DE102008061966A1

DE102008061966A1 - Synchronisiereinrichtung

Info

Publication number: DE102008061966A1
Application number: DE200810061966
Authority: DE
Inventors: Pascal Kohtes
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-17
Also published as: EP2376800A1; WO2010066558A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung (1) eines Kraftfahrzeuggetriebes mit zumindest einem ersten Reibpartner (8) und einem zweiten Reibpartner (4), wobei zwischen dem ersten Reibpartner (8) und dem zweiten Reibpartner (4) ein Reibring (13) angeordnet ist, im ungeschalteten Zustand in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Reibpartner (8) und dem zweiten Reibpartner (4) frei beweglich ist, wobei der Reibring (13) als ein offener Ringkörper mit zwei zueinander weisenden Ringenden (19, 20) ausgebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes mit zumindest einem Synchronring und einem Gegenkonus.
Hintergrund der Erfindung
Synchronisiervorrichtungen in Gangräderwechselgetrieben von Fahrzeugen dienen zum Anpassen unterschiedlicher Drehzahlen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle beim Schalten. Im gattungsbildenden Stand der Technik ist in einer Synchronisiervorrichtung ein äußerer Synchronring formschlüssig mit einem Synchronkörper verbunden und greift beispielsweise über Mitnehmernasen, die an seiner im Durchmesser kleineren Seite ausgebildet sind, in Aussparungen eines inneren Synchronrings. Synchronringe sind in der Regel konisch ausgebildete Reibringe mit Reibflächen an ihren Innenmantelflächen und/oder ihren Außenmantelflächen. Während des Synchronisiervorganges stehen die Reibflächen der Synchronringe miteinander reibschlüssig in Verbindung.
In der Massenfertigung hat es sich als geeignet erwiesen, Synchronringe umformtechnisch herzustellen. Die Gestaltung derartiger Synchronringe ist an sich zufriedenstellend, sie erfordert umformtechnisch jedoch immer noch einen relativ hohen Aufwand und hohe Werkzeugkosten. Der Aufwand entsteht durch zusätzliche Arbeitsschritte nach dem Formen des Napfes für den Synchronring, bei denen aus dem Boden des Napfes die Anschläge bzw. Mitnehmer umgelegt werden müssen. Viele Reibbeläge, beispielsweise aus Sintermaterial, sind zudem spröde und können nicht beliebig verformt werden.
Nachteilig ist weiterhin, dass sich die Anforderungen an das Material der Mitnehmer des Synchronringes mit den Anforderungen an das Reibverhalten der konischen Reibfläche teilweise widersprechen. Die Anschläge müssen über die gesamte Lebensdauer des Getriebes möglichst starr und verschleißfest ausgebildet sein. An den Reib- bzw. Gegenreibflächen einer Synchronisierung sind jedoch bevorzugt unterschiedliche Werkstoffpaarungen einzusetzen, um beispielsweise konstante Reibwerte über die gesamte Lebensdauer bei gleichzeitig hoher Reibleistung zu gewährleisten. Eine Beschichtung von Synchronringen erfordert jedoch meist aufwendige Fügeverfahren zur dauerhaften Verbindung des Reibbelags mit dem Grundkörper.
In der DE 10 2007 028 106 A1 ist zur Vermeidung dieser Nachteile vorgeschlagen worden, zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus einen Reibring anzuordnen, der im ungeschalteten Zustand zwischen dem Synchronring und dem Gegenkonus frei beweglich ist. Dieser ist insbesondere nicht stoffschlüssig mit dem Synchronring verbunden, und er weist auch keine Mitnehmerlappen auf, mit welchen er in einen Synchronring eingreift. Der Reibbelag kann daher allein aufgrund seiner Materialeigenschaften für die Reibpaarung optimiert werden, ohne dass auf Randbedingungen wie stoffschlüssige Verbindbarkeit mit dem Synchronring eingegangen werden muss. Dadurch wird es möglich, Materialien einzusetzen, die nicht mittels der gängigen Fügeverfahren wie Schweißen oder Kleben eingesetzt werden können.
