DE19741613C1 - Kuppelverzahnung, insbesondere in einem Schaltgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kuppelverzahnung, insbeson­ dere in einem Schaltgetriebe, entweder an einer Schalt­ muffe oder einem Gangrad, deren Zähne fußseitig an einer bezüglich der Rotationsachse zylindrischen Grund­ fläche angesetzt, in Axialrichtung langgestreckt und an ihrem Kuppelende mit einer vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin abfallenden Dachkontur versehen sind, die eine gerun­ dete Dachkante aufweist.

Es sind Schaltmuffen bekannt (DE 196 04 386 A1, DE 195 31 155 A1), deren Zähne dachförmig geformte Flächen aufweisen, die zusammen eine gerundete Kante bilden. Bekannt sind ferner symmetrische und asymmetrische Dachformen und solche mit abfallender Dachkontur; letztere dient der zusätzlichen Erleichterung beim Einspuren der beiden Verzahnungspartner einer Kuppel­ verzahnung. Der Fachmann strebt dabei an, daß während des Initialen Kontakts der beiden Verzahnungen deren Berührung auf möglichst wenige Punkte bzw. Linien reduziert ist; dadurch läßt sich ein reibungsarmes und somit leichtgängiges Ineinandergreifen der beiden Verzahnungspartner einer Kuppelverzahnung bewerkstel­ ligen. Zuwenig wird dabei noch auf den weiteren Verlauf des Einspurvorgangs geachtet, also nachdem es bereits zum initialen Kontakt gekommen ist.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an, indem sie das Ziel verfolgt, einen möglichst leichtgängigen Übergang in der Phase zwischen dem initialen Kontakt und der vollendeten Kuppelposition zu verwirklichen.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Radius der Dachkantenrundung vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin nach einer vorgegebenen Funktion zunimmt.

Diese Maßnahme hat eine kontinuierliche Vermehrung der Kontaktpunkte bzw. Verlängerung der Kontaktlinien bis schließlich der erwünschte Flächenkontakt zwischen den kraftübertragenden Zahnflanken erreicht ist, zur Folge. Während des initialen Kontakts, d. h. in der Nähe des Fußbereichs mit entsprechend größerer Zahnhöhe bietet die Verzahnung dem gegenseitigen Eingriff ein besonders großes Spiel, weil dort der Radius der Dachkantenrun­ dung relativ klein ist. Mit zunehmendem Eingriff, d. h. zunehmender axialer Verschiebung der beiden ineinander­ tretenden Verzahnungen kommt es entsprechend der Verbreiterung der Dachkante im Zahnkopfbereich wegen den dort relativ größeren Radien der Dachkantenrundung zu einer zunehmenden Zentrierung der beiden Verzahnun­ gen zueinander bis mit Erreichen des vollständigen Eingriffs deren maximaler Kontakt verwirklicht ist.

Für den, der das Schaltgetriebe betätigt, entsteht dabei der Eindruck eines weichen Schaltvorgangs, so als ob nach dem initialen Kontakt der geschaltete Gang sich quasi selbsttätig einlegte. Dieser Eindruck wird noch verstärkt, wenn die Radiuszunahme statt nach einer linearen Funktion progressiv, z. B. nach einer Exponen­ tialfunktion oder einer Kreisfunktion verläuft.

Eine besonders vorteilhafte Progression vom Fußzylinder zum Kopfzylinder der Verzahnung definiert eine Radius­ zunahme insgesamt um das 6fache, wobei die Verdopplung erst bei ca. 60% der relativen Zahnhöhe erreicht ist.

Was die Konfiguration einer derartigen Kurzverzahnung insgesamt betrifft, so könnte man in bildhafter Umset­ zung der erfindungsgemäßen Regeln die Dachform im Falle eines symmetrischen Zahnes vergleichen mit einer menschlichen Nase, welche an der Nasenwurzel, die vergleichsweise dem Fußzylinder der Verzahnung entspricht, besonders schmal ausgebildet ist und sich dann bis zur Nasenspitze hin zunehmend verbreitert. Der Nasenrücken kann dabei entweder geradlinig oder nach unten gebogen abfallen, wobei der tiefste Punkt der Nase vergleichsweise dem Kopfzylinder der Verzahnung entspricht. Um bei dem aufgezeigten Bild zu bleiben würde die Körperlängsachse des Nasenträgers der Rota­ tionsachse der Verzahnung entsprechen.

