DE10307490A1

DE10307490A1 - Gesinterte Schalt- oder Schiebemuffe

Info

Publication number: DE10307490A1
Application number: DE10307490A
Authority: DE
Inventors: Guenter Rau; Lorenz Sigl; Heinrich Wiedemann
Original assignee: Sinterstahl GmbH
Current assignee: PMG Fuessen GmbH
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2023-02-22
Also published as: US20030183479A1; DE10307490B4; US6848558B2; AT5886U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schalt- oder Schiebemuffe mit Klaueninnenverzahnung, wobei die einzelnen Zähne stirnseitig Nebenflächen besitzen, die sich vom Fußkreis der Zahn-Innenflächen radial nach innen und nach außen erstrecken. DOLLAR A Mittels der erfindungsgemäßen Geometrie der sich vom Fußkreis nach außen erstreckenden Nebenflächen ergeben sich Vorteile bei der pulvermetallurgischen Fertigung derartiger Schaltmuffen gegenüber solchen mit bekannten Zahngeometrien.

Description

Die Erfindung betrifft eine gesinterte Schalt- oder Schiebemuffe mit seitlichen Stirnflächen und Klaueninnenverzahnung, deren Zähne Zahn-Innenflächen mit durch den Fußkreis begrenzter Zahntiefe und daran axial beidseitig angrenzende Zahn-Nebenflächen aufweisen, wobei letztere sich vom Fußkreis aus radial sowohl nach innen als auch nach außen erstrecken und gegen die Stirnflächen abgesetzt sind.
Schalt- oder Schiebemuffen benötigt man zum Gangwechsel in handgeschalteten Getrieben, insbesondere in KfZ-Schaltgetrieben. Mit dem Schaltvorgang wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Getriebehauptwelle und dem jeweiligen Gangrad hergestellt. Ringförmige Schalt- oder Schiebemuffen werden axial von je einer Stirnfläche begrenzt und weisen im Ringinneren eine Klauenverzahnung auf, über welche die Schiebemuffe mit dem Kupplungskörper des Gangrads nach Abschluss des Schaltvorganges kraftschlüssig verbunden ist. Die stirnseitigen Bereiche der Zähne müssen über entsprechende Formgebung funktionstechnisch so ausgestaltet sein, dass das axiale Ineinandergreifen von Synchronring und Schiebemuffe beim Schaltvorgang störungsfrei und leichtgängig erfolgt. Entsprechend ist die Formgebung des stirnseitigen Bereiches eines Zahnes der Schiebemuffe im gegenüber dem Zahnfußkreis radial innenliegenden Bereich konstruktiv vorgegeben. Üblicherweise ist bei Schiebemuffen auch nur dieser stirnseitige Zahnbereich spezifisch ausgestaltet, d. h. dieser stirnseitige Zahnbereich hebt sich geometrisch gegen die im übrigen planförmige stirnseitige Fläche der Schiebemuffe ab.
Schalt- oder Schiebemuffen wurden bis vor wenigen Jahren aus geschmiedeten Stahlronden bzw. Stahlringen mittels aufwendiger spanabhebender Bearbeitung geformt. In jüngster Zeit werden derartige Muffen auch mittels pulvermetallurgischer Verfahren als Sinterformteile gefertigt. Dabei stellt die designmäßige vorgegebene geometrische Ausformung der stirnseitigen Zahnbereiche hohe presstechnische Anforderungen, die bis heute nicht ausreichend erfüllt sind und zu keiner zufriedenstellenden Lösung geführt haben. Die bekannten technischen Umsetzungen stellen jeweils starke Kompromisse dar.
Entweder es wird eine hinreichende Pressdichte in den presstechnisch kritischen stirnseitigen Zahnrandbereichen erzielt. Das geht zu Lasten extremer Pressdrucke in ausgesetzten Pressstempelbereichen und führt zum frühzeitigen Ausfall derartiger Pressstempel.
Alternativ werden spezielle Ausgestaltungen der stirnseitigen Randbereiche der Klauenverzahnung vorgeschlagen, welche eine werkzeug- und presstechnisch günstigere Pressstempelformung erlauben um damit längere Pressstempellebenszeiten ergeben, andererseits aber zu Zahngeometrien führen, welche Nachteile im Fertigungsablauf der Schiebemuffe mittels pulvermetallurgischer Verfahren nach sich ziehen.
