DE102016013716B4

DE102016013716B4 - Synchronring

Info

Publication number: DE102016013716B4
Application number: DE102016013716.9A
Authority: DE
Inventors: Knut Erdmann; Murat Arbak; Martin Dörnhöfer
Original assignee: Diehl Metall Stiftung and Co KG
Current assignee: Diehl Metall Stiftung and Co KG
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2036-11-18
Also published as: EP3542080A1; US10975920B2; CN110023642B; DE102016013716A1; CN110023642A; US20190242441A1; WO2018091125A1

Abstract

Synchronring aus Stahl mit einem eine konische Reibfläche (2) aufweisenden Grundkörper (1),wobei vom Grundkörper (1) radial nach außen eine Verzahnung sowie zumindest ein Sperrkörper (4) vorspringen,wobei der Sperrkörper (4) einen sich in axialer Richtung erstreckenden Eingriffsabschnitt (6) aufweist,wobei der Eingriffsabschnitt (6) eine etwa parallel zu einer ersten Stirnseite (S1) des Grundkörpers (1) verlaufende erste Kante (11) mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden ersten Breite (B1) und zwei von der ersten Kante (11) sich erstreckende, einander gegenüberliegende zweite Kanten (12) aufweist,dadurch gekennzeichnet,dass die zweiten Kanten (12) in radialer Draufsicht auf den Eingriffsabschnitt (6) eine konvexe Krümmung aufweisen,wobei eine zwischen den zweiten Kanten (12) in Umfangsrichtung sich erstreckende zweite Breite (B2) bei einer von der ersten Kante (11) beabstandeten Tiefe (T2) größer als die erste Breite (B1) ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Synchronring nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solcher Synchronring ist beispielsweise aus der EP 2 677 188 B1 , aus der DE 10 2010 010 727 A1 und aus der DE 10 2011 087 564 A1 bekannt.
Der bekannte Synchronring weist an seiner Umfangsfläche eine Verzahnung zum Eingriff in eine an einer Schiebemuffe vorgesehenen Innenverzahnung auf. Ferner können am Außenumfang des Synchronrings radial vorspringende Sperrkörper bzw. Indexnocken zum Eingriff in dazu korrespondierende Ausnehmungen an einem drehfest mit der Welle verbundenen Synchronkörper vorgesehen sein. Eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Breite des Sperrkörpers und eine weitere Breite der dazu korrespondierenden Ausnehmungen am Synchronkörper sind so gewählt, dass der Synchronring sich relativ zum Synchronkörper um einen geringen Winkel verdrehen kann.
Insbesondere bei aus Stahl hergestellten Synchronringen kann der Sperrkörper durch eine in axialer Richtung umgebogene Lasche gebildet sein (Indexlasche oder Indexlappen). Beim Synchronisierungsvorgang wirken dynamische Kräfte in Umfangsrichtung auf den Sperrkörper ein. Diese Kräfte können insbesondere im Umbiegungsbereich der Lasche zu einer Materialermüdung und infolgedessen zu einem Bruch der Lasche führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Synchronring mit verbesserter Haltbarkeit angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
Nach Maßgabe der Erfinder wird vorgeschlagen, dass die zweiten Kanten 12 in Draufsicht auf den Eingriffsabschnitt 6 eine konvexe Krümmung aufweisen, wobei eine zwischen den zweiten Kanten 12 in Umfangsrichtung sich erstreckende zweite Breite B2 bei einer von der ersten Kante 11 beabstandeten Tiefe T2 größer als die erste Breite B1 ist.
Unter dem Begriff „Tiefe“ wird allgemein ein axialer Abstand zur ersten Kante 11 verstanden. Eine maximale Tiefe T1 des Eingriffsabschnitts 6 entspricht etwa der Länge einer der zweiten Kanten 12.
Wegen der konvexen Krümmung der zweiten Kanten 12 kann es bei dem Synchronisierungsvorgang nicht mehr dazu kommen, dass die auf den Synchronring ausgeübten Kräfte in der Nähe der ersten Kante 11 am Eingriffsabschnitt des Sperrkörpers angreifen. Wegen der konvexen Ausgestaltung der zweiten Kanten wird ein Kraftangriffspunkt P an den zweiten Kanten um die Tiefe T2 in Richtung zur ersten Stirnseite des Grundkörpers des Synchronrings hin verschoben. Damit wird ein Hebelarm zwischen dem Kraftangriffspunkt P und einem Umbiegungsabschnitt 5 des Sperrkörpers verkürzt. Infolgedessen können die auf den Umbiegungsabschnitt einwirkenden Belastungen vermindert und damit eine Haltbarkeit des Synchronrings erhöht werden.
Mit der oben beschriebenen konvexen Krümmung der zweiten Kanten 12 geht eine gleich starke konvexe Krümmung der an die zweiten Kanten 12 angrenzenden Flächen einher. Diese angrenzenden Flächen sind die schmalen Seitenflächen bzw. Flanken des Eingriffsabschnitts 6 des Synchronrings, welche in Kontakt mit den Begrenzungsflächen der Ausnehmungen 9 der Außenverzahnung 8 des Synchronkörpers K treten können. Die Orientierung der Krümmung dieser Seitenflächen ist dergestalt, dass die seitliche Projektion der Seitenflächen auf die Draufsicht auf den Eingriffsabschnitt 6 (wie sie beispielsweise in 2 abgebildet ist) mit den diese Seitenflächen begrenzenden zweiten Kanten 12 zusammenfällt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung gilt für das Verhältnis der ersten Breite B1 zur zweiten Breite B2 folgende Beziehung: $B2=B1*K,$
wobei K ein Faktor im Bereich von 1,005 bis 1,09 ist. Vorteilhafterweise ist die zweite Breite B2 um 0,05 bis 0,4 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm, größer als die erste Breite B1.
Die Verzahnung erstreckt sich vorteilhafterweise von einem an die erste Stirnseite des Grundkörpers angrenzenden Umfangsabschnitt. Der Sperrkörper kann aus einer sich vom Umfangsabschnitt erstreckenden Lasche gebildet sein, wobei die Lasche einen Umbiegungsabschnitt und einen sich davon in axialer Richtung zu einer der ersten Stirnseite des Grundkörpers gegenüberliegenden zweiten Stirnseite erstreckenden Eingriffsabschnitt aufweist. Eine in Umfangsrichtung sich erstreckende Breite des Eingriffsabschnitts, insbesondere die erste B1 und die zweite Breite B2, ist vorteilhafterweise größer als eine weitere Breite des Umbiegungsabschnitts. Das erleichtert das Umbiegen der Lasche und trägt dazu bei, dass lediglich im Bereich des Umbiegungsabschnitts eine Verformung stattfindet. Infolgedessen bleibt der Eingriffsabschnitt trotz der Verformung im Umbiegungsabschnitt im Wesentlichen plan.
Die Verzahnung kann durch in Umfangsrichtung abschnittsweise ausgebildete Verzahnungsabschnitte gebildet sein. In diesem Fall kann sich in einer zwischen zwei benachbarten Verzahnungsabschnitten gebildeten Lücke jeweils ein Sperrkörper erstrecken.
Die konvexe Form der zweiten Kanten des Eingriffsabschnitts ist vorteilhafterweise mittels Scherschneiden hergestellt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 Eine perspektivische Ansicht einer Synchronisiereinrichtung und
2 eine Draufsicht auf den Sperrkörper gemäß 1.

