Die Erfindung betrifft eine Klauenverzahnung für Schaltgetriebe oder dergleichen, deren Klauen mit Hinterstellung ausgebildete Seitenflanken aufweisen und, im Querschnitt zur Klauenlängsachse gesehen, eine ebene oder konvexe Dachform aufweisen.

Derartige Klauenverzahnungen, insbesondere bei Schaltmuffen und Gangrädern in Kraft¬ fahrzeuggetrieben, unterliegen einem hohen Verschleiß. Die Dachform der Klauen, welche für den ersten Kontakt während der Einspurphase eine beson¬ dere Rolle spielt, ist daher so zu gestalten, daß der Eingriff rasch und möglichst reibungslos abläuft. Außerdem wird die Qualität einer Klauenverzahnung maßgeblich von der Gestaltung der Seitenflanken bestimmt; dadurch, daß die Seitenflanken eine Hinter- schneidung bilden, wird ein sicherer Eingriff gewähr¬ leistet.

Es ist eine Synchronisierungsklauenkupplung bekannt (US-PS 3550738) , bei welcher einzelnen Klauenelemente nockenförmig vorspringen. Dadurch wird ein Schalten bei hohen Geschwindigkeiten möglich, ohne einen bei herkömmlichen Kupplungen auftretenden Kanten¬ verschleiß an den Klauen zu bewirken. Die bekannten Klauen besitzen nach Fig. 4, 5; 8, 9 bzw. 12, 13 Seitenflanken mit leichten Hinterstellungen sowie eine im Querschnitt zur Klauenlängsachse gesehen eben oder konvex verlaufende Dachform. Die Grundrißform der Klauen ist dabei mit Verjüngung zur Drehachse der Klauenverzahnung hin zusammenlaufend und die Erzeu-

genden der Klauenform in Klauenlängsrichtung sind Geraden, die im Bereich der Seitenflanken entsprechend dieser Keilform verlaufen.

Außerdem ist eine schnell und reibungsarm anspre¬ chende Kraftfahrzeugkupplung bekannt (US-PS 5524738) , deren Klauen mit Hinterstellungen der beiden Flanken ausgebildet sind; die Klauen weisen im Querschnitt zur Klauenlängsachse gesehen eine ebene oder konvexe Dachform auf. Auch hier ist die Grundrißform der Klauen mit Verjüngung zur Drehachse der Klauen¬ verzahnung hin keilförmig zusammenlaufend und die Erzeugenden der Klauenform sind zumindest im Bereich der Seitenflanken in Klauenlängsrichtung durch Geraden gebildet, die entsprechend der Keilform verlaufen. Hierdurch soll ein Schalten bei hohen Drehzahlen mit geringem Verschleiß möglich sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Klauenverzahnung in dem Sinne zu verbessern, daß bei Erhaltung einer für die Herstellung einfachen Klauenform der Kontakt beim Einspuren besonders weich ist und daß der für die Übertragung des Drehmoments maßgebliche Eingriffs¬ zeitpunkt frühzeitig unter Verwirklichung einer großen Eingriffsfläche erzielt wird, wobei insgesamt die Standzeit der Klauenverzahnung verbessert werden soll.

Diese Aufgabe wird bei einer Klauenverzahnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Grund¬ rißform der Klauen rechteckig oder mit Verjüngung zur Drehachse der Klauenverzahnung hin keilförmig zusam-

menlaufend ist, daß die Erzeugenden der Klauenform in Klauenlängsrichtung Geraden sind, die, in der Draufsicht auf die Klauen gesehen, entweder parallel zueinander oder entsprechend der Keilform oder durch die Rotationsachse verlaufen und daß die Erzeugenden der Seitenflanken und der Dachform einen der gleichen Gesetzmäßigkeit folgenden Verlauf haben..

In diesem Sinne umfaßt die Erfindung mehrere Varianten, die man durch ihre unterschiedliche Grund¬ rißform unterscheiden kann.

Eine erste Variante, im folgenden mit "Parallelklaue" bezeichnet, besitzt rechteckigen bzw. quadratischen Grundriß, wobei der Grundriß wegen der hinterstellten Seitenflanken schmäler ist als die Dachfläche. Beide Seitenflanken bilden entsprechend dem Hinter¬ stellungswinkel schräg zu einer Mittelebene verlau¬ fende Flächen.

