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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings, insbesondere eines Synchronzwischenrings, für ein Schaltgetriebe, wie etwa ein Getriebe eines Pkw oder Lkw, und einen Synchronring, insbesondere Synchronzwischenring für ein Schaltgetriebe.
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In einem Getriebe für ein Fahrzeug treibt eine vom Motor angetriebene Antriebswelle über Zahnräder eine Vorlegewelle, auf der mehrere Zahnräder fest mit der Vorlegewelle verbunden entsprechend der Drehgeschwindigkeit der Vorlegewelle rotieren. Die auf der Vorlegewelle mitdrehenden Zahnräder sind in Eingriff mit Zahnrädern auf einer Ausgangswelle, welche frei gegenüber der Ausgangswelle drehbar sind, jedoch durch Verschieben einer zugeordneten Schaltmuffe mit der Ausgangswelle verbunden werden können, um somit die Antriebskraft des Motors über die Vorlegewelle auf die Ausgangswelle zu übertragen, welche mit den Rädern des Fahrzeuges verbunden ist. Um die Schaltmuffe, welche sich synchron mit der Ausgangswelle dreht, in Eingriff mit einem ausgewählten Zahnrad der Ausgangswelle zu bringen, muss zunächst die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schaltmuffe (d.h. auch der Ausgangswelle) der Umdrehungsgeschwindigkeit des gewünschten Zahnrades gleichen. Erst dann kann die Schaltmuffe durch Verschieben mittels eines Schalthebels in Eingriff mit dem entsprechenden Zahnrad gebracht werden. Um ein Angleichen bzw. Synchronisieren der Drehzahlen der Schaltmuffe (bzw. Ausgangswelle) mit der des ausgewählten Zahnrades zu erreichen, werden die Drehzahlen mittels Reibkräften angeglichen. Dazu werden ein oder mehrere Synchronringe, welche eine äußere Reibfläche und/oder eine innere Reibfläche aufweisen, eingesetzt. Durch ein Gegeneinanderreiben der sich mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten drehenden Ausgangswelle (bzw. Schaltmuffe) und Zahnrad werden diese auf gleiche Drehgeschwindigkeiten gebracht, wonach die Schaltmuffe leicht zum Eingriff mit dem ausgewählten Zahnrad verschoben werden kann.
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Ein Synchronring kann zum Beispiel als ein Außen-Synchronring, als ein Innen-Synchronring oder als ein Synchron-Zwischenring ausgebildet sein. Ein Außen-Synchronring kann dabei zum Beispiel eine Reibfläche an einer inneren Mantelfläche aufweisen und ein Innen-Synchronring kann dabei zum Beispiel eine Reibfläche an einer äußeren Mantelfläche aufweisen. Ein Synchronzwischenring kann dabei zum Beispiel sowohl auf einer inneren als auch auf einer äußeren Mantelfläche eine Reibfläche aufweisen. Die Reibflächen sind zumeist konisch ausgebildet, d.h. sie haben eine teilweise Kegelform. Dabei können die Reibflächen mit einem Reibbelag beschichtet sein, um einen Reibwiderstand zu erhöhen. Der Reibbelag kann dabei auf (nur) einer Reibfläche eines Paares von Reibflächen aufgebracht sein, welche zum Reiben miteinander in Kontakt stehen.
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Die Herstellung eines Synchronringes, insbesondere eines Synchron-Zwischenringes hat sich als kompliziert erwiesen und erfordert komplexe, aufwendige Werkzeuge und Vorrichtungen, sowie teilweise mehrfach wirkende Pressen. Insbesondere ist es schwierig, eine definierte Kegelform der Reibflächen herzustellen. Eine ausreichende Qualität für Ausbringen der Beschichtung kann z.B. nur durch Nachbearbeitung wie z.B. Schleifen erreichbar sein. Um die Dicke der Beschichtung zu reduzieren (Kosten), muss der Synchrongrundkörper einen bestimmten Genauigkeitsgrad aufweisen. Herkömmlich tiefgezogene Synchronringe erfüllen diese Anforderung nur durch weitere Nachbearbeitung wie z.B. Schleifen.