Nachteilig an einer derartigen Anordnung ist, dass für die umformtechnische Herstellung eines Reibrings beispielsweise durch Stanzen und Ziehen die Materialausnutzung nicht optimal ist und relativ viel Abfall anfällt. Gerade bei teureren Werkstoffen wie Messing ist dies mit erheblichen Kosten verbunden. Weiterhin sind die Schritte zur Herstellung eines derartigen konusförmigen Reibrings zur Erreichung der notwendigen Formgenauigkeiten relativ aufwendig.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine leicht zu fertigende Synchronisiereinrichtung mit einem Reibring und ein Verfahren zur Herstellung eines Reibrings zu schaffen, bei der die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Synchronisiereinrichtung einen Reibring aufweist, der als ein offener Ring ausgebildet ist. Ein derartiger Ring weist zwei in Umfangsrichtung orientierte Ringenden auf, die unverbunden sind. Die Ringenden sind in einer Ausführung der Erfindung durch einen Spalt voneinander beabstandet. Ein offener Reibring kann besonders einfach und kostensparend hergestellt werden. Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Herstellung eines Reibrings gemäß Anspruch 13. Danach wird aus Bandmaterial ein Blechstreifen oder ein Draht abgelängt, der Blechstreifen gegebenenfalls mit einer Oberflächenstruktur versehen und zu einem Ring umgeformt, wobei die Enden der Blechstreifen unverbunden bleiben. Ein derartiges Verfahren ermöglicht eine optimale Ausnutzung des Ausgangsmaterials, da nahezu kein Verschnitt anfällt.
Der Reibring ist im verbauten Zustand in der Synchronisiereinrichtung zwischen den beiden Reibpartnern gehalten, wobei diese die Anbindung an die übrigen Getriebebauteile übernehmen. Er kann sich im ungeschalteten Zustand zwischen den Reibpartnern in Umfangsrichtung lose bewegen. Sobald der ent sprechende Gang geschaltet wird, wird der Reibring zwischen ersten Reibpartner und dem mit einer Differenzdrehzahl zweiten Reibpartner verspannt. Solange ein Drehzahlunterschied zwischen den Reibpartnern besteht, baut der Reibring Reibung auf.
Beim Einlegen eines Ganges werden die Reibkonen axial aufeinander geschoben. Dabei wird auch der Reibring axial mit verschoben. Damit der offene Reibring bei dem Synchronisationsprozess nicht aufgeht und seinen Durchmesser vergrößert, wird er durch die beiden Reibpartner in seiner montierten Form sicher gehalten. Um dies zu unterstützen, kann der Reibring oder ein Reibpartner in einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Sicherungsmittel vor dem Herauswandern aus dem Montageverbund zusätzlich gehindert werden. Dazu kann an einem Reibpartner zum Beispiel ein Absatz oder ein Bord angeordnet sein. Durch das Sicherungsmittel ist die axiale Verschiebbarkeit nicht nur durch die Umgebungskonstruktion, sondern auch relativ in Bezug zu den Reibpartnern begrenzt. Gleichwohl kann der Reibring sich in Umfangsrichtung frei bewegen.
Das Sicherungsmittel ist vorzugsweise als ein umlaufender Bord ausgebildet. Ein Bord ist besonders einfach herzustellen und ermöglichst zugleich eine möglichst große Anlauffläche, um den Reibring zu halten. In besonders bevorzugter Weise ist der Bord einteilig mit dem ihn tragenden Bauteil verbunden, so dass keine gesonderten Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind.
Ist der Bord auf einem Reibpartner zur axialen Wegbegrenzung angeordnet, kann ein offener Reibring auch besonders einfach mit dem Reibpartner verbunden werden. Der Bord steht aus dem Konusgrundkörper so weit hervor, dass der Reibring bei der Montage aufgrund seiner Elastizität über diese verschiebbar ist, da das Aufweiten des Reibrings aufgrund seines Schlitzes besonders einfach gelingt. Im Normalbetrieb kann der Bord aber weder durch die eingeleiteten Momente noch durch die infolge der Reibungshitze entstehenden thermischen Größenänderungen überwunden werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Reibring die Form des Mantelabschnitts eines Kreiskegelstumpfes und ist vollständig aus Reibmaterial ausgebildet. Aufgrund seiner einfachen geometrischen Form ist ein derartiger Reibring besonders einfach und damit kostengünstig herzustellen. Insbesondere werden spanabhebende Verfahren, welche mit einem Materialabtrag verbunden sind, vermieden, so dass auch die Verwendung teuerer Materialien wie Messing oder Karbon wirtschaftlich ist. Der Reibring kann aus aber auch aus Kunststoff, Sintermaterial und insbesondere auch aus schlecht verbindbaren Materialien bestehen. Schließlich ist vorgesehen, dass der Reibring aus einer Legierung ausgebildet ist, die hohe Anteile von Aluminium, Nickel und/oder Chrom enthält.
Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass der Reibring homogen aus einem Material ausgebildet ist. In einer Variante besitzt der Reibring innenseitig und außenseitig unterschiedliche Reibbeläge aus unterschiedlichen Materialien nach gewünschter Reibwertpaarung.
Die Einzelteile Reibpartner und Reibring sind mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren herstellbar. Eine getrennte Fertigung lässt den Einsatz unterschiedlicher Materialstärken zu. In einer Variante der Erfindung werden der erste und der zweite Reibpartner durch einen Innensynchronring und einen Außensynchronring gebildet.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Ringenden durch einen Spalt beabstandet, der eine konstante Breite aufweist. Um die Reibfläche zu maximieren, sollte die Breite des Spalts möglichst klein sein. Als untere Grenze ist eine Öffnung in der Größenordnung herstellbarer Toleranzen vorgesehen. Für typische PKW-Synchronringe bedeutet dies, dass die Spaltbreite weniger als 1 mm betragen kann.
Der Spalt kann in einer einfachen Ausführungsform genau axial verlaufen. Alternativ dazu ist er schräg über die Umfangsfläche verlaufend. Um dem Aufwei ten des Rings konstruktiv weiter entgegen zu wirken, ist es auch möglich, die Ringenden mit Hinterschneidungen zu versehen. So sind in einer dritten Variante die Ringenden formschlüssig miteinander verbunden.
Ein Reibring für eine erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung ist besonders in der Massenherstellung einfach herstellbar. Dazu wird zunächst ebenes Blech, Bandmaterial oder Draht auf den gewünschten späteren Ringumfang zu einem Streifen abgelängt. Dieser Schritt erfolgt vorzugsweise durch Stanzen. Der Streifen wird dann ringförmig gebogen. Ein Umformen zu einem Konusring kann entweder nach dem Umformen zu dem Ring oder auch gleichzeitig erfolgen, wobei dies bei der Bereitstellung der Form des Streifens zu berücksichtigen ist.
Das Verfahren sieht vor, dass in den Reibring aus Gründen der verbesserten Ölableitung Nuten oder andere Oberflächenstrukturen eingebracht werden sollen. Dies kann bereits im ebenen Zustand des Streifens geschehen, was eine besonders einfache Handhabung der Werkzeuge ermöglicht. Vorzugsweise werden die Oberflächenstrukturen geprägt.
Das Verfahren erzeugt wenig Verschnitt und eignet sich besonders für den Fall, dass die Reibflächen des Reibrings aus dem Material des Streifens ausgebildet sind, der Reibring also nicht zusätzlich mit einer Beschichtung versehen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung,
2 einen Ausschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung,
3 einen Ausschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung,
4 eine perspektivische Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Reibrings
5 eine Aufsicht auf die Ringenden eines erfindungsgemäßen ersten Reibrings,
6 eine Aufsicht auf die Ringenden eines erfindungsgemäßen zweiten Reibrings und
7 eine Aufsicht auf die Ringenden eines erfindungsgemäßen dritten Reibrings.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Aus 1 ist der Aufbau einer Synchronisiereinrichtung 1 zu entnehmen, die eine Kegelreibkupplung darstellt. Nicht dargestellt sind eine Getriebewelle, die von der Synchronisiereinrichtung 1 umschlossen wird, wobei auf der Getriebewelle ein Gangrad über eine Losradlagerung drehbar angeordnet ist. Mit dem Gangrad ist ein Kupplungskörper 3 fest verbunden. Axial versetzt zum Kupplungskörper 3 ist ein Muffenträger 5 über eine Verzahnung 6 formschlüssig auf der Getriebewelle angeordnet. Der Muffenträger 5 ist außen von einer axial verschiebbar angeordneten Schiebemuffe 7 radial beabstandet umschlossen. In einem zwischen dem Kupplungskörper 3 und dem Muffenträger 5 vorgesehenen Zwischenraum 2, der außen teilweise von der Schiebemuffe 7 umschlossen ist, ist ein Außensynchronring 17 als erster Reibpartner 8 eingesetzt, der innenseitig eine Reibfläche 9 aufweist. Der Außensynchronring 17 ist außenseitig mit einer Sperrverzahnung 10 versehen, die stirnseitig mit Dachwinkeln 11 versehen ist. Die Sperrverzahnung 10 korrespondiert mit einer am Kupplungs körper 3 angeordneten Kupplungsverzahnung 12. Die Reibfläche 9 des Außensynchronrings 17 wirkt mit einem Reibring 13 zusammen, der axial zwischen dem Außensynchronring 17 und einem Innensynchronring 14 als zweitem Reibpartner 4 angeordnet ist, der den Gegenkonus bildet. Der Innensynchronring 14 ist über Mitnehmer 15 formschlüssig mit dem Kupplungskörper 3 verbunden.