Eine zweite Ausführungsform, im folgenden "Keilklaue" genannt, besitzt einen trapezförmigen Grundriß derart, daß sich die Grundrißform zur Drehachse hin verjüngt, die Klaue in der Draufsicht gesehen also keilförmig erscheint. Auch hier sind die Seiten¬ flanken entsprechend dem Hinterstellungswinkel geneigt, d.h. sie bilden insgesamt eine Ebene, welche nicht nur, wie bei der Parallelklaue, zur Grundfläche schräg verläuft, sondern welche außerdem zur Mittel¬ ebene durch die Drehachse schräg verläuft. Gegenüber der Parallelklaue ist bei der Keilklaue der Eingriff verbessert, da die Verzahnungspartner im Bereich der Dachform eine geringere Abstützfläche vorfinden und

der Eingriff im Bereich der Seitenflanken in Umfangs- richtung gesehen mit geringerer Versetzung erfolgt als bei der Parallelklaue.

Bei der dritten Variante, im folgenden "Wendelklaue" genannt, bilden die Erzeugenden für den Klauenumriß eine Wendelfläche bzw. eine Schraubenfläche, d.h. die Erzeugenden verlaufen in Form radialer Geraden in unterschiedlichen Höhen durch die Drehachse und sind gegeneinander verschraubt, d.h. anders als bei der Parallel- und Keilklaue beschreibt die Seitenflanke bei der Wendelklaue keine Ebene mehr, sondern eine Wendelfläche.

Bevorzugt setzt sich die Wendelfläche im Bereich der Dachform fort, so daß entsprechend der gegenseitigen Verdrehung der beiden Verzahnungspartner im Bereich der Dachform der Kontakt zwischen zwei Klauen auf eine Linie reduziert ist, d.h. der Einspurwiderstand ist besonders gering. Ähnliche Verhältnisse lassen sich bei anderen Klauenformen dadurch verwirklichen, daß die Dachform quer zur Längsebene der jeweiligen Klaue konvex ausgebildet ist, also bspw. eine ellip¬ tische oder in ähnlicher Weise gewölbte Form aufweist.

Derart ballige Dachformen und entsprechend gewendelte Seitenflanken bei Klauenverzahnungen können herstel¬ lungstechnisch durch spezielle Umformverfahren des Warm- und Kaltkalibrierens verwirklicht werden. Sie eignen sich insbesondere für Schaltgetriebe in Kraft¬ fahrzeugen, wo es neben einer hohen Standfestigkeit

wesentlich auf die Leichtgängigkeit der Schaltung ankommt.

Entsprechend den erläuterten drei verschiedenen Klauenformen läßt sich die Gesetzmäßigkeit, nach welcher die geradlinigen Erzeugenden verlaufen, entweder als Bündel paralleler Geraden oder schraubenlinienförmig verteilter Geraden charak¬ terisieren.

Bei der Parallelklaue sind sämtliche Erzeugenden, welche die Seitenflanken und/oder die Dachform bestimmen, zueinander parallel.

Bei der Keilklaue sind die Erzeugenden jeder Seiten¬ flanke untereinander parallel, während jene der Dachform in Anpassung an die Keilform der Klaue verlaufen.

Bei der Wendelklaue sind die Erzeugenden gegen¬ einander im Sinne einer mathematischen Schraubenform verschraubt, d.h. sie sind zueinander entsprechend schief angeordnet.

Die Herstellung einer derartigen Klauenverzahnung ist in der Reihenfolge ihrer vorstehenden Aufzählung mit einem zunehmenden Herstellungsaufwand verbunden. In der gleichen Reihenfolge verbessert sich andererseits die Leichtgängigkeit des Einspurvorgangs.

Es sind unterschiedliche Dachformen denkbar, nämlich solche, die aus ebenen Flächen zusammengesetzt sind, und solche, die im Querschnitt zur Klauenlängsachse

gesehen, eine gerundete Dachform aufweisen, wie bspw. einen Teilkreis, eine Halbellipse oder eine zu den Seitenflanken hin gerundet abfallende Linie.

