DE102006042216A1

DE102006042216A1 - Synchronkörper

Info

Publication number: DE102006042216A1
Application number: DE102006042216A
Authority: DE
Inventors: Kristina Dipl.-Ing. May; Carsten Dipl.-Wirt. Ing. Rheinsberg (FH); Josef Dipl.-Ing. Schwuger
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2008-03-27
Also published as: WO2008028784A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Synchronkörper (5) einer Schaltkupplung eines Zahnräderwechselgetriebes, wobei der Synchronkörper (5) einen massiven Grundkörper (23) mit einer Innenverzahnung (6) und einen eine Außenverzahnung (7) tragenden Ringteil (43) aufweist, wobei der Ringteil (43) und der Grundkörper (23) form- oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Synchronkörper einer Synchroneinrichtung für Schaltwechselgetriebe, wobei der Synchronkörper eine Innenverzahnung und eine Außenverzahnung aufweist.
Hintergrund der Erfindung
In modernen handgeschalteten Getrieben werden Synchronisiereinrichtungen eingesetzt, um auf komfortable Art ein Schalten zwischen den einzelnen Gangstufen zu ermöglichen. Beim Schaltvorgang wird mittels verschiedener Elemente der Synchronisiereinrichtung die Umfangsgeschwindigkeit eines Gangrads der Umfangsgeschwindigkeit der Getriebewelle angepasst und dann eine formschlüssige Verbindung zwischen Getriebewelle und diesem Gangrad hergestellt. Der Synchronkörper ist dabei ein wichtiges Bauelement der Synchronisiereinrichtung. Durch den Synchronkörper sind die Getriebewelle und die Schiebemuffe der Synchronisiereinrichtung drehfest miteinander verbunden. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass einerseits ein am Innenumfang des Synchronkörpers ausgebildetes Keilprofil als Innenverzahnung mit der Getriebewelle verbunden ist und andererseits die Schiebemuffe auf einer an seinem Außenumfang ausgebildeten Außenverzahnung entlang der Längsmittelachse der Getriebewelle verschiebbar ist. Weiterhin dient der Synchronkörper je nach seiner Ausführung als Anschlags- und Führungselement für Synchronringe bzw. Reibringe.
Der Synchronkörper ist häufig mit in gleichmäßigen Abständen an seinem Außenumfang ausgearbeiteten Aufnahmen für Rastelemente wie Rastbolzen, Rastkugeln oder Druckstücke. Die Rastelemente halten die Schiebemuffe in ihrer Mittelstellung, wenn kein Gangrad geschaltet ist. Dabei sind die Rastelemente unter Federvorspannung in eine Rastnut der Schiebemuffe gepresst, oder das Rastelement wirkt auf ein Druckstück, das wiederum in einer Rastnut der Schiebemuffe aufgenommen ist.
Bei derartigen Synchronisiereinrichtungen dienen die in den Aufnahmen des Synchronkörpers angeordneten Druckstücke während eines Schaltvorgangs zum Vorsynchronisieren, d.h. zur Bewegung des jeweiligen Synchronrings gegen eine Reibfläche des benachbarten Kupplungskörpers oder eines Zwischenrings bei z. B. Mehrfachkonussynchronisationen. Je nach Ausführung der Synchronisiereinrichtung wird das Druckstück entweder direkt oder durch beispielsweise Federn oder durch einen vorgespannten Rastbolzen bzw. eine Rastkugel in eine Rastnut in der Schiebemuffe vorgespannt. Wird die Schiebemuffe zur Gangwahl axial bewegt, so wird über die innere Kontur ihrer Rastnut das Druckstück mit einen Druckende axial gegen den Synchronring geschoben. Der Synchronring wird dadurch gegen die Reibfläche gepresst.
Synchronkörper nach dem Stand der Technik werden entweder spanabhebend oder spanlos gefertigt. Die spanabhebende Fertigung ist aufwändig und teuer. Es werden dabei Rohlinge durch verschiedene spanabhebende Bearbeitungsverfahren in ihre endgültige Form gebracht. Besonders zeit- und kostenaufwändig ist dabei die Gestaltung der Verzahnung und der bereits beschriebenen Aufnahmen für die Rastelemente. Die Aufnahmen werden z. B. durch Räumen oder Bohren aus dem vollen Material des Rohlings ausgearbeitet. Derartige Synchronkörper sind in sehr kompakter und geschlossener Bauweise ausgebildet und haben deshalb einen hohen Material- und Gewichtsanteil. Besonders in der Massenfertigung fallen deshalb hohe Material- und Fertigungskosten an. Vorteilhaft bei derartig ausgebildeten Synchronkörpern ist deren hohe Festigkeit unter Last.
