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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Schiebemuffe einer Synchronisiereinheit
für Schaltgetriebe
mit einem Muffenkörper,
einer Schaltgabelführung
und einer am Innenumfang des Muffenkörpers ausgebildeten sowie in
Richtung der Längsmittelachse
der Schiebemuffe verlaufenden Verzahnung, wobei die Schiebemuffe
durch wenigstens zwei miteinander verbundene Bauteile aus einem
metallischen Werkstoff oder Eisenwerkstoff gebildet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige
Schiebemuffen sind nach dem Stand der Technik aus einem Rohling
durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt oder werden spanlos,
z. B. durch Umformen, gefertigt. Die Verzahnung ist aus Zähnen gebildet,
die unterschiedlichste Gestaltungsformen aufweisen und die in der
Regel nur mit großem
Aufwand gestaltet werden können.
So bilden z. B. die Konturen von Aussparungen an den Zahnflanken
oder Verriegelungsnuten in Bearbeitungsrichtung sogenannte Hinterschnitte.
Diese hinterschnittenen Konturen oder Hinterschnitte sind in bevorzugter
Bearbeitungs- und Entformungsrichtung nicht ein zubringen bzw. stehen
einer Bearbeitung im Wege. Derartige Konturen sind zumeist nur durch
zusätzliche
und aufwendige Arbeitsgänge
einzubringen. Hinterschnitte sollten deshalb bei der Auslegung von
spanabhebend gefertigten Schiebemuffen weitestgehend vermieden werden.
Im Interesse einer optimalen Wirkungsweise der Schiebemuffe in der Synchronisiereinheit
kann in der Regel auf derartige Hinterschnitte jedoch nicht völlig verzichtet
werden. Zusätzliche
und aufwendige Arbeitsgänge
verursachen zusätzliche
und entsprechende hohe Kosten bei der Fertigung von Schiebemuffen.
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Wie
bekannt, können
im Vergleich zur spanabhebenden Bearbeitung die Fertigungskosten
der Schiebemuffe durch eine spanlose Fertigung gesenkt werden. Die
beispielsweise erwähnten
Verriegelungsnuten und Aussparungen sind in einstückig ausgebildeten
Schiebemuffen in einer durchgängig spanlosen
Fertigung ebenfalls nicht einzubringen, da diese in der Regel Hinterschnitte
in Entformungsrichtung, z. B. eines Ziehstempels, bilden. Aus diesem Grund
werden Schiebemuffen aus einzeln gefertigten Bauteilen zusammengefügt. Die
Fügeebene
verläuft
dabei durch die Teilungsebene der Hinterschnitte des Fertigteils,
so daß am
Bauteil kein Hinterschnitt ausgebildet ist.
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Eine
Schiebemuffe der gattungsbildenden Art ist beispielsweise aus
DE 39 08 989 C2 vorbekannt.
Diese Schiebemuffe wird aus zwei symmetrischen oder annähernd symmetrischen,
ringförmigen sowie
einstückig
ausgebildeten Bauteilen gebildet. Jede Symmetriehälfte weist
an einem halben Muffenkörper
eine Hälfte
einer am Innenumfang ausgebildeten Verzahnung sowie einen Teil der
Schaltgabelführung
auf. Die Bauteile sind frei von Hinterschnitten ausgebildet und
werden durch einen Umform-, Gieß- oder
Sinterprozeß gefertigt.
Im Anschluß an
ihre Einzelfertigung werden die Bauteile stirnseitig aneinander
durch Fügen
verbunden und bilden die Schiebemuffe.
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Nachteilig
bei derartig ausgebildeten Schiebemuffen ist, daß mehrere in der Entformungsrichtung
hintereinander angeordnete Hinterschnitte, wenn überhaupt, nur durch Aufteilung
der Schiebemuffe in eine entsprechende Anzahl hintereinander angeordneter
separat gefertigter Bauteile realisierbar ist. Die Bauteile als
Einzelteile sind dann zueinander nicht mehr symmetrisch ausgebildet.
Die Fertigung einer derartig gestalteten Schiebemuffe erfordert eine
Vielzahl von Werkzeugen, ist kompliziert und deshalb teuer.
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Schiebemuffen
nach dem Stand der Technik sind mit ihren einzelnen Funktionselementen
wie Muffenkörper,
Schaltgabelführung
und Zähnen
aus einem Werkstoff gebildet. Die Anforderungen an derartige Funktionselemente,
wie z. B. an die Festigkeit, Härte
und den Bearbeitungszustand der Oberfläche, sind jedoch von Funktionselement
zu Funktionselement unterschiedlich. Die Werkstoffauswahl erfolgt deshalb
in der Regel als ein Kompromiß zwischen den
Anforderungen, die das höchstbelastete
Funktionselement stellt und der Bearbeitbarkeit des Materials.