Für die Funktion der erfindungsgemäßen Klauen¬ verzahnung ist es nicht erforderlich, daß alle Klauen eine besondere, z.B. ebene oder konvexe Dachform aufweisen. Es wird im allgemeinen genügen, nur eine Teilmenge der Klauen mit einer besonderen Dachform zu versehen; in diesem Fall ist es allerdings erfor¬ derlich, daß die Klauen dieser Teilmenge um einen Überhöhungsbetrag höher ausgebildet sind als die restlichen Klauen. Die Höhe der Dachform kann dabei ganz oder teilweise dem Überhöhungsbetrag entsprechen.

Beispielsweise genügt es, wenn nur jede zweite Klaue bei einem Partner einer Klauenverzahnung mit einer überhöhten Dachform versehen ist. Die überhöhten Klauen sorgen für einen reduzierten Kontakt zwischen den beiden Partnern einer Klauenverzahnung im Moment des Einspurvorgangs und erleichtern somit das Schalten der Gänge. Je mehr Klauen gleichzeitig aufeinandertreffen, d.h. je mehr Klauen eine das Einspuren verbessernde Dachform aufweisen, desto mehr verlängert sich die Standzeit der Verzahnung aller¬ dings gegen Inkaufnahme eines zunehmenden Einspur¬ widerstands.

Erst wenn alle Klauen mit einer besonderen Dachform versehen sind, kommt es nicht mehr auf deren Über¬ höhung an; maßgeblich ist dann nur noch die Gestaltung der Klauenform bzw. der Dachform derart,

daß die Kontaktfläche zwischen den aufeinan¬ dertreffenden Klauen im Moment des Einspurvorgangs minimiert ist, und daß die Verdrehungstendenz bis zur Verwirklichung des drehmomentübertragenden Flanken¬ eingriffs optimal ist.

Während im Bereich der Dachform eine Linienberührung zwischen den beim Einspuren aufeinandertreffenden Klauen angestrebt wird, kommt für den Flankeneingriff der Klauen sinnvollerweise nur eine Flächenberührung in Frage, d.h. bei der Parallelklaue und der Keil- klaue eine ebene, entsprechend der Hinterstellung geneigte Fläche, im Falle der Wendelklaue eine Schraubenfläche.

Das Einspurverhalten wird zusätzlich noch dadurch verbessert, daß in an sich bekannter Weise ein umlau¬ fender, die Unterkante der Dachform bildender Höhen¬ abschnitt als Abflachung, in der Fachsprache auch unter dem Namen "Fiat" bekannt, ausgebildet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Klauenverzahnung mit drei verschiedenen Klauenformen, in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 im halben Längsschnitt eine Parallelklaue mit ebener Dachform und Fiat, Fig. 3 im halben Längsschnitt eine Keilklaue mit ebener Dachform und Fiat, Fig. 4 im halben Längsschnitt eine Wendelklaue mit ebener Dachform und Fiat,

Fig. 5 einen Halbschnitt gemäß Fig. 4 durch eine

Wendelklaue mit seitlich abgeschrägter Dach¬ form,

Fig. 6 einen Halbschnitt gemäß Fig. 4 durch eine Wendelklaue mit giebelförmiger Dachform,

Fig. 7 einen Halbschnitt gemäß Fig. 4 durch eine

Wendelklaue mit seitlich abgerundeter Dach¬ form,

Fig. 8 einen Halbschnitt gemäß Fig. 4 durch eine Wendelklaue mit ovaler Dachform und

Fig. 9 eine komplettierte Wendelklaue gemäß Fig. 8.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Verzahnungs- bereich einer Klauenverzahnung mit drei verschiedenen Klauenformen, nämlich eine Klaue 1 mit einer ebenen Dachform, eine Klaue 2 mit einer seitlich abge¬ schrägten, ebenen Dachform und eine Klaue 3 mit einer konvex gerundeten Dachform. Die drei verschiedenen Klauenformen an einem Verzahnungskörper dienen ledig¬ lich dem Zweck der Demonstration, da unterschiedliche Klauenformen am selben Verzahnungskörper nicht sinnvoll erscheinen, jedenfalls dann nicht, wenn, wie hier dargestellt, die Klauen gleich hoch sind. Denkbar wäre allerdings eine Kombination aus ebenen Klauen 1, z.B. mit einer Höhe gemäß der strichlierten Linie 4, und einer weiteren Klauenform, z.B. gemäß der Klaue 2 mit seitlich abgeschrägter Dachform oder der Klaue 3 mit gerundeter Dachform, wobei die Dach¬ formen jeweils gegenüber der ebenen Klaue 1 überhöht sind. Zweckmäßig könnte ein solcher Klauenkörper abwechselnd eine ebene Klaue ohne Überhöhung und eine Klaue mit überhöhter Dachform aufweisen.

