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Die Erfindung betrifft einen Synchronring für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes, der eine Ringachse und einen ringförmigen Blechkonus mit einer im Wesentlichen konstanten Ringdicke aufweist, 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. Der Blechkonus weist auf der radialen Außenseite einen angeformten Zentrierbund zur radialen Zentrierung des Synchronrings relativ zu einer Synchronnabe der Synchronisationseinheit auf, wobei der Blechkonus im Bereich des Zentrierbunds verformt ist und einen ersten Blechabschnitt mit einer gegenüber der Ringdicke verringerten Restdicke sowie axial angrenzend einen zweiten Blechabschnitt mit einer Bunddicke aufweist, welche wenigstens der Ringdicke entspricht.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Synchronrings.
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Derartige Synchronringe müssen relativ zur Synchronnabe des Schaltgetriebes zentriert sein, um einen sicheren und verschleißarmen Betrieb der Synchronisationseinheit zu gewährleisten. Die radiale Zentrierung des Synchronrings relativ zur Synchronnabe erfolgt durch den Zentrierbund, der an der Synchronnabe anliegen kann.
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Solche Synchronringe werden üblicherweise aus einem ebenen Blech im Stanz- und Ziehverfahren mit einem anschließenden Umformschritt hergestellt. Dabei wird der Zentrierbund erst durch den Umformschritt ausgebildet, nämlich dadurch, dass im Blechkonus der erste Blechabschnitt durch ein Werkzeug angeformt wird, wodurch durch Materialumformung der Zentrierbund im zweiten Blechabschnitt entsteht.
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Damit der Zentrierbund jederzeit eine wirkungsvolle Zentrierung sicherstellen kann, muss der Zentrierbund zumindest im zweiten Blechabschnitt eine ausreichende Bunddicke aufweisen oder, in anderen Worten, der Zentrierbund muss genügen hoch sein. Das Material zur Bildung des Zentrierbundes wird jedoch überwiegend dem ersten Blechabschnitt entnommen, sodass eine Vergrößerung der Bunddicke und damit des Zentrierbundes nicht ohne Weiteres möglich ist, ohne den Blechkonus im ersten Blechabschnitt zu stark zu schwächen.
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Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Synchronring für eine Synchronisationseinheit sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings bereitzustellen, bei dem der zweite Blechabschnitt zuverlässig mit einer hohen Bunddicke ausgestaltet sein kann, ohne dass der Blechkonus im ersten Blechabschnitt übermäßig geschwächt wird.
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Die Aufgabe wird durch einen gattungsgemäßen Synchronring gelöst, bei dem der Blechkonus einen Stufenabschnitt aufweist, der sich axial zwischen dem zweiten axialen Konusende und dem ersten Blechabschnitt erstreckt, wobei eine radiale Außenseite des Stufenabschnitts gegenüber einer radialen Außenseite des ersten Blechabschnitts zur Ringachse hin versetzt ist. Dabei kann der Stufenabschnitt axial angrenzend zum ersten Blechabschnitt und/oder zum zweiten axialen Konusende sein. Auf diese Weise kann bei der Herstellung des Synchronrings, neben dem Material aus dem Bereich des ersten Blechabschnitts, auch das Material verwendet werden, das zur Bildung des Stufenabschnitts entfernt wurde, ohne den ersten Blechabschnitt weiter zu schwächen. Dadurch kann der Zentrierbund bzw. die Bunddicke des zweiten Blechabschnittes höher ausgebildet sein als es ohne den Stufenabschnitt möglich wäre und ohne dass zusätzliches Material auf dem Blechkonus aufgetragen werden muss. Hierdurch lässt sich der Synchronring weiterhin effizient aus einem ebenen Blech herstellen.
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Beispielsweise erstreckt sich die radiale Außenseite des Stufenabschnittes und/oder die radiale Außenseite des ersten Blechabschnitts im Wesentlichen parallel zur Ringachse, sodass die Herstellung weiter vereinfacht wird.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der radiale Abstand zwischen der radialen Außenseite des Stufenabschnitts und der Reibfläche axial entlang des Stufenabschnitts konstant, wodurch der Synchronring besonders stabil ausgeführt wird.
