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Die Erfindung betrifft eine Synchronnabe für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes, mit einem scheibenförmigen Grundkörper aus Blech, der sich im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu einer Getriebeachse erstreckt und an seinem Außenumfang eine Außenverzahnung aufweist.
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Derartige, aus Blech hergestellte Synchronnaben für Schaltgetriebe sind bereits allgemein aus dem Stand der Technik bekannt und zeichnen sich im Vergleich zu gesinterten Synchronnaben durch eine einfachere und schnellere Herstellung aus.
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Die gattungsgemäße
WO 2010/049154 A1 zeigt eine Synchronnabe aus Blech, bei der zumindest eine Innen- oder Außenverzahnung in eine Mehrzahl von Zahnsegmenten unterteilt ist, welche an einem scheibenförmigen Basiskörper der Synchronnabe abwechselnd in entgegengesetzte axiale Richtungen abgebogen sind. Aufgrund dieser abgebogenen Zahnsegmente ist eine Axialführung der Schaltmuffe durch die Synchronnabe auch bei einer axialen Verschiebung der Schaltmuffe gewährleistet. Ferner sind in einer Ausführungsform an einige Zahnsegmente verzahnte Nasen angeformt, die sich in axialer Richtung erstrecken und in Ausnehmungen eines Synchronrings eingreifen, um auf einfache Art und Weise eine sogenannte „Indexierung” bereitzustellen. Durch diese Indexierung wird eine begrenzte Relativdrehung zwischen der Synchronnabe und dem Synchronring festgelegt.
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Obwohl die beschriebene Synchronnabe aus Blech verglichen mit Sinterausführungen Herstellungsvorteile aufweist, ist das Umformen und Fließpressen der Verzahnungssegmente jedoch nach wie vor mit recht hohem fertigungstechnischen Aufwand sowie einer unerwünscht hohen Werkzeugabnutzung verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Synchronnabe aus Blech, welche bei gleicher Funktionalität einfacher aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Synchronnabe der eingangs genannten Art, bei der am Außenumfang des Grundkörpers mehrere unverzahnte Lappen angeformt sind, die sich ausgehend vom Grundkörper in axialer Richtung zu einem freien Ende hin erstrecken. Das Anformen von unverzahnten, axialen Lappen an eine ebene Blechscheibe ist mit geringem Aufwand möglich. Die unverzahnten Lappen der Synchronnabe können dabei sowohl die Funktion einer Axialführung für eine Schaltmuffe als auch die Funktion einer Indexierung relativ zu einem Synchronkörper wahrnehmen.
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In einer Ausführungsform der Synchronnabe ist der Grundkörper ringscheibenförmig ausgebildet und weist an seinem Innenumfang eine Innenverzahnung auf. Genau wie sich über die Außenverzahnung ein einfacher Formschluss zu einer Schaltmuffe herstellen lässt, bietet die Innenverzahnung eine einfache Möglichkeit zum Formschluss mit einer Getriebewelle. Somit ist die Schaltmuffe zuverlässig und auf einfache Weise über die Synchronnabe drehfest mit der Getriebewelle gekoppelt.
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Vorzugsweise sind die Außenverzahnung und/oder die Innenverzahnung gestanzte Verzahnungen. Die Synchronnabe ist somit eine einfach herstellbare, gestanzte Blechscheibe mit axial abgestreckten, unverzahnten Blechlappen.
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Diese Lappen können insbesondere geschmiedete Lappen sein, um den Herstellungsaufwand der Synchronnabe weiter zu reduzieren.
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In einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich die Lappen in Umfangsrichtung gesehen abwechselnd in entgegengesetzte axiale Richtungen. Die axial abgestreckten Lappen bilden somit eine in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Axialführung für eine Schaltmuffe der Synchronisationseinheit. Diese Schaltmuffe lässt sich dann ausgehend von einer axialen Mittenstellung ohne Kippgefährdung in beide axiale Richtungen relativ zur Synchronnabe verschieben.