Für die spanlose Fertigung von Synchronkörpern wird als Ausgangsmaterial in der Regel Blech oder Bandmaterial verwendet, das durch Trennen und Umformen in seine bestimmungsgemäße Form gebracht wird. Dabei ist die Dicke des Ausgangsmaterials und dessen Gewicht durch funktionelle Erfordernisse und die erforderliche Festigkeit des Fertigungsteils bestimmt.
Ein Großteil des zur Fertigung eingesetzten Ausgangsmaterials wird tatsächlich zur Bildung der geometrischen Form des Synchronkörpers verwendet und geht nicht durch spanende Ausarbeitung verloren. Ein spanlos gefertigter Synchronkörper enthält somit kaum überflüssiges Material, sondern nur so viel, wie für seine Funktion und Festigkeit erforderlich ist. Ein Synchronkörper dieser gattungsbildenden Art ist in der DE 25 37 495 beschrieben. Dabei ist der Synchronkörper aus zwei an ihren Stirnseiten miteinander verbundenen Blechformteilen gebildet. Die Fügeebene bildet dabei die Quermittelebene des Synchronkörpers. Jedes der Blechformteile ist in einem spanlosen Umformverfahren geformt und bildet jeweils eine Hälfte der Außenverzahnung und der Innenverzahnung sowie des Grundkörpers.
In einem Umformverfahren gefertigte Synchronkörper können in der Massenfertigung sehr material- und zeitsparend hergestellt werden. Die Kosten für ihre Fertigung sind daher gering. Derartig ausgeführte Synchronkörper haben sich bisher wenig durchgesetzt, da unter anderem die Kosten für die Herstellung der Formwerkzeuge hoch sind, und sich erst bei der Fertigung von größeren Stückzahlen rentieren. Außerdem bietet die relativ dünnwandige Ausbildung derartiger Synchronkörper wenig Raum für die Gestaltung komplex ausgebildeter und damit den hohen Anforderungen moderner Synchronisiereinrichtung angepasster Formen. Ferner sind die spanlos hergestellten Synchronkörper bislang nicht in der Lage, die hohen Drehmomente moderner Brennkraftmaschinen zu übertragen.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Synchronkörper zu schaffen, der mit einer geringen Masse behaftet ist, dessen Herstellung wegen des geringeren Aufwands für die Massenfertigung geeignet ist und der trotzdem hohe Drehmomente übertragen kann.
Die Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Grundkörper als Massivbauteil ausgebildet ist und dass die Außenverzahnung separat an einem Ringteil und spanlos hergestellt ist, wobei diese mit dem Grundkörper form- oder stoffschlüssig verbunden ist. Der massive Grundkörper ermöglicht es einerseits, hohe Drehmomente zu übertragen und ist andererseits einfach zu fertigen, da er beispielsweise als Scheibe hergestellt werden kann, welche keine komplexe äußere Geometrie besitzen muss. Die ringteil mit der AUßenverzahnung wird in einem spanlosen Verfahren aus einem Verzahnungsband gefertigt, wobei hier auch aufwändige Geometrien durch Umformverfahren sehr kostengünstig realisiert werden können. Die jeweils einzeln hergestellten Bauteile werden schließlich fest miteinander verbunden. Alternativ ist es auch möglich, den Synchronkörper dreiteilig auszubilden, mit einem Ringteil, welcher aus Bandmaterial hergestellt ist, einem massiven Grundkörper ohne Innenverzahnung als Nabe und einer Innenverzahnung, welche ebenfalls aus Bandmaterial besteht.
In einer Variante der Erfindung besitzt die Außenverzahnung eine Länge, die der Außenumfangskontur des Synchronkörpers entspricht. Das Verzahnungsband bildet in diesem Fall einen Formschluss mit dem Grundkörper, wobei aufgrund der verwendeten Technologie ein Formschluss in Eckbereichen nicht immer vollständig realisierbar ist. Es umfasst als einteiliges Bauteil den Grundkörper zumindest fast vollständig.
Bei vielen Synchronkörpern sind am Außenumfang Druckstückaufnahmen für Druckstücke angeordnet. Ein erfindungsgemäßer Synchronkörper zur Aufnahme von Druckstücken weist die Druckstückaufnahmen im Grundkörper auf, wobei das Verzahnungsband die Kontur der Druckstückaufnahmen aufnimmt, also eine Negativkontur der Druckstückunterseite darstellt, und sich somit in der Synchronisiereinrichtung zwischen Grundkörper und Druckstück befindet. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Außenverzahnung aus nur einem Ringteil gebildet wird und der Formschluss in den Druckstückaufnahmen realisiert wird.
