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Die Erfindung betrifft eine Kupplungskörperanordnung für eine Synchronisiereinrichtung eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes.
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Synchronisiereinrichtungen sind in Kraftfahrzeugen dazu vorgesehen, vor dem Schalten die Drehzahlen der Getriebewelle und eines zu einem bestimmten Gang gehörigen Gangrads als Losrad anzugleichen. Anschließend kann mithilfe einer Schaltmuffe eine formschlüssige Kraftübertragung zwischen einem auf der Getriebewelle drehfest angeordneten Synchronkörper und dem Gangrad erfolgen.
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Zur Synchronisierung der Drehzahlen umfasst die Synchronisiereinrichtung üblicherweise einen oder mehrere Synchronringe, die dem Gangrad und der Schaltmuffe zwischengeschaltet sind. In Dreifachkonussynchronisiereinrichtungen sind beispielsweise ein Innensynchronring und ein Außensynchronring der Schaltmuffe zugeordnet. Ein radial zwischen dem Außen- und dem Innensynchronring angeordneter Zwischensynchronring ist dem Gangrad zugeordnet. Jeder Synchronring ist mit mindestens einer - meist konischen - Reibfläche versehen, mit welcher er beim Schalten mit der Reibfläche eines anderen Synchronring über Gleitreibung einen Kraftschluss bildet, sodass sich die Drehzahlen der den jeweiligen Synchronringe zugeordneten Wellen angleichen.
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Zur formschlüssigen Verbindung der Schaltmuffe mit dem Gangrad kann dieses eine Kupplungsverzahnung aufweisen. Aufgrund der komplexen Geometrie ist allerdings aus fertigungstechnischen Gründen häufig ein Kupplungskörper drehfest mit dem Gangrad verbunden, der die Kupplungsverzahnung als Kupplungskörperverzahnung trägt. Nach Erreichen des Gleichlaufs, im synchronisierten Zustand, sind die Zähne der Schaltmuffe mit der Kupplungskörperverzahnung in Eingriff bringbar.
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Aus der
DE 10 2013 200 397 A1 geht eine Synchronisiereinrichtung mit einem Kupplungskörper hervor, der drehfest, aber axial verschieblich an oder auf dem Gangrad angeordnet. Zusammen bilden der Kupplungskörper und das Gangrad eine Kupplungskörperanordnung.
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Eine weitere Kupplungskörperanordnung geht aus
JP 6 502 608 B2 hervor. Der Kupplungskörper wird mit dem Gangrad durch Elektronenstrahlschweißen stoffschlüssig verbunden. Um ein hinreichend hohes Drehmoment übertragen zu können, ist eine hinreichend große Schweißverbindung erforderlich. Die Schweißnaht ist ringförmig umlaufen und auf der gesamten axialen Kontaktfläche des Kupplungskörpers zum Gangrad ausgebildet. Damit aufgrund des erheblichen Hitzeeintrags keine unzulässigen Materialspannungen auftreten und das Material in der Folge bricht, ist ein rückwärtiger Hohlraum vorgesehen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass trotz dieser Maßnahme die Qualität der Schweißnaht unzureichend ist.
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JP S57-107437 zeigt eine weitere Kupplungskörperanordnung, deren Kupplungskörper verschweißt ist. Der Kupplungskörper kontaktiert das Gangrad lediglich radial, was dessen exakte Positionierung auf dem Gangrad erschwert und mehr Bauraum erfordert.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kupplungskörperanordnung für eine Synchronisiereinrichtung eines Getriebes zu schaffen, die die vorstehend genannten Nachteile überwindet.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße Kupplungskörperanordnung einen in der Regel ringförmigen Kupplungskörper und ein Gangrad. Beide Bauteile sind stoffschlüssig durch eine Schweißnaht in einem Schweißbereich verbunden. Dazu weisen der Kupplungskörper und das Gangrad jeweils eine Stirnfläche auf, wobei beide Stirnflächen zumindest teilweise aneinander anliegen. Es ist vorteilhaft, dass die erste Stirnfläche den Kupplungskörpers vollständig am Gangrad anliegt, wobei kleinere Rücksprünge oder Ausnehmungen vorhanden sein können. Eine dieser Rücksprünge oder Ausnehmungen bildet die mindestens eine Entlüftung.
