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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schiebemuffe für eine Synchronisiereinrichtung mit einem Ringkörper, welcher eine Innenverzahnung aufweist, und einem Trägerkörper, welcher den Ringkörper radial umgibt und axial mit Einfassungen fixiert.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf das Anwendungsgebiet Synchronisiereinheiten für Fahrzeuggetriebe mit Synchronkörpern und Schiebemuffen. Die Synchronkörper weisen normalerweise eine in Längsrichtung einer Getriebewelle ausgerichtete äußere Verzahnung oder ein ähnlich gestaltetes Keilprofil auf. In diese äußere Verzahnung der Synchronkörper greift eine innere Verzahnung bzw. ein Keilprofil der Schiebemuffe ein. Die Schiebemuffe ist dabei konzentrisch zum Synchronkörper und auf diesem längs verschiebbar angeordnet. Die Schiebemuffen und die Synchronkörper sind aufgrund ihrer Verzahnung auf den üblichen, spanabhebenden Wegen nur sehr zeit- und kostenintensiv herzustellen. Daher gewinnen Verzahnungen, die in einem Umformprozess ohne wesentliche Zerspanarbeit gefertigt sind, zunehmend für die Herstellung von Kraftfahrzeugteilen an Bedeutung. Letztere Verzahnungen zeichnen sich durch ein geringes Gewicht der geformten Teile, der besseren Ausnutzung bzw. Einsparung von Material bei ihrer Fertigung und durch kürzere Zeiten für ihre Herstellung im Vergleich den durch spanabhebende Verfahren hergestellte Verzahnungen aus.
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Die Verzahnung weist in der Regel die bekannten Merkmale einer Verzahnung an Schiebemuffen, wie dachartig angespitzte Zähne, hinterschnittene Zahnflanken, radiale Rastvertiefungen oder ähnliches auf. Unter Verzahnung und Zähnen sind in der Erfindung alle Arten und Ausführungen von Keilen, Keilprofilen, Klauen, Kerbverzahnungen usw. zu verstehen, die für eine formschlüssige Verbindung zum Übertragen von Drehmomenten geeignet sind. Dabei sind die Flanken der Zähne längs zur Rotationsachse des hohlzylindrischen Körpers ausgerichtet, wobei die Rotationsachse des Körpers mit der Verzahnung der Rotationsachse der Schiebemuffe entspricht.
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Die
DE 25 37 495 beschreibt eine Verzahnung, die in ein relativ dünnwandiges Blech eingeformt wird und dabei ein wellenartig ausgebildetes Keilprofil bildet. Das wellenartige Keilprofil kann durch Durchstellen des Blechs gebildet sein. Dabei ist das Blech pro zu erzeugendem Keil ausgehend von einer gedachten, neutralen Linie in eine Richtung, in diesem Fall nach außen, durchgestellt, um einen Zahn zu bilden. Die neutrale Linie verläuft dabei in etwa durch den Zahnfuß von einem Zahn zum anderen. Das einzelne Profil eines jeden Zahns der Verzahnung ist dadurch, im Querschnitt gesehen, durch ein einseitig offenes Hohlprofil gebildet. Dabei weist die Innenseite des Hohlprofils in der Regel die um die Blechdicke reduzierte Negativform der Zahnkontur auf.
