Bezeichnung der Erfindung Kupplungselement einer Kupplungseinheit für Schaltgetriebe Beschreibung Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Kupplungselement einer Kupplungseinheit für Schalt- getriebe zum drehfesten Verbinden einer Getriebewelle mit einem relativ zur Getriebewelle drehbaren Gangrad, wobei das Kupplungselement eine Verzah- nung aufweist und das Kupplungselement zumindest zweiteilig aus einem er- sten Element sowie einem zweiten Element gebildet ist und wobei zumindest das erste Element durch einen spanlosen Formgebungsprozeß gefertigt und mit dem zweiten Element verbunden ist.

Hintergrund der Erfindung Derartige Kupplungselemente sind in Kupplungseinheiten manuell schaltbarer Getriebe zu finden. Die Kupplungseinheiten werden sowohl in unsynchroni- sierten Schaltungen als auch in synchronisierten Schaltungen verwendet. In den unsynchronisierten Schaltungen sind Klauenschaltkupplungen als Kupp- lungseinheiten eingesetzt. Die Kupplungseinheiten in synchronisierten Getrie- ben sind als Gleichlaufkupplungen, auch Synchronisiereinrichtungen genannt, ausgebildet. Sowohl in den unsynchronisierten Getrieben als auch in den syn- chronisierten Getrieben ist mit einer derartigen Kupplungseinheit eine Getrie- bewelle mit einem Gangrad eines ständig miteinander kämmenden Zahn- radpaares formschlüssig zu kuppeln.

Die Kupplungseinheit ist in der Regel aus drei Kupplungselementen gebildet.

Ein erstes Kupplungselement sitzt verdrehfest auf der Getriebewelle und steht mit einem zweiten Kupplungselement über eine Verzahnung im Eingriff. Das zweite Kupplungselement ist über die Verzahnung längsverschiebbar zum er- sten Kupplungselement angeordnet und mit einer Kuppelverzahnung versehen, die für den Eingriff in ein drittes Kupplungselement vorgesehen ist. Die be- kanntesten Beispiele derartiger Kupplungselemente sind der Synchronkörper, die Schiebemuffe und die Kuppelverzahnung eines Gangrades einer Synchro- nisiereinrichtung.

Die Kupplungselemente 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 unter- schiedlichste Gestaltungsformen aufweisen und die in der Regel nur mit gro- ßem Aufwand gestaltet werden können. So bilden z. B. die Konturen von Aus- sparungen an den Zahnflanken oder Verriegelungsnuten in Bearbeitungsrich- tung sogenannte Hinterschnitte. Diese hinterschnittenen Konturen oder Hinter- schnitte 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 gefertig- ten Kupplungselementen weitestgehend vermieden werden. Im Interesse einer optimalen Wirkungsweise des Kupplungselementes 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 Kupplungselementen.

Wie bekannt, können im Vergleich zur spanabhebenden Bearbeitung die Ferti- gungskosten des Kupplungselementes durch eine spanlose Fertigung gesenkt werden. Die beispielsweise erwähnten Verriegelungsnuten und Aussparungen sind in einstückig ausgebildeten Kupplungselementen in einer durchgängig spanlosen Fertigung ebenfalls nicht einzubringen, da diese in der Regel Hin- terschnitte in Entformungsrichtung, z. B. eines Ziehstempels, bilden. Aus die- sem Grund werden Kupplungselemente aus einzeln gefertigten Bauteilen zu-

sammengefügt. Die Fügeebene verläuft dabei durch die Teilungsebene der Hinterschnitte des Fertigteils, so daß am Bauteil kein Hinterschnitt ausgebildet ist.

Ein Kupplungselement der gattungsbildenden Art ausgebildet als eine Schie- bemuffe, ist beispielsweise aus DE 39 08 989 C2 vorbekannt. Diese Schiebe- muffe wird aus zwei symmetrischen oder annähernd symmetrischen, ringförmi- gen sowie einstückig ausgebildeten Bauteilen gebildet. Jede Symmetriehälfte weist an einem halben Muffenkörper eine Hälfte einer am Innenumfang ausge- bildeten Verzahnung sowie einen Teil der Schaltgabelführung auf. Die Bau- teile sind frei von Hinterschnitten ausgebildet und werden durch einen Um- form-, Gieß-oder Sinterprozeß gefertigt. Im Anschluß an ihre Einzelfertigung werden die Bauteile stirnseitig aneinander durch Fügen verbunden und bilden die Schiebemuffe.

