DE102010022347A1

DE102010022347A1 - Reibpartner einer Reibpaarung sowie Reibpaarung für eine Synchronisationseinrichtung

Info

Publication number: DE102010022347A1
Application number: DE201010022347
Authority: DE
Inventors: Thomas Karais; Pascal Kohtes; Dr. Scharf Till
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2011-12-01
Also published as: WO2011151164A1

Abstract

Im Hinblick auf eine einfache Herstellung weist ein Reibpartner (14, 20) einer Reibpaarung für eine Synchronisationseinrichtung (2) eine erste Reibfläche (16a, 16b) auf, die aus einem Reibmaterial besteht, das eine gemittelte Rauheit Rz < 10 μm und insbesondere eine gemittelte Rauheit Rz von ca. 5 μm aufweist. Das Reibelement (14, 22) wird in der Synchronisationseinrichtung (2) eingesetzt, ohne dass nach seiner Formgebung seine Reibfläche (16a, 16b) in Bezug auf die Rauheit behandelt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Reibpartner einer Reibpaarung sowie eine Reibpaarung einer Synchronisationseinrichtung mit einem solchen Reibpartner.
Hintergrund der Erfindung
Eine Synchronisationseinrichtung dient zum Schalten von Gangrädern in einem Getriebe. Dabei wird bei einer weit verbreiteten Konzeption der Synchronisationseinrichtung eine Anordnung von Synchronringen einem Gegenrad zugeordnet. Die Anordnung hat mindesten zwei und häufig drei Synchronringe, nämlich einen Synchroninnenring, einen Synchronaußenring und einen dazwischen angeordneten Zwischenring. Die Synchronringe sind längs der Drehachse einer Getriebewelle bzw. längs der Drehachse der Synchronringe so ineinander geschoben, dass der Synchronaußenring den Synchroninnenring in Umfangsrichtung umfasst. Jeder Synchronring weist mindestens eine Reibfläche auf, mit der während der Synchronisation der Drehzahlen der Getriebewelle mit den Drehzahlen der zu schaltenden Gangräder ein reibschlüssiger Kontakt zu einer weiteren Reibfläche hergestellt wird.
Bekannt sind auch Anordnungen, bei denen ein Ringkörper eine Anzahl von Ausnehmungen aufweist, in denen Reibbeläge angeordnet sind. Der Ringkörper fungiert dabei als Träger oder Käfig. Eine solche Anordnung ist z. B. in der DE 10 2006 061 414 A1 beschrieben und wird Friction Pad System genannt. Die Reibbeläge in den Ausnehmungen werden auch als Reibbelagpads, Pads oder Friction-Pads bezeichnet. Der Einfachheit halber werden sie nachstehend als Pads bezeichnet.
Heutzutage werden Synchronringe aus Buntmetall verwendet oder es werden Ringe aus Trägermetall verwendet, die mit unterschiedlichen Materialien beschichtet oder beklebt sind, wie z. B. Carbonfaserplatten oder Sinter- oder Spritzmaterialien wie Molybdänbeschichtungen wie dies z. B. in der DE 10 2006 057 486 A1 offenbart ist. Die bestehenden Systeme haben den Nachteil, dass z. B. Molybdänbeschichtungen bei hohen Anpresskräften und Gleitgeschwindigkeiten zum Fressen neigen, da ein Getriebeöl zwar gut aus dem Reibkontakt verdrängt wird, durch die fehlende Porosität und der sich daraus ergebende fehlende Rückfederung (Schwammeffekt) der Schicht, aber kein neues Öl nachfließen kann, um das Fressen zu vermeiden.
Die in einer Synchronisationseinrichtung eingesetzten Materialien zur Ausbildung einer Reibfläche weisen in der Regel eine raue und strukturierte Oberfläche auf. So weisen thermische Spritzbeschichtungen wie Molybdän oder Streusinterbeschichtungen eine sehr raue Oberfläche auf. Bei Molybdän liegt eine gemittelte Rauheit Hz zwischen 50 und 90 μm für Streusinter variiert der Wert der gemittelten Rauheit zwischen 33 und 44 μm. Reibflächen aus Carbon besitzen überwiegend eine strukturierte Oberfläche. Eine Gemeinsamkeit zwischen allen diesen Materialien ist, dass während der Herstellung diese große Rauigkeit bzw. Strukturierung eingehalten werden muss.
In der DE 10 2004 060 016 ist ein Synchronring aus 80Cr2 auf einem Formgebungsaggregat spanlos hergestellt. Nach dem Entfetten bzw. Reinigen des weichen Synchronrohlinges wird dieser mit einem Strahlmittel beaufschlagt, so dass seine Oberfläche eine gewisse Rauheit aufweist. Durch das Strahlen mit Korund, Siliziumkarbid oder anderen Strahlmitteln wird die Kontaktfläche gereinigt, aufgeraut und aktiviert. Um eine erneute Verschmutzung bzw. Oxidation zu vermeiden, erfolgt das Aufbringen der Reibschicht aus Titandioxidschicht, die eine Reibfläche bildet, sofort nach dem Strahlen erfolgen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vereinfachung der Herstellung der Reibpartner einer Reibpaarung für eine Synchronisationseinrichtung zu ermöglichen,
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Reibpartner einer Reibpaarung für eine Synchronisationseinrichtung, mit einer bezüglich der Rauheit unbehandelten Reibfläche aus einem Reibmaterial, das eine gemittelte Rauheit Rz < 10 μm, insbesondere eine gemittelte Rauheit Rz von ca. 5 μm aufweist.