Zur Synchronisation ist eine Axialverschiebung der Schiebemuffe 7 von der in 1 dargestellten Neutral- oder Leerlaufposition in Richtung des Kupplungskörpers 3 erforderlich. Diese Axialbewegung löst zunächst eine Vorsynchronisation aus, bei der eine Radialkraft auf den Außensynchronring 17 ausgeübt wird, die sich fortpflanzt über den Reibring 13 auf den Innensynchronring 14, wodurch sich ein Reibmoment aufbaut. In dieser Phase bewirkt das Reibmoment eine Drehzahlanpassung zwischen dem Außensynchronring 17 und der Schiebemuffe 7, so dass eine Erhöhung der Axialkraft zum Verschieben der Schiebemuffe 7 erforderlich ist, damit die Sperrverzahnung 11 des Außensynchronrings 17 formschlüssig in die Innenverzahnung 16 der Schiebemuffe 7 verrastet. Mit dem Anstieg der axialen Verschiebekraft und dem damit verbundenen voll wirksamen Reibmoment erfolgt eine Angleichung der Drehzahlen zwischen der Schiebemuffe 7 und dem Außensynchronring 17 und somit zwischen dem Muffenträger 5 und dem Kupplungskörper 3. Nach der erfolgten Drehzahlanpassung ist ebenfalls der Kupplungskörper 3 und somit das Gangrad synchronisiert aufgrund des Reibringes 13, der einen Reibschluss zwischen dem Außensynchronring 17 und dem Innensynchronring 14 herstellt. Ist die Drehzahlsynchronisation zwischen dem Muffenträger 5 und dem Kupplungskörper 3 mit dem Gangrad erreicht, ist ein Durchschalten der Schiebemuffe 7 bis zu einer Überdeckung der Kupplungskörperverzahnung 12 möglich.
Sowohl der Außensynchronring 17 als auch der Innensynchronring 14 weisen Mitnehmer 15 auf, über welche sie mit anderen Bauteilen formschlüssig verbunden sind. Der zwischen ihnen angeordnete Reibring 13 weist radial gesehen eine wesentlich geringere Dicke auf und besitzt keine Mitnehmer. Im ungeschal teten Zustand ist der Reibring 13 zwischen den Synchronringen 14, 17 frei beweglich. Der Reibring 13 besteht aus einem homogenen Reibmaterial, welches eine Beschichtung der Synchronringe 14, 17 entbehrlich macht.
Die 2 und 3 zeigen Synchronisiereinrichtung 1 mit einem ersten Reibpartner 8 als konischem Außensynchronring 17, einem Reibring 13 und einem zweiten Reibpartner 4. Der Außensynchronring 17 weist einen ringförmigen Mantelkörper 21 auf, an dessen Ende mit dem größeren Durchmesser eine nach radial außen gerichtete Scheibe 22 mit einer Sperrverzahnung 10 anschließt. Ein Sicherungsmittel 18 ist ebenfalls endseitig am axial größeren Ende angeordnet und radial nach innen weisend in Form eines Bords 23 (3). Der Bord 23 ist einteilig mit dem Außensynchronring 17 ausgebildet und steht aus der Ebene des Mantelkörpers 21 mit einer Höhe hervor, die kleiner als die Dicke des Reibrings 13 ist. 2 zeigt einen Reibring 13 mit einem einteilig mit dem Reibring 13 ausgebildeten Sicherungsmittel 18, das sich am zweiten Reibpartner 4 abstützt.
