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Die Erfindung betrifft ein Kupplungselement mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Aus
WO 2011/041811 A1 ist ein gesintertes ringförmiges Kupplungselement mit einem Kupplungskörper und einer Kupplungsverzahnung bekannt. Der dort beschriebene Kupplungsring ist Bestandteil eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge und wirkt mit einer Schaltmuffe zusammen. Hierzu sind die Zähne der Kupplungsverzahnung derart ausgebildet, dass sie entlang der Axialrichtung des Kupplungsringes in eine Gegenverzahnung der Schaltmuffe einkuppeln und eine Kraftübertragung zwischen der Kupplungsverzahnung und der Gegenverzahnung in Umfangsrichtung bzw. Drehrichtung des Kupplungsringes und der Schaltmuffe realisiert wird. Hierbei sind die Kupplungsverzahnung des Kupplungsringes und die Gegenverzahnung der Schaltmuffe hohen mechanischen Kräften ausgesetzt. Diese mechanischen Kräfte sind bei der Formgebung der Kupplungsverzahnung während der Herstellung des Kupplungselementes zu berücksichtigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines gesinterten Kupplungselementes zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
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Gemäß Patentanspruch 1 weist das Kupplungselement aus Sinterwerkstoff einen ringförmigen Kupplungskörper und eine Kupplungsverzahnung auf. Die Kupplungsverzahnung ist derart ausgebildet, dass sie ein axiales Einkuppeln in eine Gegenverzahnung eines mit dem Kupplungselement zusammenwirkenden Bauteiles ermöglicht. Die Kupplungsverzahnung weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung aneinander gereihten Zähnen auf. Sie können am Außenumfang des Kupplungskörpers (Außenverzahnung, z. B. Kupplungsring, Synchronring) oder am Innenumfang des Kupplungskörpers (Innenverzahnung, z. B. Schaltmuffe) angeordnet sein. Mindestens ein Zahn, vorzugsweise jedoch sämtliche Zähne, ist bzw. sind derart ausgebildet, dass der Zahn eine Zahnstirn und zwei sich daran entlang der Axialrichtung anschließende Seitenflanken aufweist.
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Zwei in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarte Zähne sind durch eine Zahnlücke voneinander beabstandet. Die Zahnlücke weist am Umfang des Kupplungskörpers, d. h. im Bereich des Fußkreises, eine Lückenfläche auf, welche relativ zur Axialrichtung in einem Neigungswinkel geneigt angeordnet ist.
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Diese geneigte Fläche im Bereich des Fußkreises unterstützt eine effiziente Betriebsweise eines geeigneten Werkzeugs beim Herstellen des Kupplungselementes. Insbesondere können die Lückenflächen prozesstechnisch einfach bearbeitet werden (z. B. Kalibrieren oder Nachverdichten nach dem Sintern), indem axiale Bewegungen des Werkzeugs und entsprechende Druckkräfte über relativ zur Axialrichtung schräg bzw. geneigt angeordnete Werkzeugflächen auf die Lückenflächen übertragen werden. Die geneigten Lückenflächen können deshalb mit einer einfachen, axial beweglichen Werkzeugkonstruktion effizient hergestellt oder bearbeitet werden. Eine geeignete Werkzeugkonstruktion weist z. B. eine Matrize zur Aufnahme des Kupplungselementes und einen mit der Matrize zusammenwirkenden Stempel auf. Matrize und Stempel können in Axialrichtung gegeneinander bewegt werden und trotzdem Oberflächenbereiche der Lückenfläche wirksam bearbeiten, da die Lückenfläche nicht exakt parallel zur Axialrichtung angeordnet ist. Außerdem trägt die Neigung der Lückenflächen dazu bei, dass neben diesen Lückenflächen selbst gleichzeitig noch weitere Oberflächenbereiche des Kupplungselementes, insbesondere der Kupplungsverzahnung, während derselben axialen Werkzeugbewegung bearbeitet werden können. Weiterhin bewirkt die Neigung der Lückenflächen, dass Werkzeugteile (z. B. ein axialer Stempel) von den bearbeiteten Lückenflächen ohne einen axialen Gleitkontakt entfernt werden kann. Auf diese Weise können unerwünschte Beeinflussungen der Oberfläche der Kupplungsverzahnung beim Entfernen des Werkezugs technisch einfach vermieden werden.