Das österreichische Patent mit der Anmeldenummer A 1734/2000 und dem Prioritätsdatum 12. Oktober 2000, beschreibt eine gesinterte Schaltmuffe der eingangs genannten Art, welche laut Aufgabe die bei bekannten Zahngeometrien unzulässig hohen Pressdrucken und hohen mechanischen Belastungen der Presswerkzeuge vermeiden und gleichzeitig Bauformen für Pressstempel ohne filigrane Stempelbereiche im Presswerkzeug erlauben soll, so dass derartige Werkzeuge nicht Gefahr laufen, vorzeitig zu brechen.
Dies wird über die Ausgestaltung der Zähne in der Schaltmuffe erreicht, die um einen axialen Erstreckungsbereich der Dachschrägen, bzw. dachförmigen Zahnflanken über die Stirnflächen des Muffenkörpers überstehen und im Bereich des Überstandes längs einer über den Fußkreis radial nach außen verlängerte Strecke, bzw. Höhe, eine über diese Höhe durchgehende Dachschrägen aufweisen.
Mittels dieser stirnseitigen Zahnausgestaltungen werden presstechnische Erleichterungen geschaffen, welche ausreichende Pulverpressdichte in den kritischen Zahnbereichen des Grünlings und vergleichsweise niedrigere Pressdrucke und längere Pressstempel-Standzeiten ergeben sollen.
Diese "überstehende" stirnseitige Zahngeometrie hat indes aufgrund ihrer ungeschützten Lage große Nachteile bei der praktischen pulvermetallurgischen Fertigung derartiger Schaltmuffen.
Mangels der Schutzwirkung der Muffen - Stirnflächen für die bisher üblicherweise versenkt angebrachten stirnseitigen Zahnflächen besteht eine große Gefahr, dass die kreideartig weichen Muffenpresslinge bei der Abnahme vom Presswerkzeug und der weiteren Fertigung bis zum Dichtsintern in diesem Zahnbereich oberflächlich beschädigt werden und Risse erhalten, was zum Ausschuss führt.
Die Zahngeometrie der Muffe gemäß dieser Vorveröffentlichung erlaubt infolge der Sprödigkeit der für Presswerkzeuge üblicherweise verwendeten Werkstoffe die Anwendung nur solch mäßiger Stempel - Pressdrucke, dass die Grünlinge/ Presslinge nach wie vor nicht in allen Zonen ausreichend dicht und gleichmäßig dicht verpressbar sind. Es bedarf vielmehr regelmäßig eines Nachverdichtungs- und Kalibrierprozesses nach dem Sintervorgang.
Soweit die Ausführungen der dort beschriebenen Schaltmuffe Zähne mit einer "Dachschräge" aufweisen, welche die gesamte Stirnfläche überdecken, mangelt es derartigen Schaltmuffen an einer geeigneten Bezugs-, bzw. Anschlagfläche, wie sie vor allem für verschiedene mechanische Bearbeitungsschritte im Zuge der Muffenfertigung höchst wünschenswert und vorteilhaft ist.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, die vorgeschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Ausgestaltung der stirnseitigen Randbereiche einer Klaueninnenverzahnung vorzuschlagen, welche den Bau von Pressstempeln ohne bruchgefährdete, filigrane Stempelbereiche ermöglicht und dabei die Vorteile einer über den Fußkreis radial nach außen verlängerten Zahnausformung nutzen. Gleichzeitig soll die Schaltmuffe eine Geometrie aufweisen, welche ein Pulverpressen ohne nachteilig hohe Pressdrucke bei weitgehend gleichmäßig verdichtetem Pulver erlaubt und dabei die Möglichkeit zum ausreichenden Fließen des Pulvers während des Pressvorganges schafft.

Diese Aufgabe wird für eine Schalt- oder Schiebemuffe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die axiale Erstreckung (H) der stirnseitigen Zahn- Nebenflächen ausgehend von der Grenze zur Zahn-Innenflächen, jeweils vor oder in der Ebene der Stirnflächen endet, dass die ab dem Fußkreis radial nach außen angrenzenden Nebenflächen jeweils aus einer Zentralzone und beidseitig symmetrisch angrenzenden Flankenzonen bestehen, dass die Fläche der Zentralzone sich in Radialrichtung zum Fußkreis hin verjüngt und die Flankenzonen als von der Zentralzone in Axialrichtung nach innen abfallende, gekrümmte Flächen ausgebildet sind, die auf Radiushöhe des Fußkreises, gemeinsam mit der Zahn-Innenfläche eine Anschlagfläche begrenzen.

Die vorliegende Erfindung weist gegenüber dem eingangs genannten nächstliegenden Stand der Technik eine Reihe wesentlicher Vorteile auf.