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Eine Lösung dieses Problems ist in der
DE 10 2006 061 403 A1 vorgeschlagen worden: Um ein Aufbrechen der Verbindung an dem Anteil des Zahnprofils, der in die Kupplungsverzahnung eingreift, zu verhindern und dabei insbesondere die Spannungen in den profilierten Hohlkörper einerseits nicht zu hoch werden zu lassen, andererseits ein besonders leichtes Getriebebauteil zu schaffen, weist die dort vorgestellte Schiebemuffe einen einteiligen sowie umfangsseitig geschlossenen Stützring aus Kunststoff auf. Der Stützring ist auf dem mit der Verzahnung profilierten hohlzylindrischen Körper befestigt. Dabei ist die Verzahnung in den Stützring eingepresst, alternativ eingelegt und dabei mit dem Stützring verschweißt. Nachteilig ist, dass sich die Montage der Verzahnung in der Bandage schwierig gestaltet.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine durch spanlose Formgebung gefertigte Verzahnung mit einem Trägerkörper als Bandage zu schaffen, welche ein geringes Gewicht aufweist, einfach zu fertigen ist und hohen Belastungen standhält.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 durch eine Schiebemuffe für eine Synchronisiereinrichtung mit einem Ringkörper gelöst, welcher eine Innenverzahnung aufweist, und mit einem Trägerkörper, welcher den Ringkörper radial umgibt und axial mit Einfassungen fixiert, wobei die Einfassungen Führungsfasen aufweisen.
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Durch die Führungsfase lässt sich der Ringkörper leichter über den Bandagenrand des Trägerkörpers verschieben und danach an diesem verrasten. Die Herstellung der Schiebemuffe ist damit vereinfacht. Die Fase erstreckt sich vorzugsweise umlaufend an der Einfassung.
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Ist die Einfassung nicht ringförmig geschlossen, sondern weist Unterbrechungen auf, sind die einzelnen Abschnitte weniger verwindungssteif, so dass ein Aufschieben des Ringkörpers mit der Verzahnung noch leichter möglich ist.
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Die Verzahnung kann aus einem oder aus mehreren Bogensegmenten ausgebildet sein. Die Bogensegmente werden spanlos durch Kaltumformen, beispielsweise durch Prägen, hergestellt und durch den Trägerkörper zumindest axial fixiert. Die Bogensegmente aus Blech ermöglichen eine komplexe Formgebung der Zähne bei geringen Fertigungskosten.
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Eine einteilige Verzahnung aus Blech wird nach dem Profilieren kreisrund gebogen sowie dabei an ihren Enden zusammengeführt. Die Enden der Verzahnung sind aneinander befestigt, so dass ein umfangsseitig geschlossener und belastbarer Ring entsteht. Dazu sind sie miteinander verschweißt. Im Verbindungsbereich der Enden, der keine Verzahnung aufweist, oder stattdessen oder zusätzlich an anderer Stelle am Umfang kann das Bandmaterial axial verbreitert oder eingekerbt sein. Der Überstand oder die Kerbe ermöglicht mit einem entsprechenden Gegenstück in dem Trägerbauteil einen Formschluss, der eine Montage in einem vorbestimmten Winkel erlaubt.
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Die Verzahnung ist in ihrem Ausgangszustand aus einem Blechstreifen ausgebildet. Eine besonders vorteilhafte Form der Zähne ist eine Trogform. Dabei weist die Öffnung des Trogs vom radial nach innen oder außen weisenden Kopf des Zahns weg. Die Zähne sind also stirnseitig an ihren Zahnspitzen mit Dachschrägen vollständig geschlossen. Die Dachschrägen müssen dabei nicht notwendigerweise spitz zulaufen, um die Zahnspitzen zu bilden; vielmehr bezeichnet Zahnspitze die Punkte, die am weitesten von der früheren Ebene des Blechstreifens entfernt sind. Weiterhin weist die Verzahnung die bekannten Merkmale, wie dachartig angespitzte Zähne, hinterschnittene Zahnflanken, radiale Rastvertiefungen oder Ähnliches auf. Unter Verzahnung und Zähnen sind in der Erfindung alle Arten und Ausführungen von Keilen, Keilprofilen, Klauen, Kerbverzahnungen usw. zu verstehen, die für eine formschlüssige Verbindung zum Übertragen von Drehmomenten geeignet sind und die zur Vereinfachung der Beschreibung unter dem Begriff Verzahnung zusammengefasst sind. Dabei sind die Flanken der Zähne längs mit der Rotationsachse des hohlzylindrischen Körpers ausgerichtet, wobei die Rotationsachse des Körpers mit der Verzahnung der Rotationsachse einer Schiebemuffe entspricht.