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Die vorgenannten Vorteile gelten analog für weitere Oberflächenbereiche der Kupplungsverzahnung, wie z. B. für relativ zur Axialrichtung geneigt verlaufende Zahn-Seitenflanken bzw. Hinterlegungen an diesen Seitenflanken. So können hierdurch auch etwaige Rissbildungen einzelner Oberflächenbereiche des Kupplungselementes, insbesondere im Bereich der Verzahnung (z. B. an den Seitenflanken und/oder der Lückenfläche), zuverlässig vermieden werden, wodurch der Ausschuss-Anteil bei der Herstellung der Kupplungselemente sinkt. Beispielsweise werden Rissbildungen beim Verdichten von Seitenflanken, insbesondere beim Verdichten von Hinterlegungen im Bereich der Seitenflanken, der Zähne vermieden.
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Das Verfahren zur Herstellung des Kupplungselementes enthält mindestens die folgenden Verfahrensschritte:
- – Pressen des Sinterpulvers zu einem Grünteil,
- – Sintern des Grünteiles,
- – Kalibrieren des gesinterten Kupplungselementes; hierbei werden zumindest einzelne Oberflächenbereiche (z. B. Lückenflächen und/oder Zahn-Seitenflanken) der Kupplungsverzahnung nachverdichtet.
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Weitere Verfahrensschritte vor, zwischen oder nach den genannten Verfahrensschritten können in bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen sein. Das Pulvermaterial wird vorzugsweise in Axialrichtung des zukünftigen Kupplungselementes zunächst zu einem Grünteil gepresst. Dabei sind die Lückenflächen und gegebenenfalls weitere Bereiche der Kupplungsverzahnung (insbesondere die Zahn-Seitenflanken) des Grünteiles entweder parallel zur Axialrichtung oder bereits geneigt zur Axialrichtung angeordnet.
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Wie bereits erwähnt, enthält eine konstruktiv einfache Werkzeugkonstruktion zum Kalibrieren vorzugsweise eine Matrize zur Aufnahme des gesinterten Kupplungselementes und einen Stempel, der in Axialrichtung des Kupplungselementes mit der Matrize zusammenwirkt. Die in Axialrichtung gegeneinander bewegten Werkzeugteile bewirken die Presskräfte zur Kalibrierung und gegebenenfalls lokalen Verdichtung der Kupplungsverzahnung.
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Ganz allgemein erfolgt eine lokale Verdichtung der Kupplungsverzahnung (insbesondere der Lückenflächen und/oder der Hinterlegungen an den Zahn-Seitenflanken) mittels eines geeigneten Werkzeuges, welches an den Zähnen entsprechend positioniert und nach dem Verdichten wieder von den Zähnen entfernt wird. Hierbei unterstützt der Neigungswinkel der Lückenfläche Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Kupplungselement sowie eine Beaufschlagung der Kupplungsverzahnung bzw. der Zähne derart, dass eine etwaige Bildung von Rissen im Material der Kupplungsverzahnung oder angrenzenden Bereichen des Kupplungselementes ohne zusätzliche technische Maßnahmen zuverlässig vermieden wird.
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Insbesondere sind auch die Seitenflanken der Zähne bzw. deren Hinterlegungen relativ zur Axialrichtung geneigt angeordnet und unterstützen hierdurch eine Herstellung des Kupplungselementes mit den vorgenannten Vorteilen, insbesondere der Vermeidung einer etwaigen Rissbildung im Material ohne zusätzliche technische Maßnahmen.
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Eine Verdichtung einer Seitenflanke bzw. ihrer Hinterlegung und der Lückenfläche erfolgt vorzugsweise, nachdem das noch nicht fertige Kupplungselement aus einem Pulver zu einem Grünteil gepresst und danach als Grünteil gesintert worden ist. Am Grünteil sind die Zahn-Seitenflanken und/oder die Lückenflächen entweder etwa parallel zur Axialrichtung angeordnet oder sie weisen bereits einen zur Axialrichtung geneigten Verlauf auf. Spätestens beim Kalibrieren oder Nachverdichten entsteht die Neigung der Lückenfläche und gegebenenfalls auch der Hinterlegung relativ zur Axialrichtung.