Als besonderen Vorteil erweist sich die geometrisch "geschützte" Lage der Zahn-Nebenflächen. Diese Flächen ragen stirnseitig nicht über die Stirnflächen hinaus und erlauben damit, ohne Nachteile für eine unverändert gute Schaltsynchronisation, eine wesentlich vereinfachte, und kostensparende Handhabung des Muffengrünlings während der Fertigung.

Entsprechend dem nächstliegenden Stand der Technik erstrecken sich die Zahn-Nebenflächen radial über den Funktionsbereich innerhalb des Fußkreises und weiters radial über den Fußkreis nach außen bis in einen Nichtfunktionsbereich hinein.

Im Unterschied zum Stand der Technik sind aber bei der Ausformung der Zahn- Nebenflächen in der Muffe die im Presswerkzeug auftretenden mechanischen Spannungen vergleichsweise klein. Damit ist die Bruchgefahr für den Pressstempel deutlich verringert.

Die geometriebedingten Übergangszonen zwischen den einzelnen Zahn-Nebenflächen, und zwar sowohl zwischen den Flächen radial außerhalb des Fußkreises, als auch zwischen äußeren Nebenflächen und dem Ringbereich der Stirnfläche, stellen nicht, bzw. nicht länger werkzeugtechnische Problemzonen dar.

Es lässt sich mittels einer einzigen Pulverpressung eine anforderungsgerechte Pulververdichtung bzw. Grünlingsdichte innerhalb der gesamten Muffe erreichen.

Die dazu benötigten Pressdrucke führen nicht zum Aufbau kritischer vom Pressfachmann gefürchteter tangentialen Zugspannungen im Bereich der Stirnseite des Pressstempels.

Mit der Ausgestaltung der Anschlagflächen anschließend an die Zahn- Nebenflächen wird eine Bezugs- bzw. Referenzebene in der Muffe geschaffen, welche die Handhabung der Schaltmuffen bei der weiteren Bearbeitung auf Präzisionsmaß, insbesondere auch für die Anbringung der Hinterschneidungen in der Innenverzahnung zum Zweck der Auszugssicherung, ganz wesentlich vereinfacht.

Weiters wird mit der Ausgestaltung der Anschlagfläche eine Anschlagfläche für den Kupplungskörper des Gangrades geschaffen - und zwar in Axialrichtung auf einem gegenüber der Stirnfläche weiter innen liegenden Niveau und vorzugsweise parallel zur Stirnfläche.

Die für den Schaltvorgang im Getriebe funktionslosen, radial außerhalb des Fußkreises liegenden Zahn-Nebenflächen sind jeweils als eine Zentralzone und dazu symmetrisch angrenzende Flankenzonen ausgestaltet. Die Flächen einzelner Zonen können kantig gegeneinander abgegrenzt sein oder fließend ineinander übergehen.

Selbst bei den kantigen sind nicht scharfkantige Ausgestaltungen bevorzugt und es sollten die aneinandergrenzenden Zonenflächen keine zu spitzen Winkel miteinander einschließen.

Nach einer bevorzugten Ausführung der Muffe ist die Zentralzone eben und parallel zur Stirnfläche geneigt. Als ebenso bevorzugte Ausführung wird die Zentralzone in Radialrichtung vom Radialniveau der Stirnfläche zum Radialniveau des Fußkreises hin geneigt. Bevorzugt mündet die Zentralzone stufenlos in eine stegartige Fläche im Bereich der Zahn-Nebenfläche im Innenbereich des Fußkreises ein. Die Flächen der Flankenzonen werden bevorzugt als Flächenabschnitte von Kegelzylindern ausgestaltet und erfüllen so das Merkmal fließender Übergänge innerhalb der Zahn-Nebenflächen in besonderem Maße.

