WO2000057078A1

WO2000057078A1 - Gebaute schiebemuffe einer synchronisiereinheit für schaltgetriebe

Info

Publication number: WO2000057078A1
Application number: PCT/EP2000/001320
Authority: WO
Inventors: Torsten Keller; Thomas Motz
Original assignee: INA Wälzlager Schaeffler oHG
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2000-09-28
Also published as: DE19912130A1; DE19912130B4

Abstract

Eine Schiebemuffe (1) ist mit einer Verzahnung (4) versehen, deren Zähne (5) separat gefertigt und anschließend am Muffenkörper (2) formschlüssig oder durch eine Kombination von Form- und Kraftschluß befestigt sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Gebaute Schiebemuffe einer Synchronisiereinheit für Schaltgetriebe

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schiebemuffe einer Synchronisiereinheit für Schaltgetriebe mit einem Muffenkörper, einer Schaltgabelführung und einer am Innenumfang des Muffenkörpers ausgebildeten sowie in Richtung der Längsmittelachse der Schiebemuffe verlaufenden Verzahnung, wobei die Schiebemuffe durch wenigstens zwei miteinander verbundene Bauteile aus einem metallischen Werkstoff oder Eisenwerkstoff gebildet ist.

Hintergrund der Erfindung

Derartige Schiebemuffen sind nach dem Stand der Technik aus einem Rohling durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt oder werden spanlos, z. B. durch Umformen, gefertigt. Die Verzahnung ist aus Zähnen gebildet, die unterschiedlichste Gestaltungsformen aufweisen und die in der Regel nur mit großem Aufwand gestaltet werden können. So bilden z. B. die Konturen von Aussparungen an den Zahnflanken oder Verriegelungsnuten in Bearbeitungsrichtung sogenannte Hinterschnitte. Diese hinterschnittenen Konturen oder Hinterschnitte sind in bevorzugter Bearbeitungs- und Entformungshchtung nicht einzubringen bzw. stehen einer Bearbeitung im Wege. Derartige Konturen sind zumeist nur durch zusätzliche und aufwendige Arbeitsgänge einzubringen. Hinterschnitte sollten deshalb bei der Auslegung von spanabhebend gefertigten Schiebemuffen weitestgehend vermieden werden. Im Interesse einer optimalen Wirkungsweise der Schiebemuffe in der Synchronisiereinheit kann in der Regel auf derartige Hinterschnitte jedoch nicht völlig verzichtet werden. Zusätzliche und aufwendige Arbeitsgänge verursachen zusätzliche und entsprechende hohe Kosten bei der Fertigung von Schiebemuffen.

Wie bekannt, können im Vergleich zur spanabhebenden Bearbeitung die Fertigungskosten der Schiebemuffe durch eine spanlose Fertigung gesenkt werden. Die beispielsweise erwähnten Verriegelungsnuten und Aussparungen sind in einstückig ausgebildeten Schiebemuffen in einer durchgängig spanlosen Fertigung ebenfalls nicht einzubringen, da diese in der Regel Hinterschnitte in Entformungshchtung, z. B. eines Ziehstempels, bilden. Aus diesem Grund werden Schiebemuffen aus einzeln gefertigten Bauteilen zusammengefügt. Die Fügeebene verläuft dabei durch die Teilungsebene der Hinterschnitte des Fertigteils, so daß am Bauteil kein Hinterschnitt ausgebildet ist.

Eine Schiebemuffe der gattungsbildenden Art ist beispielsweise aus DE 39 08 989 C2 vorbekannt. Diese Schiebemuffe wird aus zwei symmetrischen oder annähernd symmetrischen, ringförmigen sowie einstückig ausgebildeten Bauteilen gebildet. Jede Symmetriehälfte weist an einem halben Muffenkörper eine Hälfte einer am Innenumfang ausgebildeten Verzahnung sowie einen Teil der Schaltgabelführung auf. Die Bauteile sind frei von Hinterschnitten ausgebildet und werden durch einen Umform-, Gieß- oder Sinterprozeß gefertigt. Im Anschluß an ihre Einzelfertigung werden die Bauteile stirnseitig aneinander durch Fügen verbunden und bilden die Schiebemuffe.