Nachteilig bei derartig ausgebildeten Kupplungselementen ist, daß mehrere in der Enfformungsrichtung hintereinander angeordnete Hinterschnitte, wenn überhaupt, nur durch Aufteilung des Kupplungselementes in eine entsprechen- de Anzahl hintereinander angeordneter separat gefertigter Bauteile realisierbar ist. Die Bauteile als Einzelteile sind dann zueinander nicht mehr symmetrisch ausgebildet. Die Genauigkeit der einzelnen Elemente, insbesondere der Ver- zahnung, leidet unter derartigen Fügestellen. Die Fertigung eines derartig ge- stalteten Kupplungselementes erfordert eine Vielzahl von Werkzeugen, ist kompliziert und deshalb teuer.

Kupplungselemente nach dem Stand der Technik sind mit ihren einzelnen Funktionselementen wie z. B. der Muffenkörper, die Schaltgabelführung und die Zähne einer Schiebemuffe, aus einem Werkstoff gebildet. Die Anforderun- gen 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 höchstbela- stete Funktionselement stellt und der Bearbeitbarkeit des Materials.

Zusammenfassung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kupplungselement zu schaffen, das in seiner Gestaltung eine beliebige Anzahl und Anordnung von hinterschnittenen Konturen an der Verzahnung zu ! äßt, eine den unterschiedlichen Anforderun- gen an die einzelnen Elemente des Kupplungselementes angepaßte Werkstoff- auswahl gestattet und die sich insbesondere in der Massenfertigung kosten- günstig fertigen läßt.

Diese Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 da- durch gelöst, daß ein Element des aus mindestens zwei Elementen gebildeten Kupplungselementes durch die Verzahnung gebildet ist und daß die Verzah- nung aus in einem spanlosen Formgebungsprozeß gefertigten Zähnen gebildet ist. Die Zähne sind zumindest abschnittsweise am Umfang aufeinander folgend untereinander durch wenigstens ein Verbindungselement miteinander verbun- den. Die Verzahnung wird also separat gefertigt und ist je nach Ausführung in Form von Abschnitten, also Segmenten, oder als ein ganzteiliges zumindest ringförmig ausgebildetes Element an dem oder den weiteren Elementen des Kupplungselementes der Kupplungseinheit befestigt.

Die separate Ausführung der Verzahnung erleichtert ihre Fertigung. Die Zähne der Verzahnung lassen sich einzeln ausformen und deshalb auf einfache Wei- se mit komplizierten Konturen versehen. Die Materialauswahl, der Bearbei- tungszustand und der Härtezustand sind ausschließlich den Beanspruchungen an die Verzahnung und deren Fertigbarkeit angepaßt. Die Werkzeuge zur Her- stellung einer derartigen Verzahnung können einfach und kostengünstig ge- staltet werden. Die Modifikation der Verzahnung an ansonsten baugleichen Kupplungselementen ist durch den Einsatz z. B. unterschiedlicher Verzah- nungsabschnitte einfach zu realisieren. Das Gewicht derartiger Bauteile und die Materialkosten für deren Herstellung sind gering, da der wesentliche Anteil des für ihre Herstellung verwendeten Materiales auch für ihre tatsächliche Ausformung und Gestaltung verwendet wird. Abfall fällt dabei wenig an.