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DE 196 06 504 C2 offenbart
ein Zahnrad mit auswechselbaren Zähnen, die keilförmige Kontaktseitenflächen aufweisen.
DE 544 027 zeigt ein Zahnrad,
dessen Zähne
mittels schwalbenschwanzförmiger
Füße befestigt
sind, wobei die Zähne
eingepresst und eingeschrumpft wurden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Schiebemuffe zu schaffen, die in
ihrer Gestaltung eine beliebige Anzahl und Anordnung von hinterschnittenen
Konturen an den Zähnen
zuläßt, eine den
unterschiedlichen Anforderungen an die Funktionselemente angepaßte Werkstoffauswahl
gestattet und die sich insbesondere in der Massenfertigung kostengünstig fertigen
läßt.
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Diese
Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 dadurch
gelöst,
daß die
Verzahnung aus einzelnen Zähnen
gebildet ist und jeder Zahn formschlüssig oder durch eine Kombination
von Form- und Kraftschluß an
dem Muffenkörper
befestigt ist. Es ist also vorgesehen, die Zähne der Verzahnung der Schiebemuffe
separat und unabhängig
als Einzelteil zu fertigen. An den einzelnen Zähnen lassen sich komplizierte
Konturen, insbesondere die Konturen, die am Fertigteil die anfangs
erwähnten
Hinterschnitte bilden, mit einfachen Werkzeugen unkompliziert verwirklichen.
Da für
eine Schiebemuffe eine Vielzahl einzelner Zähne benötigt wird, sind die Zähne bei
großem
Bedarf an Schiebemuffen kostengünstig,
z. B. durch Pressen, in der Massenfertigung zu fertigen. Zähne unterschiedlicher
Gestaltung und Ausführungsform
lassen sich auf diese Weise an einer Schiebemuffe kombinieren. Variantenunter schiede
an Schiebemuffen, die durch unterschiedliche Details an der Verzahnung
bei ansonsten baugleicher Ausführung
der Schiebemuffen entstehen, sind einfach und kostengünstig zu
verwirklichen.
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Für die Zähne und
für den
Muffenkörper
sind, entsprechend den spezifischen Anforderungen, unterschiedliche
Werkstoffe mit unterschiedlichen Bearbeitungszuständen einsetzbar.
Es ist z. B. denkbar für
den Muffenkörper
eine Buntmetalllegierung, einen partiell gehärteten Stahl oder einen ungehärteten Stahl
einzusetzen, während
die Zähne
aus durchgehärtetem,
einsatzgehärtetem
Stahl oder Sintermetall gebildet sind. Vorzugsweise ist als Werkstoff
für die Zähne 16MnCr5
oder CF53 vorzusehen.
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Die
Zähne werden
am Muffenkörper
in einer Kombination von Kraft- und Formschluß befestigt. Dazu ist jeder
Zahn, z. B. über
eine Steckverbindung, an dem Muffenkörper positioniert und anschließend durch
partielle Materialverdrängung
aus dem Material des Muffenkörpers
an dem Muffenkörper
befestigt. Diese Befestigung entspricht weitestgehend einer Verstemmung,
die den Zahn sowohl in axialer als auch in radialer oder in beide
Richtungen sichern kann.
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In
einer vorteilhaften Ausführung
der Erfindung ist vorgesehen den Zahn in einer Längsnut aufzunehmen und zu befestigen.
Die Längsnut
ist am Innenumfang des Muffenkörpers
ausgebildet. In einer Längsnut
ist der Zahn bei seiner Montage im Muffenkörper exakt positioniert und
unter Belastung sicher geführt
und abgestützt.
Die Gestaltungsmöglichkeiten
dieser Nuten, insbesondere in ihrem Querschnittsprofil, sind vielfältig und
sind im Einzelfall an die spezifischen Anforderungen an Belastung
und Befestigung der Zähne
anzupassen. Die Position und die Genauigkeit des Teilungsabstandes
der Zähne
ist durch die Genauigkeit der Position, Ausführung und Qualität der Längsnuten
bestimmt. Die Längsnuten sind,
wie weitere Ausgestaltungen der Erfindung vorsehen, durch Stoßen, Räumen oder
Pressen in den Muffenkörper
eingebracht. Die Querschnittskontur der Längennut liegt vorzugsweise
paßgenau
an der Außenkontur
des Zahnfußes
an, um einen exakten Sitz und eine exakte Lageposition des Zahnes
zu erzielen. Verstärkt
wird dieser Effekt durch eine Längennut
mit schräg
angestellt verlaufenden Wänden, in
der der Zahn nach seiner Befestigung verkeilt ist.
