DE102014107926A1

DE102014107926A1 - Synchronring für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Synchronrings

Info

Publication number: DE102014107926A1
Application number: DE102014107926.4A
Authority: DE
Inventors: Berthold Negele
Original assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2015-12-31
Also published as: US9605717B2; KR20150140229A; KR102474484B1; CN105317871A; US20150354638A1; CN105317871B

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Synchronring (10) für eine Synchronisationseinheit (12) eines Schaltgetriebes (14), der eine Ringachse (A) aufweist und aus einem ringförmigen Blechkonus (16) mit einer im Wesentlichen konstanten Blechdicke (t) gebildet ist, wobei der ringförmige Blechkonus (16) eine konusförmige radiale Außenseite sowie eine entgegengesetzte radiale Innenseite mit einer konusförmigen Reibfläche (18) aufweist, wobei der Blechkonus (16) auf der radialen Außenseite einen angeformten Zentrierbund (20) zur radialen Zentrierung des Synchronrings (10) relativ zu einer Synchronnabe (22) der Synchronisationseinheit (12) aufweist, wobei der Blechkonus (16) im Bereich des Zentrierbunds (20) verformt ist und einen ersten Blechabschnitt (24) mit einer gegenüber der Blechdicke (t) verringerten Restdicke (tR) sowie axial angrenzend einen zweiten Blechabschnitt (26) mit einer Bunddicke (tB) aufweist, welche wenigstens der Blechdicke (t) entspricht, und wobei die Restdicke (tR) des Blechkonus (16) im ersten Blechabschnitt (24) im Wesentlichen konstant ist. Des Weiteren umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Synchronrings (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Synchronring für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Synchronrings, wobei der Synchronring eine Ringachse aufweist und aus einem ringförmigen Blechkonus mit einer im Wesentlichen konstanten Blechdicke gebildet ist, und wobei der ringförmige Blechkonus eine konusförmige radiale Außenseite sowie eine entgegengesetzte radiale Innenseite mit einer konusförmigen Reibfläche aufweist.
Derartige Synchronringe werden üblicherweise aus einem ebenen Blech im Stanz- und Ziehverfahren hergestellt.
Ein Problem dieser Blech-Synchronringe ist deren Zentrierung relativ zur Synchronnabe des Schaltgetriebes. Im Unterschied zu herkömmlichen Synchronringen aus Sintermetall oder geschmiedeten Synchronringen aus Messing, die in der Regel eine zylindrische Außenfläche aufweisen und sich dadurch problemlos im zylindrischen Innenhohlraum der Synchronnabe zentrieren lassen, weisen Blech-Synchronringe fertigungsbedingt eine konusförmige Außenfläche auf. Da der Synchronring beim Schalten des Getriebes durch die Schaltmuffe axial in Richtung zum Gangrad verschoben wird, geht die Zentrierung des Blech-Synchronrings aufgrund der Verjüngung des Blechkonus zum kleineren Durchmesser hin verloren. Dies kann zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Schaltgetriebes sowie zu einem höheren Verschleiß führen.
