DE10212489A1

DE10212489A1 - Reibpaarung

Info

Publication number: DE10212489A1
Application number: DE2002112489
Authority: DE
Inventors: Josef Schwuger
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2003-10-02
Also published as: AU2003210431A1; WO2003081068A1; BR0303649A; PL209020B1; PL371039A1; EP1485630A1

Abstract

Eine Reibpaarung für eine Synchronisiereinrichtung in Zahnräderwechselgetriebe verwendet einen kegelförmigen Reibkörper, der aus einem Eisenwerkstoff besteht, wobei dieser Eisenwerkstoff in erfindungsgemäßer Weise eine Härte von 180 bis 350 HV aufweist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Reibpaarung für eine Synchronisiereinrichtung in Zahnräderwechselgetrieben, bei der zur Erzielung eines Gleichlaufs miteinander miteinander formschlüssig kuppelbarer Antriebsmittel ein Synchronring und ein Kuppelring unmittelbar oder über einen zwischen ihnen angeordneten Reibring an ihren jeweils kegelförmigen Reibflächen eine reibflüssige Verbindung eingehen, wobei wenigstens einer der Reibpartner aus einem Eisenwerkstoff besteht.

Hintergrund der Erfindung

Wird eine derartige Reibpaarung in synchronisierten Schalt- oder Wechselgetrieben in Kraftfahrzeugen eingesetzt, so wird beim Schalten das auf der Welle frei drehbare Zahnrad durch axiales Anpressen eines Synchronrings an einem dem Zahnrad zugeordneten Kuppelring in Gleichlauf mit der Welle gebracht, wobei die Übertragung der Kräfte von einer auf der Welle drehfesten, aber axial verschiebbaren Schiebemuffe über eine axiale oder radiale Sperr- und/oder Mitnehmerverzahnung auf den Synchronring erfolgt. Anschließend wird das Zahnrad durch weiteres axiales Verschieben der Schiebemuffe, die dann in eine Mitnehmerverzahnung des Kuppelringes eingreift, formschlüssig mit der Welle verbunden. Zur Erreichung des Gleichlaufs zwischen Synchronring und Zahnrad weist der Synchronring außenkonische oder innenkonische Reibflächen auf, die beim axialen Anpressen des Synchronringes mit entsprechenden Gegenflächen am Kuppelring in Kontakt kommen und durch auftretenden Reibfluss zum Durchhalten der formschlüssigen Kupplung erforderlichen Gleichlauf herstellen. Darüber hinaus kann bei einer sogenannten Doppelkonussynchronisierung zwischen diesen Reibflächen ein Reibring angeordnet sein.

Als bekannte technische Lösungen werden in Synchronisiereinrichtungen, in denen kegelförmige Reibflächen aufeinander wirken, Reibpaarungen mit verschiedenen Gleitreibwerkstoffen verwendet, wie zum Beispiel Sinterlegierungen, Sondermessinge, Bronzen, molybdänbeschichtete, oxidbeschichtete oder mehrstoffbeschichtete Oberflächen sowie Kunststoffe. Dabei handelt es sich im Vergleich zu Stahl um weiche Werkstoffe. Derartige Reibbeläge sind aus einer Vielzahl von Vorveröffentlichungen bekannt, wie die nachstehende beispielhafte Aufzählung zeigt:
DE 33 41 147 A1, DE 38 06 828 C2, DE 43 34 497 A1, DE 43 40 758 C2, DE 100 35 489 A1, DE 197 22 473 C2, DE 198 41 618 C2.

Die Gegenfläche einer Reibpaarung bei Reibungskupplungen wird in der Regel aus Stahl mit glatter Oberfläche und hoher Oberflächenhärte hergestellt.

Nachteilig dabei ist, dass das Härten des Reibkonusses einen aufwendigen und kostenintensiven zusätzlichen thermischen Prozeß erforderlich macht. Dabei kann es dazu kommen, dass sich dieser verzieht oder sich sogar Härterisse bilden. Dies wiederum bedingt eine weitere zusätzliche Nachbearbeitung dieses Teils oder es kann in einer Synchronisiereinrichtung nicht verwendet werden.

Um diese Schwierigkeiten beim Härten zu vermeiden, ist in der DE-OS 25 38 882 auch schon vorgeschlagen worden, auf den stählernen Gegenkonus eine Auflage aus manganlegiertem Kohlenstoffstahl aufzuspritzen. Das zweifache Aufspritzen auf die Konen, einerseits Molybdän und andererseits Stahl, ist jedoch sehr kostenintensiv.

Nun ist in diesem Zusammenhang aus der DE 44 45 898 A1 eine Reibpaarung für eine Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes bekannt geworden, bei der beide Reibpartner aus einem Eisenwerkstoff bestehen. Diese gleichartigen Reibpartner müssen jedoch eine verschleißfeste karbidreiche Randzone aufweisen, die durch eine Aufkohlung und Nitrierung, eine Nitrierung oder eine Nitrokarburierung erreicht wird. Diese thermochemischen Behandlungsverfahren der Reibpartner verteuern eine Synchronisiereinrichtung unverhältnismäßig.

