DE102009018968A1

DE102009018968A1 - Kupplungsbetätigungslager und Verfahren zur Herstellung einer Führungshülse

Info

Publication number: DE102009018968A1
Application number: DE102009018968A
Authority: DE
Inventors: Steffen Dittmer; Ludwig Winkelmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-04-25
Filing date: 2009-04-25
Publication date: 2010-10-28

Abstract

Es wird ein Kupplungsbetätigungslager (1) mit einer Führungshülse (3) angegeben, die einen auf einer Getriebeeingangswelle anordenbaren Führungszylinder und einen den Führungszylinder (5) außen umlaufenden Ringraum (7) umfasst. Der Ringraum (7) ist durch einen Dichtkörper (9) in einen Druckraum (13) und in einen Betätigungsraum (11) unterteilt, wobei in dem Betätigungsraum (11) ein axial verschiebbares Wälzlager (15) gelagert ist. Auf der Außenfläche des Führungszylinders (5) ist eine verschleißarme Kunststoff-Beschichtung (57) mittels Pulverbeschichten zumindest im Arbeitsbereich des Dichtkörpers (57) aufgebracht. Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Führungshülse (3) mit einem Führungszylinder (5) angegeben, wobei auf der Außenfläche des Führungszylinders (5) zumindest im Arbeitsbereich des Dichtkörpers (9) eine verschleißarme Beschichtung aus einem Kunststoff mittels Pulverbeschichtung aufgebracht wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kupplungsbetätigungslager mit einer Führungshülse, die einen auf einer Getriebeeingangswelle anordenbaren Führungszylinder und einen den Führungszylinder außen umlaufenden Ringraum umfasst, wobei der Ringraum mittels eines gegen den Führungszylinder abdichtenden Dichtkörpers in einen Druckraum und in einen Betätigungsraum unterteilt ist, und mit einem in dem Betätigungsraum axial verschiebbaren Wälzlager, wobei auf der dem Ringraum zugewandten Außenfläche des Führungszylinders eine verschleißarme Beschichtung aus einem Kunststoff aufgebracht ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Führungshülse, umfassend einen auf einer Getriebeeingangswelle anordenbaren Führungszylinder und einen den Führungszylinder außen umlaufenden Ringraum, zur Verwendung in einem Kupplungsbetätigungslager.
Hintergrund der Erfindung
Ein Kupplungsbetätigungslager der eingangs genannten Art umfasst eine konzentrisch zur Getriebeeingangswelle angeordnete Führungshülse mit einem auf einer Getriebeeingangswelle anordenbaren Führungszylinder. Der Führungszylinder weist eine mit einem Kunststoff beschichtete Außenfläche auf, wobei an dieser Außenfläche ein Dichtkörper zur Abdichtung eines Betätigungsraumes gegenüber einem Druckraum anliegt. In dem Betätigungsraum ist ein Wälzlager axial verschiebbar gelagert.
Zur Betätigung des Kupplungsbetätigungslagers wird eine Flüssigkeit, insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit, in den Druckraum gepresst. Der den Druckraum abschließende Dichtkörper ist üblicherweise über einen Haltering mit einem Kolben verbunden, der in axialer Richtung auf das Wälzlager wirkt. Infolge des Druckanstiegs wird der Dichtkörper, und damit der Kolben gegen das Wälzlager gepresst, so dass dieses in axialer Richtung verschoben wird.
Ein Kupplungsbetätigungslager der eingangs genannten Art ist in der DE 199 51 414 A1 offenbart. Das Kupplungsbetätigungslager ist als ein Ausrücklager mit einem Gehäuse aus Kunststoff ausgebildet. Das Gehäuse umfasst einen Führungszylinder. Weiter ist ein den Druckraum radial außen umlaufender Außenzylinder Teil des Gehäuses. Zwischen dem Druckraum und dem Außenzylinder ist ein den Druckraum begrenzender Dichtkörper angeordnet. Die Außenfläche des Führungszylinders weist eine bei der Herstellung der Führungshülse eingebrachte strukturierte Dichtungslaufbahn für den Dichtkörper auf. Zur Verschleißoptimierung ist hier insbesondere vorgesehen, die Kunststoff-Dichtungslaufbahn mit einer Schutzschicht aus Dynamand oder PVT zu versehen.