Kupplungselement gemäß Erfindung sind insbesondere in der Massenfertigung kostengünstig herzustellen. Die Zähne sind für ein Einbringen komplizierter hintergeschnittener Konturen und für eine Feinnachbearbeitung praktisch von allen Richtungen zuganglich. Es ist denkbar, derartige Kupplungselemente durch Sintern, Gießen oder Rollieren und Stanzen aus einem Rohrende zu gestalten. Vorzugsweise sind die Verbindungselemente jedoch aus Blech durch einen Umformvorgang wie Pressen, Rollieren, Stanzen und Prägen aus- geformt. Dabei ist, wie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung vorsehen, zwischen einer gemeinsamen, d. h. einstückigen Ausbildung von Zähnen und deren Verbindungselementen und einer Fertigung der Zähne und deren Ver- bindungselemente als Einzelteile zu unterscheiden. Sind Zähne und Verbin- dungselemente der Verzahnung einstückig miteinander ausgebildet, ist in be- vorzugter Ausführung eine aus einem Blechstreifen geformte Verzahnung vor- gesehen. Die Zähne als Einzelteile sind aus einem Draht oder Blechprofil durch Prägen oder Pressen gestaltet oder durch z. B. einen Sinterprozeß ge- formt. Derartige Zähne sind anschließend mit einer unlösbaren Verbindung, vorzugsweise einer Verschweißung, mit ihren Verbindungselementen zu ver- binden. Als bevorzugte Ausführungsformen für die Verbindungselemente sind ein oder mehrere Stege bzw. ein oder mehrere in Umfangsrichtung umlaufende Borde vorgesehen. Die Stege bzw. Borde sind entweder einstückig an den Zähnen ausgebildet oder als Einzelteile hergestellt. Die Stege finden dabei bevorzugt für die Bildung von Zahnsegmenten Anwendung.

Die Bearbeitung der Zähne aus allen Richtungen ist vereinfacht, wenn, wie die weitere Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, die Borde bzw. Stege in axialer Richtung beidendig der einander benachbarten Zähne angeordnet sind und die Stege bzw. Borde über eine stegförmig ausgebildete Anbindung mit den Zäh- nen verbunden sind. Die Stege und Borde blockieren, insbesondere bei ein- stückig ausgebildeten Verzahnungen, somit die Bearbeitung der Zähne nur geringfügig. In einer Massenfertigung ist eine derartige Ausgestaltung der Zäh- ne mit ihren Verbindungselementen von Vorteil, da sie z. B. aus einem End- losmaterial durch Stanzen und Umformen zu fertigen sind. Zähne und Stege

bzw. Borde werden aus dem Endlosmaterial gemeinsam ausgearbeitet, die Stege bzw. Borde dienen als Fertigungshilfsmittel und halten die Zähne bis zu ihrer Fertigstellung, einschließlich ihrer Feinbearbeitung, in Position. Nach der Fertigstellung der Zähne werden die Borde und Stege ggf. von den Zähnen abgetrennt oder verbleiben als Verbindungselemente gemäß Erfindung. So sieht eine besondere Ausgestaltung der Erfindung vor, die Verzahnung mit einem oder mehreren Borden aus einem abgelängten Blechstreifen zu gestal- ten. Der Blechstreifen ist durch Ausstanzen und Umformen mit seinen Zähnen und Borden in gestreckter Form ausgebildet. Die Länge des Blechstreifens entspricht der Umfangslänge der fertigen Verzahnung. Nach der Fertigstellung der Verzahnung einschließlich Feinbearbeitung ist der Blechstreifen kreisför- mig gebogen und an seinen Schnittkanten zusammengeführt. Die Schnittkan- ten werden miteinander, vorzugsweise durch eine oder mehrere Schweißungen verbunden.

In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, die Kupplungsele- mente als Schiebemuffe bzw. Synchronkörper auszubilden. Eine spezielle Ausbildungsform einer Schiebemuffe wird durch eine Schaltgabelführung ge- bildet, an der die Zähne als Einzelteil befestigt sind. Eine derartige Schiebe- muffe hat ein geringes Gewicht. Die Schaltgabelführung ist an der Verzahnung vorzugsweise an einem Bord ausgerichtet oder die Verzahnung bzw. Zähne und die Schaltgabelführung greifen formschlüssig ineinander. Ein derartiger Formschluß ist z. B. durch eine Aussparung an den Zähnen oder der Verzah- nung gebildet, in die die Schaltgabelführung eingreift. Ahnlich äßt sich ein Synchronkörper gestalten. Am Außendurchmesser einer zumindest mit einem Wellensitz oder einer Nabe versehenen Wandung eines Synchronkörpers wird die Verzahnung befestigt. Dabei ist es denkbar, die Zähne als Einzelteile aber auch eine Verbindung aus Zähnen und Verbindungselementen zu befestigen.