Um auch bei Blech-Synchronringen eine exakte Zentrierung relativ zur Synchronnabe sicherzustellen, offenbart die DE 10 2011 015 836 A1 einen gattungsgemäßen Synchronring mit einem ringförmigen Blechkonus, der an einem axialen Ende radial nach außen abgebogen ist und eine umlaufende Sperrverzahnung aufweist, wobei radial zwischen der Sperrverzahnung und dem Konusring Vorsprünge zur radialen Zentrierung des Synchronrings relativ zur Synchronnabe vorgesehen sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen konstruktiv besonders einfach aufgebauten, stabilen Synchronring für eine Synchronisationseinheit eines Schaltgetriebes zu schaffen, der aus einem ringförmigen Blechkonus gebildet ist, alternative Mittel zur radialen Zentrierung des Synchronrings relativ zur Synchronnabe aufweist und sich mit geringem verfahrenstechnischen Aufwand herstellen lässt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Synchronring der eingangs genannten Art, bei dem der Blechkonus auf der radialen Außenseite einen angeformten Zentrierbund zur radialen Zentrierung des Synchronrings relativ zur Synchronnabe der Synchronisationseinheit aufweist, wobei der Blechkonus im Bereich des Zentrierbunds verformt ist und einen ersten Blechabschnitt mit einer gegenüber der Blechdicke verringerten Restdicke sowie axial angrenzend einen zweiten Blechabschnitt mit einer Bunddicke aufweist, welche wenigstens der Blechdicke entspricht, und wobei die Restdicke des Blechkonus im ersten Blechabschnitt im Wesentlichen konstant ist. Mit anderen Worten wird der Zentrierbund aus dem Material des Blechkonus geformt, sodass dessen Blechdicke zumindest abschnittsweise verringert ist. Diese eigentlich unerwünschte Schwächung des Konusrings ist im vorliegenden Fall unproblematisch, da sie in axialer Richtung gleichmäßig erfolgt, sodass der geschwächte erste Blechabschnitt eine definierte und im Wesentlichen konstante Restdicke aufweist. Diese Restdicke ist dabei so gewählt, dass am Synchronring bei den im Betrieb der Synchronisationseinheit auftretenden Belastungen keine Stabilitäts- oder Verformungsprobleme auftreten.
In einer Ausführungsform des Synchronrings ist der Zentrierbund in Umfangsrichtung unterbrochen und umfasst bevorzugt mehrere, insbesondere wenigstens drei in Umfangsrichtung beabstandete Zentrierbundabschnitte. Durch die Unterbrechung in Umfangsrichtung lässt sich der Zentrierbund fertigungstechnisch einfacher anformen, und darüber hinaus wird der Blechkonus in Umfangsrichtung nur abschnittsweise geschwächt. Da der Zentrierbund hauptsächlich zur radialen Positionierung des Synchronrings und einer daraus resultierenden Geräusch- und Verschleißminimierung der Synchronisationseinheit dient, ist der Zentrierbund auch im Betrieb der Synchronisationseinheit eher geringen Belastungen ausgesetzt, die durch wenige in Umfangsrichtung beabstandete Zentrierbundabschnitte problemlos aufgenommen werden können.
Die Erfindung betrifft im Übrigen auch ein Verfahren zum Herstellen eines oben beschriebenen Synchronrings, wobei zunächst ein ringförmiger Blechkonus bereitgestellt wird, der sich in Richtung der Ringachse von einem ersten axialen Konusende zu einem zweiten axialen Konusende hin konisch verjüngt und noch keinen Zentrierbund aufweist, wobei nachfolgend ein Werkzeug zum Anformen des Zentrierbunds am zweiten Konusende auf eine gewünschte Radialposition eingestellt und dann unter Materialumformung im Wesentlichen parallel zur Reibfläche des Blechkonus in Richtung zum ersten axialen Konusende verschoben wird. Das Werkzeug zum Anformen des Zentrierbunds wird folglich nicht parallel zur Ringachse bewegt, was zu einer unerwünschten, ungleichmäßigen Schwächung des Blechkonus in axialer Richtung führen würde, sondern im Wesentlichen parallel zur Reibfläche des Blechkonus, was zu einer definierten, gleichmäßigen Schwächung und damit zu einer im Wesentlichen konstanten Restdicke des Blechkonus im ersten Blechabschnitt führt. Da sich das Werkzeug beim Anformen des Zentrierbunds folglich auch in radialer Richtung bewegen muss, ist es fertigungstechnisch schwierig, einen in Umfangsrichtung umlaufenden Zentrierbund anzuformen. Daher sind besonders bevorzugt mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Zentrierbundabschnitte vorgesehen, welche entweder von einem einzigen Werkzeug nacheinander oder von mehreren Werkzeugen gleichzeitig an den Blechkonus angeformt werden.
