen Ausführungsform mit einer Schiebemuffe 18 gemäß den 14 und 15. Auch in diesem Fall sind separate Einlegestücke 82 vorgesehen, welche im Zusammenspiel mit dem Synchronring 20 die Sperrfunktion übernehmen (siehe mittlere Abbildung). Gemäß 18 sind die Sperrflächen 44 jedoch nicht als Sperrschrägen ausgeführt, sondern erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse A.