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Durch die Schweißnaht sind der Kupplungskörper und das Gangrad fest miteinander verbunden. Insbesondere werden der Kupplungskörper und das Gangrad durch Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder einem anderen Schweißverfahren miteinander verbunden. Vorzugsweise wird der Kupplungskörper zunächst auf dem Gangrad positioniert, indem er auf dieses geschoben wird, bis er anschlägt. Danach wird er danach durch Schweißen im Schweißbereich fixiert.
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Zwischen dem Gangrad und dem Kupplungskörper können Hohlräume auftreten. Während des Schweißens wird die in den Hohlräumen enthaltene Luft erhitzt, wobei diese unter Umständen ausgasen kann. Das Ausgasen führt zur Bildung von Poren in der Schweißnaht, die insbesondere eine Festigkeit der Schweißnaht verringern. Durch die Entlüftung können der Schweißbereich und insbesondere die daran ggf. angrenzenden Hohlräume entlüftet werden. Ferner können auch Gase, die durch das Schweißen generiert werden, über die Entlüftung entweichen.
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Die Entlüftung bewirkt, dass die heißen Gasmassen, die während des Schweißvorgangs entstehen, abgeführt werden können. Somit trägt die Entlüftung zur Steigerung einer Schweißnahtqualität bei.
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Die Entlüftung kann in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung als ein Entlüftungskanal oder mehrere Entlüftungskanäle ausgebildet sein. Der Entlüftungskanal kann dabei eine Nut bilden, die radial verläuft.
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Die Entlüftung kann durch eine Vertiefung in der Oberfläche des Kupplungskörpers erfolgen. Alternativ ist die Vertiefung der Oberfläche im Gangrad ausgebildet. In einer weiteren Variante bilden der Kupplungskörper und das Gangrad durch jeweilige Körperkanten gemeinsam eine Entlüftung. Dazu können beispielsweise beide Bauteile plane Stirnflächen aufweisen, wobei eine der Stirnflächen einen vorspringenden Anschlag aufweist. Der Anschlag dient als Begrenzung beim axialen Aufschieben des Kupplungskörpers auf dem Gangrad. Gleichzeitig lässt er einen im Wesentlichen ringförmigen Luftraum entstehen, über den die heißen Gase entweichen können. Selbstverständlich können auch mehrere Anschläge vorgesehen sein, die vorzugsweise symmetrisch angeordnet sind, um die Unwucht der Kupplungskörperanordnung zu minimieren.
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Die Form und Größe der Entlüftung bzw. der Vertiefung ist variabel und an den Schweißvorgang anpassbar. Beispielsweise kann ein Entlüftungskanal scharfe oder abgerundete Kanten aufweisen. Insbesondere kann ein Entlüftungskanal mit einem tangentialen Übergang oder wellenförmig ausgeführt werden. Sein Durchmesser hängt insbesondere von der Anzahl der Entlüftungskanäle ab, die vorgesehen sind.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Entlüftung spanend hergestellt. Insbesondere erfolgt die Entlüftung im Rahmen einer spanenden Nachbearbeitung des Kupplungskörpers durch Einbringen von Strukturen in diesen.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Entlüftung durch Umformen hergestellt. Insbesondere wird ein Entlüftungskanal durch Drücken oder Prägen in den Kupplungskörper oder in das Gangrad eingebracht. Vorzugsweise wird der Kupplungskörper zunächst spanend oder umformtechnisch hergestellt, wobei anschließend der Entlüftungskanal durch Kaltumformen in den Kupplungskörper eingebracht wird. Insbesondere wird die Entlüftung direkt und somit unmittelbar während des Umformvorgangs des Kupplungskörpers in den Kupplungskörper eingebracht.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Entlüftung in einem Sinterverfahren hergestellt. Beim Urformen kann ein Entlüftungskanal direkt während des Sintervorgangs des Kupplungskörpers in den Kupplungskörper eingebracht werden.
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Vorzugsweise ist die Entlüftung als ein Entlüftungskanal in der zum Gangrad gerichteten Stirnfläche des Kupplungskörpers ausgebildet.
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Mehrere Entlüftungskanäle in der zum Gangrad gerichteten Stirnfläche des Kupplungskörpers sind vorteilhaft. Beispielsweise können zwei Entlüftungskanäle können gegenüberliegend voneinander angeordnet sein. Einerseits kann der Weg der abströmenden Gase klein gehalten werden. Andererseits lassen sich mehrere Entlüftungskanäle umfangssymmetrisch anordnen, so dass bei einer Rotation der Kupplungskörperanordnung keine Unwucht auftritt. Die Entlüftungskanäle können auch untereinander verbunden sein.