Die Erfindung gestattet eine Vereinfachung der Herstellung eines Reibpartners, da auf eine Nachbehandlung der Reibfläche des Reibpartners verzichtet wird. Stattdessen wird die Reibfläche aus einem Werkstoff ausgebildet, der eine glatte Oberfläche aufweist und jedoch als Reibmaterial geeignet ist. Ein derartiger Werkstoff ist z. B. in der Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2009 058 693.8 beschrieben, auf die hiermit vollumfänglich verwiesen wird. Dieser Werkstoff ist vorzugsweise beständig gegen Getriebeöl und weist eine Dauertemperaturbeständigkeit von 150°C und eine Kurztemperaturbeständigkeit von ca. 500°C auf.
Mit „glatter Oberfläche” wird hierbei eine Oberfläche bezeichnet, die ohne gezielte Bearbeitung hergestellt wurde und die nach der Formgebung des Reibpartners nicht bearbeitet wurde. Mit „gemittelter Rauheit Rz” ist die gemittelte Rautiefe bezeichnet, die durch das arithmetische Mittel aus den Einzelrautiefen fünf aneinandergrenzender Einzelmessstrecken gegeben ist. Der Reibpartner wird mit einer gemittelten Rauheit Rz < 10 μm hergestellt. Insbesondere liegt die gemittelte Rauheit Rz im Bereich von ca. 5 μm. Die gemittelte Rauheit ist somit um das Vielfache kleiner als die von den handelsüblichen Reibpartnern für Reibpaarungen für Synchronisationseinrichtungen, deren Oberfläche durch eine Nachbehandlung gezielt aufgeraut ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung besteht der gesamte Reibpartners aus dem Reibmaterial. Dies bedeutet, dass der Reibpartner keine Beschichtung zur Ausbildung der Reibfläche aufweist, sondern der Reibpartner hat eine einheitliche Zusammensetzung und besteht ausschließlich aus dem Reibmaterial. Der Vorteil hierbei ist, dass durch den Verzicht auf eine Beschichtung die Fertigung des Reibpartners vereinfacht wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Reibpartner durch Verpressung des pulverförmigen Reibmaterials hergestellt. In seiner Ausgangsform liegt das Reibmaterial als Pulver vor und wird mittels eines geeigneten Werkzeugs zu einem Körper verpresst. Das Werkzeug zur Herstellung des Reibpartners weist insbesondere eine Presseinrichtung und eine Formplatte mit Ausnehmungen auf, wobei durch die Presseinrichtung Reibmaterial in die Ausnehmungen gepresst wird, so dass durch die Form der Formplatte die Form des Reibpartners bestimmt wird. Das Werkzeug zur Herstellung des Reibpartners ist insbesondere variabel gestaltet, so dass mit einem einzigen Werkzeug Materialien von unterschiedlichem Verhalten verpresst werden können und durch einen einfachen Austausch der Formplatte ebenfalls unterschiedliche Geometrien dargestellt werden können. Alle Einzelteile des Werkzeuges sind einzeln austauschbar und modifizierbar. Es ist also möglich, unterschiedliche Geometrien mit demselben Werkzeug zu verpressen, indem einfach die Formplatte gewechselt wird. Nach dem Pressvorgang wird der Reibpartner für die Reibpaarung lose in einem Ofen gehärtet und ist dann maßhaltig ohne weitere zusätzliche mechanische Bearbeitung. Dementsprechend ergibt sich am Reibpartner eine Rauheit der Reibfläche, die durch die Rauheit der Formplatte des Werkzeugs vorgegeben ist. Eine Nachbehandlung der Reibfläche nach der Formgebung des Reibpartners, z. B. durch ein Strahlmittel oder durch die Ausbildung von strukturierten Nuten an gewünschten Stellen, erfolgt hierbei nicht.
Vorzugsweise enthält das Reibmaterial des Reibpartners ein Phenolharz. Bevorzugt enthält das Reibmaterial außerdem Metallfasern und/oder Metallpulver, die als Reibmodifikatoren wirken. Beispielsweise enthält das Reibmaterial Kupferpulver mit Korngröße zwischen 400 und 600 μm, Aluminiumgries mit Korngröße von ca. 1000 μm oder Bronzepulver mit Korngröße zwischen 600 und 800 μm.
Nach einer bevorzugten Variante ist der Reibpartner ein Reibring. Unter Reibring wird hierbei ein einteiliger Synchronring mit ununterbrochenen Reibflächen an seiner Innenmantelfläche und/oder seiner Außenmantelfläche verstanden.
Nach einer alternativen, bevorzugten Variante ist der Reibpartner ein Pad für ein Friction-Pad-System. Ein Friction-Pad-System umfasst in der Regel einen Ringkörper mit mehreren Ausnehmungen, in welchem die Pads oder Reibbeläge verschiebbar und/oder verdrehbar angeordnet sind. Ein derartiges Pad ist z. B. in der DE 10 2006 061 414 A1 beschrieben.
Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Reibpaarung für eine Synchronisationseinrichtung nach Anspruch 9. Die Reibpaarung ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Reibfläche des ersten Reibpartners, (z. B. ein Zwischenring) die aus dem Reibmaterial ausgebildet ist, als auch eine weitere Reibfläche eines weiteren Reibpartners (der beispielsweise ein Synchronaußenring oder ein Synchroninnenring ist) bezüglich der Rauheit unbehandelt sind. Die weitere Reibfläche ist hierbei insbesondere aus Stahl ausgebildet. Dabei wurde keine Nachbehandlung der Oberfläche der beiden Reibpartner durchgeführt und ihre Reibflächen weisen insbesondere eine gemittelte Rauheit Rz < 10 μm und bevorzugt von ca. 5 μm auf. Der erste Reibpartner und der weitere Reibpartner stellen insbesondere ein Synchronringpaket dar, dessen Herstellung in wenigen Schritten erfolgt und somit besonders kostengünstig ist.
Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß gelöst durch eine Reibpaarung für eine Synchronisationseinrichtung nach Anspruch 10. Demnach ist die Reibfläche des ersten Reibpartners aus dem oben beschriebenen, unbehandelten Reibmaterial und eine weitere Reibfläche des weiteren Reibpartners ist bezüglich ihrer Rauheit nachbehandelt. Die weitere Reibfläche ist z. B. aus Stahl und weist eine gemittelte Rauheit bevorzugt größer als 2,5 μm, insbesondere größer als 5 μm und insbesondere im Bereich zwischen 5 und 8 μm auf.
Die in Bezug auf den ersten Reibpartner aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf die Synchronisationseinrichtungen nach Anspruch 9 und 10 zu übertragen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
1 in Explosionsdarstellung drei Synchronringe einer Synchronisationseinrichtung nach dem Friction-Pad-System-Prinzip, und
2 in perspektiver Darstellung einen Reibring für eine Synchronisationseinrichtung.
Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist ein Teil einer Synchronisationseinrichtung 2 dargestellt, umfassend einen Synchronaußenring 4, einen Zwischenring 6 und einen Synchroninnenring 8. Der Zwischenring 6 ist nach dem so genannten „Friction-Pad-System” aufgebaut und umfasst einen Ringkörper 10 mit einer Vielzahl von Ausnehmungen 12, in denen so genannte Pads 14 angeordnet sind. Der Ringkörper 10 ist aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl, oder aus Kunstsoff hergestellt. Der Ringkörper 10 bildet dabei einen Käfig, der die Pads 14 führt, wobei die Pads 14 in den Ausnehmungen 12 verschiebbar oder verdrehbar gehalten sind.
Die Pads 14 stellen einen ersten Reibpartner einer Reibpaarung dar und weisen sowohl zum Synchronaußenring 4 als auch zum Synchroninnenring 8 eine erste Reibfläche 16a, 16b auf. Der Synchronaußenring 4 hat eine konische weitere Reibfläche 18a die mit der korrespondierenden Reibfläche 16a am Zwischenring 6 zusammenwirkt. Auch der Synchroninnenring 8 hat eine konische Reibfläche 18b, die ebenfalls mit der korrespondierenden Reibfläche 16b am Zwischenring 6 zusammenwirkt. Eine erste Reibpaarung ist somit aus den Pads 14 mit ihrer ersten Reibfläche 16a und dem Synchronaußenring 4 mit seiner weiteren Reibfläche 18a gebildet. Eine zweite Reibpaarung aus den Pads 14 mit ihrer ersten Reibfläche 16b und dem Synchroninnenring 8 mit seiner weiteren Reibfläche 18b gebildet.
Die erste Reibfläche 16a, 16b der Pads 14 sind aus einem Reibmaterial auf Basis von Phenolharz mit beigemischten Metallfasern oder Metallpulver ausgebildet. Insbesondere ist jedes Pad 14 einheitlich ausgebildet und enthält ein einziges Reibmaterial, ohne dass die Oberfläche des Pads 14 mit einem weiteren Werkstoff beschichtet ist. Das Reibmaterial weist in diesem Ausführungsbeispiel eine gemittelte Rauheit Rz in der Größenordnung von ca. 5 μm auf. Die Pads 14 sind dadurch gekennzeichnet, dass sie unbehandelt in Bezug auf ihre Rauheit eingesetzt werden. Das Reibmaterial liegt in seiner Ausgangsform als Pulver vor und die Pads 14 werden in Rahmen eines Pressvorgangs aus diesem Pulver geformt. Dadurch entspricht die Rauheit der ersten Reibfläche 16a, 16b der Rauheit des Presswerkzeugs. Bei einem derart hergestellten Pad 14 werden nach seiner Formgebung keine weiteren Schritte unternommen die Rauheit der Reibfläche 16a, 16b zu modifizieren.
Die weiteren Reibflächen 18a, 18b der weiteren Reibpartner 4, 8 sind in diesem Ausführungsbespiel aus Stahl und weisen eine Rauheit zwischen 5 μm und 8 μm.
Anstelle des Friction-Pad-Systems mit der Vielzahl von ersten Reibpartnern nach Art von Pads 14 kann als Zwischenring 6 ein einteiliger Reibring 20 gemäß 2 verwendet werden, dessen radialinnere und radialäußere Reibfläche 16a, 16b eine ungestörte Ringfläche ist. Der Reibring 20 besteht aus dem Reibmaterial auf Phenolharzbasis mit beigemischten Metallfasern oder Metallpulver, so dass seine Reibfläche 16a, 16b eine relativ glatte Oberfläche mit einer gemittelten Rauheit von ca. 5 μm aufweist und in dieser Form in der Synchronisationseinrichtung 2 eingesetzt ist:
Bezugszeichenliste