Aus der DE 100 39 242 A1 ist weiter ein Kupplungsbetätigungslager bekannt, welches als Ausrücklager für eine Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Ein Nehmerzylinder umgibt mit seinem Gehäuse radial außen den Führungszylinder. Zwischen dem Führungszylinder und dem Nehmerzylin der ist der Dichtkörper angeordnet. In der DE 100 39 242 A1 wird vorgeschlagen, auf die Außenfläche des Führungszylinders eine metallische Hülse anzuordnen, die mit einer Mikrostrukturierung zur Verminderung des Reibwertes des Dichtkörpers versehen ist.
Aufgabe der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Kupplungsbetätigungslager der eingangs genannten Art mit einer verbesserten verschleißarmen Beschichtung des Führungszylinders einer Führungshülse anzugeben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Führungshülse zur Verwendung in einem Kupplungsbetätigungslager anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Die hinsichtlich der Vorrichtung genannte Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kupplungsbetätigungslager mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1.
Demnach weist das Kupplungsbetätigungslager eine Führungshülse auf, die die einen auf einer Getriebeeingangswelle anordenbaren Führungszylinder und einen den Führungszylinder außen umlaufenden Ringraum umfasst. Der Ringraum ist mittels eines gegen den Führungszylinder abdichtenden Dichtkörpers in einen Druckraum und in einen Betätigungsraum unterteilt, wobei in dem Betätigungsraum ein axial verschiebbares Wälzlager gelagert ist. Auf der dem Ringraum zugewandten Außenfläche des Führungszylinders ist eine verschleißarme Beschichtung aus Kunststoff aufgebracht, wobei diese verschleißarme Beschichtung zumindest im Arbeitsbereich des Dichtkörpers als eine Pulverbeschichtung vorgesehen ist.
In einem ersten Schritt geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass bei einem Kupplungsbetätigungslager zur Verbesserung der Gleitfähigkeit eines Dichtkörpers an einem Führungszylinder eine Mikrostrukturierung in die Außenfläche des Führungszylinders einer Führungshülse eingebracht sein kann. Die Mikrostrukturierung dient zum Sammeln kleiner Flüssigkeits-Mengen, wie beispielsweise einer Hydraulikflüssigkeit. Die Ansammlung der Flüssigkeit in der Oberflächenstruktur dient insbesondere zur Schmierung des an der Außenfläche des Führungszylinders entlang gleitenden Dichtkörpers. Die Außenfläche kann hier also auch als Gleitfläche bezeichnet werden. Die Mikrostrukturierung an sich kann durch bekannte Verfahren, wie ein Hon-Verfahren, ein Gleitschleifen oder ein Sandstrahlen, in die Gleitfläche eingebracht werden.
In einem zweiten Schritt geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass es vorteilhaft sein kann, eine Führungshülse mit einem verschleißarmen Kunststoff zu beschichten, um somit die Verschleißbeständigkeit des Dichtkörpers und der Führungshülse zu verbessern. Zum Auftragen des Kunststoffs werden dem Fachmann geläufige Beschichtungsverfahren, wie zum Beispiel Spritzgießen, Tauchen oder Extrusion verwendet.
Nachteilig bei einer Beschichtung der Außenfläche des Führungszylinders mit einem Kunststoff ist aber, dass eine gegebenenfalls vorhandene Mikrostrukturierung der Oberfläche nicht, oder nur in geringem Maße, erhalten bleibt.
Folglich wird nach derzeitigem Wissensstand entweder eine Mikrostrukturierung in die Oberfläche eingebracht, die durch die Ansammlung kleiner Flüssigkeitsmengen eine gute Schmierung des Dichtkörpers bedingt, oder die Oberfläche wird mit einem verschleißarmen Kunststoff beschichtet, wodurch eine längere Lebensdauer der Führungshülse gewährleistet ist. Ein Kombination beider Möglichkeiten wurde bislang nicht ernsthaft in Erwägung gezogen.
In einem dritten Schritt erkennt die Erfindung, dass es bei einer Aufbringung des Kunststoffs mittels Pulverbeschichtung gelingt, eine Kunststoff-Beschichtung zu erhalten, die eine bereits in die Oberfläche eingebrachte Mik rostrukturierung nachbildet. Damit wird zum einen eine verschleißarme Beschichtung des Führungszylinders ermöglicht. Eine gegebenenfalls vorhandene Mikrostrukturierung der Außenfläche des Führungszylinders wird durch die Beschichtung übernommen, so dass hierdurch gewünscht gute Gleiteigenschaften für den Dichtkörper gleichermaßen erhalten werden können.