Gemäß Fig. 1 sind die verschiedenen Klauenformen verhältnismäßig vergröbert dargestellt, d.h. es ist weder die Hinterstellung der Seitenflanke erkennbar, noch ist der Übergang zwischen dem eigentlichen Grundkörper der Klaue und ihrer Dachform gezeichnet.

Diese Details werden mit den weiteren Zeichnungs¬ figuren verdeutlicht.

Fig. 2 zeigt einen halben Längsschnitt durch eine Parallelklaue 8, wobei zur Verdeutlichung die paral¬ lelen Erzeugenden 5a in Längsrichtung, d.h. parallel zur radialen Richtung der Klaue verlängert sind. Der Hinterstellungswinkel ß der Seitenflanke 6a ist dabei übertrieben dargestellt. Die Grundrißfläche besteht aus einem Rechteck mit der Länge 1 und der halben Breite b/2. Die Mittellängsebene der Klaue verläuft durch die Drehachse des Klauenkörpers. In der Fig. 2 kann man sich die Drehachse als strichpunktierte Linie D vorstellen, durch welche die durch die Radiallinien 7 aufgespannte Mittellängsebene der abgebildeten halben Parallelklaue 8 verläuft.

Die Parallelklaue 8 ist zusammengesetzt aus einem Klauengrundkörper 8a, einer Fiat 8b und einer Dach¬ form 8c. Letztere ist als flache Rechtecksform ausge¬ bildet; eine Fiat 8b, welche die Rechtecksform fortsetzt, bildet die Unterkante der Dachform 8c und gleichzeitig die Oberkante des Klauengrundkörpers 8a. Entsprechend der seitlichen Hinterstellung der Seitenflanke 6 verbreitert sich die Parallelklaue 8 ausgehend von ihrer Grundrißebene bis zur Oberkante des Klauengrundkörpers 8a hin entsprechend, wobei

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deren halbe obere Breite B/2 sowohl für die Fiat 8b als auch für die Dachform 8c gilt.

Fig. 3 zeigt die sog. Keilklaue 9, bei welcher der Grundriß eine Trapezfläche bildet, wobei die größere Parallelseite der Breite bl, die kleine der Breite b2 entspricht, d.h. dargestellt ist nur die halbe Keil¬ klaue 9, deren Mittellängsebene, welche durch die beiden parallelen Geraden 7 aufgespannt ist, wiederum durch die angenommene Drechachse D verläuft. Während bei der Parallelklaue 8 gemäß Fig. 2 der Grundkörper 8a einem Rechteck mit hinterstellter Seitenflanke 6a entspricht, ist bei der Keilklaue 9 gemäß Fig. 3 der Grundkörper 9a der Klaue keilförmig ausgebildet, d.h. die Erzeugenden 5a der Seitenflanke verlaufen zwar untereinander parallel; sie bilden aber ein Bündel von Parallelen, welches zu den Erzeugenden der gegen¬ überliegenden Seitenflanke entsprechend der Keilform schräg verläuft. Die Fiat 9b und die Dachform 9c sind entsprechend der Keilform des Grundkörpers 9a ausge¬ bildet.

Fig. 4 beschreibt eine Wendelklaue 10, in der Darstellung als Halbprofil wie schon bei den Klauen¬ formen gemäß den Fig. 2 und 3. Hier schneiden sich sämtliche Erzeugenden der Seitenflanke 6a in der gedachten Drehachse D, d.h. die Erzeugenden 5a werden gebildet durch Gerade, welche gegenüber der Drehachse D verschraubt sind. Das bedeutet, daß die Hinter¬ stellung der Seitenflanke 6a in radialer Richtung zur Drehachse D gesehen abnimmt, d.h. der Hinterstel¬ lungswinkel ßl in der stirnseitigen Ebene der Wendel- klaue 10 ist größer als der Hinterstellungswinkel ß2

in der Ebene ihrer Rückseite. Insgesamt betrachtet stellt die Seitenflanke 6a eine Schraubenfläche dar, deren Erzeugenden entsprechend der Gesetzmäßigkeit einer Schraubenfläche gerade Linien durch die Drehachse sind, deren Verdrehwinkel, bezogen auf einem bestimmten Höhenschritt, konstant ist. Demzu¬ folge werden alle Kanten der Wendelklaue 10 durch gerade Linien begrenzt.