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Vorzugsweise ist die Restdicke des Blechkonus im ersten Blechabschnitt im Wesentlichen konstant, sodass auch der Blechkonus im ersten Blechabschnitt sehr stabil ausgeführt ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Blechkonus an seinem zweiten axialen Konusende einen Boden auf, der sich vom Blechkonus ausgehend radial zur Ringachse hin erstreckt. Dabei kann der Boden das zweite axiale Konusende vollständig verschließen. Der Stufenabschnitt ist dabei im Bereich des Bodens vorgesehen. Auf diese Weise wird der Synchronring durch den Bodenabschnitt derart stabilisiert, dass der Materialverlust durch den Stufenabschnitt zu keiner nennenswerten Schwächung des Synchronringes führt.
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Beispielsweise ist der radiale Abstand zwischen der radialen Außenseite des Stufenabschnitts und der radialen Außenseite des ersten Blechabschnitts größer als die Ringdicke oder die Restdicke, sodass besonders viel Material zur Verfügung gestellt werden kann, um die Höhe des Zentrierbundes weiter zu vergrößern.
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Der Stufenabschnitt kann in axialer Richtung kürzer als der Boden sein, wodurch die Stabilität des Synchronrings weiter verbessert wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Stufenabschnitt im Querschnitt senkrecht zur Ringachse etwa U-förmig, sodass das am Stufenabschnitt entnommene Material effektiv in den zweiten Blechabschnitt gefördert wird.
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In einer Ausführungsvariante weist der Stufenabschnitt an seinem dem ersten Blechabschnitt zugewandten axialen Ende eine Wandung auf, wobei in der Wandung ein Hinterschnitt ausgebildet ist und/oder die Wandung zum zweiten axialen Konusende hin geneigt ist. Hierdurch kann die Förderung des dem Stufenabschnitt entnommenen Materials weiter verbessert werden.
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Beispielsweise ist der Blechkonus an seinem ersten axialen Konusende radial nach außen abgebogen und weist eine Sperrverzahnung auf. Auf diese Weise lässt sich auch ein Synchronring mit einer Sperrverzahnung einfach realisieren.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Zentrierbund eine radiale Anlagefläche für die Synchronnabe auf, wodurch die Position des Synchronrings präzise vorgegeben werden kann.
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Beispielsweise ist der Zentrierbund in Umfangsrichtung unterbrochen, sodass die Herstellung des Synchronrings vereinfacht wird.
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In einer Ausführungsvariante der Erfindung umfasst der Zentrierbund mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Zentrierbundabschnitte. Die Zentrierbundabschnitte können gleichmäßig über den Umfang des ringförmigen Blechkonus verteilt angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Anzahl an benötigten Zentrierbundabschnitten verringert werden.
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Vorzugsweise weist jeder der Zentrierbundabschnitte eine radiale Anlagefläche für die Synchronnabe auf, und alle radialen Anlageflächen liegen auf einem Kreiszylinder, wodurch die Position des Synchronrings zur Synchronnabe präzise eingestellt werden kann.
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Beispielsweise sind wenigstens drei Zentrierbundabschnitte vorgesehen, sodass die Zentrierung des Synchronrings weiter verbessert wird.