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Mit einer Ausgestaltung ist der Trägerkörper einteilig sowie umfangsseitig geschlossenen ausgebildet. Der hohlzylindrische Abschnitt ist außen zumindest durch eine zylindrische Mantelfläche begrenzt. Innen umgreift der ringförmige Abschnitt das äußere Umfangsprofil. Die Wanddicke des ringförmigen Abschnitts entspricht mindestens der Zahnhöhe eines der Zähne der Verzahnung, wobei die Zahnhöhe die halbe Differenz aus dem größten Durchmesser des Fußkreises und aus dem kleinsten Durchmesser des Kopfkreises der höchsten Zähne der Verzahnung ist.
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Der Trägerkörper ist entweder ein zu der Schaltgabelführung separates Teil, oder der Trägerkörper ist einteilig mit der Schaltgabelführung ausgebildet. So ist mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schaltgabelführung eine in den Trägerkörper geformte sowie radial nach außen geöffnete Ringnut ist.
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Die Verzahnung ist mittels des am Umfang geschlossen ausgeführten Trägerkörpers bandagiert und stützt sich unter hohen Belastungen an diesem ab. Dem einteilig mit der Schaltgabel ausgebildeten Abschnitt schließt sich radial außen wenigstens ein zumeist rotationssymmetrisch ausgebildeter Wandabschnitt des Trägerkörpers an, in den die Ringnut für die Schaltgabelführung eingebracht ist. Das sich längs der Ringnut anschließende und sich längs vorzugsweise bis zu den Stirnseiten der Verzahnung erstreckende Material des Trägerkörpers unterstützt die Stützwirkung.
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Die Schiebemuffe gemäß Erfindung ist sehr kompakt ausgeführt. Es sind sowohl Schiebemuffen mit kleinen Außendurchmessern und hoher Stabilität herstellbar, da ein Großteil des stützenden Materials des Trägerkörpers sich längs an die Ringnut anschließt und somit, verglichen mit dem bisherigen Stand der Technik kaum oder nur geringfügig mehr radialer Bauraum durch die Schiebemuffe beansprucht ist, als auch Schiebemuffen mit großen Außendurchmessern, wobei hier durch die Mehrteiligkeit im Verhältnis der Bauraumzuwachs noch geringer ist. Durch das Abstützen am Trägerkörper sind auch Bleche mit geringer Blechdicke für die Herstellung der Verzahnung einsetzbar.
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Die Verzahnung ist in den Trägerkörper eingepresst oder alternativ eingelegt und dabei mit dem Trägerkörper verschweißt. Der Presssitz ist alternativ durch Schweißen oder Verstemmen der Teile aneinander gesichert. Die Schweißnaht bzw. die Schweißnähte der Schweißverbindung(en) verlaufen bevorzugt in Umfangsrichtung umlaufend sowie vorzugsweise an einer oder an beiden in die Längsrichtungen der Rotationsachse gewandten Stirnseiten der Schiebemuffe. Die Schweißverbindungen sind Verbindungen aus der Anwendung aller geeigneten Schweißverfahren, jedoch insbesondere aus der Anwendung des Laserschweißens und des Kondensator-Entladungsschweißens. Eine Fixierung kann aber alternativ unterbleiben, wenn die Verzahnung durch den Trägerkörper geführt ist.