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Die genannten Hinterlegungen sind vorzugsweise an einzelnen oder sämtlichen Seitenflanken der Zähne vorhanden. Die Hinterlegungen können z. B. am fertigen Kupplungselement durch Rollieren, radiales Formen oder ein sonstiges plastisches Umformen an den Seitenflanken zusätzlich mechanisch geformt bzw. mit einem Oberflächenrelief ausgestattet werden. Die Hinterlegung verläuft entweder geneigt zur Axialrichtung oder parallel zur Axialrichtung.
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Die Hinterlegung ist vorzugsweise als Flächenausnehmung oder Flächenabschnitt an der Seitenflanke gebildet. In einer weiteren Ausführungsform besteht die Hinterlegungs-Fläche aus der Seitenflanke. Die Kupplungsverzahnung des Kupplungselementes ist insbesondere eine Geradverzahnung.
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Das Kupplungselement ist aus Sinterwerkstoff bzw. Sintermetall hergestellt. Vorzugsweise erfolgt die Herstellung pulvermetallurgisch, insbesondere aus Sintereisen oder Sinterstahl.
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Vorzugsweise ist der Neigungswinkel der Lückenfläche ausgewählt aus einem Bereich mit einem oberen Grenzwert von 30°, weiter bevorzugt 15° und insbesondere 5°. Eine Realisierung größerer Neigungswinkel erfordern einen größeren Aufwand bei der Herstellung der Kupplungselemente, bietet aber gleichzeitig keinen wesentlichen zusätzlichen Vorteil für die erforderliche Qualität des gesinterten Kupplungselementes.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lückenfläche in Axialrichtung derart geneigt, dass ein der ersten Stirnseite des Kupplungskörpers (oder der Zahnstirn der Zähne) zugewandter Flächenabschnitt der Lückenfläche einen größeren radialen Abstand zur Mittellängsachse des Kupplungskörpers aufweist als ein der zweiten Stirnseite des Kupplungskörpers zugewandter Flächenabschnitt der Lückenfläche. Mit anderen Worten ist die Lückenfläche in einem der ersten Stirnseite axial zugewandten Flächenabschnitt bezüglich der Mittellängsachse radial weiter außen angeordnet, während die Lückenfläche in einem der ersten Stirnseite axial entfernten Flächenabschnitt bezüglich der Mittellängsachse radial weiter innen angeordnet ist. Diese geometrische Ausrichtung der Lückenfläche unterstützt eine einfache Handhabung und Positionierung eines geeigneten Werkzeugs zur Herstellung der Kupplungsverzahnung und/oder zur Realisierung einer lokalen Oberflächenverdichtung im Bereich der Kupplungsverzahnung (z. B. an den Lückenflächen, an den Seitenflanken der Zähne, insbesondere an Hinterlegungen).
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Die Zahnstirn eines Zahnes ist insbesondere derart angeordnet, dass sie der ersten Stirnseite des Kupplungskörpers zugewandt ist, während sich die an die Zahnstirn anschließenden Seitenflanken axial zwischen der ersten Stirnseite und einer axial entgegengesetzten zweiten Stirnseite des Kupplungskörpers erstrecken. Die Stirnseiten können als in jeweils einer Radialebene einliegende Flächen des Kupplungskörpers ausgebildet sein. Die axiale Erstreckung eines Zahnes kann unterschiedlich ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführung hat er eine axiale Erstreckung, welche dem Axialabstand zwischen beiden Stirnseiten entspricht. Dabei kann der Zahn genau in dem Axialabstand zwischen beiden Stirnseiten positioniert sein. In weiteren Ausführungen ragt der Zahn über mindestens eine der beiden Stirnseiten axial hinaus.
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Vorzugsweise ist die Lückenfläche Bestandteil der Oberfläche einer Ausnehmung an dem die Zähne tragenden Umfang des Kupplungskörpers. Diese Ausnehmung bewirkt eine mechanische Spannungen reduzierende Geometrie im Bereich der Kupplungsverzahnung, erhöht folglich die mechanische Festigkeit der Zähne und wirkt gleichzeitig materialsparend bei der Herstellung der Kupplungsverzahnung. Insbesondere ist die Festigkeit der Zähne gegen angreifende Drehmomente während des Betriebes des Kupplungselementes erhöht. Hierdurch kann vorteilhaft die Geometrie des gesamten Kupplungselementes in Radialrichtung kleiner dimensioniert werden, so dass das Kupplungselement volumensparend auch bei beengten Raumverhältnissen eingesetzt werden kann.