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In einer Ausführungsvariante weist ein erster Zentrierbundabschnitt einen ersten axialen Abstand und ein zweiter Zentrierbundabschnitt einen vom ersten axialen Abstand verschiedenen zweiten axialen Abstand zum zweiten axialen Konusende auf. Dabei können hintereinanderliegende Zentrierbundabschnitte in Umfangsrichtung direkt ineinander übergehen, und der Zentrierbund läuft in Umfangsrichtung wellenförmig um. Auf diese Weise wird eine Zentrierung des Synchronrings bei verschiedenen axialen Stellungen des Synchronrings gegenüber der Synchronnabe jederzeit gewährleistet.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines zuvor beschriebenen Synchronrings mit den folgenden Schritten:
- a) Bereitstellen eines ringförmigen Blechkonus, der sich in Richtung der Ringachse von einem ersten axialen Konusende zu einem zweiten axialen Konusende hin konisch verjüngt und noch keinen Zentrierbund aufweist,
- b) Einstellen eines ersten Werkzeuges auf eine gewünschte erste Radialposition zum Anformen des Stufenabschnittes am zweiten axialen Konusende, und
- c) Verschieben des ersten Werkzeugs unter Materialumformung in Richtung zum ersten axialen Konusende im Wesentlichen parallel zur Reibfläche des Blechkonus oder im Wesentlichen parallel zur Ringachse.
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Auf diese Weise wird Material aus dem Stufenabschnitt axial in Richtung des ersten axialen Konusendes befördert, das dann zur Erzeugung des Zentrierabschnittes zur Verfügung steht, sodass der Zentrierabschnitt höher ausgebildet werden kann.
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Vorzugsweise wird ein zweites Werkzeug, nachdem das erste Werkzeug verschoben wurde, zum Anformen des Zentrierbundes am zweiten axialen Konusende auf eine gewünschte zweite Radialposition eingestellt und dann unter Materialumformung in Richtung zum ersten axialen Konusende im Wesentlichen parallel zur Reibfläche des Blechkonus oder im Wesentlichen parallel zur Ringachse verschoben. Dabei wird der Zentrierbund gebildet, und die zweite Radialposition kann weiter von der Ringachse entfernt sein als die erste Radialposition. Auf diese Weise kann der Zentrierbund effektiv und kostengünstig hergestellt werden.
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Das erste Werkzeug kann gleich dem zweiten Werkzeug sein, wodurch eine besonders kostengünstige und effektive Herstellung des Synchronrings ermöglicht wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Synchronrings,
- - 2 den Synchronring nach 1 in einer teilweisen Schnittansicht,
- - 3 die Schnittansicht des Synchronrings gemäß 2 zusammen mit einer Synchronnabe einer Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes,
- - die 4a bis 4c eine teilweise Schnittansicht des Synchronrings während verschiedenen Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- - 5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Synchronrings teilweise im Schnitt, und
- - 6 einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Synchronrings.
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Die 1 bis 3 zeigen einen Synchronring 10 für eine Synchronisationseinheit 12 eines Schaltgetriebes, der eine Ringachse A aufweist und der aus einem ringförmigen Blechkonus 14 mit einer im Wesentlichen konstanten Ringdicke t gebildet ist.
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Der ringförmige Blechkonus 14 weist eine konusförmige radiale Außenseite 16 sowie eine entgegengesetzte radiale Innenseite mit einer konusförmigen Reibfläche 18 auf, wobei die Ringdicke t einer Abmessung des Blechkonus 14 senkrecht zur Reibfläche 18 entspricht.
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Der Blechkonus 14 verjüngt sich von einem ersten axialen Konusende 20 zu einem zweiten axialen Konusende 22.
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An seinem ersten axialen Konusende 20 ist der Blechkonus 14 radial nach außen abgebogen und weist eine Sperrverzahnung 24 auf.
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An seinem zweiten Konusende 22 hat der Blechkonus 14 einen stirnseitigen Boden 26, der sich am zweiten axialen Konusende 22 vom Blechkonus 14 aus radial zur Ringachse A hin erstreckt.
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In der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ist der Boden 26 nicht verschlossen ausgeführt, sondern weist eine Öffnung auf.
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Ferner hat der Blechkonus 14 auf der radialen Außenseite 16 einen angeformten Zentrierbund 28 zur radialen Zentrierung des Synchronrings 10 relativ zu einer Synchronnabe 30 (3) der Synchronisationseinheit 12.
