DE102004033521A1

DE102004033521A1 - Verzahnung für eine Synchronisiereinheit

Info

Publication number: DE102004033521A1
Application number: DE200410033521
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. Spalthoff; Ernst Dipl.-Ing. Röckelein; Ralf BÖSSNER; Kristina Dipl.-Ing. May; Thomas Badum; Fred Dipl.-Ing. Guderjahn; Manfred Dipl.-Ing. Jansen
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-07-10
Filing date: 2004-07-10
Publication date: 2006-02-16
Also published as: SK812005A3; PL376128A1; PL208850B1; BRPI0502512A; RU2005121615A

Abstract

Eine Verzahnung (2) für eine Schiebemuffe (1), die durch Umformen aus einem Blechstreifen (3) ein geformtes Keilprofil (13) aufweist, bei der an dem Keilprofil (13) in eine Richtung durch Zahnlücken (14) getrennte Zähne (5, 18) weisen, die stirnseitig vollständig geschlossen sind, und wobei jeweils stirnseitig ein Rand (6, 7) ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Verzahnung für eine Synchronisiereinheit, die ein durch spanloses Umformen aus einem Blechstreifen gebildetes Keilprofil aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf das Anwendungsgebiet Synchronisiereinheiten und hierbei wiederum auf Synchronkörper und Schiebemuffen für Fahrzeuggetriebe. 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 Wege nur sehr zeit- und kos tenintensiv 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.
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.

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.

Die Verzahnung 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. Die Verbindung der Enden ist aufgrund der in der Synchronkupplung zu übertragenden Drehmomente hoch belastet. Der Aufwand für das Herstellen einer sicheren Verbindung ist deshalb hoch, es können Probleme hinsichtlich der Steifigkeit der Verzahnung bei der Übertragung von Momenten entstehen.

Eine Lösung dieses Problems ist in der DE 102 47 953 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 Stahl 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 an dieser Schiebemuffe wiederum ist, dass Verzahnung und Stützring nicht einteilig ausgebildet sind und damit zusätzlicher Bearbeitungsaufwand durch Pressen bzw. Verschweißen entsteht. Durch die Form der Verzahnung müssen viele Schweißpunkte gesetzt werden, und die Belastung konzentriert sich auf diese. Für ein einfache, umlaufende Schweißnaht fehlt eine solide, umlaufende Kontaktbasis zwischen der Verzahnung und dem Stützring. Es entstehen deshalb Probleme hinsichtlich der Steifigkeit der Verzahnung bei der Übertragung von Momenten.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine durch spanlose Formgebung gefertigte Verzahnung mit einer Bandage zu schaffen, welche ein geringes Gewicht aufweist, hohen Belastungen standhält, eine Verbindung zwischen Verzahnung und Bandage aufweist, wodurch die Kräfte zwischen ihnen sich gleichmäßig verteilen, und welche die Anzahl der Schweißvorgänge minimiert und vereinfacht.

Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Verzahnung in ihrem Ausgangszustand aus einem Blechstreifen ausgebildet ist, wobei die Zähne der Verzahnung stirnseitig vollständig geschlossen sind derart, dass stirnseitig Ränder entstehen. Die Ränder fungieren als Stütze für die Verzahnung. Sie entstehen dadurch, dass in den Blechstreifen im flachen Zustand nicht über die vollständige Breite das Profil der Verzahnung geprägt wird, sondern nur über eine Breite b₁, die kleiner ist als die Breite b₂ des Blechstreifens. Die so eingebrachten Zähne erstrecken sich entweder nach außen oder nach innen. Ausgehend von der früheren Ebene des Blechstreifens weisen die Zähne nur in eine Richtung. Auf der den Zähnen abgewandten Seite entsteht also ein Hohlprofil. Die Wandstärke der Zähne weicht kaum von der Dicke des Ausgangsmaterials ab, wodurch eine hohe Stabilität erreicht wird bei gleichzeitiger Minimierung der Masse der Verzahnung.

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.

Auf der Seite mit dem Hohlprofil, im montierten Zustand nach radial außen, sind die Stirnseiten der Verzahnung jeweils von einem ringförmigen, sich an die Zähne anschließenden Rand abgeschlossen. Diese Ränder sind eine Basis, an der eine Bandage der der Schiebemuffe mit Schaltgabelführung aufsitzen kann und über die die Verzahnung mit der Bandage beispielsweise in Form einer Ringnaht gut verschweißbar ist.

