Die Erfindung betrifft einen Schaltmuffenträger einer Synchronisiereinrichtung mit ei ner Außenverzahnung zum kämmenden Eingriff in eine Schaltmuffe und einer die Au ßenverzahnung unterbrechenden Nut, die Nutwände und einen Nutgrund aufweist.

Synchronisiereinrichtungen werden in Getrieben für Kraftfahrzeugen in verschiedenen Varianten eingesetzt. Sie dienen zur Drehzahlanpassung zwischen den zu koppeln den Gangrädern unterschiedlicher Übersetzungsstufen und damit zur Reduzierung der Schaltkraft und des Verschleißes im Getriebe sowie zur Verbesserung des Schalt komforts. Eine häufig eingesetzte Variante der Synchronisiereinrichtung ist als Sperr synchronisation ausgebildet und weist eine Kegelreibkupplung auf, die als Einkonus- Synchronisation oder als Mehrkonus-Synchronisation ausgeführt sein kann. Beim Synchronisieren werden die unterschiedlichen Drehzahlen des zu schaltenden Gangrads und der Getriebehauptwelle aneinander angeglichen. Danach wird durch formschlüssige Verbindung das Gangrad mit der Welle gekuppelt.

Eine Synchronisiereinrichtung für Getriebe bekannter Bauart mit mehreren Druckstü cken im Schaltmuffenträger ist beispielsweise aus der DE 10 2005 054 085 A1 be kannt. Sperrsynchronisationen weisen meist einen Schaltmuffenträger, auch Syn chronträgerkörper genannt, mit mehreren über den Umfang verteilten Druckstücken als Arretierelementen auf, die in radialer Richtung mittels Federn vorgespannt und in Nuten angeordnet sind.

Derartige Nuten sind als Aufnahme und Führung von Druckstücken, Gleitstücken und für die Aufnahme von Kombinationen aus Druckstücken und Rastelementen an Schaltmuffenträgern ausgebildet. Ein Schaltmuffenträger mit Nuten der gattungsbil denden Art ist DE 195 80 558 A1 beschrieben. Die Nuten sind Ausnehmungen, die sich in ihrer Tiefe radial in Richtung der Rotationsachse des Schaltmuffenträgers in den Schaltmuffenträger hinein erstrecken und die mit der Rotationsachse des Schaltmuffenträgers gleichgerichtet verlaufen. Sie sind zu den Stirnseiten des Schaltmuffenträgers hin endseitig offen und können die zumindest zeitweise über die Stirnseiten des Schaltmuffenträgers hinausragenden Druckstücke aufnehmen. Die Er findung betrifft weiter alle Nuten, z.B. zur rotationsfesten Mitnahme von Synchronrin gen o.ä., die den radial außen an dem Schaltmuffenträger ausgebildeten oder befes tigten Zahnkranz umfangsseitig des Schaltmuffenträgers unterbrechen. Weitere Schaltmuffenträger sind aus DE 102007031 300 A1, DE 102016 122729 A1 und DE 19853 896 A1 ersichtlich.

Die Nuten sind Kerben an dem Schaltmuffenträger. Die Kerben wirken sich nachteilig auf die Verteilung der Spannungen aus, die aus den Reaktionskräften der Außenver zahnung in dem Material des Zahnkranzes entstehenden. Der Gestaltung der Nuten ist deshalb besondere Aufmerksamkeit zu widmen. In einem umfangsseitig nicht un terbrochenen und somit umfangsseitig geschlossen umlaufenden Zahnkranz sind in der Regel die Spannungen gleichmäßig in dem Zahnkranz und dem Schaltmuffenträ ger verteilt und dabei auf einem für das Material ertragbaren Niveau gehalten. Bei un terbrochenen Zahnkränzen entstehen in den Nuten, insbesondere an den Innenkan ten Spannungsspitzen. Diese Kanten erstrecken sich in der Nut über die gesamte Breite des Schaltmuffenträgers von einer Stirnseite zur anderen. Die Spannungsspit zen sind besonders an den Innenkanten hoch, an denen die Nut von Seitenwänden in den Nutgrund übergeht. Diese Innenkanten sind rissgefährdet. In der Vergangenheit wurden deshalb Versuche unternommen, die Kerbspannungen zu mindern. So sind die scharfkantigen Übergänge beispielsweise durch einen Übergang mit einem Radius oder durch eine freistichartig ausgearbeitete und quer zur Rotationsrichtung verlau fenden Nut ersetzt. In einer anderen Gestaltung der Übergänge ist jede der beiden seitlichen und die Nut begrenzenden Wandungen in eine der Rotationsrichtungen kehlnutartig in das Material des Schaltmuffenträgers hinein konvex ausgewölbt. Dabei ist die Nut an dem Übergang quer zur Rotationsachse verbreitert. Die dadurch ent standene gewölbte Wandfläche geht dann in den Nutgrund über.