1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen aus Stahl hergestellten Synchronring S. Der Synchronring S weist einen Grundkörper 1 auf, an dessen Innenseite eine erste konische Reibfläche 2 gebildet ist. Eine erste Stirnseite des Grundkörpers 1 ist mit dem Bezugszeichen S1 und eine der ersten Stirnseite S1 gegenüberliegende zweite Stirnseite mit dem Bezugszeichen S2 bezeichnet. Von einem an die erste Stirnseite S1 angrenzenden Umfangsabschnitt erstrecken sich radial nach außen Verzahnungsabschnitte 3. Zwischen zwei benachbarten Verzahnungsabschnitten 3 ist jeweils eine Lücke gebildet, von der sich jeweils ein allgemein mit dem Bezugszeichen 4 bezeichneter Sperrkörper radial nach außen erstreckt.
Der Sperrkörper 4 ist aus einer einstückig mit dem Grundkörper 1 verbundenen Lasche gebildet, welche einen Umbiegungsabschnitt 5 und einen davon sich erstreckenden Eingriffsabschnitt 6 aufweist. Der Eingriffsabschnitt 6 erstreckt sich in axialer Richtung.
Die in 1 gezeigte Synchronisiereinrichtung umfasst des Weiteren eine Schaltmuffe M, welche eine zu den Verzahnungsabschnitten 3 korrespondierende Innenverzahnung 7 aufweist. Ein mit einer Welle (hier nicht gezeigt) drehfest verbundener Synchronkörper K weist eine zur Innenverzahnung 7 korrespondierende Außenverzahnung 8 auf. Die Außenverzahnung 8 ist abschnittsweise ausgebildet. Mit dem Bezugszeichen 9 sind Ausnehmungen bezeichnet, welche zum Eingriffsabschnitt 6 korrespondieren. Mit dem Bezugszeichen G ist schließlich ein als Losrad ausgebildetes Getrieberad bezeichnet, welches eine zur ersten konischen Reibfläche 2 des Synchronrings S korrespondierende zweite konische Reibfläche 10 aufweist.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, weist der Eingriffsabschnitt 6 eine sich in Umfangsrichtung erstreckende erste Kante 11 und zwei sich in axialer Richtung erstreckende zweite Kanten 12 auf, welche einander gegenüberliegen. Mit dem Bezugszeichen T1 ist eine maximale erste Tiefe des Eingriffsabschnitts 6 bezeichnet, welche im Wesentlichen der Länge der zweiten Kanten 12 entspricht. Eine zweite Tiefe T2 bezeichnet einen axialen Abstand von der ersten Kante 11 in Richtung des Umbiegungsabschnitts 5.
Die erste Kante 11 weist eine erste Breite B1 auf. Bei der zweiten Tiefe T2 entspricht ein in Umfangsrichtung sich erstreckender Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden zweiten Kanten 12 der zweiten Breite B2. Für die zweite Tiefe T2 gilt vorzugsweise die folgende Beziehung: $T2=T1*F,$
wobei F ein Faktor im Bereich von 0,1 bis 1,0, vorzugsweise 0,2 bis 0,9, besonders bevorzugt 0,3 bis 0,8, ist. D. h. die konvexe Wölbung der zweiten Kanten 12 kann beispielsweise in der Nähe der ersten Tiefe T1 maximal sein. Je größer die zweite Tiefe T2 gewählt wird, desto kleiner ist ein Abstand A zwischen dem durch die zweite Breite B2 definierten Kraftangriffspunkt P und der Grenze zwischen dem Eingriffsabschnitt 6 und dem Umbiegungsabschnitt 5. Je kleiner der Abstand A ist, desto kleiner sind die auf den Umbiegungsabschnitt 5 wirkenden Belastungen, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs der Lasche herabgesetzt wird.
Obwohl es im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht gezeigt ist, kann jede der zweiten Kanten 12 auch mehrere konvexe Wölbungen aufweisen. D. h. die zweiten Kanten 12 können auch wellenförmig ausgestaltet sein. Die konvexe Form der zweiten Kanten 12 kann durch eine Kombination beliebiger Kurvenformen gebildet sein. D. h. die zweiten Kanten 12 können asymmetrisch konvexe Formen aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Grundkörper
2: erste konische Reibfläche
3: Verzahnungsabschnitt
4: Sperrkörper
5: Umbiegungsabschnitt
6: Eingriffsabschnitt
7: Innenverzahnung
8: Außenverzahnung
9: Ausnehmung
10: zweite konische Reibfläche
A: Abstand
B1: erste Breite
B2: zweite Breite
T1: erste Tiefe
T2: zweite Tiefe
S: Synchronring
S1: erste Stirnseite des Grundkörpers 1
S2: zweite Stirnseite des Grundkörpers 1
M: Schaltmuffe, Schiebemuffe
K: Synchronkörper
G: Getrieberad, Losrad, Gangrad
P: Kraftangriffspunkt