Was die seitlich an die Dachkante angrenzenden schrägen Dachflächen betrifft, so sind diese bevorzugt als ebene Flächen ausgebildet. Dies erleichtert deren Formgebung in einem Umformverfahren, z. B. für die Herstellung als Schmiedeteil, wobei auf einem Schmiedeschritt ein oder mehrere Kalibrierschritte folgen können.

Allerdings sind im Rahmen der Erfindung auch gewölbte Dachflächen denkbar, deren präzise Herstellung bei Minimalverformungen wie bei einer Kuppelverzahnung jedoch auf Schwierigkeiten stößt. Ähnliches gilt für asymmetrische Dachformen, deren Herstellung ebenfalls eine hohe Präzision der Formgebungswerkzeuge bzw. des Umformverfahrens voraussetzt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 4 einen Zahn einer Kuppelverzahnung mit proportionaler Radiuszunahme in vier verschiedenen Ansichten,

Fig. 5 eine graphische Erläuterung zur propor­ tionalen Radiuszunahme,

Fig. 6 Verläufe der Radiuszunahme in graphi­ scher Darstellung,

Fig. 7 eine graphische Erläuterung zur progressiven Radiuszunahme,

Fig. 8 bis 11 einen Zahn mit symmetrischer Dachform und progressiver Radiuszunahme in vier verschiedenen Ansichten,

Fig. 12 bis 15 einen Zahn mit asymmetrischer Dachform und progressiver Radiuszunahme in vier verschiedenen Ansichten,

Fig. 16 einen Zahn mit symmetrischer Dachform in perspektivischer Darstellung und

Fig. 17 einen Zahn mit asymmetrischer Dachform in perspektivischer Darstellung.

Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Zahn einer Kuppel­ verzahnung, z. B. in einer Schiebemuffe ist, wie man aus der Draufsicht (Fig. 3) erkennt, im Querschnitt etwa trapezförmig ausgebildet, d. h. er besitzt vom Zahnfuß 1 zum Zahnkopf 2 hin schräg zusammenlaufende Seitenflan­ ken 3. Die Dachkontur seiner symmetrischen Dachform 4 ist gekennzeichnet durch eine vom Zahnfuß 1 zum Zahnkopf 2 abfallende Dachkante 5, welche wie in der Seitenansicht gemäß Fig. 2 sowie in der perspektivi­ schen Darstellung gemäß Fig. 4 verdeutlicht ist, gerun­ det ausgebildet ist. An die gerundete Dachkante 5 schließen sich zu beiden Seiten ebene Dachflächen 6 an. Entsprechend dem zum Zahnkopf 2 hin divergierenden Verlauf der seitlichen Verschneidungslinien 7 der Dachkantenrundung mit den anschließenden Dachflächen 6 erkennt man ohne weiteres, daß der Radius der Dachkan­ tenrundung vom Zahnfuß 1 zum Zahnkopf 2 hin zunimmt. Daraus ergibt sich bei ebenen Dachflächen 6 eine Abweichung der Dachkante 5 von der in Fig. 1 darge­ stellten theoretischen Schnittkante 8 der beiden Dachflächen 6. Pfeil P1 bezeichnet die Schieberichtung des Zahns beim Kuppeln mit der Gegenverzahnung.

In der Draufsicht gemäß Fig. 3 ist der Zahnfuß 1 leicht gewölbt dargestellt. Mit diesen Verlauf soll die mit einer strichpunktierten Verlängerungslinie 9 fortge­ setzte Grundfläche der Kuppelverzahnung dargestellt werden, bei welcher es sich um eine Zylinderfläche mit einer Längsachse parallel zur Schieberichtung gemäß Pfeil P1 handelt.

Fig. 5 ist eine zeichnerische Erläuterung zur Dachkan­ tenrundung eines Zahnes einer Kuppelverzahnung gemäß den Fig. 1 bis 4. An die mit einer ersten Konstruk­ tionslinie 10 angedeutete Grundfläche schließt sich die Dachkante 5 abfallend an. Es sind zwischen einem Radius R1 im Bereich des Zahnfußes und einem Radius R2 im Bereich des Zahnkopfes vier weitere Radien R_i einge­ zeichnet, welche in ihrem Verhältnis zueinander eine lineare Zunahme des Dachkantenradius vom Zahnfuß zum Zahnkopf hin erkennen lassen.