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Weiterer einschlägiger Stand der Technik ist aus der
DE 36 09 879 A1 , der
DE 10 2010 036 277 A1 , und den Quellen TSCHÄTSCH, Heinz: Schneiden (Zerteilen), in: Praxis der Umformtechnik. 9. Aufl. München : Springer, 2008. - ISBN ISBN: 978-3-8348-0324-5 und DOEGE, Eckart: Tiefziehen im Anschlag, in: Handbuch Umformtechnik. 2. Aufl. München : Springer, 2010. - ISBN ISBN: 978-3-642-04248-5 bekannt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zum Herstellen eines Synchronringes, insbesondere eines Synchron-Zwischenringes für ein Schaltgetriebe (eines Fahrzeuges) sowie einen Synchronring, insbesondere einen Synchron-Zwischenring, zu schaffen, das eine Herstellbarkeit erleichtert und die Komplexität der erforderlichen Werkzeuge oder Maschinen vermindert, wobei gleichzeitig ein exakt gemäß einer definierten Bauform ausgebildeter Synchronring hergestellt werden kann, welcher insbesondere funktionsfähige, zuverlässig arbeitende Reibflächen aufweist. Eine Aufgabe ist es ferner, die Herstellbarkeit eines Synchronrings zu erleichtern, und einen Synchronring mit zuverlässig arbeitenden Funktionsflächen zu schaffen, welche weiterhin eine Zentrier- und/oder Dichtfunktion aufweisen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche spezifizieren besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings, insbesondere eines Synchron-Zwischenrings, für ein (automatisches, oder automatisiertes (z.B. DSG) oder manuelles) Schaltgetriebe (zum Beispiel eines Lkw oder eines Pkw) bereitgestellt, welches zunächst Ausstanzen (z. B. unter Verwenden eines Schneidwerkzeugs mit einer Presse oder auf Schlag, wobei insbesondere als Trennverfahren ein Scherschneiden verwendet wird, wobei ein Zerteilen eines Werkstückes durch zwei sich aneinander vorbei bewegende Schneiden erfolgt) einer Ronde (insbesondere eines kreisförmigen Bleches bzw. einer kreisförmigen Platte, insbesondere aus Metall gefertigt) mit Ausläufern (bzw. Ausbuchtungen, insbesondere rechteckig, welche über den Kreis radial nach außen vorstehen) umfasst. Ferner weist das Verfahren Tiefziehen (insbesondere Zugdruck-Umformen in einem einseitig offenen Hohlkörper ohne gewollte Veränderung der Blechdicke umfassend) der Ronde (mit den Ausläufern) auf, um einen Napf (bzw. eine Schale bzw. ein zu einer Seite hin offenes Gefäß mit einer Seitenwand (insbesondere kreiskegelförmlich) und einem Boden) zu formen (bzw. durch Druck und Zug zu bilden). Schließlich umfasst das Verfahren Heraustrennen (insbesondere Schneiden und/oder insbesondere Stanzen umfassend) des Bodens des Napfes.
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Insbesondere kann somit ein Synchron-Zwischenring, welcher ein sogenanntes „Kronen-Design“ aufweist, aus einem napfförmig gezogenen Blechteil hergestellt werden. Dabei kann eine vorgestanzte Ronde zu einem Napf tiefgezogen werden. Durch Heraustrennen des Bodens bzw. der Bodenfläche des Napfes kann die fertige Form des Synchronrings entstehen. Dabei kann eine Scherfläche zwischen dem Konus und dem Boden als Funktionsfläche, insbesondere eine zylindrische Funktionsfläche für Zentrierfunktionen, nutzbar werden.
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Das Herstellungsverfahren hat dahingehend Vorteile, dass die Teile (insbesondere der Napf) während eines Transferpressen-Prozesses leichter transportierbar sind und Funktionsflächen an Außen- und/oder Innenkonus einfach erzielt werden können (im Vergleich zur bisherigen Herstellungsmethode). Auch kann ein Vorteil darin bestehen, dass die Teile formstabiler während des Tiefziehprozesses sind. Ferner kann es während des Tiefziehprozesses formstabiler sein.
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Das Tiefziehen kann dabei ferner ein Verwenden einer Matrize, eines Stempels und eines Niederhalters aufweisen, um eine sich zum Boden (des Napfes) hin verjüngende (d.h. im Durchmesser abnehmende) konische Außenoberfläche (einen Teil einer äußeren Kegeloberfläche bildend) zu bilden und/oder eine sich zum Boden hin verjüngende konische Innenoberfläche zu bilden.
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Die Matrix, der Stempel und der Niederhalter können gemäß eines beabsichtigten Design bzw. einer beabsichtigten Bauform des Synchronrings ausgebildet sein. Die konische Außenoberfläche und/oder die konische Innenoberfläche kann als jeweils eine Funktionsfläche des Synchronrings dienen, insbesondere als eine Reibfläche (welche später im Herstellungsverfahren oder in einem weiteren Schritt mit einem Reibbelag belegt bzw. umschlossen werden kann). Damit kann ein Synchronring mit erforderlichen Funktionsflächen bereitgestellt werden.
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Dabei kann das Heraustrennen des Bodens des Napfes durch Stanzen erfolgen, was insbesondere mit hoher Genauigkeit erfolgen kann, sodass eine Abweichung einer Innenoberfläche von einer gewünschten Geometrie einer Innenoberfläche zwischen 0,005 mm und 0,02 mm betragen kann. Andere Abweichungswerte sind möglich. Damit kann eine Funktionsfläche bzw. ein Teil einer Funktionsfläche einer gewünschten Geometrie (beim Heraustrennen des Bodens) hergestellt werden, um eine genaue Zentrierung des Synchronrings zu erleichtern.