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Im Übrigen betrifft die Erfindung auch eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes, mit einer oben beschriebenes Synchronnabe, wenigstens einem Gangrad und wenigstens einem Synchronring, der an seinem Außenumfang eine Außenverzahnung mit wenigstens einer Ausnehmung aufweist, wobei einer der am Außenumfang der Synchronnabe angeformten, unverzahnten Lappen in die wenigstens eine Ausnehmung ragt. Folglich erlauben die axialen, unverzahnten Lappen eine einfache Kopplung zwischen der Synchronnabe und dem Synchronring der Synchronisationseinheit.
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Vorzugsweise ist die Ausnehmung in Umfangsrichtung durch zwei gegenüberliegende Flächen begrenzt, die Anschläge für den in die Ausnehmung ragenden Lappen bilden, sodass der Synchronring relativ zur Synchronnabe begrenzt verdrehbar ist. Auf diese Weise lässt sich mit geringem Aufwand eine sogenannte Indexierung zwischen Synchronnabe und Synchronring realisieren.
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In einer Ausführungsform der Synchronisationseinheit ist eine axial verschiebliche Schaltmuffe mit Innenverzahnung vorgesehen, wobei die unverzahnten Lappen mit ihren radialen Außenseiten an die Innenverzahnung angrenzen und eine Axialführung für die Schaltmuffe bilden. Die radialen Außenseiten formen axiale Gleitflächen für die Zahnspitzen der Schaltmuffen-Innenverzahnung. Die Qualität dieser Axialführung ist dabei vergleichbar mit einer Axialführung, bei der die axialen Lappen komplementär zur Innenverzahnung der Schaltmuffe verzahnt sind, wie dies beispielsweise in der
WO 2010/049154 A1 der Fall ist.
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In einer weiteren Ausführungsform sind an der Synchronnabe Distanzelemente mit Anlageflächen für das Gangrad oder für einen dem Gangrad zugeordneten Kupplungskörper angeformt. Diese einstückig mit der Synchronnabe ausgebildeten Distanzelemente ermöglichen eine axiale Positionierung der Synchronnabe relativ zum Gangrad oder zum Kupplungskörper des Gangrads, sodass auf separate Distanzringe oder Ähnliches verzichtet werden kann.
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Die an der Synchronnabe angeformten Distanzelemente können insbesondere Einprägungen oder Nuten sein. Die Einprägungen lassen sich dabei so ausführen, dass lokale, punktuelle Anlageflächen entstehen, die axial aus der Blechoberfläche des Grundkörpers vorstehen, oder dass Anlageflächen entstehen, die gegenüber der Blechoberfläche rückversetzt sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Synchronisationseinheit mit erfindungsgemäßer Synchronnabe;
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2 einen Längsschnitt durch die zusammengesetzte Synchronisationseinheit gemäß 1 im Bereich eines Druckstücks;
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3 einen Längsschnitt durch die zusammengesetzte Synchronisationseinheit gemäß 1 im Bereich eines unverzahnten Lappens der Synchronnabe; und
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4 eine perspektivische Detailansicht der erfindungsgemäßen Synchronnabe gemäß 1.
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Die 1 bis 3 zeigen eine Explosionsansicht sowie zwei Schnitte einer Synchronisationseinheit 10 für Schaltgetriebe 11, mit einer Synchronnabe 12, welche um eine Getriebeachse A drehbar ist, zwei Gangrädern 14, die axial beidseits der Synchronnabe 12 angeordnet sind, sowie zwei Synchronringen 16, die jeweils an ihrem Außenumfang eine Sperrverzahnung 18 mit wenigstens einer Ausnehmung 20 aufweisen.
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Die Synchronnabe 12 der Synchronisationseinheit 10 umfasst einen scheibenförmigen Grundkörper 22 aus Blech, der sich im Wesentlichen in einer Ebene E senkrecht zur Getriebeachse A erstreckt und an seinem Außenumfang eine Außenverzahnung 24 aufweist. Ferner sind am Außenumfang des Grundkörpers 22 mehrere unverzahnte Lappen 26 angeformt, die sich ausgehend vom Grundkörper 22 in axialer Richtung zu einem freien Ende 28 hin erstrecken.
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Im vorliegenden Fall ist der Grundkörper 22 ringscheibenförmig ausgebildet und weist an seinem Innenumfang eine Innenverzahnung 30 auf, durch welche sich die Synchronnabe 12 drehfest mit einer außenverzahnten Getriebewelle (nicht gezeigt) des Schaltgetriebes 11 verbinden lässt.