Bei hohen Drehmomenten sind diese Maßnahmen jedoch nicht ausreichend. Daher wird bei Schaltmuffenträgern aus kalt geformten und/oder gestanzten Blech die Mate rialstärke des Ausgangsmaterials erhöht. Die Vorteile, wie der geringe Materialver brauch bei der Herstellung der Bauteile oder das geringe Gewicht der Schaltmuffen träger, sind damit zumindest teilweise aufgehoben. Die Energiebilanz bei der Herstel- lung der Schaltmuffenträger aufgrund höheren Materialverbrauchs und bei der Nut zung der Getriebe aufgrund höheren Gewichtes ist nachteilig beeinflusst.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, Schaltmuffenträger mit Nuten so zu gestalten, dass Anrisse infolge Spannungsspitzen aus hohen Drehmomenten in den Nuten ver mieden sind. Dabei soll jedoch der Einsatz von mehr Material bei der Herstellung der Schaltmuffenträger möglichst vermieden werden.

Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.

Im Fahrzeug befindet sich der Schaltmuffenträger teilweise im Schubbetrieb und teil weise im Zugbetrieb. Je nach Betriebsart überträgt der Schaltmuffenträger Drehmo mente in unterschiedliche Richtungen. Dabei sind diejenigen Körperkanten, die sich auf der Lastseite befinden, deutlich stärker belastet als die gegenüberliegenden, rück seitigen Körperkanten. Um beiden Betriebsarten Rechnung zu tragen, sind die Schaltmuffenträger nach dem Stand der Technik daher symmetrisch ausgebildet. Dies hat den weiteren Vorteil, dass sie gegebenenfalls nicht richtungsorientiert verbaut werden müssen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass zum einen für die Rissbildung nicht einzelne Maximalbelastungen verantwortlich sind, sondern die Materialermüdung bei Dauerbelastung wesentlichen Einfluss hat. Zum anderen unterscheiden sich die zeitli chen Anteile des Schubbetriebs und des Zugbetriebs. In der Folge sind die Belastun gen der Nuten über die Laufzeit gesehen nicht gleich, sondern die Rissbildung erfolgt am Ende der Lebensdauer stets auf der höher belasteten Seite. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, die Nuten asymmetrisch auszubilden, um die höher belasteten Nutbereich in Drehmomentübertragungsrichtung zu Lasten des gegenüberliegenden Nutbereichs zu entlasten. Die Form der Asymmetrie hängt wesentlich von den prog nostizierten Schub- und Zugbetriebsanteilen sowie durch ihre Funktion vorgegebene Grundform ab. Die Asymmetrie der Nutwände dient damit nicht dazu, einen Anschlag zu realisieren oder eine funktionale Fläche für ein weiteres Bauteil bereitzustellen, sondern dazu, die aufgrund der Drehvorzugsrichtung eingebrachte ungleichmäßige Spannungsverteilung in dem Schaltmuffenträger zu vergleichmäßigen.

Die Erfindung lässt sich bei allen Nuten des Schaltmuffenträgers anwenden. So ist in einer ersten Variante vorgesehen, dass die asymmetrische Nut ein Druckstück auf nimmt. In der asymmetrischen Nut kann dazu ein Nutgrund vorgesehen sein, der nicht der Asymmetrie unterworfen ist. Damit kann er das Druckstück beispielsweise führen.

In einer zweiten Variante bildet die Nut einen Anschlag für die mit der Außenverzah nung kämmende Schaltmuffe. Die Schaltmuffe läuft dabei auf dem Schaltmuffenträ ger, zwischen beiden befindet sich das Druckstück. Wird ein Gang eingelegt oder ausgelegt, so wird die Schaltmuffe auf dem Schaltmuffenträger in eine oder die ande re Richtung axial verschoben. Um diesen Weg geometrisch zu begrenzen, bedarf es einer Endstop-Funktion; die Schaltmuffe muss am Ende ihres Weges beim Schaltvor gang mechanisch gestoppt werden. Dazu können an der Schaltmuffe Zähne ausge spart werden. Stattdessen wird ein Anschlag in diese integriert. Dieser läuft bei Aus lenkung der Schaltmuffe am Ende gegen einen Kupplungskörper an, die Schaltmuffe befindet sich so in ihrer Endposition und kann nicht weiter verschoben werden. Um die axiale Verschiebung des Anschlags auf der Schaltmuffe zu ermöglichen, bildet die Nut in dieser Variante ein Fenster für den Anschlag.

In einer dritten Variante bildet die Nut einen Anschlag für einen Synchronring. Der Schaltmuffenträger gibt mit diesem Anschlag ein Verdrehwinkelfenster für den Syn chronring vor.