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Beim Heraustrennen des Bodens des Napfes kann die konische Innenoberfläche vergrößert werden. Somit kann die konische Innenoberfläche teilweise durch das Tiefziehen erstellt werden und teilweise als die Schnittfläche gebildet sein, welche durch das Heraustrennen des Bodens entsteht. Aufgrund einer hohen Genauigkeit des Stanz-Prozesses beim Heraustrennen des Bodens braucht eine Nachbearbeitung der Schnittflächen nicht erforderlich sein. Die Schnittfläche kann z.B. eine zylindrische Funktionsfläche für Zentrierfunktionen sein.
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Das Verfahren kann ferner ein Aufbringen, insbesondere ohne Nachbearbeitung der Oberflächen, eines Reibbelages auf der konischen Außenoberfläche und/oder der konischen Innen-Oberfläche aufweisen. Der Reibbelag kann dabei insbesondere eine Dicke zwischen 0,2 mm bis 0,8 mm, ferner insbesondere zwischen 0,4 mm und 0,6 mm aufweisen. Der Reibbelag kann im Betrieb des Synchronringes eine Reibkraft zwischen in Kontakt stehenden Oberflächen erhöhen, sodass eine Synchronisierung einer Umdrehungsgeschwindigkeit einer Ausgangswelle mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit eines Zahnrades schneller und zuverlässiger erfolgen kann.
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Der Reibbelag kann einen Verbundwerkstoff (einen Werkstoff, der mehrere Materialien umfasst, insbesondere Kunststoff und Fasern), insbesondere ein Faser-Kunststoff-Verbund, umfassen. Damit kann eine vorteilhaft erhöhte Reibung zwischen Kontaktflächen zur Synchronisierung erreicht werden.
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Der Reibbelag kann durch Umspritzen (d.h. in einer flüssigen Form durch Gießen bzw. Spritzen) aufgebracht werden. Damit ist ein einfaches Verfahren zum Aufbringen des Reibbelages ermöglicht.
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Es können drei oder mehr, insbesondere rechteckige, Ausläufer vorgesehen sein, die bei Fertigstellung des Synchronrings Mitnehmer des Synchronrings bilden. Diese Mitnehmer können insbesondere ein Zahnrad bzw. andere mechanische Elemente während eines Betriebes zur Synchronisierung mitnehmen bzw. in Eingriff gebracht werden.
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Die Wanddicke zwischen der Außenoberfläche und der Innenoberfläche kann zum Beispiel zwischen 1 mm und 4 mm, insbesondere zwischen 1,5 mm und 2,5 mm betragen. Der Synchronring kann entsprechend der Anordnung der Mitnehmer ein Kronen-Design aufweisen. Damit können Synchronringe in konventionell erforderlicher Geometrie hergestellt werden.
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Merkmale, welche individuell oder in irgendeiner Kombination im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings beschrieben, erwähnt oder bereitgestellt sind, können ebenso, individuell oder in irgendeiner Kombination, auf einen Synchronring, insbesondere Synchron-Zwischenring, angewendet bzw. bereitgestellt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Synchronring, insbesondere ein Synchron-Zwischenring für ein Schaltgetriebe bereitgestellt, welcher eine sich zu einer ersten Seite (insbesondere ersten Stirnseite) hin verjüngende (d.h. im Durchmesser verkleinernde) konische (bzw. teilweise kegelförmige) Innenoberfläche aufweist, sowie Mitnehmer (insbesondere im Wesentlichen rechteckig) an einer zweiten Seite (insbesondere zweiten Stirnseite) zum Mitnehmen eines Zahnrads bzw. einer anderer mechanischer Elemente. Dabei ist die Innenoberfläche (nicht notwendigerweise konusförmig, sondern z.B. zylinderförmig als Zentrierhilfe) in einem endständigen (zur ersten Seite hin endständigen) Axialbereich (ein Bereich in Richtung einer axialen Richtung) bei der ersten Seite durch Stanzen gebildet. Die Innenoberfläche ist in einem dem endständigen Axialbereich angrenzenden Axialbereich durch Tiefziehen konisch gebildet. Ein durch Stanzen gebildeter Innenoberflächenbereich kann von einem durch Tiefziehen gebildeten Innenoberflächenbereich aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit unterschieden werden, z.B. durch optische Verfahren.
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Der Synchronring kann dabei insbesondere durch ein Verfahren gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen hergestellt sein.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die illustrierten oder beschriebenen Ausführungsformen begrenzt.