Zur Pulverbeschichtung des Führungszylinders wird der zur Beschichtung vorgesehene Kunststoff als ein Feststoff in Form eines Feinstpulvers in dünnen Schichten auf das Substrat aufgebracht. Unterschieden wird hier grundsätzlich zwischen so genannten „nassen” und „trockenen” Verfahren.
Als ein „nasses” Verfahren ist beispielsweise eine Dispersionsbeschichtung zu nennen, wobei der zur Beschichtung verwendete Kunststoff als eine Dispersion in einem Lösungsmittel fein verteilt ist. Die Dispersion wird dann beispielsweise mittels Pressluft zu einem Nebel zerstäubt und gleichmäßig auf das Substrat gesprüht. Das Substrat, d. h. die Führungshülse mit beschichtetem Führungszy-linder, wird anschließend insbesondere in einem Ofen erhitzt. Dabei bildet sichdurch Vernetzung des Kunststoffes unter dem Einfluss der Temperatur eine durchgehend dünne Kunststoffschicht aus.
Bei den „trockenen” Verfahren, die zur Aufbringung der Pulverbeschichtung auf den Führungszylinder verwendet werden können, kann zwischen zwei Verfahren unterschieden werden: Zum einen gibt es die elektrostatische Sprühbeschichtung, zum anderen das Verfahren des Wirbelsinterns. Bei beiden Verfahren wird das Feinstpulver auf die bereits erwärmte Führungshülse aufgebracht.
Bei der elektrostatischen Sprühbeschichtung werden die Partikel üblicherweise bei Austritt aus einer Sprühpistole unter Einwirkung einer hohen Potenzialdifferenz zwischen der Pistole und der zu beschichtenden Führungshülse beschleunigt und auf dieser an der gewünschten Stelle, hier der Außenfläche des Führungszylinders, abgeschieden. Das aufgetragene Pulver wird anschließend im Ofen aufgeschmolzen.
Alternativ kann zur Aufbringung der Pulverbeschichtung das so genannte Wirbelsintern verwendet werden. Beim Prozess des Wirbelsinterns wird das Pulver in einem Wirbelbett gewissermaßen fluidisiert. Beim Eintauchen des erwärmten Substrats in das Wirbelbett wird das Substrat mit dem Pulver benetzt. Das aufgebrachte Pulver wird anschließend ebenfalls durch eine Temperaturbehandlung aufgeschmolzen.
Bei beiden „trockenen” Verfahren entstehen analog zu dem nassen Verfahren, insbesondere zu einer Dispersionsbeschichtung, gleichmäßige und geschlossene dünne Kunststoff-Beschichtungen.
Insgesamt bieten die verschiedenen Verfahren des Pulverbeschichtens eine hervorragende Möglichkeit, sehr dünne und gleichmäßige Kunststoff-Beschichtungen aufzubringen. Durch Pulverbeschichten lassen sich dünne Kunststoff-Beschichtungen mit einer Dicke bis herab in den Submikrometerbereich herstellen. Für die hier vorliegende Anwendung sind Dicken der Kunststoffbeschichtung zwischen 2 und 15 μm vorteilhaft.
Die Erfindung bietet insofern entgegen den bislang vom Fachmann verwendeten Beschichtungsverfahren die Möglichkeit, eine die Verschleißbeständigkeit verbessernde Kunststoff-Beschichtung auf eine bereits auf der Oberfläche vorhandene Mikrostrukturierung aufzubringen, wobei nach der Beschichtung die Oberflächenstruktur zur Verbesserung der Gleitfähigkeit in gewünschtem Maße erhalten bleibt.
Die Kunststoffbeschichtung kann lediglich im Bereich des Dichtkörpers, also im Bereich der sogenannten Dichtungslaufbahn, aufgebracht sein. Alternativ kann auch die gesamte Außenfläche des Führungszylinders mit der Beschichtung versehen werden. Die Führungshülse ist vorliegend aus einem Metall, vorzugsweise aus einem Stahl gefertigt.
Die Führungshülse des Kupplungsbetätigungslagers bildet einen Ringraum, der einen Druckraum und einen Betätigungsraum umfasst. In dem Betätigungs raum ist ein Wälzlager axial verschiebbar gelagert. Das Wälzlager kann insbesondere als Kugeln ausgebildete Wälzkörper umfassen. Die Wälzkörper können mit einem Käfig in Position gehalten sein. Auch kann ein käfigloses Lager vorgesehen sein. Teile des Wälzlagers können durch das Betätigungslager selbst ausgebildet sein. Üblicherweise umfasst das Wälzlager zwei einzelne Lagerringe, die im Kupplungsbetätigungslager axial verschiebbar gelagert sind.
