DE10344044A1

DE10344044A1 - Synchronisierelement und Synchronisiervorrichtung, welche ein derartiges Element aufweist

Info

Publication number: DE10344044A1
Application number: DE10344044A
Authority: DE
Inventors: Bernard Criqui; Véronique Petit
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2004-04-29
Also published as: FR2844851B1; FR2844851A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Synchronisierelement (1), welches eine Oberfläche (3) aufweist, die fähig ist, in Kontakt mit einer entsprechenden Oberfläche eines Teils gebracht zu werden für den Antrieb in Drehung durch Reibung zwischen den zwei Oberflächen während dem Anlagen einer axialen Kraft, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (3) des Synchronisierelements (1) glatt feingeschliffen ist und eine Mehrzahl von Löchern (5) in einer Weise aufweist, um ein Schmiermittel, welches zwischen den zwei Oberflächen während dem Anlegen der axialen Kraft vorhanden ist, zu entfernen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Synchronisierelement und eine Synchronisiervorrichtung, welche ein derartiges Element aufweist, und genauer eine Kupplungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Bei Synchronisiervorrichtungen von Kraftfahrzeugen werden die sie bildenden Elemente, wie der Synchronisierring, das entsprechende konische Teil und der Zwischenring im Fall einer Vorrichtung mit Doppelkonus ununterbrochen in Öl eingetaucht. Diese Elemente müssen trotzdem einen erhöhten Reibungskoeffizienten sicherstellen, um schnell eine Bewegung zwischen dem Synchronisierelement und einem gegenwirkenden Teil zu übertragen, z.B. durch einen Antrieb in Drehung über Reibung zwischen einer kegelstumpfartigen Oberfläche des Ringes und einer kegelstumpfartigen Oberfläche des gegenwirkenden Teils.
Um dies zu bewerkstelligen, ist es angebracht, das Schmiermittel während dem Kontakt der zwei gegenwirkenden Teile abzuführen, um einen Reibungsmodus unter einem Annähern einer Reibung im Trockenen durchzuführen. Es ist somit notwendig, dass die Synchronisierelemente eine oberflächliche Morphologie aufweisen, die einerseits eine beträchtliche flächenbezogene Tragfähigkeit und andererseits eine wirksame Entfernung von Schmiermittel sicherstellt.

Eine erste bekannte Lösung besteht darin, die Oberfläche der gegenüberliegenden Elemente mit Stegen bzw. Gewindegängen zu versehen. Somit wird die Tragfähigkeit durch die Spitzen des Gewindes und die Entfernung des Schmiermittels durch die Böden des Gewindes sichergestellt. Unterschiedliche geometrische Formen von Stegen sind in einer solchen Anwendung bekannt: Das Patent US 5,900,559 beschreibt insbesondere radial folgende Rillen an dem Gewinde. Die Anmeldung EP 0 821 175 beschreibt regelmäßig verteilte, axiale Kerben. Die Anmeldung DE 43 34 497 beschreibt Abarbeitungsrillen mit einem harten Überzug aus Molybdän. Das Patent US 5,076,882 beschreibt longitudinale und umfängliche, geschmiedete Rillen. Das Patent US 5,038,628 beschreibt spiralförmige und radiale Rillen. Jedoch erfordert diese Lösung eine Bildung oder Bearbeitung von Entleerungsrillen des Fluids, was aus diesem Grund die Tragfähigkeit bzw. den Auftrieb der Kontaktoberflächen reduziert. Ohne harten Überzug weist die Widerstandsfähigkeit von dieser Art von Synchronisierer eine schwache Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung auf.

Eine zweite Lösung besteht darin, die Oberfläche des Synchronisierelements mit einem harten und porösen Überzug zu überziehen, wie z.B. Molybdän, oder mit einem porösen, gesinterten Material in einer Weise, um das Schmiermittel durch die Porositäten zu entfernen. So beschreibt die Anmeldung EP 0 790 432 einen Überzug auf der Basis von Phenolharz, Graphitpartikeln und anorganischen Fasern. Die Anmeldung JP 11061103 beschreibt einen Überzug auf Basis von Karbon, thermohärtbarem Harz, metallischen Teilchen und anorganischen Fasern. Die Anmeldungen JP 9025527 und JP 8209206 beschreiben einen Überzug auf Basis von Kupfer, Zink und Metallteilchen. Die Anmeldung JP 7126778 beschreibt ein Material der Messingart, welches harte Metalle enthält. Jedoch weist diese Lösung erhöhte Herstellungskosten auf wegen der Verwendung von edleren Materialien oder kostspieligen Überzugsverfahren.

