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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings sowie einen Synchronring.
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In der
DE 10 2004 101 342 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings beschrieben, bei dem auf einen planen Synchronringträgerrohling eine Zwischenschicht aufgebracht wird, die strukturiert wird, bevor ein Reibbelag auf die Zwischenschicht aufgebracht und der Synchronringträgerrohling in eine konische Form umgeformt wird.
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Die gattungsgemäße
DE 10 2008 005 835 A1 zeigt einen Synchronring, der einen auf einen Synchronringträger aufgeklebten Reibbelag aufweist. Im Synchronringträger ist eine umlaufende Nut ausgebildet, die einen Teil des Klebemittels aufnimmt und ein Entgasen des Klebemittels während des Klebeprozesses ermöglicht.
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Die
DE 102 57 831 A1 beschreibt, einen konischen Synchronringträger mit einem Reibbelag zu beschichten, indem ein noch nicht ausgehärteter Belag unter Wärmeinwirkung auf den Synchronringträger aufgepresst wird.
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In der
DE 37 28 642 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings gezeigt, bei dem ein Reibbelag durch Aufsintern formschlüssig mit einem Trägerblech verbunden wird, indem Strukturen im Trägerblech beim Aufstreuen des Reibbelags durch das Material des Reibbelags ausgefüllt werden.
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Die
DE 198 53 894 A1 und die
AT 36 385 E zeigen weitere Synchronringe mit einem Reibbelag.
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Bei der Fertigung eines bekannten Synchronrings wird ein Reibbelag, der organische Reibmaterialien oder eine sintermetallische Folie aufweist, durch einen Heißklebeprozess mit einem metallischen Synchronringträger verbunden. Beim Verkleben werden Reibbelag und Synchronringträger mittels eines Stempels unter Aufbringung einer Axialkraft aufeinander gepresst, wobei gleichzeitig ein Verdichten des Reibmaterials auf eine vorgegebene Dicke erfolgt. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, dass der Reibbelag ungewollt in axialer Richtung verschoben wird.
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Es ist bekannt, dass sich ein solches Verschieben des Reibbelags durch ein Aufrauen der Oberfläche des Synchronringträgers verhindern lässt. Jedoch ist ein Aufrauen beispielsweise durch Sandstrahlen kostenintensiv.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine axiale Bewegung des Reibbelags während des Verbindens von Reibbelag und Synchronringträger auf einfache und kostengünstige Weise zu reduzieren.
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Hierzu werden bei einem Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings mit einem konusförmigen Abschnitt die Schritte des Anspruchs 1 durchgeführt.
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Während des Aufpressens des Reibbelags wird dieser gegen die Kanten der Oberflächenstruktur gedrückt, wobei ein Widerstand in axialer Richtung entsteht, der ein Verschieben des Reibbelags verhindert oder zumindest stark reduziert.
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Der Reibbelag kann beispielsweise in Form eines konusförmigen, insbesondere geschlossenen Rings vorliegen.
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Die obige Aufzählung der Verfahrensschritte ist nicht dahingehend zu verstehen, dass diese in der genannten Reihenfolge vorgenommen werden müssen (abgesehen vom letzten Schritt der Aufzählung, der vorgenommen werden muss, nachdem der Synchronringträgerrohling so umgeformt wurde, dass der konusförmige Abschnitt gebildet ist). Der Oberflächenstruktur kann jedoch vor dem Zuschnitt in das ebene Blech eingebracht werden, nach dem Zuschneiden in den ebenen Zuschnitt eingebracht werden, nach dem Umformen eingebracht werden oder auch gleichzeitig mit dem Umformen eingebracht werden.
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Die Oberflächenstruktur kann beispielsweise eine oder mehrere Nute, Rillen, Schultern, Vorsprünge oder eine Rändelstruktur umfassen.