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Schließlich ist mit einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Verbindung der Enden der Bogensegmente an den Schnittkanten des Blechstreifens tangential oder in Umfangsrichtung entlastet ist. Dazu sind die Enden des Blechstreifens vorzugsweise mittels Fügetechniken wie durch den Kraft-Formschluss in einer oder mehrerer sogenannter Schlossverbindung(en) oder Schweißverbindung(en) bzw. mittels Kombinationen dieser Techniken aneinander befestigt. Die Schlossverbindung ist durch das tangentiale bzw. umfangsseitige Einhaken formschlüssig miteinander korrespondierender Elemente an den Enden des Blechstreifens gebildet (z. B. in der Form einer Schwalbenschwanzverbindung). Diese Verbindungen sind ggf. durch Prägungen oder Verstemmen bzw. durch Schweißen gesichert. Derartige Verbindungen entfallen alternativ dazu ganz. Die Bogensegmente sind in diesem Fall in den Trägerkörper eingepresst, eingelegt und/oder mit dem Trägerkörper verschweißt bzw. verstemmt. Die Enden liegen nur auf Stoß aneinander. Die Werkzeuge für den Zuschnitt des Blechstreifens sind vereinfacht, der Arbeitsgang des Verbindens der Enden entfällt in diesem Fall generell.
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Der Trägerkörper ist ein Umformteil, das kalt umgeformt, vorzugsweise durch Walzen oder Rollieren, hergestellt ist. Vor dem Umformen sind die kalt zu bearbeitenden Rohlinge maximal auf eine Temperatur bis zu 120°C erwärmt. Der Rohling, aus dem der Ring mit einer Schaltgabelführung gewalzt ist, ist bevorzugt ein Schmiederohling. Nach dem Formen ist jede der die Ringnut der Schaltgabelführung begrenzenden Seitenwand um einen Winkel von 2° bis 3° von einer radialen und der Symmetrieebene der Ringnut gleichen oder parallelen Eben seitlich zur Stirnseite der Schiebemuffe weg geneigt, d. h. der Querschnitt der Ringnut nimmt im Längsschnitt der Schiebemuffe betrachtet in radiale Richtung nach außen zu. Diese Schrägstellung der Wände verbleibt an der fertigen Schiebemuffe und trägt ggf. zu einer sinnvollen Führung und Zentrierung der in die Ringnut eingreifenden Enden der Schaltgabeln bei. Alternativ dazu sind die Wände so spanabhebend nachgearbeitet, dass sie zueinander parallel ausgerichtet sind.
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Die Erfindung ermöglicht weiterhin den Einsatz eines Trägerkörpers aus Kunststoff wie beispielsweise PA46, wodurch die Masse ganz erheblich reduziert wird. Die Kunststoffträgerkörper können dabei durch die üblichen Kunststoffbearbeitungstechniken wie beispielsweise Spritzgießen oder andere Urformverfahren hergestellt werden.
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Die Schiebemuffe ist durch Fügen der Einzelteile und ggf. dem anschließenden Härten im wesentlichen fertig gestellt. Alternativ dazu ist vorgesehen, dass die Zähne der Verzahnung an der Schiebemuffe nach dem Befestigen der Schaltgabelführung auf der Verzahnung durch Kalibrieren und dabei unter Umständen auch nach dem Härten maßgenau zueinander ausgerichtet sind.
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Besonders vorteilhaft an dieser Ausbildungsform der Verzahnung ist ein geringer Umformgrad des Materials, wodurch eine hohe Lebensdauer erzielt wird, eine hohe Elastizität und ein geringes Gewicht, da durch die gleich bleibenden Wandstärken die Ausgangsdicke des Bandmaterials optimal dem Anwendungszweck angepasst werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schiebemuffe in Schrägaufsicht,
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2 eine perspektivische Ansicht des profilierten Blechstreifens als Bogensegment,
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3 alle Bogensegmente, die zusammen die Verzahnung bilden,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schiebemuffe mit einem einteiligen Verzahnungsringkörper,
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5 einen vergrößerten Teil der Verzahnung aus 4.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Schiebemuffe 1. im wesentlichen ist die Schiebemuffe 1 um die Rotationsachse 1a rotationssymmetrisch ausgebildet und besteht aus einem Muffenkörper als Trägerkörper 16 und einer Verzahnung 2 mit einem Keilprofil 13. Die Verzahnung 2 ist durch mehrere, zu Bögen gebogene Blechstreifen 3 gebildet. Vormals sind die Blechstreifen 3 eben und gerade, werden dann profiliert und auf eine bestimmte Länge, den zukünftigen Bogen, geschnitten, wobei Enden 13, 15 (2) entstehen. Die Enden 13, 15 sind aufeinander zu gebogen. Die Stirnseiten 11, 12 der Verzahnung 2 sind jeweils von einem ringförmigen, sich an die Zähne 5 anschließenden Rand 6, 7 des Trägerkörpers 16 abgeschlossen. Diese Ränder 6, 7 weisen jedoch nicht radial weiter nach innen als der Zahnfuß, damit eine ungestörte Axialbewegung möglich ist. Die Bogensegmente 4 sind in den Trägerkörper 16 eingelegt und mit diesem verschweißt. Die Ränder 6 und 7 sind umfangsseitig geschlossen ausgeführt.