Claims

Synchronring aus Stahl mit einem eine konische Reibfläche (2) aufweisenden Grundkörper (1), wobei vom Grundkörper (1) radial nach außen eine Verzahnung sowie zumindest ein Sperrkörper (4) vorspringen, wobei der Sperrkörper (4) einen sich in axialer Richtung erstreckenden Eingriffsabschnitt (6) aufweist, wobei der Eingriffsabschnitt (6) eine etwa parallel zu einer ersten Stirnseite (S1) des Grundkörpers (1) verlaufende erste Kante (11) mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden ersten Breite (B1) und zwei von der ersten Kante (11) sich erstreckende, einander gegenüberliegende zweite Kanten (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kanten (12) in radialer Draufsicht auf den Eingriffsabschnitt (6) eine konvexe Krümmung aufweisen, wobei eine zwischen den zweiten Kanten (12) in Umfangsrichtung sich erstreckende zweite Breite (B2) bei einer von der ersten Kante (11) beabstandeten Tiefe (T2) größer als die erste Breite (B1) ist.
Synchronring nach Anspruch 1, wobei für das Verhältnis der ersten Breite (B1) zur zweiten Breite (B2) gilt: $B2=B1*K,$
wobei K ein Faktor im Bereich von 1,005 bis 1,09 ist.
Synchronring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Verzahnung (3) von einem an die erste Stirnseite (S1) des Grundkörpers (1) angrenzenden Umfangsabschnitt erstreckt.
Synchronring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sperrkörper (4) aus einer sich vom Umfangsabschnitt erstreckenden Lasche gebildet ist, wobei die Lasche einen Umbiegungsabschnitt (5) und einen sich davon in axialer Richtung zu einer der ersten Stirnseite (S1) des Grundkörpers (1) gegenüberliegenden zweiten Stirnseite (S2) erstreckenden Eingriffsabschnitt (6) aufweist.
Synchronring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verzahnung durch in Umfangsrichtung abschnittsweise ausgebildete Verzahnungsabschnitte (3) gebildet ist.
Synchronring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer zwischen zwei benachbarten Verzahnungsabschnitten (3) gebildeten Lücke sich jeweils ein Sperrkörper (4) oder eine Zentrierlasche erstreckt.
Synchronring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die konvexe Form der zweiten Kanten (12) des Eingriffsabschnitts (6) mittels Scherschneiden hergestellt ist.