Die Asymmetrie der Nutwände lässt sich im einfachsten Fall durch zwei Flächen be schreiben, die zum Nutgrund unterschiedlich geneigt sind.

In einer anderen Ausgestaltung sind die Nutwände unterschiedlich gekrümmt. Die Krümmungen können jeweils konstant sein, sich aber auch über die Bogenlänge ver ändern. Letzteres ist vorteilhaft, weil in dem Bereich, in dem die beiden Bögen in den Nutgrund übergehen, die gleiche Krümmung realisierbar ist und damit lokal keine Spannungsspitzen auftreten. Das ist gerade in diesem Bereich der geringsten radialen Ausdehnung des Schaltmuffenträgers von Vorteil. In einer Weiterbildung sind die Nutwände jeweils aus mehreren Bögen unterschiedlicher Krümmung zusammenge setzt. Schließlich können die Nutwände auch Krümmungen aufweisen, die sich konti nuierlich verändern.

In einer weiteren Ausbildung ist die Nut im Längsschnitt asymmetrisch ausgebildet. Die Asymmetrie liegt damit nicht nur im Querschnitt, also quer zur Rotationsachse des Schaltmuffenträgers, vor, sondern zusätzlich im Längsschnitt. Die zu übertragenden Drehmomente sind übersetzungsabhängig. In Abhängigkeit der durchschnittlich in dem jeweiligen Gang übertragenden Momente lässt sich der Nutgrund ausbilden, um über die Laufzeit eine möglichst gleichmäßige Belastung zu erreichen. Insbesondere kann die Nuttiefe variieren. Auch müssen die einzelnen Querschnittsprofile nicht zuei nander ähnlich sein. Das bedeutet, dass sich die lokale Krümmung des Nutgrunds im Längsprofil unterschiedlich stark ändern kann. Die Spannungen auf der höher belaste ten Seite werden damit reduziert, und die Spannungen auf der niedriger belasteten Seite werden erhöht. Insgesamt steigt damit die Betriebsfestigkeit des Schaltmuffen trägers.

Die Nut ist in der Regel als eine Axialnut ausgebildet und verläuft somit parallel zur Rotationsachse des Schaltmuffenträgers. Sie ist weiterhin in der Regel zu beiden Stirnseiten des Schaltmuffenträgers offen ausgebildet. Insbesondere wenn der Schaltmuffenträger lediglich einseitig einen Gang schaltet, beispielsweise den Rück wärtsgang, kann die Nut aber auch endseitig geschlossen sein, so dass mehr Material zur Drehmomentübertragung zur Verfügung steht.

Die Erfindung eignet sich besonders für gesinterte Schaltmuffenträger. Auf diese Wei se ist es möglich, die dreidimensionale Form der Nut vorzugeben, ohne dass Mehr kosten bei der Herstellung entstehen. Je nach Herstellungsprozess ist dies auch bei einem Schaltmuffenträger aus Stahl möglich.

Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele durch Figu ren näher dargestellt. Hierbei zeigen

Figur 1 eine Synchronisiereinrichtung im Längsschnitt,

Figur 2 einen Schaltmuffenträger nach dem Stand der Technik im Querschnitt,

Figur 3 eine vereinfachte, schematische Querschnittdarstellung der Nut eines erfindungsgemäßen Schaltmuffenträgers.

Figur 1 zeigt eine Synchronisiereinrichtung 27 mit einem Schaltmuffenträger 1 und ei ner Schaltmuffe 2 zum wahlweisen Kuppeln von Gangrädern 3 und 4. Die Gangräder 3 und 4 sind drehbar, aber längs fest auf einer Getriebewelle 5 gelagert. Der Schaltmuffenträger 1 sitzt verdrehfest sowie längs fest auf der Getriebewelle 5 und trägt auf seinem Außenumfang die Schaltmuffe 2. Die Schaltmuffe 2 ist mittels einer Verzahnung drehfest zu dem Schaltmuffenträger 1 und damit zur Getriebewelle 5 wahlweise in Richtung eines der Gangräder 3 oder 4 verschiebbar auf dem Schaltmuf fenträger 1 angeordnet. An jeder Seite des Schaltmuffenträgers 1 ist längs zwischen diesem und dem Gangrad 3, 4 jeweils ein Satz Synchronringe 13, 13‘, 13“ angeord net.

Der Schaltmuffenträger 1 nimmt an seinem Umfang mehrere Arretierungen 6 auf, wo bei eine Arretierung 6 hier nur schematisch dargestellt. Die Arretierung 6 ist als ein Druckstück 9 ausgelegt und verrastet mit ihrem Rastelement 8 an der Schaltmuffe 2 in ihrer neutralen Stellposition. In der neutralen Stellposition stützt sich die Arretierung 6 an dem Schaltmuffenträger 1 radial ab und spannt mit einem Deckel 10 gegen die Schaltmuffe 2 vor. Dabei greift das Rastelement 8 mit seinem Deckel 10 in eine Rast vertiefung 11 ein.

