DE10017285A1

DE10017285A1 - Synchronisierring

Info

Publication number: DE10017285A1
Application number: DE10017285A
Authority: DE
Inventors: Christof Eberspaecher; Martin Gausmann; Stefan Grau; Tilman Haug; Patrick Izquierdo; Wolfgang Reichle; Reinhard Rosert; Hansjoerg Zeller; Joerg Zuern
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: US20080210514A1; US20020006242A1; DE10017285B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchronisierring mit einem einen Gleitbereich aufweisenden Ringkörper, wobei der Gleitbereich mit einer verschleißfesten tribologischen Beschichtung versehen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die tribologische Beschichtung eine thermisch gespritzte Beschichtung ist, die maximal etwa 40 Gew.-% Festschmierstoff enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchronisierring mit einem einen Gleitbereich aufweisenden Ringkörper, wobei der Gleitbereich mit einer verschleißfesten tribologischen Beschich tung versehen ist.

Gattungsgemäße Synchronisierringe sind zum Beispiel aus der DE 42 40 157 A1, US 53 37 872 A, EP 00 70 952 A1 und US 49 95 924 be kannt.

Die bekannten Synchronisierringe weisen tribologische Beschich tungen aus verschleißfestem Material auf. Dabei kann es sich z. Bsp. um Kupferlegierungen, Molybdänbeschichtungen und dergleichen handeln. Messing- und Molybdänbeschichtungen werden im allgemei nen durch thermisches Spritzen auf dem Gleitbereich des Synchro nisierrings aufgebracht. Kupferlegierungen, vorzugsweise mit Zinn oder Zink, werden im Stand der Technik in Form von Streusinterfo lien, d. h. als Reibfolie aufgebracht. Die Reibfolie ist auf ei ner Platte befestigt, die wiederum auf dem Gleitbereich des Syn chronisierrings befestigt wird.

Problematisch bei den Molybdän- oder Messingbeschichtungen ist, daß es sich um Beschichtungen handelt, die wenig Komfort bieten, so daß die Getriebe schwer zu schalten sind. Außerdem geht die Getriebeentwicklung in Richtung von pneumatisch/elektronisch gesteuerten Getrieben, bei denen insbesondere bei Nutzfahrzeugen hohe Unterschiede in der Geschwindigkeit zwischen der Schiebemuf fe und dem Synchronisierring auftreten können. Damit ist aber die Leistungsgrenze der bekannten Molybdänbeschichtungen erreicht und die Schiebemuffe verschleißt sehr schnell. Des weiteren weisen diese Beschichtungen auch eine toxische Wirkung auf und sind aus diesem Grund bedenklich. Die Streusinterfolien aus porösen Kup ferlegierungen bieten demgegenüber zwar ausreichenden Komfort beim Schalten, verschleißen aber relativ schnell. Die separate Anbindung an den Gleitbereich des Synchronisierrings stellt ein zusätzliches Problem dar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Synchroni sierring der oben genannten Art bereitzustellen, der gleichzeitig verschleißfest und komfortabel ist und auf möglichst einfache Weise auf den Gleitbereich aufgebracht werden kann.

Die Lösung besteht darin, daß die tribologische Beschichtung eine thermisch gespritzte Beschichtung ist, die maximal etwa 40 Gew.-% Festschmierstoffe enthält. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß die Beschichtung einen verschleißfesten Festschmierstoff, wie insbesondere Titandioxid (TiO₂), Calciumfluorid (CaF₂), hexagona les Bornitrid (h-BN), Graphit, Blei (Pb) und/oder MoS₂, enthält. Das thermische Spritzen erlaubt es wiederum, durch Einstellung geeigneter Spritzparameter eine poröse Gefügestruktur der Be schichtung herzustellen. Damit wird ohne weitere Nachbearbeitung die Darstellung von Ölverdrängungskanälen möglich, welche eine verbesserte Benetzung durch den Schmiermittelfilm bewirken. Dar aus resultiert ein besonders vorteilhaftes Komfortverhalten des erfindungsgemäßen Synchronisierrings.

Das Herstellungsverfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, das eine Spritzmasse verwendet wird, die im Gesamten maximal etwa 40 Gew.-% insbesondere eines oder mehrere der bevorzugt ge nannten Festschmierstoffe enthält. Die Beschichtung kann direkt auf den Gleitbereich aufgebracht werden, so daß eine gute Anbin dung der Beschichtung an den Synchronisierring gewährleistet ist. Eine Nachbearbeitung ist nicht notwendig.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü chen. Der Festschmierstoff hat vorzugsweise eine Partikelgröße bis zu etwa 180 µm, bevorzugt zwischen 50 µm und 180 µm. Eine be vorzugte Ausführungsform der Beschichtung sieht vor, daß sie Zinn und/oder Zink und/oder Silizium und/oder Nickel und/oder Mangan und/oder Kupfer und/oder Aluminium und/oder eines oder mehrere von deren Oxiden und/oder eines oder mehrere von deren Carbiden und/oder eines oder mehrere von deren Nitriden und/oder Kohlen stoff enthält. Die Beschichtung kann eine Porosität von bis zu 30% aufweisen.