Nachteilig bei derartig ausgebildeten Schiebemuffen ist, daß mehrere in der Entformungsrichtung hintereinander angeordnete Hinterschnitte, wenn überhaupt, nur durch Aufteilung der Schiebemuffe in eine entsprechende Anzahl hintereinander angeordneter separat gefertigter Bauteile realisierbar ist. Die Bauteile als Einzelteile sind dann zueinander nicht mehr symmetrisch ausgebildet. Die Fertigung einer derartig gestalteten Schiebemuffe erfordert eine Vielzahl von Werkzeugen, ist kompliziert und deshalb teuer.

Schiebemuffen nach dem Stand der Technik sind mit ihren einzelnen Funktion- selementen wie Muffenkörper, Schaltgabelführung und Zähnen aus einem Werkstoff gebildet. Die Anforderungen an derartige Funktionselemente, wie z. B. an die Festigkeit, Härte und den Bearbeitungszustand der Oberfläche, sind jedoch von Funktionselement zu Funktionselement unterschiedlich. Die Werkstoffauswahl erfolgt deshalb in der Regel als ein Kompromiß zwischen den Anforderungen, die das höchstbelastete Funktionselement stellt und der Bearbeitbarkeit des Materials.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schiebemuffe zu schaffen, die in ihrer Gestaltung eine beliebige Anzahl und Anordnung von hinterschnittenen Konturen an den Zähnen zuläßt, eine den unterschiedlichen Anforderungen an die Funktionselemente angepaßte Werkstoffauswahl gestattet und die sich insbesondere in der Massenfertigung kostengünstig fertigen läßt.

Diese Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß die Verzahnung aus einzelnen Zähnen gebildet ist und jeder Zahn formschlüssig oder durch eine Kombination von Form- und Kraftschluß an dem Muffenkörper befestigt ist. Es ist also vorgesehen, die Zähne der Verzahnung der Schiebemuffe separat und unabhängig als Einzelteil zu fertigen. An den einzelnen Zähnen lassen sich komplizierte Konturen, insbesondere die Konturen die am Fertigteil die anfangs erwähnten Hinterschnitte bilden, mit einfachen Werkzeugen unkompliziert verwirklichen. Da für eine Schiebemuffe eine Vielzahl einzelner Zähne benötigt wird, sind die Zähne bei großem Bedarf an Schiebemuffen kostengünstig, z. B. durch Pressen, in der Massenfertigung zu fertigen. Zähne unterschiedlicher Gestaltung und Ausführungsform lassen sich auf diese Weise an einer Schiebemuffe kombinieren. Variantenunterschiede an Schiebemuffen, die durch unterschiedliche Details an der Verzahnung bei ansonsten baugleicher Ausführung der Schiebemuffen entstehen, sind einfach und kostengünstig zu verwirklichen.

Für die Zähne und für den Muffenkörper sind, entsprechend den spezifischen Anforderungen, unterschiedliche Werkstoffe mit unterschiedlichen Bearbei- tungszuständen einsetzbar. Es ist z. B. denkbar für den Muffenkörper eine Buntmetalllegierung, einen partiell gehärteten Stahl oder einen ungehärteten Stahl einzusetzen, während die Zähne aus durchgehärtetem, einsatzgehärtetem Stahl oder Sintermetall gebildet sind. Vorzugsweise ist als Werkstoff für die Zähne 16MnCr5 oder CF53 vorzusehen.