Schließlich ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, die einzelnen Ele- mente eines Kupplungselementes jeweils aus unterschiedlichen Materialien bzw. Werkstoffen zu bilden. Dabei ist z. B. die Schaltgabel einer Schiebemuffe aus einem Material mit einer besonderen gleiffähigen und reibfesten Oberftä- che gestaltet, während die Zähne der Verzahnung aus einem gehärteten Mate-

rial mit zähem Kern gebildet sind. Als Material für die Zähne sind z. B. Stähle für Einsatzhärtung vorzusehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläu- tert. Es zeigen : Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schie- bemuffe in der Hauptansicht, Figur 2 eine Teileinsicht der Schiebemuffe nach Figur 2 im Schnitt entlang der Linie II-II, Figur 3 Segment einer einstückig ausgebildeten Verzahnung, de- ren Verbindungselement durch einen Steg gebildet ist, in seinem gestreckten Ausgangszustand, Figur 4 eine Schnittdarstellung durch das Segment nach Figur 3 entlang der Linie IV-IV, Figur 5 ein Segment einer Verzahnung deren Zähne und Verbin- dungselement unlösbar miteinander verbunden sind, in seinem gestreckten Ausgangszustand, Figur 6 eine Teilansicht einer Ausführungsform einer Verzahnung einer Schiebemuffe, mit zwei Borden und unlösbar an den Borden befestigten Zähnen, Figur 7 eine Teilansicht der Verzahnung nach Figur 6 im Schnitt entlang der Linie VII, Figur 8 einen Abschnitt einer Verzahnung mit zwei Borden, die aus

einem abgelängten und profilierten Blechstreifen gebildet ist, in ihrem gestreckten Ausgangszustand, Figur 9 ein Ausführungsbeispiel einer Verzahnung, die aus einem abgelängten, profilierten und kreisförmig gebogenen Blechstreifen gebildet ist, Figur 10 ein Ausführungsbeispiel einer Schiebemuffe, die mit ihrer Schaltgabelführung zwei Borde einer Verzahnung bildet, Figur 11 a eine Teilansicht der Schiebemuffe nach Figur 10, im Schnitt entlang der Linie XI-XI, Figur 11b eine weitere Teilansicht der Schiebemuffe nach Figur 10, im Schnitt entlang der Linie XI-XI in alternativer Ausge- staltung, Figur 12 ein Ausführungsbeispiel eines Verzahnungssegmentes und Figur 13 ein Ausführungsbeispiel eines Synchronkörpers mit an seinem Außenumfang angeordneten Verzahnungsseg- menten.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Figur 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel eines Kupplungselementes 30 eine Schiebemuffe 1 einer nicht dargestellten Synchronisiereinrichtung. Die Schie- bemuffe 1 ist aus einem ersten Element 31 und einem zweiten Element 32 zu- sammengesetzt. Das zweite Element 32 der Schiebemuffe 1 ist durch eine ringförmig ausgebildete sowie im Querschnitt U-förmig gestaltete Schaltgabel- führung 2 gebildet. Am Innenumfang der Schaltgabelführung 2 ist das erste Element 31 in Form von einzelnen Zähnen 3 befestigt. Wie aus Figur 2 ersicht-

lich, sind die Zähne 3 jeweils mit Verschweißungen 4 mit der Schaltgabelfüh- rung 2 unlösbar verbunden.

In Figur 3 und Figur 4 ist mit 5 ein Verzahnungssegment bezeichnet. Das Ver- zahnungssegment 5 ist aus Zähnen 6 gebildet, die jeweils durch ein als Steg 7 ausgebildetes Verbindungselement 33 miteinander verbunden sind. Wie aus Figur 4, einer Schnittdarstellung des Verzahnungssegmentes 5 ersichtlich ist, sind die Stege 7 und die Zähne 6 einstückig miteinander ausgebildet.