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Die mechanische Festigkeit der Zähne wird weiter verbessert, indem die Lückenfläche bzw. die Ausnehmung entlang der Umfangsrichtung vorzugsweise einen gebogenen Verlauf aufweist. Insbesondere ist der gebogene Verlauf kreisbogenförmig, so dass das geometrische Profil eines entsprechenden Press- und/oder Formwerkzeuges zur Herstellung der Lückenfläche am Umfang des Kupplungskörpers verhältnismäßig einfach und somit kostengünstig bleiben kann.
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Um eine gewünschte mechanische Festigkeit zu erzielen, kann der Radius der im Querschnitt kreisbogenförmigen Lückenfläche entsprechend dimensioniert werden. Dabei wird der Radius vorteilhaft in Abhängigkeit von dem Durchmesser des die Zähne tragenden Kupplungskörper-Umfanges und/oder von dem sogenannten Modul (Teilkreisdurchmesser im Verhältnis zur Anzahl der Zähne) dimensioniert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Lückenfläche kegelstumpfförmig ausgebildet. Diese Lückenfläche unterstützt mit einer einfach zu fertigenden Geometrie die gewünschte Festigkeit der Zähne. Außerdem kann diese Geometrie einen zuverlässigen axialen Eingriff zwischen der Kupplungsverzahnung und der Gegenverzahnung eines korrespondierenden Bauteiles erleichtern.
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Die vorzugsweise kegelstumpfförmige Ausrundung der Lückenfläche am Fußkreis der Kupplungsverzahnung bietet insbesondere dann eine einfache Geometrie zur Reduzierung mechanischer Spannungen, wenn die Oberfläche einer Seitenflanke des Zahnes oder die Oberflächen von zwei einander zugewandten Seitenflanken zweier benachbarter Zähne relativ zur Axialrichtung geneigt verlaufen. Entsprechendes gilt für Hinterlegungs-Flächen an den Seitenflanken. In all diesen Fällen wirkt die ausgerundete Lückenfläche als mechanisch stabilisierende Verbindung zwischen den einander zugewandten Seitenflanken bzw. Hinterlegungen benachbarter Zähne.
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In einer bevorzugten Ausführung bildet zumindest ein Abschnitt bzw. ein Teil der Kupplungsverzahnung (insbesondere Zahnstirn und/oder Hinterlegung und/oder Lückenfläche) eine lokale Verdichtung auf, deren Dichte höher ist im Vergleich zu der mittleren Dichte des gesamten Kupplungselementes.
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Insbesondere handelt es sich bei der lokalen Verdichtung um einen Bereich mit größerer Oberflächendichte im Vergleich zur Oberflächendichte von benachbart angeordneten Oberflächenbereichen des Kupplungselementes oder der Kupplungsverzahnung. Mit anderen Worten weist beispielsweise eine Seitenflanke bzw. eine Hinterlegung oder eine Lückenfläche eine lokal verdichtete Randschicht auf, deren Dichte größer ist als in den Randschichten anderer Bereiche des Zahnes und/oder der übrigen Kupplungsverzahnung. Die Dichte der lokalen Verdichtung ist insbesondere größer als die mittlere Dichte des gesamten Kupplungselementes. Somit unterstützen die verdichteten Seitenflanken bzw. Hinterlegungen eine größere Festigkeit und somit eine längere Lebensdauer des Kupplungselementes im Betrieb.
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Die höhere Dichte der Seitenflanke bzw. der Hinterlegung wird insbesondere durch lokales Verdichten nach dem Sintern realisiert. Beispielsweise erfolgt dieses lokale Nachverdichten mittels eines axialen oder radialen Nachpressens oder Kalibrierens nach dem Sintern des Kupplungselementes.