Gemäß Fig. 6 ist beispielhaft die Radiuszunahme (y-Achse) im Dachkantenbereich gegenüber der relativen Zahnhöhe (x-Achse) graphisch dargestellt, wobei die Zahnhöhe in Richtung einer zweiten Konstruktionslinie 11 (Fig. 5) zunehmend vom Zahnfuß zum Zahnkopf gemessen wird. In Fig. 6 sind zwei Varianten eingezeichnet, nämlich eine Gerade I, welche einen linearen Verlauf für die Radiuszunahme vorschlägt, wie sie beispielsweise in einer Dachform gemäß den Fig. 1 bis 4 verwirklicht ist; ferner eine Kurve II für einen progressiven Verlauf der Radiuszunahme, wie er beispielsweise bei einer symmetrischen Dachform gemäß den Fig. 8 bis 11 oder bei einer asymmetrischen Dachform gemäß den Fig. 12 bis 15 verwirklicht ist. Für beide Dachformen wurden zu den Fig. 1 bis 4 korrespon­ dierende Bezugszeichen verwendet, so daß es sich erübrigt, die einzelnen Elemente dieser Zahnformen nochmals im Detail zu erläutern.

Bei der Zahnform mit progressiver Radiuszunahme gemäß den Fig. 8 bis 11 verläuft die Dachkante 5 gegenüber der theoretischen Schnittkante 8 der ebenen Dachflächen 6 nach einer progressiv abfallenden Kurve, welche der Kontur der Dachkante 5 gemäß Fig. 7 entspricht.

Bei der asymmetrischen Zahnform gemäß den Fig. 12 bis 15 ist das Dach derart extrem auf eine Seite gezogen, daß auf der steilen Seite des Daches die Dachfläche mit der Seitenflanke 3 zusammenfällt, wie man besonders deutlich in Fig. 13 erkennen kann.

In der Zeichnung sind alle Kantenlinien zwischen Dachflächen 6, Seitenflanken 3 und Kopffläche 2 mit doppelten Linien eingezeichnet. Damit soll die Ausbil­ dung kleiner Radien angedeutet werden.

Die Fig. 16 und 17 verdeutlichen jeweils in einem mit einem Linienmuster ergänzten Schaubild einen Abschnitt eines Zahns mit symmetrischer Zahnform (Fig. 16) sowie eines Zahns mit asymmetrischer Zahnform (Fig. 17). Die Zähne sind angesetzt an einem zylindrischen Grundkörper mit der Grundfläche 12 und schließen mit dem höchsten Punkt ihrer Dachfläche jeweils bündig an eine Deckflä­ che 13 des Grundkörpers an. Man erkennt deutlich die Rundungsradien sowohl im Bereich der Dachkante 5 als auch zwischen den Dachflächen 6 und den Seitenflanken 3.

Es gibt Kuppelverzahnungen, bei denen auch die der Dachfläche gegenüberliegende Grundfläche der Zähne an den Grundkörper angebunden sind, indem dort ein entsprechender in Fig. 17 mit strichlierten Linien angegebener Bund 14 vorgesehen ist.

Claims (5)

1. Kuppelverzahnung, insbesondere in einem Schaltgetriebe, entweder an einer Schaltmuffe oder einem Gangrad, deren Zähne fußseitig an einer bezüglich der Rotationsachse zylindrischen Grundfläche (12) angesetzt, in Axialrichtung langgestreckt und an ihrem Kuppelende mit einer vom Zahnfuß (1) zum Zahnkopf (2) hin abfallenden Dachkontur versehen sind, die eine gerundete Dachkante (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Dachkantenrundung vom Zahnfuß (1) zum Zahnkopf (2) hin nach einer vorgegebenen Funktion zunimmt.

2. Kuppelverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme nach einer linearen Funktion verläuft.

3. Kuppelverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme progressiv, z. B. nach einer Exponentialfunktion verläuft.

4. Kuppelverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich an die Dachkante (5) angren­ zenden schrägen Dachflächen (6) Ebenen sind.

5. Kuppelverzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abfallende Dachkante (5) gradlinig oder progressiv verläuft.