Die Zähne werden am Muffenkörper in einer Kombination von Kraft- und Formschluß befestigt. Dazu ist jeder Zahn, z. B. über eine Steckverbindung, an dem Muffenkörper positioniert und anschließend durch partielle Materialverdrängung aus dem Material des Muffenkörpers an dem Muffenkörper befestigt. Diese Befestigung entspricht weitestgehend einer Verstemmung, die den Zahn sowohl in axialer als auch in radialer oder in beide Richtungen sichern kann.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen den Zahn in einer Längsnut aufzunehmen und zu befestigen. Die Längsnut ist am Innenumfang des Muffenkörpers ausgebildet. In einer Längsnut ist der Zahn bei seiner Montage im Muffenkörper exakt positioniert und unter Belastung sicher geführt und abgestützt. Die Gestaltungsmöglichkeiten dieser Nuten, insbesondere in ihrem Querschnittsprofil, sind vielfältig und sind im Einzelfall an die spezifischen Anforderungen an Belastung und Befestigung der Zähne anzupassen. Die Position und die Genauigkeit des Teilungsabstandes der Zähne ist durch die Genauigkeit der Position, Ausführung und Qualität der Längsnuten bestimmt. Die Längsnuten sind, wie weitere Ausgestaltungen der Erfindung vorsehen, durch Stoßen, Räumen oder Pressen in den Muffenkörper eingebracht. Die Querschnittskontur der Längennut liegt vorzugsweise paßgenau an der Außenkontur des Zahnfußes an, um einen exakten Sitz und eine exakte Lageposition des Zahnes zu erzielen. Verstärkt wird dieser Effekt durch eine Längennut mit schräg angestellt verlaufenden Wänden, in der der Zahn nach seiner Befestigung verkeilt ist.

Ein optimaler Festsitz der Zähne im Muffenkörper wird erzielt, wenn, wie in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben, jeder einzelne Zahn in der Längsnut durch wenigstens einen an der Wandung der Längsnut gebildeten sowie die Kontur des Zahnes in der Längsnut zumindest teilweise hintergreifenden Vorsprung am Muffenkörper gehalten ist. Diese Vorsprünge sind dabei durch die Geometrie dieser Nut bestimmt oder werden als Befestigungsmittel eingebracht. Die Längsnut ist dabei über ihre gesamte Länge verengt ausgebildet oder die Vorsprünge sind partiell eingebracht. Ein Beispiel für eine Längennut mit einer Verengung und damit für Vorsprünge, die durch die Geometrie vorgegeben sind, bildet eine Längennut mit einem sich zur Nutöffnung verringernden trapezförmigen Querschnitt. Ein Beispiel für partiell eingebrachte Vorsprünge bilden sogenannte Prägenasen, die durch einen Stempel plastisch aus der Oberfläche des Muffenkörpers durch Materialverdrängung geformt sind.

Der Form- und Kraftschluß zwischen Zahn und Längsnut der Schiebemuffe kann durch unterschiedliche Prinzipien verwirklicht werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß der Zahn durch Einpressen in die Längsnut in den Vorsprüngen verkeilt ist. Eine andere Möglichkeit ist durch Einlegen des Zahnes in die Längsnut und anschließendes Einbringen des Vorsprunges sowie verkeilen und verklemmen mit diesem Vorsprung in der Nut gegeben. Vorzugsweise sind derartige Vorsprünge durch Verstemmen oder Prägen eingebracht. Eine zusätzliche Sicherung kann unter Umständen auch durch eine Schweißung vorgenommen werden. Das Material des Muffenkörpers ist dabei plastisch verformt und liegt unter Vorspannung am Zahn an.