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Bevorzugt ist die zum Gangrad gerichtete Stirnfläche des Kupplungskörpers bis auf einen darin ausgebildeten Entlüftungskanal makroskopisch glatt ausgebildet und kommt an einer makroskopisch glatten Stirnfläche des Gangrades zur Anlage. Unter einer makroskopisch glatten Stirnfläche ist eine ebene und somit keine Erhebungen oder Vertiefungen aufweisende Stirnfläche zu verstehen. Insbesondere ist die jeweilige Stirnfläche glatt gedreht bzw. geschliffen.
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Ferner bevorzugt ist ein ringförmiger Hohlraum am Schweißbereich angrenzend zwischen dem Kupplungskörper und dem Gangrad ausgebildet. Beispielsweise ist der ringförmige Hohlraum als Fase oder Abkantung am Kupplungskörper ausgebildet. Damit kann zudem der Kupplungskörper vor dem Schweißen sicher am Gangrad positioniert werden, ohne dass dessen Kanten brechen. Alternativ oder ergänzend kann am Gangrad ein Freistich ausgebildet sein. Der ringförmige Hohlraum kann vollständig umlaufend ausgebildet sein. In diesem Fall ist nur ein Entlüftungskanal für die ringförmige Schweißverbindung erforderlich.
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Alternativ ist der ringförmige Hohlraum durch eine oder mehrere, voneinander separierte Umfangssegmentnuten ausgebildet, die nur Teilumfangsbereiche umschließen. Vorzugsweise ist jede Umfangssegmentnut durch eine separate Entlüftungsnut entlüftet.
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Die Entlüftung erfolgt in einer Ausführungsform in einen Bereich, der axial zwischen der Kupplungskörperverzahnung und der Gangradverzahnung angeordnet ist.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Kupplungskörper einen in Axialrichtung ausgebildeten Reibkonusabschnitt sowie einen in Radialrichtung ausgebildeten Kupplungskörperverzahnung aufweist. Insbesondere führt der Reibkonusabschnitt axial in Richtung des Gegenrades sowie radial nach außen in Richtung der Kupplungskörperverzahnung. Der Reibkonusabschnitt ist dazu eingerichtet mit einem Synchronring zunächst reibschlüssig zusammenzuwirken, bis eine Drehzahl zwischen Synchronring und Kupplungskörperanordnung angeglichen ist. Danach greift der Synchronring durch axiale Verschiebung formschlüssig in die Kupplungskörperverzahnung ein. Mit anderen Worten mündet der Reibkonusabschnitt in die Kupplungskörperverzahnung.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Synchronisiereinrichtung für ein Getriebe, umfassend eine erfindungsgemäße Kupplungskörperanordnung. Die Synchronisiereinrichtung ist dazu vorgesehen, vor dem Schalten die Drehzahlen einer Getriebewelle und einer zu einem bestimmten Gang gehörigen Kupplungskörperanordnung, umfassend einen Kupplungskörper und ein Gangrad, anzugleichen.
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Die Erfindung betrifft auch einen Kupplungskörper für eine Synchronisiereinrichtung eines Getriebes, umfassend mindestens eine Entlüftungsnut, die dazu eingerichtet ist, einen zur drehfesten Verbindung mit einem Gangrad vorgesehenen Schweißbereich zwischen dem Kupplungskörper und dem Gangrad während eines Schweißvorgangs zu entlüften. Die mindestens eine Entlüftungsnut ist vorzugsweise spanend oder durch Umformen oder in einem Sinterverfahren des Kupplungskörpers hergestellt. Bevorzugt ist die mindestens eine Entlüftungsnut in einer zum Gangrad gerichteten Stirnfläche des Kupplungskörpers ausgebildet. Insbesondere ist die zum Gangrad gerichtete Stirnfläche des Kupplungskörpers bis auf die mindestens eine darin ausgebildete Entlüftungsnut makroskopisch glatt ausgebildet.
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Figurenliste
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt. Hierbei zeigen
- 1 einen Halbschnitt einer erfindungsgemäßen Kupplungskörperanordnung mit einem Kupplungskörper und einem Gangrad und
- 2 eine Aufsicht auf die zum Gangrad gerichtete Stirnfläche des erfindungsgemäßen Kupplungskörpers gemäß 1.
