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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Synchronring mit einem im Wesentlichen ringförmigen Grundkörper und mit einem auf dem Grundkörper aufgebrachten Reibbelag.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Synchronring dient in einem Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere in einem Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs, beim Schaltvorgang dazu, die Differenzdrehzahl zwischen einem Schaltrad und einem drehfest auf einer Welle montierten Synchronkörper zu verringern. Dazu wird der seinerseits mit dem Synchronkörper drehfest verbundene Synchronring mittels einer Schiebemuffe mit seiner Reibfläche axial gegen das Schaltrad geschoben, wodurch unter reibendem Kontakt eine Drehzahlangleichung (Synchronisation) zwischen dem Schaltrad und dem Synchronring stattfindet. Ist die Drehzahlangleichung abgeschlossen, koppelt die Schiebemuffe in eine Gegenverzahnung am Schaltrad ein, wodurch das Schaltrad und der Synchronkörper drehfest verbunden sind. Der Schaltvorgang ist abgeschlossen.
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Synchronringe werden als Synchronaußenringe, Synchroninnenringe und Synchronzwischenringe eingesetzt, wobei zwischen Einkonus-Synchronisationen und Mehrkonus-Synchronisationen unterschieden wird. Synchronringe werden durch Umformen aus einem Blech, durch Sintern oder durch Schmieden hergestellt. Zum Verbessern der Reib- und Verschleißeigenschaften sind zum Beschichten der Reibfläche insbesondere Reibbeläge auf Kunstharzbasis bekannt.
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Beispielsweise ist aus der
US 4,267,912 ein Synchronring mit einem Reibbelag bekannt, der aus einem Kunstharz mit Zellstoff-Fasern als Verstärkung besteht. In der
US 5,615,758 , der
US 5,842,551 und der
US 5,998,311 ist ein Reibbelag auf Kunstharzbasis mit einem strukturierten Kohlefasergewebe beschrieben. Die
DE 696 19 647 T2 beschreibt einen Reibbelag für einen Synchronring, der aus Kohlenstoffmaterial, Harz, Metallbestandteilen und anorganischen Bestandteilen besteht. Die
JP 08152028 A offenbart einen Synchronring, der mit einem Reibbelag beschichtet ist, der durch Sprühen oder Eintauchen aufgebracht ist. Der Reibbelag besteht aus einem Materialgemisch aus Karbonfasern, Aluminiumpartikeln, Karbonpartikeln und einem Harz.
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Reibbeläge aus einem Textil-, Papier- oder Kunstharzmaterial werden üblicherweise in ebener Form hergestellt, ausgeschnitten und auf die Reibfläche des Synchronrings aufgeklebt. Zum Aufbringen auf eine konische Reibfläche muss der ebene Reibbelag sichelförmig ausgeschnitten werden. Dies gilt in gleicher Weise für Reibbeläge. Beim Aufkleben des ausgeschnittenen Reibbelags auf den Konus entsteht eine Fügestelle, an der die Enden des Belags aufeinanderstoßen und eine Sollbruchstelle bilden. Zudem entsteht Verschnitt und Abfall. Der Klebeprozess selbst muss in einem aufwändigen Schritt in einem Werkzeug unter Druck und Temperatur vorgenommen werden.
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Dabei ist allerdings die Kraftverteilung während des Pressens nicht optimal auszuführen, was zu Instabilitäten im Reibmaterial führt. Weiterhin ist hierbei die Maßhaltigkeit nur bedingt gegeben, da es sich bei dem Material des Reibbelags um ein Vielstoffgemisch handelt, das bei Wärmebehandlungen nicht immer gleichmäßige Längenausdehnungen aufweist.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Synchronring der eingangs genannten Art anzugeben, wobei ein Reibbelag mit dem Grundkörper möglichst dauerhaft ohne Klebung verbunden ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß für einen Synchronring mit einem im Wesentlichen ringförmigen Grundkörper und mit einem auf den Grundkörper aufgebrachten Reibbelag dadurch gelöst, dass der Reibbelag über eine Verzahnung formschlüssig mit dem Grundkörper verbunden ist.
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Die Erfindung geht dabei in einem ersten Schritt von der Erkenntnis aus, dass der Klebeprozess wegen der notwendigen Press- und Wärmeprozesse aufwändig und kostenintensiv ist. Beim Zuschneiden fällt zudem unnötiger Verschnitt an Reibmaterial an. Die Qualität des aufgeklebten Reibbelags wird durch eine Stoßstelle sowie durch die Wärmeeinwirkungen ungünstig beeinflusst. Ein Klebevorgang sollte daher möglichst umgangen werden.