Zusätzliche vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Synchronrings;
2 eine Detailansicht des Synchronrings gemäß 1;
3 einen Detailschnitt durch den Synchronring gemäß 1 im Bereich eines angeformten Zentrierbunds;
4 den Detailschnitt des Synchronrings gemäß 3 zusammen mit der Synchronnabe einer Synchronisationseinheit; und
5 einen Längsschnitt durch ein Schaltgetriebe mit einem Synchronring gemäß 1.
Die 1 bis 3 zeigen einen Synchronring 10 für eine Synchronisationseinheit 12 eines Schaltgetriebes 14, der eine Ringachse A aufweist und aus einem ringförmigen Blechkonus 16 mit einer im Wesentlichen konstanten Blechdicke t gebildet ist.
Der ringförmige Blechkonus 16 weist eine konusförmige radiale Außenseite sowie eine entgegengesetzte radiale Innenseite mit einer konusförmigen Reibfläche 18 auf, wobei die Blechdicke t einer Abmessung des Blechkonus 16 senkrecht zur Reibfläche 18 entspricht.
Ferner hat der Blechkonus 16 auf der radialen Außenseite einen angeformten Zentrierbund 20 zur radialen Zentrierung des Synchronrings 10 relativ zu einer Synchronnabe 22 der Synchronisationseinheit 12 (siehe 4 und 5).
Der Blechkonus 16 ist im Bereich des Zentrierbunds 20 verformt und weist einen ersten Blechabschnitt 24 mit einer gegenüber der Blechdicke t verringerten Restdicke t_R sowie axial angrenzend einen zweiten Blechabschnitt 26 mit einer Bunddicke t_B auf, welche wenigstens der Blechdicke t entspricht, wobei die Restdicke t_R des Blechkonus 16 im ersten Blechabschnitt 24 im Wesentlichen konstant ist. Konkret ist die Restdicke t_R dabei in Umfangsrichtung 28 sowie insbesondere auch in Axialrichtung 30 im Rahmen üblicher Fertigungstoleranzen konstant.
Anhand der 1 und 2 wird deutlich, dass der Zentrierbund 20 in Umfangsrichtung 28 unterbrochen ist und mehrere in Umfangsrichtung 28 beabstandete Zentrierbundabschnitte 32 umfasst.
Um eine besonders zuverlässige radiale Zentrierung des Synchronrings 10 relativ zur Synchronnabe 22 sicherzustellen, sind wenigstens drei Zentrierbundabschnitte 32 vorgesehen, welche bevorzugt gleichmäßig über den Umfang des ringförmigen Blechkonus 16 verteilt angeordnet sind.
Gemäß 1 sind drei Zentrierbundabschnitt-Paare vorhanden, die jeweils aus zwei beabstandeten Zentrierbundabschnitten 32 bestehen und gleichmäßig über den Umfang des ringförmigen Blechkonus 16 verteilt angeordnet sind.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Synchronrings 10 verjüngt sich der ringförmige Blechkonus 16 in Richtung der Ringachse A von einem ersten axialen Konusende 34 zu einem zweiten axialen Konusende 36 hin, wobei der Blechkonus 16 an seinem ersten axialen Konusende 34 radial nach außen abgebogen ist und eine Sperrverzahnung 38 aufweist.
An das erste axiale Konusende 34 schließt sich im Bereich des Zentrierbunds 20 axial ein zweiter Blechabschnitt 26 mit einem Zentrierbundabschnitt 32 sowie nachfolgend ein erster Blechabschnitt 24 an, der sich axial vom Zentrierbund 20 bis zum zweiten Konusende 36 erstreckt.
Die strukturelle Besonderheit der im Wesentlichen konstanten Restdicke t_R des Blechkonus 16 im Bereich des ersten Blechabschnitts 24 ist darauf zurückzuführen, dass der Zentrierbund 20 bzw. die Zentrierbundabschnitte 32 schräg zur Axialrichtung 30 angeschoben werden.