Wie bei der Parallelklaue 8 gemäß Fig. 2 und bei der Keilklaue 9 gemäß Fig. 3 wurde auch bei der Wendel- klaue 10 gemäß Fig. 4 eine Klauenform mit Klauen¬ körper 10a, Fiat 10b und ebener Dachform 10c gewählt.

Zu den Fig. 2 bis 4 gilt generell, daß zur Verdeut¬ lichung der Darstellung die Erzeugenden 5a jeweils bis zur Drehachse D durchgezogen sind, so daß man die Gesetzmäßigkeit ihres Verlaufs leicht erkennen kann. Bei der Keilklaue 9 gemäß Fig. 3 wurde die Grund¬ fläche willkürlich so gelegt, daß die beiden langen Dreiecksschenkel sich in der Drehachse D schneiden. Selbstverständlich kann sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung jeder beliebige Ausschnitt für die Bemessung der jeweiligen Klaue in Frage kommen. Im Vordergrund steht bei den Fig. 2 bis 4 die theoretische Darstellung der Gesetzmäßigkeit für den Verlauf der Erzeugenden bei den drei verschiedenen Klauenformen.

Die folgenden Fig. 5 bis 8 haben gemeinsam, daß sie eine Wendelklaue 10 mit jeweils gleichem Grundkörper 10a, gleichem Fiat 10b, aber unterschiedlichen Dach¬ formen zeigen.

Bei Fig. 5 handelt es sich um eine ebene Dachform lOd mit seitlicher Schräge 11.

Bei Fig. 6 handelt es sich um eine giebelförmige Dachform lOe. Die beiden Dachschrägen schneiden sich entlang der Linie 12 in der Mittellängsebene der Wendelklaue 10. Gezeigt ist auch hier wiederum nur eine Hälfte der Wendelklaue 10; die andere Hälfte ist zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen. Aller¬ dings sind auch derartige Halbklauenformen durchaus als gültige Klauenform vorstellbar, z.B. bei Getrieberädern, die bloß in einer Drehrichtung belastet werden.

Gemäß Fig. 7 besitzt die Wendelklaue 10 wiederum eine Flachdachform lOf, welche zur Seitenflanke 6 hin eine Rundung 13 aufweist.

Die Keilklaue 10 gemäß Fig. 8 besitzt eine ovale Dachform 10g, aufgesetzt auf einer Fiat 10b, letztere aufgesetzt auf einem Grundkörper 10a, welcher wiederum identisch ist mit der Form des Grundkörpers gemäß den Fig. 4 bis 7.

Während Fig. 8 wiederum nur eine halbe, in der Längs- mittelebene geschnittene Wendelklaue zeigt, wird gemäß Fig. 9 die selbe Klaue, jedoch komplett darge¬ stellt. Hier sind sowohl die Erzeugenden 5a der Seitenflanke 6a als auch die Erzeugenden 5b der hinterstellten gegenüberliegenden Seitenflanke 6b eingezeichnet. Die Dachform 10g wird durch ein halbes

Oval gebildet, welches speziell die Form einer Ellipse haben kann.

Man kann sich anhand der Fig. 9, welche eine zur Mittellängsebene der halben Klaue gemäß Fig. 8 symmetrische Ergänzung darstellt, ohne weiteres vorstellen, daß die Darstellungen zu den Fig. 2 bis 7 ensprechend zu einer kompletten Klauenform zu vervollständigen sind. Je nach der am fertigen Zahn¬ rad gewünschten Klaüenart und Klauenform bestimmen sich die Abmessungen der jeweiligen Grundkörper hinsichtlich ihrer Höhe h, ihrer Breite b und ihrer radialen Länge 1.