4 bis 7 zeigen unterschiedliche Ausbildungen von erfindungsgemäßen offenen Reibringen 13. Der Reibring 13 ist in Umfangsrichtung nicht geschlossen ausgebildet, sondern weist jeweils zwei gegenüberliegende Ringenden 19, 20 auf. Die Ringenden sind entweder durch eine größere Lücke 24 (4) oder durch einen Spalt 25 (5–7) voneinander beabstandet. auf. Dadurch ist der Reibring 13 zumindest begrenzt deformierbar, so dass er unter Krafteinwirkung aufgeweitet bzw. gestaucht werden kann. Die Ringenden 19, 20 sind komplementär zueinander ausgebildet, so dass die Breite des Spalts 25 in etwa konstant ist.
4 zeigt einen gebogenen Streifen 24 aus Blech, der unbeschichtet ist, und 5 zeigt Ringenden, die durch einen Spalt 25 beabstandet sind, der parallel zur Rotationsachse ausgebildet ist. 6 zeigt Ringenden 19, 20, die durch einen schräg zur Rotationsachse verlaufenden Spalt 25 voneinander beabstan det sind. 7 zeigt Ringenden 19, 20 mit Hinterschneidungen 26, 26', die mittels einer Schwalbenschwanzverbindung formschlüssig gehalten sind.

1: Synchronisiereinrichtung
2: Zwischenraum
3: Kupplungskörper
4: zweiter Reibpartner
5: Muffenträger
6: Verzahnung
7: Schiebemuffe
8: erster Reibpartner
9: Reibfläche
10: Sperrverzahnung
11: Dachwinkel
12: Kupplungsverzahnung
13: Reibring
14: Innensynchronring
15: Mitnehmer
16: Innenverzahnung
17: Außensynchronring
18: Sicherungsmittel
19: Ringende
20: Ringende
21: Mantelkörper
22: Scheibe
23: Bord
24: Streifen
25: Spalt
26, 26': Schwalbenschwanz
27: zweite Reibfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007028106 A1 [0005]

Claims

Synchronisiereinrichtung (1) eines Kraftfahrzeuggetriebes mit zumindest einem ersten Reibpartner (8) und einem zweiten Reibpartner (4), wobei zwischen dem ersten Reibpartner (8) und dem zweiten Reibpartner (4) ein Reibring (13) angeordnet ist, im ungeschalteten Zustand in Umfangsrichtung zwischen dem ersten Reibpartner (8) und dem zweiten Reibpartner (4) frei beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) als ein offener Ringkörper mit zwei zueinander weisenden Ringenden (19, 20) ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ringenden (19, 20) ein axialer Spalt (25) angeordnet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der die Breite des Spalts (25) weniger als 1 mm beträgt.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) an einem seiner Ränder ein Sicherungsmittel (18) aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reibfläche (9) auf einem Außensynchronring (17) und die zweite Reibfläche (27) auf einem Innensynchronring (14) angeordnet sind und dass der Reibring (13) als Konusring ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außensynchronring (17) oder der Innensynchronring (14) einen Bord (23) zur Sicherung des Reibrings (13) aufweisen.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) vollständig homogen aus einem Reibmaterial ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) aus Blechmaterial ausgebildet ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibring (13) aus Messing oder aus einer Legierung ausgebildet ist mit Aluminium, Nickel und/oder Chrom.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringenden (19, 20) Hinterschneidungen (26, 26') aufweisen.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringenden (19, 20) formschlüssig miteinander verbunden sind.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterschneidungen (26, 26') als Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Reibrings (13) für eine Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus Blech, Bandmaterial oder Draht ein Streifen (24) abgelängt wird, dass in den Streifen (24) in einem optionalen Schritt eine Oberflächenstruktur eingebracht wird und dass der Streifen (24) in eine Ringform umgeformt wird, wobei die Ringenden (19, 20) unverbunden bleiben.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des Streifens (24) zunächst in eine rotationssymmetrische, zylindrische Ringform erfolgt und anschließend der zylindrische Ring zu einem konischen Ring (13) verformt wird.