Zur Ausbildung der axialen Verschiebbarkeit ist das Wälzlager üblicherweise mit einem der Lagerringe an einem verschiebbaren Kolben gegengelagert. Der Kolben ist dem Dichtkörper angebunden, der den Betätigungsraum vom Druckraum trennt. Der Kolben ist beispielsweise als ein Ringkolben ausgeführt, der den Führungszylinder innerhalb des Ringraums umläuft. Zur Verbindung des Lagerrings und des Kolbens kann eine Tellerfeder oder dergleichen vorgesehen sein. Der Kolben kann über einen weiteren Haltering mit dem Dichtkörper verbunden sein. Das Wälzlager selbst kann bewegungsunterstützend über eine vorgespannte Schraubenfeder im Ringraum gegen die Tellerfederzungen der Kupplung angepresst sein.
Der Druckraum vom Betätigungsraum trennende Dichtkörper kann zum Beispiel mittels Dichtlippen, als ein strukturierter Nutring oder als ein Quart-Ring ausgebildet sein. Als Material kann ein geeignetes temperaturbeständiges Elastomer verwendet sein. Zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit kann auch die Oberfläche des Dichtkörpers mit einer verschleißarmen Beschichtung versehen werden.
Der Lagerinnenraum des Wälzlagers zwischen den beiden Lagerringen kann bevorzugt gegenüber dem Betätigungsraum mittels eines Dichtkörpers abgedichtet sein, wobei der Dichtkörper beispielweise als eine ein- oder mehrlippige, armierte Ringdichtung ausgeführt sein kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Außenfläche des Führungszylinders eine Mikrostrukturierung auf. Bevorzugt ist diese mit einer maximalen Rauhtiefe R_max von bis zu 4 μm eingebracht. Die Rauhtiefe bezeich net dabei die Unebenheit der Höhe einer Oberfläche, also die Differenz zwischen maximaler Profilerhebung und Profilvertiefung. Die mittlere Rauhtiefe R_p, deren Wert vorteilhafterweise unterhalb von 0,7 μm liegen sollte, gibt das arithmetische Mittel aus allen Einzelrauhtiefen des Rauheitsprofil einer Oberfläche an. Der Traganteil t_pi beschreibt das Verhältnis der tragenden Flächen eines Oberflächen-Profils im Bezug zur gesamten Oberfläche. Er liegt für die vorgesehene Mikrostrukturierung bei einem Schnittniveau von 0,4 μm bevorzugt bei Werten um zwischen t_pi = 60 bis 97%. Die vorgenannten Dimensionen der Mikrostrukturierung können einzeln oder in Kombination vorliegen Durch eine Mikrostruktur, insbesondere mit den genannten Dimension, wird gewährleistet, dass sich genug Hydraulikflüssigkeit in den Vertiefungen der Oberfläche sammeln kann, um eine gute Schmierung des Dichtkörpers zu gewährleisten. Zusätzlich sind die Vertiefungen jedoch klein genug, um eine Leckage der Hydraulikflüssigkeit zu verhindern und somit die Abdichtung zwischen dem Betätigungsraum und dem Druckraum in gewünschtem Maße zu erhalten.
Bevorzugt ist die Mikrostrukturierung als eine sogenannte Kreuzschliffstruktur ausgebildet. Ein Kreuzschliff wird insbesondere durch die Technik des Honens erzielt. Man erhält ein Schleifbild mit abgeschlossenen Kanälen in unterschiedlichen Richtungen. Hierdurch werden eine gute Dichtigkeit und eine gute Gleitfähigkeit auf der Außenfläche des Führungszylinders erreicht.
Grundsätzlich kann eine Mikrostrukturierung durch verschiedene Verfahren in die Oberfläche eingebracht werden. Zweckmäßigerweise wird hier ein Hon-Verfahren verwendet. Das Hon-Verfahren ist ein spanendes Feinbearbeitungsverfahren für Werkstoffe und bietet aufgrund der Verwendung von in so genannten Honleisten zusammengefassten Schleifmitteln ein Werkzeug zur charakteristischen Strukturierung von Oberflächen. Dabei werden die Schleifmittel zugleich translatorisch als auch rotierend über die zu behandelnde Oberfläche geführt. Das Hon-Verfahren ist ein allgemein gut bekanntes und technisch einfach zu handhabendes Verfahren insbesondere zur Behandlung von metalli schen Oberflächen und eignet sich somit hervorragend für die gewünschte Strukturierung der Außenfläche des Führungszylinders mit einer Kreuzschliffstruktur.
