DE10017285B4

DE10017285B4 - Synchronisierring und Verfahren zum Beschichten des Gleitbereiches eines Synchronisierrings

Info

Publication number: DE10017285B4
Application number: DE10017285A
Authority: DE
Inventors: Christof Dr.-Ing. Eberspächer; Martin Dipl.-Ing. Gausmann; Stefan Dipl.-Min. Grau; Tilman Dr. Haug; Patrick Dr.-Ing. Izquierdo; Wolfgang Reichle; Reinhard Dr.-Ing. Rosert; Hansjörg Dipl.-Ing. Zeller; Jörg Dr.-Ing. Zürn
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2000-04-06
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: DE10017285A1; US20080210514A1; US20020006242A1

Abstract

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,
– Daß die Beschichtung maximal 40 Gew.-% eines Festschmierstoffes enthält und
– daß der Festschmierstoff eine Partikelgröße bis zu etwa 200 μm aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchronisierring mit einem einen Gleitbereich aufweisenden Ringkörper, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6, wie beides aus der gattungsbildend zugrunde gelegten Schrift DE 198 41 618 A1 als bekannt hervorgeht.

Aus der DE 198 41 618 A1 ist ein thermisch gespritzter verschleißfester Synchronisierungsbelag bekannt. Der Belag weist mindestens 40 Gew.-% Titandioxid als Festschmierstoff auf und hat eine Porosität von ca. 30%. In bevorzugter Weise kann der Belag ferner Zn, Sn, Cu oder Al enthalten. Ferner wird es als günstig angesehen, wenn die thermische Beschichtung unter Zuhilfenahme eines Fülldrahtes bei gleichzeitiger Verwendung eines Massivbdrahtes aus CuAl8 erfolgt.

Weitere 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 bekannt.

Auch diese weiteren Synchronisierringe weisen tribologische Beschichtungen aus verschleißfestem Material auf. Dabei kann es sich z. Bsp. um Kupferlegierungen, Molybdänbeschichtungen und dergleichen handeln. Messing- und Molybdänbeschichtungen werden im allgemeinen durch thermisches Spritzen auf dem Gleitbereich des Synchronisierrings aufgebracht. Kupferlegierungen, vorzugs weise mit Zinn oder Zink, werden im Stand der Technik in Form von Streusinterfolien, d. h. als Reibfolie aufgebracht. Die Reibfolie ist auf einer Platte befestigt, die wiederum auf dem Gleitbereich des Synchronisierrings 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 Schiebemuffe 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 Kupferlegierungen 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 Synchronisierring 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), hexagonales Bornitrid (h-BN), Graphit, Blei (Pb) und/oder MoS₂, enthält. Das thermische Spritzen erlaubt es wiederum, durch Einstellung geeigneter Spritzparameter eine poröse Gefügestruktur der Beschichtung herzustellen. Damit wird ohne weitere Nachbearbeitung die Darstellung von Ölverdrängungskanälen möglich, welche eine verbesserte Benetzung durch den Schmiermittelfilm bewirken. Daraus 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 genannten Festschmierstoffe enthält. Die Beschichtung kann direkt auf den Gleitbereich aufgebracht werden, so daß eine gute Anbindung der Beschichtung an den Synchronisierring gewährleistet ist. Eine Nachbearbeitung ist nicht notwendig.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Festschmierstoff hat vorzugsweise eine Partikelgröße bis zu etwa 180μm, bevorzugt zwischen 50 μm und 180 μm. Eine bevorzugte 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 Kohlenstoff enthält. Die Beschichtung kann eine Porosität von bis zu 30% aufweisen.

Dementsprechend wird beim Aufbringen der Beschichtung vorzugsweise 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 Titandioxid (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 Kohlenstoff enthalten.

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

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß eine Kombination 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 Flammspritzverfahren, insbesondere Hochgeschwindigkeits- und/oder Drahtflammspritzen 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 Titandioxid.

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 Festschmierstoffe und besonders bevorzugt für TiO₂ steht.

Eine weitere Variante besteht darin, daß beim Drahtlichtbogenspritzen eine Kombination aus einem Fülldraht und einem Massivdraht 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 folgenden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Synchronisierrings;
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in 1;
3 eine schematische Darstellung eines Fülldrahts;
Die in 1 schematisch dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Synchronisierrings 1 weist eine Innengleitung auf. Der Synchronisierring gleitet also auf einem Getriebekonus entlang seines inneren Umfangs. Der Synchronisierring 1 weist einen 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 erfindungsgemäß 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 Aluminium 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 Kohlenstoff enthalten. Die Beschichtung weist eine Porosität bis zu etwa 30%, vorzugsweise etwa 20%, auf.
Zur Herstellung der Schicht 4 wurde die Oberfläche des Innenumfangs 3 des Ringkörpers 2 zunächst aufgerauht, z. Bsp. sandgestrahlt 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 Aufbringen wurde die Schicht 4 mit Hilfe eines Stempels geprägt (nicht dargestellt).
Ein Fülldraht 10 ist schematisch in 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

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, – Daß die Beschichtung maximal 40 Gew.-% eines Festschmierstoffes enthält und – daß der Festschmierstoff eine Partikelgröße bis zu etwa 200 μm aufweist.
Synchronisierring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festschmierstoff eine Partikelgröße zwischen 50 μm und 180 μm aufweist.
Synchronisierring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festschmierstoff Titandioxid (TiO₂), Calciumfluorid (CaF₂), hexagonales Bornitrid (h-BN), Graphit, Blei (Pb) oder Molybdänsulfid (MoS₂) oder eine beliebige Mischung aus diesen Stoffen ist.
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 Kohlenstoff enthält.
Synchronisierring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch gespritzte Beschichtung eine Porosität von bis zu etwa 30 % aufweist.
Verfahren zum Aufbringen einer verschleißfesten tribologischen Beschichtung auf dem Gleitbereich eines Synchronisierrings, dadurch gekennzeichnet, – daß die Beschichtung (4) thermisch gespritzt wird, – daß ein bei Spritzen verwendete Spritzmasse maximal 40 Gew.-% eines Festschmierstoffes enthält und – daß der Festschmierstoff mit einer Partikelgröße bis zu etwa 200 μm gespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Festschmierstoff mit einer Partikelgröße zwischen 50 μm und 180 μm gespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Festschmierstoff Titandioxid (TiO₂), Calciumfluorid (CaF₂), hexagonales Bornitrid (h-BN), Graphit, Blei (Pb) oder Molybdänsulfid (MoS₂) oder eine beliebige Mischung aus diesen Festschmierstoffen verwendet wird.
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 enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (4) in einem Drahtlichtbogenspritzverfahren und/oder einem Flammspritzverfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Spritzmasse ein Fülldraht verwendet wird, der einen Festschmierstoff und ggf. 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 enthaltende Füllung aufweist.
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 verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Spritzmasse neben einem Fülldraht auch ein Massivdraht, vorzugsweise aus CuAl8, verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitbereich (3) vor dem Aufbringen der Beschichtung (4) aufgerauht, vorzugsweise sandgestrahlt und entfettet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (4) nach dem Aufbringen geprägt wird.