Das Verzahnungsband besitzt im Querschnitt gesehen entweder eine konstante Dicke, oder es gibt einen Zentralbereich als Zentralsteg, in dem die Stärke des Blechs von der der Randbereiche abweicht. Die Breite des Verzahnungsbands kann über den gesamten Umfang konstant sein. In einer Weiterbildung der Erfindung weist jedoch die Außenverzahnung Stegbereiche auf, die nicht profiliert sind und eine geringere Breite als die verzahnten Bereiche aufweisen. Die Außenverzahnung kann an den Grundkörper geschweißt werden oder gefügt werden.
Der Grundkörper besteht aus Massivmaterial und ist gemäß Anspruch 5 bzw. Anspruch 6 vorteilhafterweise geschmiedet oder gesintert. Er ist entweder einteilig aufgebaut, oder er besteht aus mehreren ringförmigen Scheiben, welche eine jeweils unterschiedliche Dicke aufweisen können. Dabei ist eine innere Scheibe mit einer Innenverzahnung versehen, welche mit der Welle kuppelt, und die äußere Scheibe enthält die Aufnahmen für die Druckstücke. Die äußere Scheibe kann auch durch mehrere Scheibensegmente oder durch einen Steg ersetzt werden.
Die Außenverzahnung kann auch unterschiedliche Zahnformen in ihrer Länge, Breite, Höhe oder Form aufweisen. Insbesondere können ein oder mehrere Zähne als Führungszähne ausgebildet sein, die ein Kippspiel bzw. ein Verdrehspiel reduzieren können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Teils einer bekannten Synchronisiervorrichtung,
2a einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Synchronisiervorrichtung,
2b einen Längsschnitt der Synchronisiervorrichtung nach 2a entlang II-II,
2c eine Explosionsdarstellung des Synchronkörpers und des Verzahnungsbandes gemäß 2a,
3a die profilierte Außenverzahnung aus 2a, bevor diese gebogen wird,
3b die rückseitige Ansicht der Verzahnung gemäß 3a,
4a einen Querschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Synchronisiervorrichtung,
4b einen Längsschnitt nach 4a entlang IV-IV,
4c eine Explosionsdarstellung des Grundkörpers mit seiner Außenverzahnung,
5a die Außenverzahnung nach 4a im bereits profilierten Zustand vor dem Biegen und
5b eine rückwärtige Ansicht der Außenverzahnung nach 5a,
6 einen Längsschnitt der Synchronisiervorrichtung nach 4a zusammen mit der Schiebemuffe in einer Endposition.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist mit 1 eine Welle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge bezeichnet, auf welcher zwei Gangräder 2 und 3 frei drehbar gelagert sind. Zwischen diesen beiden Gangrädern 2 und 3 ist eine Synchronisiereinrichtung 4 angeordnet, über welche wahlweise eines der beiden Gangräder 2 oder 3 an die Welle 1 kuppelbar ist. Auf diese Weise wird das Schaltgetriebe in unterschiedliche Übersetzungsstufen geschaltet.
Die Synchronisiereinrichtung 4 weist einen Synchronkörper 5 auf, der mit einer Innenverzahnung 6 drehfest in eine Verzahnung der Welle eingreift. Weiterhin ist der Synchronkörper 5 an seinem äußeren Umfang mit einer Außenverzahnung 7 versehen, in welche Zähne 8 einer Schiebemuffeninnenverzahnung 41 einer Schiebemuffe 9 eingreifen. Im Synchronkörper 5 ist weiterhin ein Druckstück 10 mit einer Druckfeder 11 geführt, das ein kugelförmiges, in Längsrichtung über das Druckstück 10 vorstehendes Rastelement 12 aufnimmt. Das kugelförmige Rastelement 12 ragt dabei aus dem Synchronkörper 5 bis etwa zum Kopfkreis der Außenverzahnung 7 vor. In einer Neutralstellung der Synchronisiereinrichtung 4, in keine der beiden möglichen Gangstufen geschaltet ist und sich somit die beiden Gangräder 2 und 3 frei gegenüber der Welle 1 drehen, greift das Rastelement 12 in eine in der Innenverzahnung 8 der Schiebemuffe 9 ausgebildete Rastnut 13 ein.