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Auch weitere Bereiche der Kupplungsverzahnung, insbesondere die Lückenflächen und/oder die Zahnstirn der Zähne, können wie vorbeschrieben nachverdichtet werden, um die mechanische Festigkeit der Kupplungsverzahnung zu verbessern. Dabei erfolgt die lokale Verdichtung der verschiedenen Bereiche der Kupplungsverzahnung vorzugsweise gleichzeitig in einem einzigen Verfahrensschritt, z. B. mittels eines Stempels, der in Axialrichtung relativbeweglich zu einer das Kupplungselement enthaltenden Matrize ist. Eine gleichzeitige Verdichtung der verschiedenen Oberflächenbereiche mittels eines einzigen Werkzeugs ermöglicht kostengünstig eine verbesserte mechanische Festigkeit des Kupplungselementes mit geringem Fertigungsaufwand.
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Insbesondere wird ein zum Nachpressen oder Kalibrieren geeignetes Werkzeug bereitgestellt, welches eine Matrize zur Aufnahme des gesinterten Kupplungselementes und einen Stempel aufweist. Relativbewegungen zwischen Stempel und Matrize in Axialrichtung des Kupplungselementes erzeugen dann mit geringem Prozessaufwand die gewünschten Nachverdichtungen und können gleichzeitig die Neigungen der Seitenflanken bzw. Hinterlegungen und der Lückenflächen relativ zur Axialrichtung erzeugen, falls am gesinterten Grünteil die Lückenflächen und/oder Seitenflanken noch parallel zur Axialrichtung verlaufen sollten.
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Die relativ zur Axialrichtung geneigten Flächen der Kupplungsverzahnung tragen bei gleichzeitig geringem Werkzeugaufwand dazu bei, dass etwaige Rissbildungen einzelner Oberflächenbereiche des Kupplungselementes, insbesondere im Bereich der Verzahnung (z. B. an den Seitenflanken und/oder der Lückenfläche), zuverlässig vermieden werden.
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Alternativ oder zusätzlich zu einem Kalibrieren oder Nachpressen kann die gewünschte lokal höhere Oberflächendichte im Bereich der Seitenflanke bzw. Hinterlegung und/oder der Lückenfläche erzielt werden während eines Vorganges zur lokalen Veränderung der Geometrie bzw. des Oberflächenprofils des Kupplungselementes (z. B. in Radialrichtung des Kupplungselementes wirksame Formungswerkzeuge zum radialen Formen), während eines Rolliervorganges oder während eines Kalibriervorganges (z. B. Pressen oder Rollieren). Hierzu werden insbesondere serienmäßig ohnehin benutzte Werkzeuge verwendet, wodurch die Herstellung des lokalen Verdichtungsbereiches besonders kostengünstig ist. Beispielsweise kann die lokal höhere Dichte der Seitenflanke bzw. Hinterlegung und/oder der Lückenfläche prozesstechnisch einfach und automatisch, d. h. ohne zusätzliche Prozessschritte, während eines radialen Formungsvorganges nach dem Sintern erzielt werden, bei dem ein Profil einzelner Zähne mittels radialer Formungskräfte hergestellt wird.
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Vorzugsweise ist mindestens ein Zahn, insbesondere jedoch sämtliche Zähne, derart ausgebildet, dass seine Zahnstirn zwei Dachschrägen und einen diese miteinander verbindenden Dachfirst als Zahnspitze aufweist.
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Vorteilhaft werden die beschriebenen Merkmale des Kupplungselementes für eine kostengünstige Herstellung von Synchronisierbauteilen für Automobil-Getriebe angewendet. Die Kupplungsverzahnung kann als eine Außenverzahnung oder als eine Innenverzahnung ausgebildet sein. Das Kupplungselement mit Außenverzahnung dient deshalb vorzugsweise zur Herstellung von Kupplungsringen und Synchronringen, während ein Kupplungselement mit Innenverzahnung insbesondere als Schaltmuffe hergestellt wird.
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Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine perspektivische Darstellung eines Kupplungselementes in Form eines Kupplungsringes,
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2: eine vergrößerte Draufsicht des Details II in 1,
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3: eine geschnittene Seitenansicht entsprechend der Schnittlinie III-III in 2.