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Die Kanten verlaufen vorzugsweise in Umfangsrichtung, wobei möglichst der gesamte Umfang durch Oberflächenstrukturen abgedeckt ist. Es ist möglich, die einzelnen Oberflächenstrukturen in Umfangsrichtung unterbrochen auszuführen; sie können aber auch umfangsmäßig komplett umlaufen.
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Die Oberflächenstrukturen können exakt in Umfangsrichtung, also senkrecht zur Axialrichtung angeordnet sein, aber auch in einem Winkel von bis zu etwa +/-45° zur Umfangsrichtung verlaufen.
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Die Oberflächenstrukturen dienen dem mechanischen Zurückhalten des Reibbelags in axialer Richtung und sind insbesondere nicht für eine Gasableitung von beim Klebeprozess entstehenden Gasen vorgesehen. Daher ist keine Verbindung der Oberflächenstrukturen nach außen, also zu der Umgebung des Reibbelags erforderlich. Die Oberflächenstrukturen können durch den darüberliegenden Reibbelag zu Beginn des Aufpressvorgangs im Wesentlichen abgeschlossen sein.
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Die Oberflächenstrukturen werden vorzugsweise durch Prägen in die Fläche des Synchronringträgerrohlings eingebracht.
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In einer bevorzugten Variante erfolgt das Einbringen der Oberflächenstruktur vor dem Umformen des Synchronringträgerrohlings. Da die Oberflächenstrukturen lediglich dem mechanischen Zurückhalten des Reibbelags dienen, ist es unkritisch, wenn sie beim Umformen des Synchronringträgerrohlings teilweise abgeflacht oder verwischt werden. Daher ist es möglich, zuerst die Oberflächenstrukturen zu fertigen und dann den Rohling in seine endgültige Gestalt umzuformen.
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Das Herstellen der Oberflächenstrukturen kann vor oder nach dem Zuschneiden des Synchronringträgerrohlings aus dem Blech erfolgen.
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In einer möglichen Alternative erfolgt das Einprägen der Oberflächenstrukturen während des Umformens, indem im Umformstempel eine entsprechende Geometrie für die Oberflächenstrukturen vorgesehen ist.
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Während des Einwirkens von Wärme in Verbindung mit der axial wirkenden Kraft sollte aus Gründen der mechanischen Stabilität ein Form- und Stoffschluss zwischen dem Reibbelag und dem Synchronringträger über die gesamte am Synchronringträger anliegende Fläche des Reibbelags entstehen. Hierbei ist vorteilhaft, wenn der Reibbelag im fertigen Synchronring sämtliche unter dem Reibbelag liegende Oberflächenstrukturen soweit wie möglich ausfüllt.
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Die Oberflächenstruktur kann beispielsweise wenigstens eine in Umfangsrichtung verlaufende Rille aufweisen, wobei während des Einwirkens von Wärme in Verbindung mit der axial wirkenden Kraft Material des Reibbelags in die Rille eindringt und diese insbesondere vollständig ausfüllt. Das Material des Reibbelags sollte aber zumindest soweit in die Rille eindringen, dass dadurch eine Verschiebung des Reibbelags in axialer Richtung verhindert wird.
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Die Rille kann eine Nut sein oder eine Vertiefung an einer Stufe oder Schulter. Sie kann auch durch eine Rändelung gebildet sein.
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In einer anderen Variante umfasst die Oberflächenstruktur einen radial nach innen vorstehenden Vorsprung am kleinen Durchmesser des konusförmigen Abschnitts des Synchronringträgers, wobei eine Schmalseite des Reibbelags sich während des Einwirkens der axialen Kraft am Vorsprung abstützt.
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In beiden Fällen halten die in Umfangsrichtung verlaufenden Kanten der Oberflächenstruktur den Reibbelag während des Einwirkens der axialen Kraft zurück.