Der Festsitz des Zahnes im Muffenkörper ist sicher, wenn der Vorsprung der Längsnut die Außenkontur des Zahnes im Nutbereich und in Sicherungsrichtung zumindest teilweise hintergreift. Die Vorsprünge bilden dann Anschläge, an denen der Zahn in Sicherungsrichtung anliegt und über die der Zahn gleichzeitig in der Längsnut kraftschlüssig sicher verspannt ist. In axiale Sicherungsrichtung ist z. B. ein ganz oder teilweise verschlossenes Nutende denkbar, das die in axiale Richtung weisenden Enden eines Zahnes ganz oder zumindest teilweise hintergreift und dort anliegt. In radiale Richtung ist der Zahnquerschnitt einer Verengung der Längsnut durch z. B. eine Einschnürung des Querschnittes in diesem Bereich angepaßt. Die Vorspünge greifen einerseits formschlüssig in diese Einschnürung ein und liegen andererseits unter Vorspannung an dieser Stelle an. Ein Zahn ist beispielweise in radiale und axiale Sicherungsrichtung zugleich gesichert, wenn dieser mit Aussparungen versehen ist, die in beide Sicherungsrichtungen hinterschneidende Konturen bilden und in diese Konturen verprägtes oder eingewalztes Material eingreift sowie dort unter Spannung anliegt.

Wie oben erwähnt, kann die Funktion einer Schiebemuffe, z. B. die Ver- schleißfestigkeit, verbessert werden, wenn für den Muffenkörper und die Zähne sich voneinander unterscheidende Werkstoffe verwendet werden. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht deshalb vor, daß die Zähne aus einem Werkstoff gebildet sind, der sich von dem Werkstoff des Muffenkörpers unterscheidet. Ebenso ist es denkbar, für den Muffenkörper und die Zähne gleiche Werkstoffe mit unterschiedlicher Härte zu verwenden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine räumliche Gesamtansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schiebemuffe,

Figur 2 eine Seitenansicht der Schiebemuffe nach Figur 1 ,

Figur 3 eine Darstellung eines Beispiels der Befestigung eines einzelnen

Zahnes am Muffenkörper,

Figur 4 eine weitere Ausführungsform einer Befestigung eines einzelnen

Zahnes am Muffenkörper,

Figur 5 die Draufsicht der in Figur 4 gezeigten Anordnung, Figur 6 eine weitere alternative Befestigung eines Zahnes am Muffenkörper und

Figur 7 die Draufsicht der in Figur 6 gezeigten Anordnung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

In Figur 1 und 2 ist mit 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Schiebemuffe beschrieben. Am Außenumfang eines Muffenkörpers 2 ist eine Schaltgabelführung 3 ausgebildet. Der Innenumfang des Muffenkörpers 2 ist mit einer Verzahnung 4 versehen. Die Verzahnung 4 ist aus einzeln gefertigten Zähnen 5 gebildet. Die Zähne 5 sind in den Muffenkörper 2 eingesetzt.

In Figur 3 sind eine vereinfachte Form eines Zahnes 6 und ein Ausschnitt eines Muffenkörpers 7 dargestellt. Der Muffenkörper 7 ist mit einer Längsnut 8 versehen. Der Zahn 6 ist in der Längsnut 8 aufgenommen. Die schräg verlaufenden Wände der Längsnut 8 bilden gleichzeitig Vorsprünge 8a. Die Vorsprünge 8a hintergreifen die Kontur des Zahnes 6 im Bereich der Längsnut 8. Der Festsitz des Zahnes 6 in der Längsnut 8 ist erzielt, indem die Vorsprünge 8a durch Verformung und Materialverdrängung gegen den Zahn 6 gedrückt sind.

Figur 4 und Figur 5 zeigen eine alternative Befestigung eines Zahnes 9 mit einer Verriegelung mit 12 an einem Muffenkörper 10. Der Zahn 9 ist an seinen Flanken 11 mit Aussparungen 11a versehen. Durch die Aussparungen 11a ist der Zahn 9 in seinem Querschnitt eingeschnürt. Jede Aussparung 11a des Zahnes 9 bildet in Längsrichtung der Schiebemuffe und des Zahnes 9 betrachtet einen Hinterschnitt in beide Richtungen. Die sich gegenüberliegenden Wandungen 13a einer in den Muffenkörper 10 eingebrachten Längsnut 13 sind schräg angestellt und laufen in Richtung Nutöffnung auseinander. Die Kontur des Zahnfußes 9a ist der Kontur der Wandungen 13a angepaßt. Vorsprünge 14 greifen formschlüssig in die Aussparungen 11a und pressen den Zahnfuß 9a in die Nut 13. Die Vorsprünge 14 sind durch das Material des Muffenkörpers gebildet, das beim Einbringen der Prägung 14a verdrängt wurde. Durch den Eingriff der Vorsprünge 14 in die Aussparungen 11 a ist der Zahn in beide axialen Sicherungsrichtungen und in radialer Richtung gesichert.