Auch mittels eines Laser-Honens ist es möglich, eine Kreuzschliffstruktur in eine Oberfläche einer Führungshülse einzubringen. Hierbei schmilzt ein Laserstrahl die metallische Oberfläche auf und verdampft sie teilweise, so dass die gewünschten feinen ölhaltenden Vertiefungen entstehen. Vorteil bei diesem Verfahren ist zusätzlich die Ausbildung von durch den Schmelzprozess erzeugten harten Schmelzkanten, die sehr verschleißfest sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Führungshülse durch ein Tiefziehverfahren unter spanloser Einbringung der Mikrostrukturierung hergestellt. Hierbei wird als Ausgangsband für die als Tiefziehteil hergestellte Führungshülse ein Band mit einer bereits durch äquivalent strukturierte Walzen eingebrachten Oberflächenstruktur verwendet. Für die Strukturierung des Führungszylinders ist insofern kein zusätzlicher Arbeitsvorgang mehr nötig. Mit anderen Worten entsteht beim Tiefziehen ein Tiefziehteil mit bereits eingebrachter Mikrostrukturierung. Diese Möglichkeit bietet eine einfache Variante zur Herstellung einer Führungshülse und minimiert deren Herstellungskosten.
Weiter bevorzugt ist die Führungshülse oder der Führungszylinder oberflächengehärtet. Beispielsweise kann die Führungshülse durch eine Wärmebehandlung einsatzgehärtet sein. Vorteilhafterweise ist die metallische Führungshülse durch ein Nitrocarborieren oder ein Carbonitrieren gehärtet. Beide Verfahren stellen übliche Methoden zur Oberflächenhärtung und Festigkeitssteigerung von Werkstoffen dar.
Zum Aushärten der Führungshülse mittels des Nitrocarburierens wird die zu härtende Randschicht mit einer Gasmischung aus Stickstoff und Kohlenstoff thermochemisch angereichert. Hierbei entstehen eine Verbindungsschicht und eine Diffusionsschicht. Durch die Ausbildung der Verbindungsschicht lassen sich zielgerichtet Verschleiß- und Korrosionseigenschaften verbessern. Dieses Verfahren wird für Stahl bei Niedertemperaturen unterhalb der Umwandlungstemperatur zum Austenit durchgeführt. Vorteilhaft ist der geringe Verzug der behandelten Teile, wodurch eine Nachbearbeitung häufig entfällt. Nitrocarburieren führt zu einzigartigen Verbesserungen der Korrosionsbeständigkeit und des Verschleißwiderstandes.
Carbonitrieren zum Aushärten von Stählen ist eine thermochemische Behandlung, bei der ein Fertigteil in austenitischem Zustand einer Aufkohlungsatmosphäre ausgesetzt wird. Durch diese Behandlung wird eine Randschicht mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt erzeugt. Nach dem Aufkohlen wird das Werkstück schnell abgekühlt, wodurch eine Härtezunahme erreicht wird. Beim Carbonitrieren entsteht eine Art Verbundmaterial mit einer harten Randschicht und einem unveränderten, zähen Kern.
Insgesamt bieten beide Verfahren die Möglichkeit, die Führungshülse für den konkreten Anwendungsfall zu härten. Anschließend wird die Mikrostrukturierung auf die Oberfläche aufgebracht.
Der auf die Außenfläche des Führungszylinders aufgebrachte Kunststoff ist bevorzugt ein Polyetheretherketon, ein Polyoxymethylen, ein Polybutylentheraphtalat, ein Polytetrafluorethylen, ein Perfluoralkoxyalkan und/oder ein Polyvinylidinfluorid. Diese Kunststoffe sind besonders verschleißarm und in Bezug zu einem Dichtkörper aus einem Elastomerkunststoff reibungsarm. Sie eignen sich somit besonders gut zur Pulverbeschichtung der Außenfläche des Führungszylinders, da diese einer kontinuierlichen Reibung durch den Dichtkörper ausgesetzt ist. Zusätzlich besitzen die Kunststoffe eine hohe Temperaturbeständigkeit, so dass sie sich hervorragend zur Verwendung bei den Temperaturen, wie sie im Betrieb eines Kupplungsbetätigungslagers vorherrschen, eignen. Insbesondere ist die Verwendung der vorgenannten Kunststoffe von Vorteil, da sie zum einen kostengünstig erworben und zum anderen bereits in Form von Feinstpulvern geliefert werden können. Es ist somit keine weitere Bearbeitung des Kunststoff-Pulvers nötig, so dass es direkt zur Beschichtung mittels Pulverbeschichtung zur Verfügung steht. Insbesondere die Verwendung von Polyetheretherketon hat sich als vorteilhaft herausgestellt, da dieses auch bei niedrigen Temperaturen bis zu –40°C eine geringe Reibung zeigt.