Dementsprechend wird beim Aufbringen der Beschichtung vorzugswei se eine Spritzmasse verwendet, die Zinn und/oder Zink und/oder Silizium und/oder Nickel und/oder Mangan und/oder Kupfer und/oder Aluminium und/oder eines oder mehrere von deren Oxiden und/oder eines oder mehrere von deren Carbiden und/oder eines oder mehrere von deren Nitriden und/oder Kohlenstoff enthält.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß die Beschichtung in einem Drahtlichtbogenspritzverfahren aufgebracht wird, wobei als Spritzmasse vorzugsweise ein Fülldraht verwendet wird.

Der Fülldraht weist vorzugsweise eine Füllung auf, die Titandi oxid (TiO₂), Calciumfluorid (CaF₂), hexagonales Bornitrid (h-BN), Graphit, Blei (Pb) und/oder Molybdänsulfid (MoS₂) enthält.

Insbesondere kann die Füllung des Drahtes noch zusätzlich Zinn und/oder Zink und/oder Silizium und/oder Nickel und/oder Mangan und/oder Kupfer und/oder Aluminium und/oder eines oder mehrere von deren Oxiden und/oder eines oder mehrere von deren Carbiden und/oder eines oder mehrere von deren Nitriden und/oder Kohlen stoff enthalten.

Durch die Benutzung eines derartigen Fülldrahts weist eine daraus hergestellte Beschichtung einen Festschmierstoffanteil von maxi mal etwa 40 Gew.-% auf. Die Hülle des Fülldrahts besteht vorzugs weise aus Kupfer und/oder Zinn und/oder Zink und/oder Aluminium.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß eine Kom bination von einem Fülldraht und einem Massivdraht, vorzugsweise aus einer Kupfer-Aluminium-Legierung verwendet wird. Statt einem Drahtlichtbogenspritzverfahren können auch andere thermische Spritzverfahren, z. Bsp. Plasmaspritzen oder ein Flammspritzver fahren, insbesondere Hochgeschwindigkeits- und/oder Drahtflamm spritzen verwendet werden.

Eine Nachbearbeitung der Beschichtung ist möglich, aber nicht zwingend erforderlich. Es ist z. Bsp. möglich, die Beschichtung mit einer Prägung, bspw. durch einen Stempel, zu versehen.

Der Fülldraht besteht in einer weiteren günstigen Ausgestaltung aus einem Kupfer-Mantel und einer Füllung aus Zinn, Zink und Ti tandioxid.

Die Mengen der einzelnen Bestandteile eines erfindungsgemäßen Fülldrahts sind so aufeinander abgestimmt, daß die durch ein Drahtlichtbogenspritz- oder Flammspritzverfahren, insbesondere Hochgeschwindigkeits- und/oder Drahtflammspritzen resultierende Beschichtung die Zusammensetzung Cu/5Sn8Zn1Mn3Ni1Si40X aufweist, wobei X für einen oder mehrere insbesondere der genannten Fest schmierstoffe und besonders bevorzugt für TiO₂ steht.

Eine weitere Variante besteht darin, daß beim Drahtlichtbogen spritzen eine Kombination aus einem Fülldraht und einem Massiv draht verwendet wird, wobei der Fülldraht die soeben beschriebene Zusammensetzung hat und der Massivdraht aus CuAl8 besteht. Die poröse Gefügestruktur ergibt sich durch Einstellung geeigneter Spritzparameter.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im fol genden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform ei nes erfindungsgemäßen Synchronisierrings;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fülldrahts;

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsform eines er findungsgemäßen Synchronisierrings 1 weist eine Innengleitung auf. Der Synchronisierring gleitet also auf einem Getriebekonus entlang seines inneren Umfangs. Der Synchronisierring 1 weist ei nen Ringkörper 2 und eine verschleißbeständige tribologische Schicht 4 auf der Oberfläche des Innenumfangs 3 des Ringkörpers 2 auf. Der Ringkörper 2 ist aus Metall oder Metallegierung, z. Bsp. Eisen, Kupfer oder Aluminium oder deren Legierungen, hergestellt.