Beiderseits des Druckstücks 10 sind Synchronringe 14 und 15 angeordnet, die außen eine Sperrverzahnung 16 und 17 und innen eine Reibfläche 18 und 19 aufweisen. Die Reibflächen 18 und 19 der Synchronringe 14 und 15 wirken zusammen mit entsprechend ausgebildeten Reibflächen 20 und 21, welche am Gangrad 3 sowie einem drehfest mit dem Gangrad verbundenen Kupplungsring 22 ausgebildet sind.
Während eines Schaltvorgangs wird bei einer entsprechenden Sperrsynchronisierung über das Druckstück 10 zunächst während des Ansynchronisierens eine axiale Kraft auf den jeweiligen Synchronring 14 oder 15 ausgeübt, so dass dieser über seine Reibfläche 18 oder 19 von der entsprechenden Reibfläche 20, 21 mitgenommen und gegenüber dem Synchronkörper 5 um einen bestimmten Winkel verdreht wird. In dieser Lage sperrt die Sperrverzahnung 16 eine weitere Verschiebung der Schiebemuffe 9. Diese Sperrwirkung wird erst dann aufgehoben, wenn ein Gleichlauf zwischen dem jeweiligen Gangrad 2 bzw. 3 und der Welle 1 erzielt ist. In diesem Moment wird die Innenverzahnung 8 der Schiebemuffe 9 durch die Sperrverzahnung 16 bzw. 17 hindurch bewegt und gelangt schließlich in den Eingriff in eine Kuppelverzahnung 22a bzw. 22b.
Die 2a bis 2c zeigen einen erfindungsgemäßen Synchronkörper 5, der aus einem Grundkörper 23 und einer Außenverzahnung 7 besteht. Der Grundkörper 23 seinerseits weist eine Innenverzahnung 6 auf, über die er mit der Welle 1 drehfest verbunden ist. Der Grundkörper 23 besteht aus einer äußeren Scheibe 29 und einer inneren Scheibe 28. Die Scheiben 28, 29 weisen nur einfache Strukturierungen auf und grenzen an einem Absatz 24 aneinander. In der äußeren Scheibe 29 sind drei gleichmäßig über den Umfang angeordnete, T-förmige Aufnahmen 27 angeordnet. Die Aufnahmen 27 nehmen Vorsynchronisationselemente wie die Druckstücke 10 auf. Die innere Scheibe 28 weist im Bereich der Aufnahmen 27 Ausnehmungen 30 auf, welche der Form der Aufnahmen 27 jedoch nicht unbedingt angepasst sein müssen.
Die äußere Scheibe 29 weist eine radial gerichtete Außenwand 36 auf, auf der die Außenverzahnung 7 stoffschlüssig durch eine Schweißnaht 26 aufgebracht ist. Die Außenverzahnung 7 besteht aus einem profilierten Verzahnungsband 35, das in drei Bandabschnitte 25 eingeteilt ist. Die Herstellung dieser Bandabschnitte 25 ist sehr kostengünstig, da ebenes Bandmaterial profiliert werden kann (3a) und lediglich gebogen werden muss. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Band rückseitig durch einen Zentralsteg 31 verstärkt. Der Zentralsteg 31 kann nachträglich aufgebracht werden, oder er ist schon vor dem Profilieren bereits vorhanden. An den Zentralsteg 31 schließen sich Randbereiche 32 an, die Durchstellungen 34 aufweisen können. Die Durchstellungen 34 wirken mit Zähnen 8, 8', 8'' oder Gegenanschlägen der Schiebemuffe 9 derart zusammen, dass sie einen Anschlag für diese bilden.
Wie aus den 3a, 3b und 3c hervorgeht, sind in dem Verzahnungsband Ölöffnungen 33 vorgesehen, die vorzugsweise in den Randbereichen 32 angeordnet sind. Sie ermöglichen eine die gezielte Zu- und Abführung von Schmiermittel, so dass Verschleiß und Reibung reduziert werden können. Besonders zweckmäßig ist es in diesem Fall, gelochtes Bandmaterial zu verwenden, wobei die Löcher den späteren Ölöffnungen entsprechen. 3a zeigt das Verzahnungsband, bevor es in seine endgültige Form gebracht wird. Es lassen sich aus dem Blechband verschiedene Profile erzeugen, insbesondere können ausgewählte Zähne als Führungszähne 38 breiter oder höher als die übrigen Zähne ausgebildet werden und somit eine Verdrehsicherung und Verminderung des Verkippens der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewirken. Die einzelnen Zahnabschnitte 40 sind durch Verbindungsstege 39 miteinander verbunden, welche eine geringere Breite als die Zahnabschnitte 40 aufweisen. Endseitig werden die Verbindungsstege 40 nach dem Biegen miteinander verbunden. Im zur Außenverzahnung 7 gebogenen Zustand dienen die Verbindungsstege 39 als Aufnahmen 27 für die Druckstücke.