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In einem zweiten Schritt erkennt die Erfindung, dass ein Klebevorgang zur Befestigung des Reibbelags auf den Grundkörper des Synchronrings entfallen kann, wenn der Reibbelag formschlüssig mit dem Grundkörper verbunden wird. Eine den Anforderungen an die Verbindung zwischen dem Synchronring und dem Reibbelag genügende Verbindung stellt dabei eine Verzahnung dar. Durch eine formschlüssige Verzahnung wird der Reibbelag im Betriebsfall sicher am Synchronring festgehalten. Insbesondere ist eine Verdrehung des Reibbelags gegenüber dem Synchronring verhindert. Zum anderen ist die Herstellung einer formschlüssigen Verbindung eines Reibbelags mit dem Synchronring durch eine Verzahnung in der Fertigung vergleichsweise einfach, zum Beispiel durch ein seitliches Aufschieben oder durch ein Aufstecken, möglich.
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Die Verzahnung als solche kann sich grundsätzlich auf nur einzelne Teilbereiche am Grundkörper bzw. am Reibbelag erstrecken. Hinsichtlich der Funktionssicherheit empfiehlt es sich jedoch gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung, die Verzahnung im Wesentlichen gleichförmig vollumfänglich um den Grundkörper zu erstrecken. Hierdurch wird eine sichere und gleichmäßige Befestigung des Reibbelags am Synchronring erzielt. Die durch Verzahnung hergestellte Verbindung zwischen dem Synchronring und dem Reibbelag kann den während der Synchronisation auftretenden Belastungen sicher standhalten.
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In einer weiter zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Verzahnung mit einer Anzahl von in Umfangsrichtung aneinander gereihten Zähnen gebildet. Die bei der Synchronisation auftretende Belastung wirkt insofern in Zahnrichtung und kann von der Verzahnung optimal aufgenommen werden. Dabei ist die Form der Zähne an sich nicht festgelegt. Insbesondere kann die Verzahnung mit einem Keilwellenprofil, Kerbzahnprofil oder Evolventenzahnprofil ausgebildet sein.
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Weiter bevorzugt ist die Verzahnung am Außen- und/oder am Innenumfang des Grundkörpers angeordnet. Die Anordnung am Innenumfang ist insbesondere bei einem Synchroninnen- oder Synchronaußenring vorzusehen, der seine Reibfläche am Innenumfang aufweist. Ist der Synchronring als ein Synchronzwischenring ausgestaltet, so ist die Verzahnung bevorzugt am Außenund am Innenumfang des Grundkörpers angeordnet.
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Im Falle eines Synchronzwischenrings ist in einer weiter bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, die Außenverzahnung am Außenumfang gegenüber der Innenverzahnung am Innenumfang in Umfangsrichtung versetzt anzuordnen. Hierdurch kann einer Materialschwächung am Grundkörper des Synchronzwischenrings entgegengewirkt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Grundkörper des Synchronrings eine konusförmige Reibfläche, wobei der Reibbelag über die Verzahnung formschlüssig mit der Reibfläche verbunden ist. Insbesondere bei einem Reibkonus empfiehlt sich das Vorsehen einer formschlüssigen Verzahnung zur Verbindung des Reibbelags mit dem Synchronring. Gegenüber den bisherigen Klebe- und/oder Pressverfahren entfallen aufwändige und die Qualität des Reibbelags ungünstig beeinflussende Wärmebehandlungen. Auch ist ein Zuschneiden des Reibbelags mit einem Anfall an Verschnitt nicht mehr erforderlich.
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Der Reibbelag ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung mit einer Matrix aus einem Kunstharz hergestellt. Die benötigte Verzahnungsstruktur des Reibbelags kann durch eine entsprechende Formgebung während des Aushärtens der Kunststoffmatrix unmittelbar in den Fertigungsprozess integriert werden. Insbesondere ist als Kunstharz ein Duroplast eingesetzt. Duroplastisch aushärtende Harze sind beispielsweise ein Phenolharz oder ein Epoxitharz. Andererseits kann auch eine Aminoplast eingesetzt sein. Auch können selbstaushärtende Harze oder Harzsysteme eingesetzt sein.
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Zum Erzielen der notwendigen Reib- und Verschleißeigenschaften des Reibbelags sind in die Matrix aus Kunstharz zweckmäßigerweise Hilfsstoffe und/oder Füllstoffe und/oder ein Fasermaterial eingebracht. Als Füllstoffe können beispielsweise Kohle, Graphit, Sand oder Metalle eingebracht werden. Als Fasern können Zellulosefasern, Glasfasern, Karbonfasern oder Aramitfasern eingesetzt sein. Hilfsstoffe können Gleitmittel, Funktionsfüllstoffe, Porenbildner, Fließhilfsmittel etc. sein.