2: Synchronisationseinrichtung
4: Synchronaußenring
6: Zwischenring
8: Synchroninnenring
10: Ringkörper
12: Aufnahme
14: Pad
16a, 16b: erste Reibfläche
18a, 18b: weitere Reibfläche
20: Reibring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006061414 A1 [0003, 0015]
DE 102006057486 A1 [0004]
DE 102004060016 [0006]

Claims

Reibpartner (14, 20) einer Reibpaarung für eine Synchronisationseinrichtung (2), mit einer bezüglich der Rauheit unbehandelten Reibfläche (16a, 16b) aus einem Reibmaterial, das eine gemittelte Rauheit Rz < 10 μm, insbesondere eine gemittelte Rauheit Rz von ca. 5 μm aufweist.
Reibpartner (14, 20) nach Anspruch 1, welcher aus dem Reibmaterial besteht.
Reibpartner (14, 20) nach Anspruch 2, welcher durch Verpressung des pulverförmigen Reibmaterials hergestellt ist.
Reibpartner (14, 20) nach Anspruch 2, welcher durch einen Spritzguss-Prozess hergestellt ist.
Reibpartner (14, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reibmaterial ein Phenolharz enthält.
Reibpartner (14, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reibmaterial Metallfasern und/oder Metallpulver enthält.
Reibpartner (14, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher ein Reibring (20) ist.
Reibpartner (14, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher ein Pad (14) für ein Friction-Pad-System ist.
Reibpaarung für eine Synchronisationseinrichtung (2), umfassend einen ersten Reibpartner (14, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen weiteren Reibpartner (4, 8) mit einer weiteren Reibfläche (18a, 18b), die ebenfalls bezüglich der Rauheit unbehandelt ist.
Reibpaarung für eine Synchronisationseinrichtung (2), umfassend einen ersten Reibpartner (14, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einen weiteren Reibpartner (4, 8) mit einer weiteren Reibfläche (18a, 18b), die bezüglich der Rauheit nachbehandelt ist.