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Das gesinterte Kupplungselement 1 gemäß 1 ist als ein Kupplungsring ausgebildet, welcher in einem Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer hier nicht dargestellten Schaltmuffe zusammenwirkt. Das Kupplungselement 1 weist einen ringförmigen Kupplungskörper 2 und eine Kupplungsverzahnung 3 auf. Die Kupplungsverzahnung 3 ist an einem Außenumfang 4 des Kupplungskörpers 2 angeordnet und weist eine Vielzahl von in Umfangsrichtung 5 aneinandergereihten Zähnen 6 auf. Die Kupplungsverzahnung 3 ist eine Geradverzahnung und derart ausgebildet, dass sie in Axialrichtung 7 in eine Gegenverzahnung einer Schaltmuffe einkuppelt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Kupplungsverzahnung 3 eine Außenverzahnung, deren Zähne 6 aus dem Außenumfang 4 des Kupplungskörpers 2 radial nach außen herausragen.
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In dem Ausführungsbeispiel haben sämtliche Zähne 6 eine identische Geometrie. In weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsformen können mehrere Zähne auch mit unterschiedlichen Geometrien ausgebildet sein. Anhand von 2 und 3 ist erkennbar, dass der Zahn 6 eine Zahnstirn 8 und zwei sich daran in Axialrichtung 7 anschließende Seitenflanken 9 aufweist. Die Zahnstirn 8 ist einer ersten Stirnseite 10 des Kupplungskörpers 2 zugewandt, während die die sich daran anschließenden Seitenflanken 9 axial in Richtung einer zweiten Stirnseite 11 des Kupplungskörpers 2 erstrecken. Diese zweite Stirnseite 11 ist der ersten Stirnseite 10 axial entgegengesetzt angeordnet. Die Stirnseiten 10, 11 bilden jeweils eine Ringfläche und liegen jeweils in einer parallel zur Radialrichtung 22 verlaufenden Radialebene ein. An der Stirnseite 10 ist ein ringförmiger Stirnkragen 23 konzentrisch zur Mittellängsachse 18 angeordnet. Er erstreckt sich ausgehend von der Oberfläche der Stirnseite 10 in Axialrichtung 7.
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Die Zahnstirn 8 ist symmetrisch ausgebildet mit zwei symmetrischen Dachschrägen 12 und einem Dachfirst, welcher als eine Zahnspitze 13 die beiden Dachschrägen miteinander verbindet.
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2 ist entnehmbar, dass zwei in Umfangsrichtung 5 benachbarte Zähne 6 durch eine Zahnlücke 14 voneinander beabstandet sind. Die Zahnlücke 14 weist am Außenumfang 4 des Kupplungskörpers 2 eine Lückenfläche 15 auf. Die Lückenfläche 15 ist relativ zur Axialrichtung 7 in einem Neigungswinkel W geneigt angeordnet. Der Neigungswinkel W beträgt in einer Ausführungsform 5°.
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In 3 ist erkennbar, dass die Lückenfläche 15 relativ zur Axialrichtung 7 derart geneigt ist, dass ein der ersten Stirnseite 10 des Kupplungskörpers 2 bzw. der Zahnstirn 8 zugewandter Flächenabschnitt 16 einen größeren radialen Abstand zur Mittellängsachse 18 des Kupplungskörpers 2 bzw. des Kupplungselementes 1 aufweist als ein der zweiten Stirnseite 11 zugewandter Flächenabschnitt 17 der Lückenfläche 15. Der der Zahnstirn 8 bzw. der ersten Stirnseite 10 zugewandte Flächenabschnitt 16 ist deshalb bezüglich der Mittellängsachse 18 radial weiter außen angeordnet als der der zweiten Stirnseite 11 des Kupplungskörpers 2 zugewandte Flächenabschnitt 17. Entlang der Axialrichtung 7 erstreckt sich die Lückenfläche 15 so weit, wie sich auch die Seitenflanken 9 erstrecken. Im Bereich der Dachschrägen 12 hingegen befindet sich am Außenumfang 4 eine Umfangsteilfläche 19, die im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung 7 angeordnet und deshalb gegenüber der Lückenfläche 15 abgewinkelt ist.
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Die Lückenfläche 15 ist als eine Oberfläche einer Ausnehmung 20 am Außenumfang 4 ausgebildet (2). Sie verläuft entlang der Umfangsrichtung 5 kreisbogenförmig und verbindet dabei die in Umfangsrichtung 5 einander zugewandten Seitenflanken 9 zweier benachbarter Zähne 6 miteinander. Die Seitenflanke 9 weist eine relativ zur Axialrichtung 7 geneigt verlaufende Hinterlegung 21 auf, wodurch die zwei Seitenflanken 9 bzw. Hinterlegungen 21 miteinander verbindende Lückenfläche 15 einen Teil einer kegelstumpfartigen Mantelfläche bildet.