Figur 5 zeigt ein Verzahnungssegment 8 in seinem gestreckten Ausgangszu- stand, das mehrteilig aus zumindest einem Bord 9 als Verbindungselement 33 und einzelnen Zähnen 10 gebildet ist. Der Bord 9 und jeder Zahn 10 sind durch zumindest eine Verschweißung 11 miteinander unlösbar verbunden.

Ein Ausführungsbeispiel einer Verzahnung 12 eines Kupplungselementes 30 ist in Figur 6 und 7 dargestellt. Die Verbindungselemente 33 der Verzahnung 12 sind aus zwei Borden 13 gebildet. Die Borde 13 sind an Anschlägen 14a einzelner Zähne 14 ausgerichtet und jeweils an jedem Zahn 14 durch eine Schweißung 15 befestigt.

In Figur 8 ist ein Abschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer Verzah- nung 16 in ihrem gestreckten Ausgangszustand dargestellt. Die Verzahnung 16 ist aus einem abgelängten Blechstreifen gebildet. Aus dem Blechstreifen sind einzelne Zähne 17 ausgeformt. Die Zähne 17 sind über stegförmig ausgebil- dete Anbindungen 18 mit zwei in axialer Richtung beidendig der Verzah- nung 16 angeordneten Borden 19 einstückig verbunden. Figur 9 zeigt beispiel- haft eine Verzahnung 20, die aus einem wie in Figur 8 beschriebenen Blech- streifen gefertigt ist. Die Verzahnung 20 weist Verschweißungen 21 auf, mit denen die Schnittkanten 20a des Blechstreifens der Verzahnung 20 miteinan- der verbunden sind.

In Figur 10, Figur 11 a und Figur 11b ist ein Kupplungselement 30 beispielhaft als eine Schiebemuffe 22 dargestellt. Das zweite Element 32 der Schiebemuffe

22 ist aus zwei Borden 23 einer Schaltgabelführung 23a und das erste Element 31 aus einer Verzahnung 24 gebildet. Die Verzahnung 24 ist entweder aus einzelnen Zähnen gebildet oder aus einstückig mit einem weiteren Bord aus- gebildeten Zähnen. Die Borde 23 nach Figur 11b sind an der Verzahnung 24 ausgerichtet sowie unlösbar mit dieser Verzahnung 24 verbunden und bilden mit Abschnitten der Verzahnung 24 die Schaltgabelführung 23a. Figur 11 a zeigt alternativ, wie die Borde 23 formschlüssig in Aussparungen 24a eingrei- fen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verzahnungselementes zeigt Figur 12.

Das Verzahnungssegment 37 ist aus Zähnen 35 und Stegen 34 gebildet. Die Stege 34 sind in axiale Richtung beidendig der Zähne 35 angeordnet und über Anbindungen 36 mit den Zähnen 35 verbunden.

Figur 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kupplungselementes in Form eines Synchronkörpers 25. Der Synchronkörper 25 ist aus einer Nabe 26, einer Wandung 27 und an seinem Außenumfang angeordneten Verzahnungsseg- menten 28 gebildet. Die Verzahnungssegmente 28 sind durch Verschweißun- gen 29 mit der Wandung 27 verbunden.

Bezugszeichen 1 Schiebemuffe 2 Schaltgabelführung 3 Zahn 4 Verschweißung 5 Verzahnungssegment 6 Zahn 7 Steg 8 Verzahnungssegment 9 Bord <BR> <BR> <BR> <BR> 10 Zahn<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 11 Verschweißung 12 Verzahnung 13 Bord <BR> <BR> <BR> <BR> 14 Zahn<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 14a Anschlag<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 15 Verschweißung 16 Verzahnung 17 Zahn 18 Anbindung 19 Bord 20 Verzahnung 20a Schnittkante 21 Verschweißung 22 Schiebemuffe 23 Bord 23a Schaltgabelführung 24 Verzahnung 24a Aussparungen <BR> <BR> <BR> 25 Synchronkörper<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 26 Nabe 27 Wandung 28 Verzahnungssegment 29 Verschweißung 30 Kupplungselement 31 erstes Element 32 zweites Element <BR> <BR> <BR> 33 Verbindungselement<BR> <BR> <BR> 34 Steg<BR> <BR> <BR> 35 Zahn 36 Anbindung 37 Verzahnungssegment