Die 4a, 4b, 4c und 6 zeigen einen Synchronkörper 5, dessen Außenverzahnung 7 aus mehreren, im Ausgangszustand (5a und 5b) nicht zusammenhängenden Bandabschnitten 35. Die Bandabschnitte weisen die Verzahnung sowie Durchstellungen 34 auf. Die Durchstellungen 34 bilden einen Anschlag für einen verkürzten Zahn 42 der Schiebemuffe, so dass die maximale Auslenkung der Schiebemuffe bezüglich ihrer Mittelstellung vorgegeben ist.

1: Welle
2: Gangrad
3: Gangrad
4: Schaltkupplung
5: Synchronkörper
6: Innenverzahnung
7: Außenverzahnung
8, 8', 8'': Zähne
9: Schiebemuffe
10: Druckstück
11: Druckfeder
12: Rastelement
13: Rastnut
14: Synchronring
15: Synchronring
16: Sperrverzahnung
17: Sperrverzahnung
18: Reibfläche von 14
19: Reibfläche von 15
20: Reibfläche
21: Reibfläche
22: Kupplungsring
22a, 22b: Kuppelverzahnung
23: Grundkörper
24: Absatz
25: Bandabschnitt
26: Schweißnaht
27: Aufnahme
28: innere Scheibe
29: äußere Scheibe
30: Ausnehmung
31: Zentralsteg
32: Randbereich
33: Ölöffnungen
34: Durchstellung
35: Zahnlücke
36: Außenwand
37: Verzahnungsband
38: Führungszähne
39: Verbindungssteg
40: Zahnabschnitt
41: Schiebemuffeninnenverzahnung
42: verkürzter Zahn
43: Ringteil

Claims

Synchronkörper (5) einer Schaltkupplung (4) eines Zahnräderwechselgetriebes, wobei der Synchronkörper (5) eine Innenverzahnung (6) und eine Außenverzahnung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronkörper (5) aus einem die Innenverzahnung (6) aufweisenden Grundkörper (23) und einem separat von diesem hergestellten die Außenverzahnung (7) aufweisenden Ringteil (43) ausgebildet ist, wobei die Außenverzahnung (7) mit dem Grundkörper (23) form- oder stoffschlüssig verbunden ist und der Grundkörper (23) als Massivbauteil und der Ringteil (43) spanlos hergestellt sind.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringteil (43) aus Bandmaterial hergestellt ist.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringteil (43) einteilig aus Bandmaterial hergestellt ist.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringteil (43) aus mehreren Bandabschnitten (25) hergestellt ist.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (23) als Schmiedeteil hergestellt ist.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (23) als Sinterteil hergestellt ist.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (23) und der Ringteil (43) miteinander verschweißt oder gefügt sind.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (23) mehrere, am Umfang verteilte, in Achsrichtung verlaufende Aufnahmen (27) für Druckstücke aufweist.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (27) im Querschnitt des Ringteils (43) gesehen T-förmig ausgebildet sind.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss von Ringteil (43) und Grundkörper (23) in den Aufnahmen (27) für die Druckstücke hergestellt ist.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (23) aus einer inneren (28) und äußeren (29) Scheibe besteht.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringteil (43) an seinem von der Außenverzahnung (7) abgewandten Seite einen Zentralsteg (31) und angrenzende Randbereiche (32) aufweist, wobei der Zentralsteg (31) gegenüber den Randbereichen (32) radial nach innen hervorsteht.
Synchronkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der die Außenverzahnung (7) aufweisende Ringteil (43) in seinen Randbereichen (32) radial verlaufende Ölöffnungen (33) aufweist.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der die Außenverzahnung (7) aufweisende Ringteil (43) Durchstellungen (34) aufweist.
Synchronkörper (5) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchstellungen (34) benachbarte Zähne (8, 8') miteinander verbinden.
Synchronisiereinrichtung mit einer eine Schiebemuffeninnenverzahnung (41) aufweisenden Schiebemuffe und einem Synchronkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffeninnenverzahnung (41) Zahnlücken (35) aufweist, welche mit den Durchstellungen (34) korrespondieren und dass in den Zahnlücken (35) zumindest ein Anschlag (37) angeordnet ist.