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An seiner vom Blechkonus 14 abgewandten Seite weist der Zentrierbund 28 eine ebene, radiale Anlagefläche 32 für die Synchronnabe 30 auf.
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Im Bereich des Zentrierbunds 28 ist der Blechkonus 14 verformt mit einem ersten Blechabschnitt 34 und einem zweiten Blechabschnitt 36.
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Im ersten Blechabschnitt 34 hat der Blechkonus 14 eine gegenüber der Ringdicke t verringerte Restdicke tR und eine radiale Außenseite 38, die sich in der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen parallel zur Ringachse A erstreckt.
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Der zweite Blechabschnitt 34 grenzt an den ersten Blechabschnitt 34 zum ersten axialen Konusende 20 hin an. Im zweiten Blechabschnitt 34 hat der Blechkonus 14 eine Bunddicke tB, die wenigstens der Ringdicke t entspricht, insbesondere jedoch größer als die Ringdicke t ist. Die Bunddicke tB ist dabei ein Maß für die Höhe des Zentrierbundes 28.
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Auf der dem zweiten axialen Konusende 22 zugewandten Seite des ersten Blechabschnittes 34 weist der Blechkonus 14 einen Stufenabschnitt 40 auf, der sich vom zweiten axialen Konusende 22 aus erstreckt.
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In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich der Stufenabschnitt 40 bis zum ersten Blechabschnitt 34. D. h. in dieser Ausführungsform grenzt der erste Blechabschnitt 34 an den Stufenabschnitt 40 an.
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In axialer Richtung ist der Stufenabschnitt 40 kürzer als der Boden 26.
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Der Stufenabschnitt 40 besitzt ebenfalls eine radiale Außenseite 42, wobei die radiale Außenseite 42 des Stufenabschnitts 40 gegenüber der radialen Außenseite 38 des ersten Blechabschnittes 34 zur Ringachse A hin um einen Abstand d versetzt ist. Mit anderen Worten bildet der Stufenabschnitt 40 vom ersten Blechabschnitt 34 ausgehend zum zweiten axialen Konusende 22 hin eine Abwärtsstufe.
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Der Abstand d zwischen der radialen Außenseite 42 des Stufenabschnittes 40 und der radialen Außenseite 38 des ersten Blechabschnittes 34 kann größer sein als die Ringdicke t und/oder die Restdicke tR.
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Der Stufenabschnitt 40 kann am zweiten axialen Konusende 22 im Querschnitt senkrecht zur Ringachse A etwa U-förmig ausgebildet sein. In diesem Falle ist die radiale Außenseite 42 des Stufenabschnittes 40 der Bereich zwischen den Schenkeln des U.
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In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich die radiale Außenseite 42 des Stufenabschnittes 40 im Wesentlichen parallel zur Ringachse A. Somit sind in dieser Ausführungsform die Außenseite 42 des Stufenabschnittes 40 und die Außenseite 38 des ersten Blechabschnitts 34 ebenfalls parallel zueinander.
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Der Zentrierbund 28 des Blechkonus 14 ist in Umfangsrichtung in der gezeigten Ausführungsform nicht durchgehend, sondern unterbrochen, sodass mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Zentrierbundabschnitte 44 ausgebildet sind, die über den Umfang des ringförmigen Blechkonus 14 verteilt angeordnet sind. In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind sechs Zentrierbundabschnitte 44 vorgesehen.
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In 1 sind Gruppen aus jeweils zwei Zentrierbundabschnitten 44 gleichmäßig über den Umfang des Blechkonus 14 verteilt. Denkbar ist jedoch auch, dass die Zentrierbundabschnitte 44 einzeln gleichmäßig über den Umfang des Blechkonus 14 verteilt sind.
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Die Zentrierbundabschnitte 44 weisen jeweils eine radiale Anlagefläche 32 für die Synchronnabe 30 auf. Die Anlageflächen 32 der Zentrierbundabschnitte 44 liegen dabei alle auf einem gedachten Kreiszylinder.