- 1 und 2 illustrieren in einer schematischen Schnittansicht bzw. Seitenansicht Schritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Synchronrings gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und
- 3 illustriert in einer schematischen Schnittdarstellung bzw. Seitenansicht einen Synchronring gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher durch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
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1 illustriert einen Prozessschritt in einem Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einem ersten, nicht dargestellten Schritt des Herstellungsverfahrens wird aus einem Blech bzw. aus einer Metallplatte (z. B. ebene Metallplatte) zunächst eine Form einer Ronde mit Ausläufern ausgestanzt. Somit liegt ein Blechzuschnitt aus einem kreisförmigen Bereich mit Ausbuchtungen vor. Dieser Blechzuschnitt wird sodann mit einer geeigneten Matrize, Stempel und Niederhalter in einem Tiefziehverfahren umgeformt, um einen Napf 1 zu bilden, wie er in 1 illustriert ist. Der Napf 1 weist eine sich zum Boden 3 des Napfes hin verjüngende konische Außenoberfläche 5 auf. Ferner weist der Napf 1 eine sich zum Boden 3 hin verjüngende Innenoberfläche 7 auf. Die Ausläufer bilden nach dem Tiefziehprozess Mitnehmer 9, um in dem fertiggestellten Synchronring 20 ein Kronen-Design aufzuweisen. In den Schnittdarstellungen ist lediglich ein Mitnehmer 9 dargestellt, insgesamt sind jedoch drei Mitnehmer (z. 120° beabstandet) oder auch mehr Mitnehmer vorgesehen.
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Der Boden 3 ist in 1 als ebener Boden dargestellt, kann jedoch in anderen Ausführungsformen auch gekrümmt sein, bzw. gekrümmte Abschnitte oder gebogene Abschnitte aufweisen. Eine Außenoberfläche 11 des Napfes 1 weist einen gekrümmten Abschnitt 13, die konische Außenoberfläche 5 und einen Endbereich 15 auf, welcher z.B. zylinderförmig oder kegelförmig ist und somit eine Außenoberfläche aufweist, welche z.B. parallel oder geneigt zu der axialen Richtung 17 ist. Die konische Außenoberfläche 5 ist gegen die axiale Richtung 17 geneigt, Bezugsziffer 16 bezeichnet die radiale Richtung.
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Die Wanddicke d zwischen der Außenoberfläche 5 und der Innenoberfläche 7 kann z.B. zwischen 1 mm und 4 mm betragen.
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2 zeigt schematisch einen Schritt des Herstellungsverfahrens, bei dem der Boden 3 des Napfes durch Stanzen herausgetrennt wird. Bei diesem Schritt wird die Außenoberfläche 11 unverändert belassen und auch der Bereich 7 der konischen Innenoberfläche wird unverändert belassen. Die Schnittfläche 19, welche durch das Heraustrennen des Bodens 3 entsteht, ist jedoch direkt anschließend an den Bereich 7 der konischen Innenoberfläche angrenzend gebildet. Die Schnittfläche 19 kann eine zylindrische Funktionsfläche für Zentrierfunktionen bilden.
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3 illustriert in einer schematischen Schnittansicht bzw. Seitenansicht einen Synchronring 20, welcher durch das in 1 und 2 illustrierte Verfahren hergestellt ist. Der Synchronring 20 weist eine sich zu einer ersten Seite 21 hin verjüngende konische Innenoberfläche auf, welche durch die Abschnitt 7 gebildet ist. Ferner weist der Synchronring 20 Mitnehmer 9 an einer zweiten Seite 23 des Synchronrings auf. Der Abschnitt 19 der konischen Innenoberfläche 8 ist bei einem endständigen Axialbereich 25 durch Stanzen gebildet und in einem dem endständigen Axialbereich angrenzenden Axialbereich 27 durch Tiefziehen gebildet. Die Oberflächenstruktur der Bereiche 19 und 7 der konischen Innenoberfläche 8 ist unterscheidbar, insbesondere durch Oberflächenuntersuchung bzw. Bildgebung. Der Synchronring 20 kann somit von einem herkömmlichen Synchronring unterschieden werden, bei welchem die konische Innenoberfläche ausschließlich durch Tiefziehen gebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Napf
- 3
- Boden
- 5
- Konische Außenoberfläche
- 7
- Abschnitt der konischen Innenoberfläche
- 8
- Innenoberfläche
- 9
- Mitnehmer
- 11
- Außenoberfläche
- 13
- Abrundung
- 15
- Zylinderförmiger bzw. konusförmiger Abschnitt
- 17
- Axiale Richtung
- 19
- zylindrischer Abschnitt der Innenoberfläche durch Stanzen erhalten
- 21
- Erste Seite
- 23
- Zweite Seite
- 25
- Endständiger Axialbereich
- 27
- An den endständigen Axialbereich angrenzender Axialbereich