Wird die Schaltmuffe 2 axial verschoben, greift sie in eine Kupplungsverzahnung 12a einer mit dem Gangrad 4 fest verbundenen Kupplungsscheibe 12 ein. Die Getriebe welle 5 ist über den Schaltmuffenträger 1 und die Schaltmuffe 2 mit dem Gangrad 4 drehfest verbunden, wobei der dem Gangrad 4 zugeordnete Gang geschaltet ist. Bei der Schaltbewegung der Schaltmuffe 2 in die geschaltete Position nimmt die Schaltmuffe 2 das in die Rastvertiefung 11 eingreifende Rastelement 8 der Arretierung 6 längs mit und verschiebt es gegen den äußeren Synchronring 13. Damit ist der Pro zess der Vorsynchronisation eingeleitet.

Die weiter in Richtung der Kupplungsverzahnung 12a bewegte Schaltmuffe 2 zwingt den Deckel 10 des sich an dem äußeren Synchronring 13 abstützenden Druckstücks 9 aus der Rastvertiefung 11. Der Deckel 10 federt dabei radial ein. Beim Lösen des Ganges bewegt sich die Schaltmuffe 2 aus dieser Stellung zurück. Dabei greift der mit Vorspannung an der Schaltmuffe 2 anliegende Deckel 10 erneut in die Rastvertiefung 11 ein.

Ein Schaltmuffenträger 1 nach dem Stand der Technik ist in Figur 2 im Querschnitt dargestellt. Er ist als einteilige Nabe ausgebildet und weist radial innenseitig eine In nenverzahnung 7 zur drehfesten Anbindung an die Getriebewelle 5 auf. An die Innen verzahnung 7 schließt sich radial ein Steg 14 an, der die Außenverzahnung 15 an die Innenverzahnung 7 anbindet. Die Außenverzahnung 15 ist als Zahnkranz ausgebildet, der durch sechs Ausnehmungen in Form von Nuten 16 in einzelne Verzahnungsab schnitte gegliedert ist. Drei der Nuten 16 stellen Fenster 17für an der Schiebemuffe 2 angeordnete, nicht dargestellte Anschläge dar. Bei einer axialen Verschiebung der Schiebemuffe 2 bewegen sich die Anschläge in den Nuten 16. Die anderen drei Nuten 16 sind als Druckstückfenster 18 ausgebildet. In ihnen sind die Druckstücke 9 (Figur 1) angeordnet.

Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Schaltmuffenträger 1 mit einer Nut 17 als Druckstückfenster 18 für die Aufnahme eines Druckstücks 9. Die Nut 16 weist zwei Nutwände 19, 20 auf, an die sich jeweils der Nutgrund 21 anschließt. Der Nutgrund 21 ist aus zwei Teilflächen 23, 24 zusammengesetzt, die jeweils unterschiedliche Krüm mungen aufweisen, so dass der Nutgrund asymmetrisch ist, um den in Rotationsrich tung 22 befindlichen Stegbereich 25 (Figur 2) zu entlasten. Die Krümmung der Teilflä chen 23, 24 ist in einer Querschnittsebene gesehen über den Nutgrund 21 nicht kon stant, sondern veränderlich. Ebenfalls verändert sich die Krümmung der Teilflächen 23, 24 in einer Längsschnittebene gesehen über den Nutgrund 21. Die Veränderung der Krümmungen der Teilflächen 23, 24 erfolgt nicht spiegelbildlich, sondern unab hängig voneinander, wobei sichergestellt ist, dass der resultierende Nutgrund 21 ab gesehen von den Stirnseiten des Schaltmuffenträgers 1 frei von Kanten ist.

Die erste Nutwand 19 und die zweite Nutwand 20 sind zur Mitte des Nutgrundes 21 um jeweils einen Winkel geneigt, wobei sich die beiden Winkel voneinander unter scheiden.

Bezugszeichenliste

1 Schaltmuffenträger

2 Schaltmuffe

3 Gangrad

4 Gangrad

5 Getriebewelle

6 Arretierung

7 Innenverzahnung

8 Rastelement

9 Druckstück

10 Deckel

11 Rastvertiefung

12 Kupplungsscheibe

12a Kupplungsverzahnung

13 Synchronring

13’ Synchronring

13” Synchronring

14 Steg

15 Außenverzahnung

16 Nut

17 Fenster

18 Druckstückfenster

19 Nutwand

20 Nutwand

21 Nutgrund

22 Rotationsrichtung

23 erste Teilfläche

24 zweite Teilfläche

25 Stegbereich

26 Hinterschnitt

27 Synchronisiereinrichtung