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In 3 ist der Synchronring 10 als Teil einer Synchronisationseinheit 12 eines Schaltgetriebes zusammen mit der Synchronnabe 30 der Synchronisationseinheit 12 dargestellt. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass die Anlagefläche 32 des Zentrierbundes 28 an der Innenseite der Synchronnabe 30 anliegt, sodass der Synchronring 10 in radialer Richtung sicher und zentriert gelagert ist.
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Zur Herstellung des Synchronrings 10 wird zunächst ein ebenes Blech tiefgezogen, sodass der Blechkonus 14 mitsamt dem Boden 26 gebildet wird, wie er in 4a dargestellt ist. Der Blechkonus 14 hat zu diesem Zeitpunkt noch keinen Zentrierbund 28.
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Gleichzeitig kann beim Tiefziehen auch die Sperrverzahnung 24 eingebracht werden.
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Der Stufenabschnitt 40 sowie der Zentrierbund 28 werden anschließend mithilfe eines Werkzeugs 46 erzeugt.
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Hierzu wird das Werkzeug 46 an dem ersten axialen Konusende 20 angeordnet und auf eine gewünschte erste Radialposition, d. h. mit einem ersten Abstand zur Ringachse A eingestellt.
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Dann wird das Werkzeug 46 parallel zur Ringachse A in Richtung zum ersten axialen Konusende 20 hin verschoben. Dabei wird der Blechkonus 14 umgeformt und Material wird vom zweiten axialen Konusende 22 in Richtung des ersten axialen Konusendes 20 gepresst. Auf diese Weise wird der Stufenabschnitt 40 geformt.
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Durch die Materialumformung türmt sich Material des Blechkonus 14 nun an der radialen Außenseite des Blechkonus 14 im Bereich des ersten Blechabschnittes 34 auf. In 4b ist dies durch die gestrichelte Linie angedeutet, die die radiale Außenseite des unverformten Blechkonus 14 symbolisiert.
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In einem weiteren Schritt wird das Werkzeug 46 nun am zweiten axialen Konusende 22 in einer zweiten gewünschte Radialposition, d. h. in einem zweiten Abstand zur Ringachse A angeordnet.
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Die zweite Radialposition ist dabei weiter von der Ringachse A entfernt als die erste Radialposition, d. h. dass das Werkzeug 46 in der zweiten Radialposition einen größeren Abstand zur Ringachse A hat als in der ersten Radialposition.
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Wiederum wird nun das Werkzeug 46 parallel zur Ringachse A in Richtung zum ersten Konusende 20 hin verschoben. Dabei werden sowohl Teile des ursprünglichen Blechkonus 14 als auch darauf aufgetürmtes Material weiter in Richtung des ersten Konusendes 20 bewegt, wodurch der Zentrierbund 28 ausgebildet wird.
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Durch eine Begrenzungsfläche 48 am Werkzeug 46 wird dabei die Anlagefläche 32 geformt (4c).
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In diesem Schritt wird also der Zentrierbund 28 mit dem ersten Blechabschnitt 34 und dem zweiten Blechabschnitt 36 ausgebildet. Anschließend wird das Werkzeug 46 wieder in Richtung des zweiten axialen Konusendes 22 verfahren und dadurch der Synchronring 10 fertiggestellt.
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In der gezeigten Ausführungsform wird dasselbe Werkzeug 46 sowohl zur Anformung des Stufenabschnittes 40 als auch zur Anformung des Zentrierbundes 28 verwendet. Denkbar ist allerdings auch, dass ein erstes Werkzeug zur Anformung des Stufenabschnittes 40 und ein zweites Werkzeug zur Anformung des Zentrierbundes 28 verwendet werden kann.
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In den 5 und 6 sind weitere Ausführungsformen des Synchronrings 10 dargestellt, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entsprechen. Im Folgenden wird deshalb nur auf die Unterschiede eingegangen, wobei gleiche und funktionsgleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
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Der in 5 gezeigte Synchronring 10 der zweiten Ausführungsform weist keinen Boden auf und kann vollständig an seiner radialen Innenseite mit der Reibfläche 18 versehen sein.