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Die bogenförmige Ausnehmung 20 erzeugt einen verhältnismäßig großen Radius, mittels dessen zwei benachbarte Zähne 6 am Fußkreis bzw. Außenumfang 4 des Kupplungskörpers 2 miteinander verbunden sind. Hierdurch kann vorteilhaft die mechanische Festigkeit der Zähne 6 im Bereich des Übergangs von den Seitenflanken 9 zum Fußkreis der Kupplungsverzahnung 3 erhöht werden.
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Wie bereits gesagt, bildet die Oberfläche der Seitenflanke 9 abschnittsweise oder vollständig eine verdichtete Hinterlegung 21. Die Hinterlegung 21 weist eine größere Dichte auf als andere Oberflächenbereiche der Zähne 6. Insbesondere ist die Oberflächendichte der Hinterlegung 21 auch größer als die mittlere Dichte des gesamten Kupplungselementes 1. Die Verdichtung der Hinterlegungen 21 erfolgt mittels eines geeigneten Werkzeuges (z. B. Kalibrieren oder Nachpressen oder Formen), welches an den Zähnen 6 entsprechend positioniert und nach dem Verdichten wieder von den Zähnen 6 entfernt wird. Auch die Lückenflächen 15 können prinzipiell in gleicher Weise verdichtet werden. Hierbei unterstützen der Neigungswinkel W der Lückenflächen 15 und die zur Axialrichtung 7 geneigt angeordneten Hinterlegungen 21 eine Beaufschlagung, Kalibrierung oder lokale Verdichtung der Kupplungsverzahnung 3 bzw. der Zähne 6 mit einem axial beweglichen Werkzeug (z. B. mit einer Matrize zusammenwirkender Stempel) derart, dass eine etwaige Bildung von Rissen im Material des Kupplungselementes 1, insbesondere an deren Kupplungsverzahnung 3, zuverlässig vermieden wird. Durch die spätestens nach der Kalibrierung oder lokalen Nachverdichtung vorhandenen Neigungen der Hinterlegungen 21 und der Lückenfläche 15 gegenüber der Axialrichtung 7 kann ein axial bewegliches Werkzeug (z. B. Stempel) wieder entfernt werden, ohne die Materialoberfläche des Kupplungselementes 1 an den hinsichtlich mechanischer Festigkeit kritischen Bereichen zu beeinträchtigen.
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Die hier in Verbindung mit einem Kupplungsring dargestellten technischen Merkmale sind auch bei anderen Ausführungsformen eines Kupplungselementes, insbesondere bei Synchronisierbauteilen eines Getriebes für Kraftfahrzeuge, realisierbar. Auch wenn hier die Merkmale anhand einer Außenverzahnung geschildert sind, können dieselben Merkmale teilweise oder vollständig entsprechend bei einer Innenverzahnung eines Kupplungselementes verwendet werden. Die hier dargestellten Merkmale können bei einzelnen oder sämtlichen Zähnen der Verzahnung eines Kupplungselementes realisiert sein.
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Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die in den Zeichnungen dargestellten Details nicht notwendigerweise maßstäblich sind und zum leichteren Verständnis einzelner Merkmale der Schaltmuffe teilweise vergrößert oder verkleinert dargestellt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungselement
- 2
- Kupplungskörper
- 3
- Kupplungsverzahnung
- 4
- Außenumfang
- 5
- Umfangsrichtung
- 6
- Zahn
- 7
- Axialrichtung
- 8
- Zahnstirn
- 9
- Seitenflanke
- 10
- erste Stirnseite
- 11
- zweite Stirnseite
- 12
- Dachschräge
- 13
- Zahnspitze
- 14
- Zahnlücke
- 15
- Lückenfläche
- 16
- Flächenabschnitt
- 17
- Flächenabschnitt
- 18
- Mittellängsachse
- 19
- Umfangsteilfläche
- 20
- Ausnehmung
- 21
- Hinterlegung
- 22
- Radialrichtung
- 23
- Stirnkragen
- W
- Neigungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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