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Gemäß den 1 und 2 weist eine erfindungsgemäße Kupplungskörperanordnung 18 für eine - hier nicht dargestellte - Synchronisiereinrichtung eines Getriebes einen ringförmigen Kupplungskörper 1 und ein stoffschlüssig damit verbundenes Gangrad 2 auf. Der Kupplungskörper 1 kommt radial und axial an dem Gangrad 2 zur Anlage und ist dreh- und axialfest mit dem Gangrad 2 verbunden. Ferner weist der Kupplungskörper 1 einen in Axialrichtung ausgebildeten Reibkonusabschnitt 8 sowie eine in Radialrichtung ausgebildeten Kupplungskörperverzahnung 9 auf. Das Gangrad 2 weist an einer Außenumfangsfläche eine Gangradverzahnung 11 auf, die dazu eingerichtet ist, mit einem nicht dargestellten Zahnrad im Zahneingriff zu stehen.
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Vorliegend ist radial zwischen dem Kupplungskörper 1 und dem Gangrad 2 ein Schweißbereich 3 ausgebildet. In dem Schweißbereich 3 ist der Kupplungskörper 1 mit dem Gangrad 2 durch eine Schweißnaht 10 stoffschlüssig verbunden. Die Schweißnaht 3 verbindet dabei eine erste Radialfläche 15 des Kupplungskörpers 1 mit einer zweiten Radialfläche des Gangrads 16. Zur Entlüftung des Schweißbereichs 3 während eines Schweißvorganges sind zwei Entlüftungsnuten 4a, 4b, die vorliegend als Vertiefungen ausgeformt sind, am Kupplungskörper 1 ausgebildet. Die zum Gangrad 2 gerichtete Stirnfläche 5 des Kupplungskörpers 1 ist bis auf die darin ausgebildeten Entlüftungsnuten 4a, 4b makroskopisch glatt ausgebildet und weist somit keine weiteren Erhebungen oder Vertiefungen auf. Mit dieser Stirnfläche 5 kommt der Kupplungskörper 1 an einer makroskopisch glatten Stirnfläche 6 des Gangrades 2 zur Anlage.
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Um die beim Schweißen entstehende Hitze der ringförmigen Schweißnaht gut abführen zu können, ist ein ebenfalls ringförmig umlaufender Hohlraum als Ringnut 7 am Schweißbereich 3 angrenzend zwischen dem Kupplungskörper 1 und dem Gangrad 2 ausgebildet. Die Entlüftungsnuten 4a, 4b stellen eine Verbindung der Ringnut7 zum Entlüften des Schweißbereichs 3 entlang der makroskopisch glatten Stirnflächen 5, 6 von Kupplungskörper 1 und Gangrad 2 mit der Umgebung her. Insbesondere kann ein während des Schweißvorganges entstehendes warmes bzw. heißes Gas über die Ringnut 7 und die Entlüftungsnuten 4a, 4b aus dem Schweißbereich 3 in den Bereich der Schulter 12 abgeführt werden. Die Ringnut 7 ist gebildet durch die einstichartige Ausnehmung 14 am Gangrad 2 und eine Fase 13 des Kupplungskörpers 1.
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2 zeigt eine Aufsicht der zum Gangrad 2 gerichteten Stirnseite 5 des Kupplungskörpers 1. Die beiden Entlüftungsnuten 4a, 4b sind gegenüberliegend voneinander angeordnet und erstrecken sich linear von einem Innenumfang des Kupplungskörpers 1 in radialer Richtung nach außen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungskörper
- 2
- Gangrad
- 3
- Schweißbereich
- 4a
- Entlüftungsnut
- 4b
- Entlüftungsnut
- 5
- erste Stirnseite
- 6
- zweite Stirnseite
- 7
- Ringnut
- 8
- Reibkonusabschnitt
- 9
- Kupplungskörperverzahnung
- 10
- Schweißnaht
- 11
- Gangradverzahnung
- 12
- Schulter
- 13
- Fase
- 14
- Ausnehmung
- 15
- erste Radialfläche
- 16
- zweite Radialfläche
- 17
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- 18
- Kupplungskörperanordnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013200397 A1 [0005]
- JP 6502608 B2 [0006]
- JP 57107437 [0007]