Beim Herstellen des Synchronrings 10 wird zunächst der ringförmige Blechkonus 16 bereitgestellt und gegebenenfalls fixiert, wobei sich der Blechkonus 16 von seinem ersten axialen Konusende 34 zu seinem zweiten axialen Konusende 36 konisch verjüngt und noch keinen Zentrierbund 20 aufweist.
Gemäß 3 wird nachfolgend ein Werkzeug 40 zum Anformen der Zentrierbundabschnitte 32 am zweiten axialen Konusende 36 auf eine gewünschte Radialposition eingestellt und dann unter Materialumformung im Wesentlichen parallel zur Reibfläche 18 des Blechkonus 16 in Richtung zum ersten axialen Konusende 34 hin verschoben. Im Vergleich zum achsparallelen Anschieben verhindert das Anschieben des Zentrierbunds 20 parallel zur Reibfläche 18 eine übermäßige Schwächung des Blechkonus 16, sodass die Formstabilität der Reibfläche 18 sowohl beim Anformen des Zentrierbunds 20 als auch unter Belastung gewährleistet ist. Da der Blechkonus 16 beim Anschieben des Zentrierbunds 20 parallel zur Reibfläche 18 im Unterschied zum achsparallelen Anschieben nicht zunehmend geschwächt wird, kann das Werkzeug 40 beim Anformen des Zentrierbunds 20 in Axialrichtung 30 weiter verschoben werden, sodass sich größere Außendurchmesser des Zentrierbunds 20 realisieren lassen. Eine Verschiebung des Werkzeugs 40 im Wesentlichen parallel zur Reibfläche des Blechkonus 16 bedeutet hierbei insbesondere, dass der Unterschied zwischen einem Konuswinkel α des Blechkonus 16 und einem Anstellwinkel β des Werkzeugs 40 maximal 2°, bevorzugt etwa 0° beträgt.
Die einzelnen Zentrierbundabschnitte 32 des Zentrierbunds 20 können dabei entweder gleichzeitig angeformt werden, wobei jedem Zentrierbundabschnitt 32 ein Werkzeug 40 zugeordnet ist, oder nacheinander durch ein einziges Werkzeug 40.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt kann der Zentrierbundabschnitt 32 dann in radialer Richtung 42 so verformt werden, dass in einem gewünschten Abstand r zur Ringachse A eine Anlagefläche 44 entsteht.
Die 4 zeigt den Synchronring 10 in einem an der Synchronnabe 22 montierten Zustand. Dabei wird deutlich, dass die radiale Anlagefläche 44 des Zentrierbunds 20 radial an eine zylindrische Kontaktfläche 46 der Synchronnabe 22 angrenzt.
Diese Kontaktfläche 46 ist gemäß 5 Teil einer hohlzylindrischen Ausnehmung 48 der Synchronnabe 22, in die das zweite axiale Konusende 36 des Synchronrings 10 hineinragt. Abgesehen von der Anlagefläche 44 zur radialen Zentrierung des Synchronrings 10 können an den Zentrierbundabschnitten 32 weitere Anlageflächen ausgebildet sein, beispielsweise Anlageflächen für Druckstücke der Synchronisationseinheit 12.
Die 5 zeigt einen Längsschnitt durch das zusammengesetzte Schaltgetriebe 14, mit der Synchronnabe 22, die auf einer Getriebewelle drehfest angebracht ist, einer Schaltmuffe 50, die relativ zur Synchronnabe 22 drehfest, aber axial verschieblich angeordnet ist, zwei Gangrädern 52, die auf der Getriebewelle drehbar, aber axial unverschieblich angeordnet sind, sowie zwei zuvor beschriebene Synchronringe 10 zur Kopplung der Synchronnabe 22 mit einem der Gangräder 52 des Schaltgetriebes 14 über eine Reibverbindung. Diese Reibverbindung erfolgt gemäß 5 jeweils über einen Kupplungskörper 54, der an einem zugeordneten Gangrad 52 drehfest und axial unverschieblich fixiert ist und im Übrigen eine Schaltverzahnung 56 sowie eine Reibfläche 58 aufweist.