Schalt- oder Schiebemuffen werden ganz allgemein bei handgeschalteten Getrieben eingesetzt. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet sind KfZ-Schaltgetriebe. Aber die Einsatzmöglichkeit erstreckt sich auch auf Werkzeugmaschinen und maschinelle Förder- bzw. lokale Transporteinrichtungen.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Ringabschnitt einer erfindungsgemäßen Schaltmuffe in Schrägansicht
Fig. 2a zeigt den Ringabschnitt von Fig. 1 in Stirnansicht auf den Ring
Fig. 2b zeigt denselben Ringabschnitt als Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 2a
Fig. 3 zeigt eine andere Ausgestaltung der Erfindung in Stirnansicht, analog zu Fig. 2a
Im Einzelnen ist in Fig. 1 der Ringabschnitt einer Schaltmuffe dargestellt, aus dem die erfindungswesentlichen Detailgestaltungen der Klaueninnenverzahnung sowie der daran axial anschließenden Zahn-Nebenflächen ersichtlich sind.
Die Stirnfläche 1 begrenzt die ringförmige Schaltmuffe axial nach beiden Seiten.
Die Zahntiefe der einzelnen Zähne der Klaueninnenverzahnung ist durch den Fußkreis 5 gekennzeichnet. An die Zahn-Innenflächen 2 schließen sich, aus der Figur besonders gut ersichtlich, axial nach außen die Zahnnebenflächen 4, 5, 6, 7 an.
Das durch den Fußkreis 3 vorgegebene radiale Niveau in der ringförmigen Schaltmuffe unterteilt die Zahn-Nebenflächen in sich vom Fußkreis radial nach innen erstreckende Flächen 4, 5 und in solche, radial nach außen erstreckende Flächen 6, 7.
Die sich nach außen erstreckenden Flächen, pauschal Zahn-Nebenflächen genannt, sind in einzelne Zonen mit erfindungswesentlichen geometrischen Merkmalen unterteilt.
Die einzelnen Zonen sind entsprechend der Ausführung von Fig. 1 kantig gegeneinander abgegrenzt.
Jeder Zahn weist eine Zentralzone 6 im Bereich der radial außenliegenden Nebenflächen auf, deren Fläche, in Stirnansicht, sich zwischen der angrenzenden Stirnfläche 1 und der radial innenliegenden Zahn-Nebenfläche, hier im Einzelnen die stegartige Nebenfläche 5, verjüngt.
Beidseitig symmetrisch zur Zentralzone 6 schließt sich jeweils eine Flankenzone 7 an, deren Fläche gegenüber der Zentralzone und von dieser ausgehend, in Muffen-Axialrichtung nach innen abfällt.
Zwei derartige Flankenzonen schließen gemeinsam mit der Zahn-Innenfläche, im Einzelnen mit der vom Fußkreis festgelegten Innenfläche, eine Anschlagfläche 8 ein.

Claims

1. Gesinterte Schalt- oder Schiebemuffe mit seitlichen Stirnflächen (1) und Klaueninnenverzahnung, deren Zähne Zahn-Innenflächen (2) mit durch den Fußkreis (3) begrenzter Zahntiefe und daran axial beidseitig angrenzende Zahn-Nebenflächen (4, 5, 6, 7) aufweisen, wobei letztere sich vom Fußkreis aus radial sowohl nach innen als auch nach außen erstrecken und gegen die Stirnflächen abgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung (H) der stirnseitigen Zahn-Nebenflächen (4, 5, 6, 7) ausgehend von der Grenze zur Zahn-Innenflächen, jeweils vor oder in der Ebene der Stirnflächen (1) endet, dass die ab dem Fußkreis (3) radial nach außen angrenzenden Nebenflächen (6, 7) jeweils aus einer Zentralzone (6) und beidseitig symmetrisch angrenzenden Flankenzonen (7) bestehen, dass die Fläche der Zentralzone (6) sich in Radialrichtung zum Fußkreis (3) hin verjüngt und die Flankenzonen (7) als von der Zentralzone (6) in Axialrichtung nach innen abfallende, gekrümmte Flächen ausgebildet sind, die auf Radiushöhe des Fußkreises (3), gemeinsam mit der Zahn-Innenfläche eine Anschlagfläche (8) begrenzen.

2. Gesinterte Schaltmuffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche parallel zur Stirnfläche ausgerichtet ist.

3. Gesinterte Schaltmuffe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zonen der Nebenflächen kantig gegeneinander abgegrenzt sind.

4. Gesinterte Schaltmuffe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Zonen der Nebenflächen kantenfrei, fließend ineinander übergehen.

5. Gesinterte Schaltmuffe nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralzone eben und parallel zur Stirnfläche ausgerichtet ist.

6. Gesinterte Schaltmuffe nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralzone in Radialrichtung von der Stirnseite zum Fußkreis hin geneigt ist.

7. Gesinterte Schaltmuffe nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die sich verjüngende Zentralzone stufenlos in eine Zahn-Nebenfläche im Innenbereich des Fußkreises einmündet.

8. Gesinterte Schaltmuffe nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Flankenzonen Abschnitte von Kegelzylinderflächen sind.

9. Schaltmuffe nach Anspruch 1-8, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in KFZ-Schaltgetrieben.