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.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Schiebemuffe,
2 einen Längsausschnitt durch die Schiebemuffe nach 1 entlang der Linie II-II,
3a eine Schrägaufsicht auf einen Ausschnitt des profilierten Blechstreifens,
3b eine rückwärtige Schrägaufsicht auf den profilierten Blechstreifen,
3c einen Querschnitt des profilierten Blechstreifens,
3d eine perspektivische Ansicht des kreisrund gebogenen Blechstreifens.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 und 2 zeigen eine Schiebemuffe 1. Im wesentlichen ist die Schiebemuffe 1 um die Rotationsachse 1a rotationssymmetrisch ausgebildet und besteht aus einer Verzahnung 2 mit einem Keilprofil 13 (3a) sowie einer Bandage 16. Die Verzahnung 2 ist durch einen kreisrund gebogenen Blechstreifen 3 gebildet. Vormals ist der Blechstreifen 3 eben und gerade, wird dann profiliert, auf eine bestimmte Länge, den zukünftigen Umfang, geschnitten, wobei Enden 15 (3a) entstehen. Die Enden 15 sind aufeinander zu gebogen und mittels einer Schlossverbindung 4 aneinander befestigt.
Die 3a, 3b und 3d zeigen, dass der Blechstreifen 3 trogförmige Zähne 5, 18 mit einer Breite b₁ aufweist, deren Zahnspitzen 8 sich nicht über die vollständige Breite b₂ des Blechstreifens 3 erstrecken. Dabei sind die Zahnspitzen 8 der Zähne 5, 18 durch Dachschrägen 9 vollständig geschlossen. Auf der den Zähnen abgewandten Seite ist ein Hohlprofil 10 ausgebildet. Die Stirnseiten 11, 12 der Verzahnung sind jeweils von einem ringförmigen, sich an die Zähne 5, 18 anschließenden Rand 6, 7 abgeschlossen. Diese Ränder 6, 7 sind eine Basis 17, an der eine Bandage 16 (1) auf der Verzahnung 2 aufsitzt und in Form einer Ringnaht 20 (2) verschweißbar ist. Die Ränder 6 und 7 sind umfangsseitig geschlossen ausgeführt und bilden somit eine ringförmige Basis 17. Aus dieser stehen radial Zähne 5, 18 nach innen hervor. Ein Zahn 18 weist eine Rastvertiefung 19 für den Eingriff eines nicht dargestellten Druckstücks auf. Die Zähne 5, 18 sind voneinander durch Zahnlücken 14 getrennt. Die Bandage 16 ist vorzugsweise aus Stahl kalt geformt und umfangsseitig geschlossen ausgeführt. Er ist auf der ringförmigen Basis 17 befestigt.
Die 3c zeigt einen Querschnitt des Blechstreifens 3 durch einen Zahn 18 mit einer Rastvertiefung 19. Ohne die Rastvertiefung 19 hat der Zahn 18, in Zahnausrichtung senkrecht gesehen, eine konstante Wandstärke, lediglich an den Rändern 6, 7 variiert die Wandstärke aufgrund Ungleichmäßigkeiten im Umformungsprozess ein wenig. Die Wandstärke der Ränder 6, 7 ist dabei im Prinzip beliebig wählbar, besonders vorteilhaft ist es, sie so zu wählen, dass sie der Dicke des Blechstreifens entspricht.

1: Schiebemuffe
1a: Rotationsachse
2: Verzahnung
3: Blechstreifen
4: Schlossverbindung
5: Zahn
6: Rand
7: Rand
8: Zahnspitzen
9: Dachschrägen
10: Hohlprofil
11: Stirnseite
12: Stirnseite
13: Keilprofil
14: Zahnlücke
15: Ende
16: Bandage
17: ringförmige Basis
18: Zahn
19: Rastvertiefung
20: Ringnaht

Claims

Verzahnung (2) für eine Schiebemuffe (1), die durch spanloses Umformen aus einem Blechstreifen (3) ein geformtes Keilprofil (13) aufweist, bei der an dem Keilprofil (13), ausgehend von einer gedachten, neutralen Linie, in eine Richtung durch Zahnlücken (14) getrennte Zähne (5, 18) weisen, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils stirnseitig ein Rand (6, 7) ausgebildet ist.
Verzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (5, 18) alle in eine Richtung weisen und rückseitig ein Hohlprofil (10) ausgebildet ist.
Verzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (5, 18) stirnseitig vollständig geschlossen ausgebildet sind.
Verzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (5, 18) trogförmig ausgebildet sind und Dachschrägen (9) sowie Zahnspitzen (8) aufweisen.
Verzahnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (5, 18) an ihren stirnseitigen Zahnspitzen (8) und sich daran anschließenden Hinterschnitten mit Dachschrägen (9) vollständig geschlossen sind.
Verzahnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder (6, 7) in Umfangsrichtung durchgehend ausgebildet sind.
Verzahnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder (6, 7) mit der Bandage (16) ringverschweißt sind.
Verzahnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (2) durch Schneiden aus einem Endlosband Enden (15) aufweist, welche durch eine Schlossverbindung (4) oder durch Schweißen miteinander verbunden sind.