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2 und 3 zeigen, dass die Verzahnung 2 aus genau drei Bogensegmenten 4 besteht, die sich gemeinsam zu einem Vollkreis ergänzen, wenn ihre Enden 15 aneinander stoßen. Die Bogensegmente 4 sind mit hinterschnittenen Zähnen 5 versehen, deren Zahnspitzen 8 sich über die vollständige Breite b des Blechstreifens 3 erstrecken. Dabei sind die Zahnspitzen 8 der Zähne 5 durch Dachschrägen 9 vollständig geschlossen. Ein Zahn weist als Riegelnutzahn 10 eine Rastvertiefung 19 für den Eingriff eines nicht dargestellten Druckstücks auf. Die Zähne 5 sind voneinander durch Zahnlücken 14 getrennt.
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4 zeigt eine weitere Schiebemuffe mit einem eine einteilige Verzahnung 2 radial abstützenden Trägerkörper 16. Der Trägerkörper 16 ist aus Kunststoff geformt und umfangsseitig geschlossen ausgeführt. Er weist radial nach außen gerichtet zwei Ringe 17 auf, die eine nutartige Schaltgabelführung 18 für den Eingriff einer nicht dargestellten Schaltgabel bilden. Die Ränder 6, 7 bilden Einfassungen 25 für die Verzahnung 2 und stehen radial um die Breite des Blechstreifens 3 hervor, so dass dieser axial von den Randinnenseiten 21 formschlüssig eingefasst und abgestützt wird. Der Rand 7 bildet eine Einfassung 25 und ist mit einer Führungsfase 26 versehen, der eine leichtere Montage des Ringkörpers mit der Verzahnung 2 erlaubt. Zur umfangsgerichteten Positionierung der Verzahnung 2 weist diese Einkerbungen 24 auf, die mit Axialvorsprüngen 23 des Trägerkörpers 16 einen Formschluss bilden.
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5 zeigt einen Schwalbenschwanzverbund der zu einem Ring gebogenen Verzahnung 2. Im Bereich der Enden 13, 15 der Verzahnung 2 weist der Blechstreifen 11 stirnseitige Einkerbungen 24 auf, die zur winkelabhängigen Positionierung genutzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schiebemuffe
- 1a
- Rotationsachse
- 2
- Verzahnung
- 3
- Blechstreifen
- 4
- Bogensegment
- 5
- Zahn
- 6
- Rand
- 7
- Rand
- 8
- Zahnspitzen
- 9
- Dachschrägen
- 10
- Riegelnutzahn
- 11
- Stirnseite
- 12
- Stirnseite
- 13
- Ende
- 14
- Zahnlücke
- 15
- Ende
- 16
- Trägerkörper
- 17
- Ring
- 18
- Schaltgabelführung
- 19
- Rastvertiefung
- 20
- Auflagefläche
- 21
- Randinnenseite
- 22
- Steg
- 23
- Axialvorsprung
- 24
- Einkerbung
- 25
- Einfassung
- 26
- Führungsfase
- b
- Breite Blechstreifen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2537495 [0004]
- DE 102006061403 A1 [0005]