Die verschleißbeständige tribologische Schicht 4 enthält erfin dungsgemäß weniger als 40 Gew.-% Titandioxid. Die Partikelgröße des TiO₂ beträgt höchstens etwa 180 µm. Die Schicht 4 enthält ferner Zinn, Zink, Silizium, Mangan, Nickel, Kupfer und/oder Alu minium in variablen Anteilen. Außer als elementar können diese Stoffe auch als Carbide und/oder als Oxide und/oder als Nitride vorliegen. Zusätzlich kann die Schicht 4 ebenfalls noch Kohlen stoff enthalten. Die Beschichtung weist eine Porosität bis zu et wa 30%, vorzugsweise etwa 20%, auf.

Zur Herstellung der Schicht 4 wurde die Oberfläche des Innenum fangs 3 des Ringkörpers 2 zunächst aufgerauht, z. Bsp. sandge strahlt und entfettet. Dann wurde die Schicht 4 durch das an sich bekannte Drahtlichtbogenspritzverfahren unter Verwendung eines oder zweier Fülldrähte aufgebracht. Bei Verwendung nur eines Fülldrahtes bestand der zweite Draht aus CuAl8. Nach dem Aufbrin gen wurde die Schicht 4 mit Hilfe eines Stempels geprägt (nicht dargestellt).

Ein Fülldraht 10 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Er weist eine Hülle 11 aus Aluminium oder CuAl8 und eine Füllung 12 auf, die weniger als 40 Gew.-% Titandioxid mit einer Partikelgröße bis zu etwa 200 µm, bevorzugt bis zu 180 µm und besonders bevorzugt bis zu etwa 150 µm enthält.

Claims

1. Synchronisierring mit einem einen Gleitbereich aufweisenden Ringkörper (2), wobei der Gleitbereich mit einer verschleißfesten tribologischen Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die tribologische Beschichtung (4) eine thermisch gespritzte Beschichtung ist, die maximal etwa 40 Gew.-% eines Festschmier stoffes enthält.

2. Synchronisierring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festschmierstoff Titandioxid (TiO₂), Calciumfluorid (CaF₂), hexagonales Bornitrid (h-BN), Graphit, Blei (Pb) oder Mo lybdänsulfid (MoS₂) oder eine beliebige Mischung aus diesen Stof fen ist.

3. Synchronisierring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festschmierstoff eine Partikelgröße bis zu etwa 200 µm und bevorzugt zwischen 50 von und 180 µm aufweist.

4. Synchronisierring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch gespritzte Beschichtung (4) ferner Zinn und/oder Zink und/oder Silizium und/oder Nickel und/oder Mangan und/oder Kupfer und/oder Aluminium und/oder eines oder mehrere von deren Oxiden und/oder eines oder mehrere von deren Carbiden und/oder eines oder mehrere von deren Nitriden und/oder Kohlen stoff enthält.

5. Synchronisierring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch gespritzte Beschichtung eine Porosität von bis zu etwa 30% aufweist.

6. Verfahren zum Aufbringen einer verschleißfesten tribologi schen Beschichtung auf dem Gleitbereich eines Synchronisierrings, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (4) thermisch gespritzt wird, wobei eine Spritzmasse verwendet wird, die maximal etwa 40 Gew.-% eines Festschmierstoffes enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Festschmierstoff Titandioxid (TiO₂), Calciumfluorid (CaF₂), hexagonales Bornitrid (h-BN), Graphit, Blei (Ph) oder Mo lybdänsulfid (MoS₂) oder eine beliebige Mischung aus diesen Fest schmierstoffen verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spritzmasse verwendet wird, die ferner Zinn und/oder Zink und/oder Silizium und/oder Nickel und/oder Mangan und/oder Kupfer und/oder Aluminium und/oder eines oder mehrere von deren Oxiden und/oder eines oder mehrere von deren Carbiden und/oder eines oder mehrere von deren Nitriden und/oder Kohlenstoff ent hält.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (4) in einem Drahtlichtbogenspritzverfahren und/oder einem Flammspritzverfahren aufgebracht wird.

40. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Spritzmasse ein Fülldraht verwendet wird, der einen Fest schmierstoff und ggf. Zinn und/oder Zink und/oder Silizium und/oder Nickel und/oder Mangan und/oder Kupfer und/oder Alumini um und/oder eines oder mehrere von deren Oxiden und/oder eines oder mehrere von deren Carbiden und/oder eines oder mehrere von deren Nitriden und/oder Kohlenstoff enthaltende Füllung aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fülldraht mit einer Hülle aus Kupfer und/oder Zinn und/oder Zink und/oder Aluminium und/oder deren Legierungen ver wendet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Spritzmasse neben einem Fülldraht auch ein Massivdraht, vorzugsweise aus CuAl8, verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitbereich (3) vor dem Aufbringen der Beschichtung (4) aufgerauht, vorzugsweise sandgestrahlt und entfettet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (4) nach dem Aufbringen geprägt wird.