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Die Außenverzahnung 24 und die Innenverzahnung 30 der Synchronnabe 12 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel gestanzte Verzahnungen, um den Fertigungsaufwand für die Synchronnabe 12 zu minimieren.
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In der perspektivischen Explosionsansicht gemäß 1 sind außerdem drei Druckstücke 32 dargestellt, welche gleichmäßig über den Umfang der Synchronnabe 12 verteilt angeordnet sind und jeweils in eine am Außenumfang des Grundkörpers 22 vorgesehene Aussparung 34 eingreifen. Diese Aussparungen 34 werden vorzugsweise zusammen mit der Außenverzahnung 24 und gegebenenfalls der Innenverzahnung 30 in einem einzigen Verfahrensschritt ausgestanzt.
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Die 2 zeigt einen axialen Längsschnitt durch die zusammengesetzte Synchronisationseinheit 10 im Bereich eines der Druckstücke 32.
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Da der Schaltvorgang von Schaltgetrieben mit Sperrsynchronisation bereits allgemein bekannt ist, wird dieser anhand von 2 lediglich in seinen Grundzügen vorgestellt und im Übrigen nicht näher darauf eingegangen.
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Um eines der Gangräder 14 drehfest mit der Synchronnabe 12 und der damit wiederum drehfest verbundenen Getriebewelle zu koppeln, wird eine Schaltmuffe 36 der Synchronisationseinheit 10 ausgehend von ihrer in 2 dargestellten, axialen Mittenstellung axial gegen das zu koppelnde Gangrad 14 beaufschlagt. Bei einer Verschiebung der Schaltmuffe 36 in Richtung zum Gangrad 14 werden die Druckstücke 32 mitgenommen und drücken den angrenzenden Synchronring 16 axial in Richtung zum Gangrad 14, bis sich zwischen dem Synchronring 16 und einem drehfest mit dem Gangrad 14 verbundenen Kupplungskörper 38 eine Reibverbindung einstellt. Bei einem Drehzahlunterschied zwischen der Synchronnabe 12 und dem Gangrad 14 verdreht sich der Synchronring 16 aufgrund dieser Reibverbindung relativ zur Synchronnabe 12. Diese Relativdrehung ist durch Anschläge begrenzt (sogenannte Indexierung), wobei die Sperrverzahnung 18 des Synchronrings 16 in einer Anschlagstellung ein Durchschalten der Schaltmuffe 36 auf eine Schaltverzahnung 40 des Kupplungskörpers 38 verhindert.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Schaltgetriebe 11 den separaten Kupplungskörper 38 mit der Schaltverzahnung 40 und einer Reibfläche 42 auf, wobei der Kupplungskörper 38 drehfest mit dem Gangrad 14 verbunden ist. In alternativen Ausführungsvarianten können die Schaltverzahnung 40 und/oder die Reibfläche 42 selbstverständlich auch direkt am Gangrad 14 vorgesehen sein. Der Kupplungskörper 38 ist dann entsprechend angepasst oder entfällt ganz.
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Erst wenn die Drehzahlen der Synchronnabe 12 und des Gangrads 14 weitgehend synchronisiert sind, reicht die axiale Schaltkraft auf die Schaltmuffe 36 aus, um den Synchronring 16 in Umfangsrichtung relativ zur Synchronnabe 12 von seiner Sperrstellung in seine Schaltstellung zu verdrehen und eine Innenverzahnung 44 der Schaltmuffe 36 über die Sperverzahnung 18 axial auf die Schaltverzahnung 40 zu schieben, sodass die Synchronnabe 12 über die Schaltmuffe 36 drehfest mit dem zu koppelnden Gangrad 14 verbunden ist.
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Die 3 zeigt analog zu 2 einen weiteren Längsschnitt der Synchronisationseinheit 10, allerdings im Bereich der unverzahnten Lappen 26 der Synchronnabe 12.
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Dabei wird deutlich, dass die am Außenumfang der Synchronnabe 12 angeformten, unverzahnten Lappen 26 jeweils in die Ausnehmungen 20 der Sperrverzahnung 18 ragen.