Zusammenfassung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Reibpaarung bereitzustellen, deren aus einem Eisenwerkstoff bestehender Reibpartner möglichst kostengünstig herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff dadurch gelöst, dass der Eisenwerkstoff eine Härte von 180-350 HV aufweist. Diese geringe Härte macht die nach dem bisherigen Stand der Technik erforderliche thermische oder thermochemische Behandlung zur Härtesteigerung entbehrlich. Dadurch bedingt wird einerseits Energie gespart und andererseits müssen Härteverzüge der Reibkonen nicht in aufwendiger Weise ausgeglichen werden.

Wie die Ansprüche 2, 3 und 4 belegen, soll im Sinne der Erfindung der Eisenwerkstoff sehr weit ausgelegt sein. So geht aus Anspruch 2 hervor, dass der Eisenwerkstoff ein unbehandelter Stahl ist, wobei in Konkretisierung aus Anspruch 3 ersichtlich ist, dass dieser Stahl ein unlegierter Baustahl, ein unlegierter Einsatz- und Vergütungsstahl, ein niedrig legierter Stahl oder ein hoch legierter Stahl ist. Als konkrete Stahlsorten sind im Anspruch 4 Stähle der Marken C45, 75Cr1 oder 16MnCr5 genannt.

Aus den Ansprüchen 5 bis 9 geht hervor, daß als zugehörige andere Reibpartner die unterschiedlichsten Werkstoffkombinationen denkbar sind. So soll nach Anspruch 5 der zweite Reibpartner eine Molybdänschicht aufweisen. Wie dem Fachmann bekannt, werden Molybdänschicht deshalb als Oberflächenschutzschichten aufgebracht, weil sie ein hohen Widerstand gegenüber der Adhäsion bei der Paarung mit Stahl aufweisen sowie einen konstanten Reibwert über die gesamte Lebensdauer besitzen. Ein mit einer Molybdänbeschichtung versehener Reibkonus ist in der DE-OS 25 38 882 beschrieben.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, dass der zugehörige andere Reibpartner ein silikat-, ein oxid- oder ein nichtoxidkeramischer Werkstoff ist. Von den kennzeichnenden Eigenschaften der keramischen Werkstoffe sind in diesem Fall besonders die hohe Härte und Wärmehärte sowie günstige Verschleißeigenschaften interessant. Der Fachmann weiß außerdem, dass Keramik chemisch stabil und inert gegenüber Additiven im Getriebeöl ist. Darüberhinaus weist Keramik aufgrund ihrer Porosität gute Notlaufeigenschaften bei Mangelschmierung auf. Im weitesten Sinne sind unter silikatkeramischen Werkstoffen Erzeugnisse auf Basis der Verbindungen von Kieselsäure zu verstehen. Die technisch wichtigsten Vertreter der oxidkeramischen Werkstoffe sind Aluminiumoxid Al₂O₃ und Zirkonoxid ZrO₂. Zu den nicht-oxidkeramischen Werkstoffen gehören die Karbide, Nitride, Boride und Silizide, die allgemein auch als Hartstoffe bezeichnet werden.

Wie Anspruch 7 zeigt, kann der zugehörige andere Reibpartner eine Sinterlegierung auf Eisen-Basis sein. Derartige Eisenlegierungen sind dem Fachmann hinreichend bekannt und brachen daher an dieser Stelle nicht ausführlich beschrieben zu werden. Synchronringe aus Eisen-Sinterlegierungen gehen beispielsweise aus der DE 195 22 473, DE 195 36 188 und DE 198 17 037 hervor.

Nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal gemäß Anspruch 8 kann der zugehörige andere Reibpartner auch eine Chrom-Eisen-Legierung sein. Der Vorteil eines solchen Legierungspartners besteht insbesondere darin, dass dieser sehr temperaturbeständig ist. Auch weist eine solche Legierung eine geringe Neigung zum Fressen auf und arbeitet auch bei hohen Flächenbelastungen einwandfrei. Es ist weiter von Vorteil, dass diese Chrom-Eisen-Legierung sehr preisgünstig ist. Sehr ausführlich mit ihren vorteilhaften Wirkungen und unterschiedlichen Zusammensetzungen ist eine solche Chrom-Eisen-Legierung in der DE 135 489 A1 beschrieben.

Schließlich ist nach einem weiteren zusätzlichen Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass der zugehörige andere Reibpartner eine Kupferlegierung sein soll, wobei der Begriff Kupferlegierung im Sinne der Erfindung ebenfalls sehr weit ausgelegt ist. Derartige Legierungen haben sich seit langer Zeit bewährt, weil sie sich durch eine gute Kombination von Reibbeiwert, Verschleißwiderstand und mechanische Festigkeit auszeichnen. Dabei sind dem Fachmann insbesondere Sondermessinge und Bronzen bekannt. Derartige Legierungen sind aus der DE 11 54 643, DE 12 05 285, DE 16 52 862, DE 44 43 666, DE 195 39 498 und der DE 195 48 124 hinreichend bekannt.

Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Zeichnung zeigt einen abschnittsweise dargestellten Querschnitt einer Reibpaarung in einer Synchronisiereinrichtung für Zahnräderwechselgetriebe.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Nach der einzigen Figur ist der im Schnitt dargestellte Synchronring mit 1 und der ebenfalls im Schnitt gezeigte Kuppelring mit 6 bezeichnet. Der Synchronring 1 weist den Grundkörper 2 auf, der an seiner inneren konischen Mantelfläche mit dem Reibbelag 3 versehen ist. Der Synchronring 1 ist radial mit der Mitnehmerverzahnung 4 versehen, über die er über ein nicht dargestellte Schiebemuffe mit einer Welle drehfest, aber axial verschieblich verbunden ist.
In die radiale Mitnehmerverzahnung 7 des Kuppelringes 6 greift eine ihre entsprechende Verzahnung der Schiebemuffe zur formschlüssigen Verbindung von Welle und Kuppelring 6. Den zum formschlüssigen Verbinden erforderlichen Gleichlauf zwischen Synchronring 1 und Kuppelring 6 stellt eine Konuskupplung her, dass heißt der Synchronring 1 ist mit einem Innenkonus und der Kuppelring 6 mit einem Außenkonus versehen, die die entsprechenden Reibflächen 5 und 8 besitzen, wobei die Reibfläche 5 durch den Reibbelag 3 gebildet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Reibbelag 3 eine Molybdänschicht, wobei das Aufbringen des Reibbelages 3 auf den Synchronring 1 durch thermisches Spritzen erfolgt, dass heißt, einem Beschichtungsverfahren, bei dem ein Spritzwerkstoff in Form von Draht oder Pulver innerhalb oder außerhalb eines Spritzgerätes aufgeschmolzen und mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des zur beschichtenden Sychronringes gespritzt wird. Die zu beschichtende Innenkonusfläche des Synchronringes 1 wird dabei nicht an- oder aufgeschmolzen, so dass sich dieser während des Spritzens nur wenig erwärmt und somit auch kein thermischer Verzug auftreten kann.
Der zum Synchronring 1 zugehörige Kuppelring 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus 80Cr2 hergestellt, dass heißt, er weist einen Kohlenstoffgehalt von 0,8% und ein Chromgehalt von 0,5% auf. Der Kuppelring 6 wird spanlos durch einen Ziehvorgang hergestellt, der sehr präzise erfolgen kann, so dass nur noch eine unwesentliche spannende Nachbearbeitung erforderlich ist. Dieser aus Stahl gefertigte Kuppelring 6 weist als Weichteil eine Härte von 200 HV auf und wird in dieser Form in eine Synchronisiereinrichtung eingesetzt. Dabei zeigt sich, dass die Maßzahl für die Lebensdauer einer Reibpaarung, nämlich der Verlauf des Reibkoeffizenten des Eisenwerkstoffes in Abhängigkeit vom Schaltzyklus, einen sehr günstigen Verlauf nimmt. Bezugszeichen 1 Synchronring
2 Grundkörper
3 Reibbelag
4 Mitnehmerverzahnung
5 Reibfläche
6 Kuppelring
7 Mitnehmerverzahnung
8 Reibfläche

Claims

1. Reibpaarung für eine Synchronisiereinrichtung in Zahnräderwechselgetrieben, bei der zur Erzielung eines Gleichlaufs miteinander formschlüssig kuppelbarer Antriebsmittel ein Synchronring (1) und ein Kuppelring (6) unmittelbar oder über einen zwischen ihnen angeordneten Reibring an ihren jeweils kegelförmigen Reibflächen (5, 8) eine reibschlüssige Verbindung eingehen, wobei wenigstens einer der Reibpartner (1, 6) aus einem Eisenwerkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenwerkstoff eine Härte von 180-350 HV aufweist.

2. Reibpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenwerkstoff ein unbehandelter Stahl ist.

3. Reibpaarung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl ein unlegierter Baustahl, ein unlegierter Einsatz- und Vergütungsstahl, ein niedrig legierter Stahl oder ein hochlegierter Stahl ist.

4. Reibpaarung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl der Marke C45, 75Cr1 oder 16MnCr5 eingesetzt ist.

5. Reibpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige andere Reibpartner eine Molybdänschicht aufweist.

6. Reibpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige andere Reibpartner ein silikat-, ein oxid- oder ein nichtoxidkeramischer Werkstoff ist.

7. Reibpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige andere Reibpartner eine Sinterlegierung auf Eisen-Basis ist.

8. Reibpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige andere Reibpartner eine Chrom-Eisen-Legierung ist.

9. Reibpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige andere Reibpartner eine Kupferlegierung ist.