In dem Beispiel nach Figur 6 und 7 ist ein Zahn 15 in Form einer Schwalbenschwanzführung in einem Muffenkörper 16 geführt. Der Zahn 15 sitzt entweder paßgerecht in der Nut 17 oder ist dort eingewalzt und wird durch die Vorsprünge 17b in radialer Richtung gehalten. In beide axiale Sicherungsrichtungen ist der Zahn 15 durch aus der Wandung 17a der Nut 17 hervorstehende Vorsprünge 18 gehalten. Die Vorsprünge 18 sind durch die Materialverdrängung einer Prägung 18a aus dem Muffenkörper 16 geformt.

Bezugszeichen

Schiebemuffe

Muffenkörper

Schaltgabelführung

Verzahnung

Zahn

Muffenkörper

Längsnut a Vorsprung

Zahn a Zahnfuß 0 Muffenkörper 1 Zahnflanke 1a Aussparung 2 Verriegelungsnut 3 Längsnut 3a Wandung 4 Vorsprung 4a Prägung 5 Zahn 6 Muffenkörper 7 Längsnut 7a Wandung 7b Vorsprung 8 axialer Vorsprung 8a Prägung

Claims

Patentansprüche

1. Schiebemuffe (1 ) einer Synchronisiereinheit für Schaltgetriebe mit einem Muffenkörper (2), einer Schaltgabelführung (3) und einer am Innenumfang des Muffenkörpers (2) ausgebildeten sowie in Richtung der Längsmittelachse der Schiebemuffe (1 ) verlaufenden Verzahnung (4), wobei die Schiebemuffe (1) durch wenigstens zwei miteinander verbundene Bauteile aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (4) aus einzelnen Zähnen (5, 6, 9, 15) gebildet ist und jeder Zahn (5, 6, 9, 15) formschlüssig oder durch eine Kombination von Formund Kraftschluß an dem Muffenkörper (2, 7, 10, 16) befestigt ist.

2. Schiebemuffe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahn (5, 6, 9, 15) in einer am Innenumfang des Muffenkörpers (2, 7, 10, 16) ausgebildeten Längsnut (8, 13, 17) befestigt ist.

3. Schiebemuffe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Muffenkörper (2, 7, 10, 16) mit Längsnuten (8, 13, 17) fließgepreßt ist.

4. Schiebemuffe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahn (5, 6, 9, 15) in einer am Innenumfang des Muffenkörpers (2, 7, 10, 16) ausgebildeten Längsnut (8, 13, 17) aufgenommen ist und durch wenigstens einen an der Wandung (13a, 17a) der Längsnut (8, 13, 17) gebildeten sowie die Kontur des Zahnes (5, 6, 9, 15) in der Längsnut zumindest teilweise hintergreifenden Vorsprung (8a, 14, 17b, 18) am Muffenkörper (2, 7, 10, 16) gehalten ist.

5. Schiebemuffe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (8a) durch plastisch aus dem Muffenkörper (2, 7, 10, 16) verdrängtes Material gebildet ist.

6. Schiebemuffe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (14, 18) durch eine Prägung (14a, 18a) gebildet ist.

7. Schiebemuffe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsnut (8, 13, 17) spanabhebend durch Stoßen oder Räumen gebildet ist.

8. Schiebemuffe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Muffenkörper (2, 7, 10, 16) und die Zähne (5, 6, 9, 15) aus unterschiedlichen Werkstoffen oder gleichen Werkstoffen mit unterschiedlichem Härtezustand gebildet sind.