Das Kupplungsbetätigungslager kann in verschiedenen Bauweisen für unterschiedliche Anwendungen ausgeführt sein. Bevorzugt ist das Kupplungsbetätigungslager als ein Einrücklager für ein Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet.
Ein Doppelkupplungsgetriebe ist ein automatisiertes Schaltgetriebe, das mittels zweier Teilgetriebe einen vollautomatischen Gangwechsel ermöglicht. Die Getriebesteuerung wählt die Gänge selbstständig im Rahmen der zugelassenen Drehzahlbereiche. Die Übertragung des Drehmomentes erfolgt über eine von zwei Kupplungen, die zwei Teilgetriebe mit dem Antrieb verbinden. Dieses Prinzip ermöglicht einen Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung, indem gleichzeitig eine Kupplung schließt, während die andere öffnet.
Bei einem Doppelkupplungsgetriebe wirkt ein Einrücklager als ein sogenanntes Aktivteil. Bei der Betätigung des Einrücklagers wirken durch die in den Druckraum einfließende Hydraulikflüssigkeit hohe Druck-Kräfte auf das Einrücklager. Über das Einrücklager werden. Anpresskräfte auf eine Kupplungstellerfeder zum Schließen der Kupplung übertragen. Der Dichtkörper, der den Betätigungsraum vom Druckraum abdichtet, muss dementsprechend hohe Drücke aushalten und ist hierzu notwendigerweise aus einem Material mit einer gewissen Härte gefertigt. Im Betrieb des Einrücklagers entsteht ein relativ hoher Verschleiß des erforderlichen harten Dichtkörpers an der Führungshülse. Durch die Verwendung einer Führungshülse mit einer Mikrostrukturierung zur Schmierung des Dichtkörpers kann insofern gerade bei einem Einrücklager dieser Verschleiß verringert werden.
Weiterhin wird die hinsichtlich des Verfahrens genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Führungshülse mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 9 gelöst Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den auf das Verfahren zur Herstellung einer Führungshülse gerichteten Unteransprüchen. Dabei können die für die Vorrichtung genannten Vorteile sinngemäß auf das Verfahren übertragen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Kupplungsbetätigungslager in einer aufgeschnittenen und teilweisen 3D-Darstellung und
2 eine detaillierte Darstellung der Führungshülse mit einer eingebrachten Mikrostrukturierung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist ein Kupplungsbetätigungslager 1 mit einer Führungshülse 3 aufgeschnitten und teilweise in einer 3D-Darstellung gezeigt. Das Kupplungsbetätigungslager 1 ist hier als ein Einrücklager für ein Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt.
Die Führungshülse 3 umfasst einen auf einer in 1 nicht explizit dargestellten Getriebeeingangswelle anordenbaren Führungszylinder 5 und einen den Führungszylinder 5 außen umlaufenden Ringraum 7.
Der Ringraum 7 ist mittels eines gegen den Führungszylinder 5 abdichtenden und als Ringdichtung ausgebildeten Dichtkörper 9 in einen Betätigungsraum 11 und einen Druckraum 13 unterteilt. In dem Betätigungsraum 11 ist ein Wälzlager 15 axial verschiebbar gelagert. Als Wälzkörper 17 des Wälzlagers 15 sind Kugeln eingesetzt. Die Wälzkörper 17 sind zwischen einem inneren Lagerring 19 und einem äußeren Lagerring 21 gehalten. Das Wälzlager 15 ist insgesamt durch einen Metallring 35 am Ringkolben 37 gehalten und in axialer Richtung im Betätigungsraum 11 beweglich.
In 1 links, das heißt auf Seite der Motorwelle, liegt der innere Lagerring 19 an den Tellerfederzungen 27 einer Kupplungstellerfeder an. Der äußere Lagerring 21 des Wälzlagers 15 wird von einer Tellerfeder 31 gehalten. Hierzu weist die äußere Lagerring 21 einen radial nach innen abgewinkelten Ringflansch 33 auf, dem die Tellerfeder 31 anliegt. Die Tellerfeder 31 ihrerseits stützt sich an einem Metallring 35 ab, der an einem den Druckraum 13 axial begrenzenden Ringkolben 37 verrastet ist. Mit anderen Worten ist das Wälzlager 15 axial verschiebbar am Ringkolben 37 gelagert.