In bekannter Weise erfolgt bei einem Schaltvorgang zunächst eine Drehzahlsynchronisierung zwischen der Synchronnabe 22 und dem zu schaltenden Gangrad 52 über die Reibverbindung zwischen den Reibflächen 18, 58 sowie anschließend ein Durchschalten der Schaltmuffe 50 auf die dem Gangrad 52 zugeordnete Schaltverzahnung 56, sodass die Synchronnabe 22 in einer geschalteten Stellung des Schaltgetriebes 14 über die Schaltmuffe 50 und den Kupplungskörper 54 formschlüssig und drehfest mit dem entsprechenden Gangrad 52 verbunden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011015836 A1 [0004]

Claims

Synchronring für eine Synchronisationseinheit (12) eines Schaltgetriebes (14), der eine Ringachse (A) aufweist und aus einem ringförmigen Blechkonus (16) mit einer im Wesentlichen konstanten Blechdicke (t) gebildet ist, wobei der ringförmige Blechkonus (16) eine konusförmige radiale Außenseite sowie eine entgegengesetzte radiale Innenseite mit einer konusförmigen Reibfläche (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechkonus (16) auf der radialen Außenseite einen angeformten Zentrierbund (20) zur radialen Zentrierung des Synchronrings (10) relativ zu einer Synchronnabe (22) der Synchronisationseinheit (12) aufweist, wobei der Blechkonus (16) im Bereich des Zentrierbunds (20) verformt ist und einen ersten Blechabschnitt (24) mit einer gegenüber der Blechdicke (t) verringerten Restdicke (t_R) sowie axial angrenzend einen zweiten Blechabschnitt (26) mit einer Bunddicke (t_B) aufweist, welche wenigstens der Blechdicke (t) entspricht, und wobei die Restdicke (t_R) des Blechkonus (16) im ersten Blechabschnitt (24) im Wesentlichen konstant ist.
Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der ringförmige Blechkonus (16) in Richtung der Ringachse (A) von einem ersten axialen Konusende (34) zu einem zweiten axialen Konusende (36) hin verjüngt, wobei der Blechkonus (16) an seinem ersten axialen Konusende (34) radial nach außen abgebogen ist und eine Sperrverzahnung (38) aufweist.
Synchronring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der ringförmige Blechkonus (16) in Richtung der Ringachse (A) von einem ersten axialen Konusende (34) zu einem zweiten axialen Konusende (36) hin verjüngt, wobei sich der erste Blechabschnitt (24) axial vom Zentrierbund (20) bis zum zweiten axialen Konusende (36) erstreckt.
Synchronring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierbund (20) eine radiale Anlagefläche (44) für die Synchronnabe (22) aufweist.
Synchronring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierbund (20) in Umfangsrichtung (28) unterbrochen ist.
Synchronring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierbund (20) mehrere in Umfangsrichtung (28) beabstandete Zentrierbundabschnitte (32) umfasst.
Synchronring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Zentrierbundabschnitte (32) vorgesehen sind.
Synchronring nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierbundabschnitte (32) gleichmäßig über den Umfang des ringförmigen Blechkonus (16) verteilt angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein ringförmiger Blechkonus (16) bereitgestellt wird, der sich in Richtung der Ringachse (A) von einem ersten axialen Konusende (34) zu einem zweiten axialen Konusende (36) hin konisch verjüngt und noch keinen Zentrierbund (20) aufweist, wobei nachfolgend ein Werkzeug (40) zum Anformen des Zentrierbunds (20) am zweiten axialen Konusende (36) auf eine gewünschte Radialposition eingestellt und dann unter Materialumformung im Wesentlichen parallel zur Reibfläche (18) des Blechkonus (16) in Richtung zum ersten axialen Konusende (34) verschoben wird.