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Ein erfindungsgemäßer Synchronring, der sich nach einem oben beschriebenen Verfahren herstellen lässt, weist die Merkmale des Anspruchs 6 auf. Wie oben beschrieben dient die Oberflächenstruktur dazu, während des Aufpressens mit einer axialen Kraft ein Verschieben des Reibbelags bezüglich des Synchronringträgers zu reduzieren oder zu verhindern.
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Um diesen Effekt zu erreichen, ist bereits eine sehr flache Struktur ausreichend. Insbesondere kann die Tiefe der Oberflächenstruktur maximal etwa 20 bis 75 % der Materialdicke des Reibbelags und/oder maximal 0,02 bis 0,18 mm betragen. Diese geringe Einkerbung der Innenseite des konusförmigen Abschnitts des Synchronringträgers genügt bereits, um durch den mechanischen Eingriff den Reibbelag während des Aufpressens am Synchronringträger in Axialrichtung zurückzuhalten.
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Die Oberflächenstruktur kann insbesondere wenigstens eine in Umfangsrichtung verlaufende Rille, Schulter und/oder einen umfangsmäßig umlaufenden, radial nach innen vorstehenden Vorsprung am kleinen Durchmesser des konusförmigen Abschnitts aufweisen.
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Weist die Oberflächenstruktur eine Schulter auf, so kann sich diese radial nach außen neigen, sodass eine Art Widerhaken für den eingepressten Reibbelag entsteht, wobei sich die in der Schulter gebildete Rille mit Material des Reibbelags auffüllen kann.
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Im fertigen Synchronring besteht vorzugsweise zwischen dem Synchronringträger und dem Reibbelag ein Formschluss im Bereich der Oberflächenstrukturen. Die innere Fläche des Reibbelags folgt dabei vorteilhaft den Oberflächenstrukturen und füllt diese gegebenenfalls vollständig oder teilweise aus.
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Die Oberflächenstruktur kann mehrere axial versetzte Rillen oder Schultern umfassen. Diese können in Umfangsrichtung unterbrochen sein, wobei aber insgesamt in Projektion betrachtet der gesamte Umfang abgedeckt werden sollte. Es ist auch möglich, die Oberflächenstrukturen umfangsmäßig umlaufend auszubilden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Synchronrings gemäß einer ersten Ausführungsform in einer schematischen perspektivischen Darstellung;
- - 2 und 3 vergrößerte Ausschnitte aus 1;
- - 4 den kompletten Synchronringträger des Synchronrings aus 1 in einer schematischen Darstellung;
- - 5 einen Ausschnitt eines Synchronringträgers eines erfindungsgemäßen Synchronrings gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen perspektivischen Darstellung;
- - 6 eine Vergrößerung eines Details aus 5;
- - 7 eine schematische perspektivische Darstellung der Synchronringträgers aus 5; und
- - 8 und 9 Ausschnitte aus dem in 7 gezeigten Synchronringträger mit eingepresstem Reibbelag in vergrößerter Darstellung.
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Die 1 bis 4 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Synchronrings 10. Die Figuren sind auf die für die Erfindung wesentlichen Details gerichtet, daher sind für Synchronringe typische Merkmale wie eine Verzahnung oder Nocken am Umfangsrand nicht dargestellt. Diese Merkmale können aber natürlich am Synchronring 10 gemäß aller hier diskutierten Ausführungsformen vorhanden sein.
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Der Synchronring 10 besteht aus einem metallischen Synchronringträger 12 sowie einem mit diesem durch Heißkleben und Einpressen verbundenen Reibbelag 14.
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Der Synchronringträger 12 hat einen ringförmigen konusförmigen Abschnitt 16 sowie einen einstückig radial nach außen an dessen großen Konusdurchmesser anschließenden, ebenen Ringbereich 18, welcher in den Figuren nur angedeutet ist.
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Der Reibbelag 14 ist konisch geformt und kann umfangsmäßig geschlossen sein. Er erstreckt sich über einen Großteil der axialen Länge des konusförmigen Abschnitts 16 des Synchronringträgers 12.