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Zur Herstellung der formschlüssigen Verzahnung des Reibbelags mit dem Synchronring ist es nicht notwendigerweise erforderlich, dass die Verzahnung durch zwei ineinandergreifende komplementäre Verzahnungen ausgebildet ist. So kann beispielsweise eine der Verzahnungen auch nur in einen Teilbereich der anderen Verzahnung eingreifen. Auch kann sich die Form der Zähne oder deren Anzahl am Reibbelag und am Grundkörper des Synchronrings voneinander unterscheiden. Bevorzugt ist jedoch die Verzahnung durch eine erste Verzahnung am Grundkörper und durch eine zweite Verzahnung am Reibbelag gebildet, wobei die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung komplementär zueinander ausgebildet sind.
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Der Synchronring selbst kann durch Schmieden oder durch Sintern hergestellt sein. In letzterem Fall kann die Verzahnung durch eine entsprechende Formgebung unmittelbar und somit problemlos in den Herstellungsprozess eingebunden werden. Bei der Ausbildung des Synchronrings als ein Blechbauteil wird die Verzahnung idealerweise bereits im Umformprozess eingebracht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur einen Synchronring mit einem daran durch eine Verzahnung formschlüssig befestigten Reibbelag.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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In der einzigen Figur ist ein Synchronzwischenring 1 aus Sinterstahl gezeigt, wie er insbesondere in einer Mehrkonus-Synchronisation eingesetzt ist. Der Synchronzwischenring 1 weist einen ringförmigen Grundkörper 2 auf, der sowohl an seinem Außenumfang 4 als auch an seinem Innenumfang 5 eine konusförmige Reibfläche 6 bzw. 6‘ aufweist. Zur Herstellung einer Verdrehsicherung innerhalb eines für die Mehrkonus-Synchronisation eingesetzten Synchronring-Pakets sind am Grundkörper 2 des Synchronzwischenrings 1 in Umfangsrichtung verteilte Lappen 7 angeordnet.
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Der dargestellte Synchronzwischenring 1 weist sowohl an seinem Außenumfang 4 als auch an seinem Innenumfang 5 jeweils vollumfänglich eine äußere Verzahnung 9 bzw. innere Verzahnung 10 auf. Sowohl die äußere Verzahnung 9 als auch die innere Verzahnung 10 ist als eine gleichmäßige Keilprofil-Verzahnung gegeben. Die einzelnen Zähne 11 sowie die zwischen den Zähnen 11 angeordneten Nuten 12 weisen im Ausführungsbeispiel jeweils einen rechteckigen Querschnitt auf. Auch andere Formen des Querschnitts sind möglich. Die äußere Verzahnung 9 ist gegenüber der inneren Verzahnung 10 derart versetzt angeordnet, dass eine Nut 12 der inneren Verzahnung 10 auf einen Zahn 11 der äußeren Verzahnung 9 trifft. Die Anzahl der Zähne 11 der äußeren Verzahnung 9 und der inneren Verzahnung 10 ist vorliegend gleich. Die Anzahl der Zähne 11 kann jedoch auch verschieden sein.
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Am Innenumfang 5 des dargestellten Synchronzwischenrings 1 ist ein im Wesentlichen transparent dargestellter Reibbelag 14 aus Kunstharz angeordnet. Als Kunstharz ist ein Duroplast verwendet. Der Reibbelag 14 ist durch eine entsprechende Formgebung während des Aushärteprozesses unmittelbar ringförmig mit einer Außenverzahnung 15 hergestellt. Die Außenverzahnung 15 des Reibbelags 12 ist komplementär zu der inneren Verzahnung 10 des Grundkörpers 2 des Synchronzwischenrings 1 ausgebildet.
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Zur Montage wird der Reibbelag 14 axial über die innere Verzahnung 10 des Synchronzwischenrings 1 geschoben. Im Betrieb ist der Reibbelag 14 durch den gegebenen Einbauzustand gegen ein axiales Verrutschen gesichert. Die Verzahnung 10, 15 selbst hält den Reibbelag 14 im Falle einer Synchronisation sicher am Synchronzwischenring 1 fest.
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Am Außenumfang des Synchronzwischenrings 1 ist analog zum gezeigten Reibbelag 14 ein weiterer Reibbelag über die äußere Verzahnung 9 befestigt. Der weitere Reibbelag, der eine zur äußeren Verzahnung 9 komplementäre Innenverzahnung aufweist, ist nicht dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Synchronzwischenring
- 2
- Grundkörper
- 4
- Außenumfang
- 5
- Innenumfang
- 6
- Reibfläche (konisch)
- 7
- Lappen
- 9
- Verzahnung (außen)
- 10
- Verzahnung (innen)
- 11
- Zähne
- 12
- Nuten
- 14
- Reibbelag
- 15
- Verzahnung (komplementär)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4267912 [0004]
- US 5615758 [0004]
- US 5842551 [0004]
- US 5998311 [0004]
- DE 69619647 T2 [0004]
- JP 08152028 A [0004]