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In der zweiten Ausführungsform sind die Außenseiten 42, 38 des Stufenabschnitts 40 bzw. des ersten Blechabschnitts 34 nicht parallel zur Ringachse A, sondern verlaufen parallel zur Reibfläche 18. Daher ist der radiale Abstand tS zwischen der radialen Außenseite 42 des Stufenabschnittes 40 und der Reibfläche 18 in axialer Richtung entlang des Stufenabschnittes 40 konstant.
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Auch die Restdicke tR des Blechkonus 14 im ersten Blechabschnitt 34 ist dadurch im Wesentlichen konstant.
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Weiterhin weist der Stufenabschnitt 40 an seinem dem ersten Blechabschnitt 34 zugewandten Ende eine Wandung 50 auf. An der Wandung 50 gehen somit der erste Blechabschnitt 34 und der Stufenabschnitt 40 ineinander über.
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Die Wandung 50 ist zum zweiten axialen Konusende 22 hin geneigt. Denkbar ist auch, dass die Wandung 50 einen Hinterschnitt aufweist.
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Zudem weist der Zentrierbund 28 in dieser zweiten Ausführungsform einen Hinterschnitt 52 auf, der zum ersten Blechabschnitt 34 hin gerichtet ist. Ansonsten ist der Zentrierbund 28 zum ersten Blechabschnitt 34 hin senkrecht.
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Die Herstellung des Synchronrings 10 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich ebenfalls von der Herstellung des Synchronrings 10 der ersten Ausführungsform.
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Zum einen werden zwei verschiedene Werkzeuge 46, nämlich ein erstes Werkzeug und ein zweites Werkzeug, verwendet, um den Stufenabschnitt 40 und den Zentrierbund 28 auszubilden.
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Zum anderen wird sowohl das erste Werkzeug als auch das zweite Werkzeug parallel zur Reibfläche 18 vom zweiten axialen Konusende 22 ausgehend in Richtung zum ersten axialen Konusende 20 hin verfahren.
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In 6 ist eine dritte Ausführungsform des Synchronrings 10 dargestellt, wobei der Übersicht halber auf die Darstellung des Stufenabschnittes 40 verzichtet wurde.
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In dieser Ausführungsform sind die Zentrierbundabschnitte 44 unterschiedlich vom zweiten Konusende 22 beabstandet.
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Beispielsweise ist ein erster Zentrierbundabschnitt 44.1 mit einem ersten axialen Abstand a1 vom zweiten axialen Konusende 22 beabstandet.
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Ein zweiter Zentrierbundabschnitt 44.2 ist dabei mit einem zweiten Abstand a2 vom zweiten axialen Konusende 22 beabstandet, der vom ersten axialen Abstand a1 verschieden ist. Beispielsweise ist der erste axiale Abstand a1 kleiner als der zweite axiale Abstand a2.
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In der in 6 gezeigten dritten Ausführungsform gehen die nebeneinanderliegenden Zentrierbundabschnitte 44.1 und 44.2 direkt ineinander über, sodass ein durchgehender Zentrierbund 28 entsteht, der in Umfangsrichtung wellenförmig verläuft. Dadurch lässt sich die axiale Abmessung des Zentrierbundes 28 verlängern.
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Die Ausgestaltung der Zentrierbundabschnitte 44 gemäß der dritten Ausführungsform kann mit beiden Ausgestaltungen des Stufenabschnittes 40 der ersten oder zweiten Ausführungsform kombiniert werden.
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Selbstverständlich lassen sich auch die übrigen Merkmale der gezeigten Ausführungsformen beliebig miteinander kombinieren. Beispielsweise kann auch im Synchronring 10 der ersten Ausführungsform ein Hinterschnitt oder eine gewinkelte Wandung 50 vorgesehen sein.