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An dem Ende des konusförmigen Abschnitts 16 mit dem kleinen Durchmesser ist eine Oberflächenstruktur 120 ausgebildet. In dieser Ausführungsform besteht die Oberflächenstruktur 120 aus einem radial nach innen vorstehenden, umfangsmäßig geschlossen umlaufenden Vorsprung 122. Der Vorsprung 122 ist direkt am axialen Ende des konusförmigen Abschnitts 16 vorgesehen und steht um einen Abstand d gegenüber der restlichen Innenfläche 24 des konusförmigen Abschnitts 16 des Synchronringträgers 12 vor. Der Abstand d beträgt hier etwa 20 bis 75 % der Dicke des Reibbelags 14 im verdichteten Zustand nach dem Verpressen. Die radiale Abmessung der Oberflächenstruktur 120 und allgemein sämtlicher hier betrachteter Oberflächenstrukturen ist also deutlich geringer als die Dicke des Reibbelags 14 im verpressten Zustand.
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Der Vorsprung 122 bildet eine axial nach oben gerichtete Anlagefläche 126, an der sich die Schmalseite des Reibbelags 14 während des Einwirkens der axialen Kraft beim Einkleben und Verpressen des Reibbelags 14 abstützt. Die radial innere, zum großen Durchmesser des konusförmigen Abschnitts gerichtete Kante 128 des Vorsprungs 122 kommt genauso wie die Anlagefläche 12 während des Verpressens in mechanischen Eingriff mit dem Reibbelag 14. Auf diese Weise wird der Reibbelag 14 während des Einwirkens der axialen Kraft am Synchronringträger 12 zurückgehalten und kann sich nicht oder nur geringfügig in axialer Richtung gegenüber dem Synchronringträger 12 verschieben, da die Oberflächenstruktur 120 einer Axialbewegung des Reibbelags 14 einen Widerstand entgegensetzt.
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Dabei bildet sich zwischen dem Reibbelag 14 und der Oberflächenstruktur 120 ein Formschluss aus. Im fertigen Synchronring 10 bestehen in diesem Beispiel im Idealfall keine Spalte zwischen dem Reibbelag 14 und dem Synchronringträger 12.
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Die 5 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform.
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Die allgemeinen Merkmale des Synchronrings 10, die in allen Ausführungsformen gleich sind, werden jeweils mit den bereits eingefügten Bezugszeichen bezeichnet, um die Übersichtlichkeit der Anmeldung zu erhöhen. In den meisten Darstellungen ist lediglich der Synchronringträger 12 dargestellt. In allen Ausführungsformen ist jedoch ein Reibbelag, wie er in den 1 und 8 dargestellt ist, vorgesehen.
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Am konusförmigen Abschnitt 16 des Synchronringträgers 12 sind hier Oberflächenstrukturen 220 in Form mehrerer Schultern 222 an der Innenseite 24 des konusförmigen Abschnitts 16 ausgebildet. Die Oberflächenstrukturen 220 könnten auch z.B. Rillen oder umlaufende Stufen sein (nicht dargestellt).
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Die Schultern 222 sind stufenförmig in Axialrichtung A versetzt angeordnet. In diesem Beispiel sind insgesamt drei Schultern 222 vorgesehen. Natürlich können auch weniger oder mehr als drei Oberflächenstrukturen 220 vorgesehen sein.
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Die Schultern 222 der Oberflächenstruktur 220 sind so gerichtet, dass sie dem Reibbelag 14 gegen eine Bewegung in Axialrichtung A in Richtung zum kleinen Konusdurchmesser des Synchronringträgers 12 einen Widerstand entgegensetzen.