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Ein
optimaler Festsitz der Zähne
im Muffenkörper
wird erzielt, wenn, wie in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, jeder einzelne Zahn in der Längsnut durch
wenigstens einen an der Wandung der Längsnut gebildeten sowie die
Kontur des Zahnes in der Längsnut
zumindest teilweise hintergreifenden Vorsprung am Muffenkörper gehalten
ist. Diese Vorsprünge
sind dabei durch die Geometrie dieser Nut bestimmt oder werden als
Befestigungsmittel eingebracht. Die Längsnut ist dabei über ihre
gesamte Länge
verengt ausgebildet oder die Vorsprünge sind partiell eingebracht. Ein
Beispiel für
eine Längennut
mit einer Verengung und damit für
Vorsprünge,
die durch die Geometrie vorgegeben sind, bildet eine Längennut
mit einem sich zur Nutöffnung
verringernden trapezförmigen Querschnitt.
Ein Beispiel für
partiell eingebrachte Vorsprünge
bilden sogenannte Prägenasen,
die durch einen Stempel plastisch aus der Oberfläche des Muffenkörpers durch
Materialverdrängung
geformt sind.
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Der
Form- und Kraftschluß zwischen
Zahn und Längsnut
der Schiebemuffe kann durch unterschiedliche Prinzipien verwirklicht
werden. Eine Möglichkeit
besteht darin, daß der
Zahn durch Einpressen in die Längsnut
in den Vorsprüngen
verkeilt ist. Eine andere Möglichkeit
ist durch Einlegen des Zahnes in die Längsnut und anschließendes Einbringen
des Vorsprunges sowie verkeilen und verklemmen mit diesem Vorsprung
in der Nut gegeben. Vorzugsweise sind derartige Vorsprünge durch
Verstemmen oder Prägen
eingebracht. Eine zusätzliche
Sicherung kann unter Umständen
auch durch eine Schweißung vorgenommen
werden. Das Material des Muffenkörpers
ist dabei plastisch verformt und liegt unter Vorspannung am Zahn
an.
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Der
Festsitz des Zahnes im Muffenkörper
ist sicher, wenn der Vorsprung der Längsnut die Außenkontur
des Zahnes im Nutbereich und in Sicherungsrichtung zumindest teilweise
hintergreift. Die Vorsprünge
bilden dann Anschläge,
an denen der Zahn in Sicherungsrichtung anliegt und über die
der Zahn gleichzeitig in der Längsnut
kraftschlüssig
sicher verspannt ist. In axiale Sicherungsrichtung ist z. B. ein ganz
oder teilweise verschlossenes Nutende denkbar, das die in axiale
Richtung weisenden Enden eines Zahnes ganz oder zumindest teilweise
hintergreift und dort anliegt. In radiale Richtung ist der Zahnquerschnitt
einer Verengung der Längsnut durch
z. B. eine Einschnürung
des Querschnittes in diesem Bereich angepaßt. Die Vorspünge greifen
einerseits formschlüssig
in diese Einschnürung
ein und liegen andererseits unter Vorspannung an dieser Stelle an.
Ein Zahn ist beispielweise in radiale und axiale Sicherungsrichtung
zugleich gesichert, wenn dieser mit Aussparungen versehen ist, die
in beide Sicherungsrichtungen hinterschneidende Konturen bilden
und in diese Konturen verprägtes
oder eingewalztes Material eingreift sowie dort unter Spannung anliegt.
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Wie
oben erwähnt,
kann die Funktion einer Schiebemuffe, z. B. die Verschleißfestigkeit,
verbessert werden, wenn für
den Muffenkörper
und die Zähne
sich voneinander unterscheidende Werkstoffe verwendet werden. Eine
Ausführungsform
der Erfindung sieht deshalb vor, daß die Zähne aus einem Werkstoff gebildet
sind, der sich von dem Werkstoff des Muffenkörpers unterscheidet. Ebenso
ist es denkbar, für
den Muffenkörper
und die Zähne
gleiche Werkstoffe mit unterschiedlicher Härte zu verwenden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
räumliche
Gesamtansicht einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schiebemuffe,
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2 eine
Seitenansicht der Schiebemuffe nach 1,
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3 eine
Darstellung eines Beispiels der Befestigung eines einzelnen Zahnes
am Muffenkörper,
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4 eine
weitere Ausführungsform
einer Befestigung eines einzelnen Zahnes am Muffenkörper,
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5 die
Draufsicht der in 4 gezeigten Anordnung,
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6 eine
weitere alternative Befestigung eines Zahnes am Muffenkörper und
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7 die
Draufsicht der in 6 gezeigten Anordnung.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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In 1 und 2 ist
mit 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Schiebemuffe beschrieben.