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Jede Ausnehmung 20 ist in Umfangsrichtung durch zwei gegenüberliegende Flächen 46 begrenzt, welche Anschläge für den in die Ausnehmung 20 ragenden Lappen 26 bilden, sodass der Synchronring 16 relativ zur Synchronnabe 12 begrenzt verdrehbar ist. Diese begrenzte Relativdrehung zwischen Synchronnabe 12 und Synchronring 16 wird auch als Indexierung bezeichnet und ist im vorliegenden Fall mittels einfacher, unverzahnter Lappen 26 der Synchronnabe 12 realisiert, welche in entsprechende Ausnehmungen 20 des Synchronrings 16 eingreifen.
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Des Weiteren grenzen die unverzahnten Lappen 26 der Synchronnabe 12 mit ihren radialen Außenseiten 48 an die Innenverzahnung 44 der Schaltmuffe 36 an und bilden somit eine Axialführung für die Schaltmuffe 36.
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Da der Grundkörper 22 der Synchronnabe 12 lediglich eine Blechscheibe ist, weist die am Außenumfang vorgesehene Außenverzahnung 24 in axialer Richtung eine relativ geringe Abmessung auf. Die axialen Lappen 26 verhindern aufgrund ihrer axialen Führungsfunktion ein Verkippen oder Verkanten der Schaltmuffe 36 relativ zur Synchronnabe 12 während des Schaltvorgangs.
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Bei einer axialen Verschiebung der Schaltmuffe 36 relativ zur Synchronnabe 12 gleiten an die Lappen 26 angrenzende Zahnspitzen der Innenverzahnung 44 auf den radialen Außenseiten 48 der Lappen 26. Die Axialführung wird dabei genauso zuverlässig gewährleistet wie in einer deutlich aufwendigeren Ausführungsvariante, bei der die Lappen 26 eine zur Innenverzahnung 44 komplementäre Gegenverzahnung aufweisen.
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Mit Blick auf die 1 und 3 fällt ferner auf, dass an der Synchronnabe 12 Distanzelemente 50 für das Gangrad 14, konkret für den dem Gangrad 14 zugeordneten Kupplungskörper 38 angeformt sind. Diese Distanzelemente 50 lassen sich mit geringem Aufwand am Grundkörper 22 der Synchronnabe 12 anformen und ersetzen dadurch beispielsweise separate Distanzringe. Im vorliegenden Fall sind die Distanzelemente 50 als Einprägungen angeformt, bei denen punktuelle Kontaktflächen entstehen, die axial geringfügig aus der Oberfläche des scheibenförmigen Grundkörpers 22 vorstehen und am Kupplungskörper 38 anliegen. Falls die Blechdicke des Grundkörpers 22 größer ist als der axiale Bauraum zwischen den gegenüberliegenden Kupplungskörpern 38 bzw. Gangrädern 14, sind die Einprägungen alternativ so ausgeführt, dass die entstehenden Kontaktflächen gegenüber der Blechoberfläche des Grundkörpers 22 rückversetzt sind, dass sich also mit anderen Worten die Blechdicke des Grundkörpers 22 in diesem Bereich verringert. In weiteren Ausführungsvarianten können die Distanzelemente 50 auch als Nuten ausgebildet sein.
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Die 4 zeigt die Synchronnabe 12 der Synchronisationseinheit 10 in einer perspektivischen Detailansicht.
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Es ist gut zu erkennen, dass sich die Lappen 26 in Umfangsrichtung gesehen abwechselnd in entgegengesetzte axiale Richtungen erstrecken, was sich positiv auf ihre Funktion als Axialführung für die Schaltmuffe 36 auswirkt. Die unverzahnten Lappen 26 sind aus dem scheibenförmigen Grundkörper 22 abgestreckt und beispielsweise als geschmiedete Lappen 26 ausgebildet. Ferner wird deutlich, dass die Außenverzahnung 24 im Bereich der Lappen 26 unterbrochen ist. Diese Unterbrechungen der Außenverzahnung 24 ermöglichen ein einfacheres Anformen der Lappen 26 und tragen somit ebenfalls zur Verringerung des Herstellungsaufwands der Synchronnabe bei.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/049154 A1 [0003, 0013]