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Beim Einpressen und Einkleben des Reibbelags 14 auf die Innenseite des konischen Abschnitts 16 des Synchronringträgers 12 greifen die quer zur Axialrichtung A und in Umfangsrichtung U verlaufenden, durch die radial innen liegenden Ränder der Schultern 222 gebildeten Kanten 228 (siehe 6) in das Material des Reibbelags 14 ein, wobei sich der Reibbelag 14 verformt und in einen formschlüssigen, mechanischen Eingriff mit der Oberflächenstruktur 220 gelangt. Auf diese Weise wird ein axiales Verschieben des Reibbelags 14 gegenüber dem Synchronringträger 12 während des Einpressens des Reibbelags 14 stark reduziert oder ganz verhindert.
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Die Schultern 222 sind umlaufend ausgebildet und axial gegeneinander versetzt in der Innenseite 24 des konusförmigen Abschnittes 16 des Synchronringträgers 12 angeordnet. Insbesondere die in Radialrichtung r inneren Kanten 228 der Schulter 222 kommen beim Verpressen in Eingriff mit dem Reibbelag 14 und liefern dadurch einen Widerstand gegen eine Axialbewegung des Reibbelags14.
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Die Oberflächenstrukturen 220 weisen hier beispielsweise eine Tiefe von etwa 0,1 mm auf. Während des Einpressens des Reibbelags 14 fließt das Material des Reibbelags 14 in die Oberflächenstrukturen 220 und füllt diese aus. In 9 ist der Zustand nach Einlegen des Reibbelags 14 auf den Synchronringträger 12, aber vor Einkleben und Verpressen, also vor Wärmeeinwirkung und Einwirkung der axialen Kraft dargestellt.
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Bei allen Ausführungsformen ist es optional möglich, dass sich die durch die Oberflächenstruktur 120, 220 gebildete Anlagefläche in Radialrichtung r nach außen neigt, sodass eine Art Widerhaken für das Zurückhalten des Reibbelags 14 gebildet ist.
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Im fertigen Synchronring 10 besteht über die gesamten einander zugewandten Flächen von Reibbelag 14 und Synchronringträger 12 ein Stoff- und ein Formschluss.
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Bei der Fertigung des Synchronrings 10 wird aus einem flachen Blech ein Synchronringträgerrohling ausgeschnitten (nicht dargestellt). Vor oder nach dem Ausschneiden erfolgt die Herstellung der Oberflächenstruktur 120, 220 auf der Fläche, die später die Innenseite 24 des konusförmigen Abschnitts 16 bildet. Beispielsweise kann die Oberflächenstruktur 120, 220 eingeprägt werden, wodurch insbesondere die Schultern 222 durch einen Rändelvorgang erzeugt werden können.
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Anschließend wird der Synchronringträgerrohling zum Synchronringträger 12 umgeformt, wobei die Oberflächenstruktur 120, 220 zumindest abschnittsweise abgeflacht werden kann, aber zumindest in einem gewissem Rahmen erhalten bleibt.
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Wie oben bereits beschrieben, wird dann der Reibbelag 14 durch Einwirkung von Wärme und einer axial wirkenden Kraft mit der Innenseite 24 des Synchronringträgers 12 verklebt und verpresst, wobei die Oberflächenstrukturen 120, 220 den Reibbelag 14 in Axialrichtung A zurückhalten. Eine Tiefe von etwa 20 bis 75 % der Dicke des Reibbelags 14 (im fertigen Synchronring 10 nach dem Verpressen) oder absolut eine Tiefe von 0,02 bis 0,18 mm in die Innenseite 24 des konusförmigen Abschnitts 16 hinein hat sich als ausreichend erwiesen, um ein mechanischer Zurückhalten des Reibbelags 14 beim Verpressen zu erzielen.
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Selbstverständlich kann der Synchronring 10 auch als Doppelkonusreibring ausgebildet sein, bei dem sowohl am Innen- als auch am Außenkonus ein Reibbelag vorgesehen ist (nicht dargestellt). In diesem Fall kann auch am Außenkonus unterhalb des Reibbelags eine Oberflächenstruktur vorgesehen sein. Gleiches gilt für Innenringe für Mehrflächensynchrosysteme.