Am Außenumfang
eines Muffenkörpers 2 ist
eine Schaltgabelführung 3 ausgebildet.
Der Innenumfang des Muffenkörpers 2 ist
mit einer Verzahnung 4 versehen. Die Verzahnung 4 ist
aus einzeln gefertigten Zähnen 5 gebildet.
Die Zähne 5 sind
in den Muffenkörper 2 eingesetzt.
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In 3 sind
eine vereinfachte Form eines Zahnes 6 und ein Ausschnitt
eines Muffenkörpers 7 dargestellt.
Der Muffenkörper 7 ist
mit einer Längsnut 8 versehen.
Der Zahn 6 ist in der Längsnut 8 aufgenommen.
Die schräg
verlaufenden Wände
der Längsnut 8 bilden
gleichzeitig Vorsprünge 8a.
Die Vorsprünge 8a hintergreifen
die Kontur des Zahnes 6 im Bereich der Längsnut 8.
Der Festsitz des Zahnes 6 in der Längsnut 8 ist erzielt,
indem die Vorsprünge 8a durch
Verformung und Materialverdrängung
gegen den Zahn 6 gedrückt
sind.
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4 und 5 zeigen
eine alternative Befestigung eines Zahnes 9 mit einer Verriegelung
mit 12 an einem Muffenkörper 10.
Der Zahn 9 ist an seinen Flanken 11 mit Aussparungen 11a versehen. Durch
die Aussparungen 11a ist der Zahn 9 in seinem Querschnitt
eingeschnürt.
Jede Aussparung 11a des Zahnes 9 bildet in Längsrichtung
der Schiebemuffe und des Zahnes 9 betrachtet einen Hinterschnitt
in beide Richtungen. Die sich gegenüberliegenden Wandungen 13a einer
in den Muffenkörper 10 eingebrachten
Längsnut 13 sind
schräg
angestellt und laufen in Richtung Nutöffnung auseinander. Die Kontur des
Zahnfußes 9a ist
der Kontur der Wandungen 13a angepaßt. Vorsprünge 14 greifen formschlüssig in die
Aussparungen 11a und pressen den Zahnfuß 9a in die Nut 13.
Die Vorsprünge 14 sind
durch das Material des Muffenkörpers
gebildet, das beim Einbringen der Prägung 14a verdrängt wurde.
Durch den Eingriff der Vorsprünge 14 in
die Aussparungen 11a ist der Zahn in beide axialen Sicherungsrichtungen und
in radialer Richtung gesichert.
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In
dem Beispiel nach 6 und 7 ist ein Zahn 15 in
Form einer Schwalbenschwanzführung
in einem Muffenkörper 16 geführt. Der
Zahn 15 sitzt entweder paßgerecht in der Nut 17 oder
ist dort eingewalzt und wird durch die Vorsprünge 17b in radialer
Richtung gehalten. In beide axiale Sicherungsrichtungen ist der
Zahn 15 durch aus der Wandung 17a der Nut 17 hervorstehende
Vorsprünge 18 gehalten.
Die Vorsprünge 18 sind
durch die Materialverdrängung
einer Prägung 18a aus
dem Muffenkörper 16 geformt.
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- 1
- Schiebemuffe
- 2
- Muffenkörper
- 3
- Schaltgabelführung
- 4
- Verzahnung
- 5
- Zahn
- 6
- Zahn
- 7
- Muffenkörper
- 8
- Längsnut
- 8a
- Vorsprung
- 9
- Zahn
- 9a
- Zahnfuß
- 10
- Muffenkörper
- 11
- Zahnflanke
- 11a
- Aussparung
- 12
- Verriegelungsnut
- 13
- Längsnut
- 13a
- Wandung
- 14
- Vorsprung
- 14a
- Prägung
- 15
- Zahn
- 16
- Muffenkörper
- 17
- Längsnut
- 17a
- Wandung
- 17b
- Vorsprung
- 18
- axialer
Vorsprung
- 18a
- Prägung