Für die schlupffarme Drehmomentübertragung zwischen der Tellerfederzunge 27 und dem inneren Lagerring 19 wird der äußere Lagerring 21 über eine Schraubenfeder 41 axial vorgespannt. Die Schraubenfeder 41 stützt sich einerseits am äußeren Lagerring 21 und auf der gegenüberliegenden Seite axial über eine Nut 43 am Zylinder 25 ab. Die Schraubenfeder 41 ist hierbei vorgespannt und unterstützt ein axiales Einrücken des Wälzlagers 15 gegen die Tellerfederzunge 27.
Zur Abdichtung des Wälzlagers 15 befindet sich zwischen dem inneren Lagerring 19 und dem äußeren Lagerring 21 ein als armierte Gummidichtung ausgebildeter Dichtkörper 23.
In 1 rechts, das heißt auf der Seite der Getriebeeingangswelle, ist der Druckraum 13 zwischen dem Dichtkörper 9 und der radialen Wand der Führungshülse 3 erkennbar. Der sich radial nach außen erstreckende, feststehende Zylinder 25 umfasst einen hier nicht gezeigten Anschluss für eine Hydraulikleitung. Ein Ende der Hydraulikleitung mündet in den Druckraum 13.
In einem Zwischenraum 45 und zwischen dem Zylinder 25 und der Führungshülse 3 ist ein als Ringdichtung ausgeführter Dichtkörper 47 angeordnet, der den Zwischenraum 45 gegen eventuell austretende Hydraulikflüssigkeit radial abdichtet.
Der Dichtkörper 9 zur Abdichtung des Betätigungsraums 11 vom Druckraum 13 wird durch einen Haltering 49 an dem Ringkolben 37 gehalten und hat zwei in radial entgegengesetzte Richtungen ausgerichtete Dichtlippen. Die erste Dichtlippe wirkt radial nach außen gegen den Zylinder 25, die zweite Dichtlippe liegt direkt der Außenfläche des Führungszylinders 5 an. Durch den Dichtkörper 9 wird insofern der Druckraum 13 zwischen dem Zylinder 25 und dem Führungszylinder 5 abgedichtet.
Zur Verringerung der Reibung des Dichtkörpers 9 gegenüber dem Führungszylinder 5 ist auf der Außenfläche des Führungszylinders 5 eine Mikrostrukturierung in Form eines Kreuzschliffes durch ein Hon-Verfahren eingebracht. Weiter ist auf der Außenfläche eine verschleißarme Kunststoff-Beschichtung aus Polyoxymethylen mittels einer Pulverbeschichtung aufgebracht. In 1 sind weder die Mikrostrukturierung noch die Kunststoff-Beschichtung zu erkennen.
In 2 ist eine Führungshülse 3 entsprechend 1 im Detail zu sehen. Man erkennt an einem Ende der Führungshülse 3 die radial nach außen gezogene Seitenwand 51 zur Aufnahme bzw. Abstützung der aus 1 ersichtlichen Komponenten.
Auf der Außenfläche des aus Stahl gefertigten Führungszylinders 5 ist eine Mikrostrukturierung 55 in Form einer Kreuzschliffstruktur eingebracht. Die Mikrostrukturierung 55, die in der vorliegenden Figur schematisch auf einem kleinen Teil des Führungszylinders 5 gezeigt ist, ist insgesamt durch eine strukturierte Walze während des Herstellprozesses des Tiefziehbandes entsprechend in die nach dem Tiefziehvorganges außen liegende Mantelfläche des Führungszylinders eingebracht.
Weiter ist mittels Pulverbeschichtung eine Kunststoff-Beschichtung 57 aus Polyetheretherketon auf die strukturierte Außenfläche des Führungszylinders 5 aufgebracht. Die Kunststoff-Beschichtung 57 weist eine Dicke von etwa 5 μm auf und bildet die eingebrachte Mikrostrukturierung 55 auf der Außenfläche des Führungszylinders nach.
Diese in der Kunststoff-Beschichtung übernommene Mikrostrukturierung 55 sorgt während des Betriebes dafür, dass Hydraulikflüssigkeit in kleinen Mengen austritt so dass die Schmierung des an der Außenfläche des Führungszylinders 5 anliegenden Dichtkörpers 9 gemäß 1 unterstützt wird. Der aufgebrachte Kunststoff führt zu einer deutlichen Verbesserung der Verschleißbeständigkeit.

1: Kupplungsbetätigungslager
3: Führungshülse
5: Führungszylinder
7: Ringraum
9: Dichtkörper
11: Betätigungsraum
13: Druckraum
15: Wälzlager
17: Wälzkörper
19: innerer Lagerring
21: äußerer Lagerring
23: Dichtkörper
25: Zylinder
27: Tellerfederzunge
31: Tellerfeder
33: Ringflansch
35: Metallring
37: Ringkolben
41: Schraubenfeder
43: Nut
45: Zwischenraum
47: Dichtkörper
49: Haltering
51: Seitenwand
55: Mikrostrukturierung
57: Kunststoff-Beschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19951414 A1 [0005]
- DE 10039242 A1 [0006, 0006]

Claims

Kupplungsbetätigungslager (1) mit einer Führungshülse (3), die einen auf einer Getriebeeingangswelle anordenbaren Führungszylinder (5) und einen den Führungszylinder (5) außen umlaufenden Ringraum (7) umfasst, wobei der Ringraum (7) mittels eines gegen den Führungszylinder (5) abdichtenden Dichtkörpers (9) in einen Druckraum (13) und in einen Betätigungsraum (11) unterteilt ist, und mit einem in dem Betätigungsraum (11) axial verschiebbaren Wälzlager (15), wobei auf der dem Ringraum (7) zugewandten Außenfläche des Führungszylinders (5) eine verschleißarme Beschichtung (57) aus einem Kunststoff aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass als verschleißarme Beschichtung (57) zumindest im Arbeitsbereich des Dichtkörpers (9) eine Pulverbeschichtung vorgesehen ist.
Kupplungsbetätigungslager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche des Führungszylinders (5) eine Mikrostrukturierung (55) aufweist.
Kupplungsbetätigungslager (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (55) eine maximale Rauhtiefe R_max von bis zu 4 μm und eine mittlere Rauhtiefe Rp < 0,7 μm aufweist, wobei der Traganteil t_pi bei einem Schnittniveau von 0,4 μm bei Werten zwischen 60 bis 97% liegt.
Kupplungsbetätigungslager (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (55) als eine Kreuzschliffstruktur ausgebildet ist.
Kupplungsbetätigungslager (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzschliffstruktur durch ein Hon-Verfahren eingebracht ist.
Kupplungsbetätigungslager (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (3) durch ein Tiefzieh-Verfahren unter spanloser Einbringung der Mikrostrukturierung (55) hergestellt ist.
Kupplungsbetätigungslager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (3) durch ein Nitrocarburieren oder ein Carbonitrieren gehärtet ist.
Kupplungsbetätigungslager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyetheretherketon, ein Polyoxymethylen, ein Polybutylenterephthalat, ein Polytetrafluorethylen, ein Perfluoralkoxyalkan und/oder ein Polyvinylidenfluorid ist.
Kupplungsbetätigungslager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsbetätigungslager (1) als ein Einrücklager für ein Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Führungshülse (3), umfassend einen auf einer Getriebeeingangswelle anordenbaren Führungszylinder (5) und einen den Führungszylinder (5) außen umlaufenden Ringraum (7), zur Verwendung in einem Kupplungsbetätigungslager (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Ringraum (7) zugewandten Außenfläche des Führungszylinders (5) zumindest im Arbeitsbereich des Dichtkörpers (9) des Kupplungsbetätigungslagers (1) eine verschleißarme Beschichtung (57) aus einem Kunststoff durch Pulverbeschichten aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die Außenfläche des Führungszylinders (5) eine Mikrostrukturierung (55) eingebracht wird, insbesondere mit einer maximalen Rauhtiefe R_max von bis zu 4 μm und einer mittleren Rauhtiefe Rp < 0,7 μm, wobei der Traganteil t_pi bei einem Schnittniveau von 0,4 μm bei Werten zwischen 60 bis 97% liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturierung (55) als eine Kreuzschliffstruktur eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzschliffstruktur durch ein Hon-Verfahren eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (3) durch ein Tiefzieh-Verfahren hergestellt wird, wobei die Mikrostrukturierung (55) durch strukturierte Walzen spanlos eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (3) durch ein Nitrocarburieren oder ein Carbonitrieren gehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff ein Polyetheretherketon, ein Polyoxymethylen, ein Polybutylenterephthalat, ein Polytetrafluorethylen, ein Perfluoralkoxyalkan und/oder ein Polyvinylidenfluorid durch Pulverbeschichten aufgebracht wird.