Eine dritte Lösung besteht darin, die Oberfläche der Kontaktelemente zu vergrößern, und auf Synchronisiervorrichtungen mit doppeltem Konus, ja sogar dreifachem Konus, zurückzugreifen. So beschreibt die Anmeldung EP 0 774 594 einen Zwischenring aus keramischem Holz vom Typ Cedron. Die Anmeldung WO 0011367 beschreibt einen doppelkonusförmigen Ring mit einem konischen Zwischenring. Die Anmeldung DE 198 53 896 beschreibt einen Doppelkonusring mit einem Zwischenring mit doppeltem konischem und radialem Kontakt. Jedoch ist diese Lösung kostspielig wegen des Einsatzes von zusätzlichen Zwischenteilen.

Es scheint somit nötig, Synchronisierelemente und Synchronisiervorrichtungen zu entwickeln, welche diese Nachteile vermeiden.

Insbesondere schlägt die vorliegende Erfindung ein Synchronisierelement vor mit wenig kostspieliger Herstellung, das es ermöglicht, kostengünstige Materialien, wie geschmiedete Stähle, zu verwenden, welche herkömmlichen Oberflächenbearbeitungstechniken ausgesetzt werden können.

Die Erfindung hat ebenso als Aufgabe ein Synchronisierelement, welches erlaubt, das Schmiermittel, in welchem es eingetaucht ist, wirksam zu entfernen, und welches eine schnelle Übertragung der Bewegung erlaubt.

Die Erfindung hat ebenso als Aufgabe eine Synchronisiervorrichtung, welche mindestens ein Synchronisierelement verwendet.

Das Synchronisierelement gemäß der Erfindung weist eine Oberfläche auf, die fähig ist, in Kontakt mit einer entsprechenden Oberfläche eines Teils gebracht zu werden, für den Antrieb in Drehung durch Reibung zwischen den zwei Oberflächen während dem Anlegen einer axialen Kraft. Die Oberfläche des Synchronisierelements ist glatt feingeschliffen und weist eine Mehrzahl von Bohrungen auf, die fähig sind, ein Schmiermittel zu entfernen, das zwischen den zwei Oberflächen während dem Anlegen der axialen Kraft vorhanden ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Synchronisierelement in Form eines Ringes, welcher einen ringförmigen Körper mit einem inneren Umfang einer kegelstumpfförmigen Oberfläche und einem Scheibenkörper mit einer gezahnten Krone aufweist. Die eine oder die mehreren Bohrungen können auf der kegelstumpfförmigen Oberfläche des ringförmigen Körpers und/oder auf der inneren Oberfläche des Scheibenkörpers vorhanden sein.

Der Synchronisierring kann mehrere ringförmige Körper umfassen, welche durch einen oder mehrere Zwischenringe voneinander getrennt sind. In diesem Fall können die Zwischenringe ebenfalls eine Mehrzahl von Bohrungen aufweisen.

Vorzugsweise ist die kegelstumpfförmige Oberfläche aus einem Material mit einer Vickers-Härte größer als 80 realisiert und vorzugsweise größer als 240. Die kegelstumpfförmige Oberfläche kann aus einem Stahl vom Typ 20CrMo4 realisiert sein, d.h. welcher in Gew.-% 0,2% Karbon, 1% Chrom und 0,25% Molybdän aufweist, oder aus einem Stahl vom Typ 45 Cr3, d.h., welcher in Gew.-% 0,45% Karbon und 0,75% Chrom aufweist.

Vorzugsweise ist die gesamte Rauigkeit der kegelstumpfförmigen Oberfläche des Synchronisierelements geringer als 1 um und noch weiter vorzugsweise geringer als 0,2 um.

Der Durchmesser der Bohrungen ist vorzugsweise zwischen 5 und 30 um, weiter vorzugsweise zwischen 15 und 30 um oder noch weiter bevorzugt zwischen 10 und 25 um, ihre Tiefe ist vorzugsweise zwischen 2 und 20 um und noch weiter vorzugsweise zwischen 10 und 20 um und ihre Beabstandung ist vorzugsweise zwischen 20 und 100 um.

Die Erfindung hat ebenso als Aufgabe eine Synchronisiervorrichtung, welche ein Element aufweist, wie es oben beschrieben ist.

Die Synchronisiervorrichtung kann insbesondere eine Kupplungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sein. Diese Kupplungsvorrichtung kann eine Welle eines Getriebes mit mindestens zwei parallelen Wellen aufweisen, das eine Nabe umfasst, welche an der Welle mittels Rillen befestigt ist, eine Schiebewelle, welche in Drehung mit der Nabe verbunden ist und auch außen auf dieser gleitet, mindestens ein bewegliches Ritzel und mindestens ein Synchronisierelement, das axial zwischen der festen Nabe und dem beweglichen Ritzel zwischengesetzt ist. Das oder die Synchronisierelemente können aus denjenigen, die weiter oben beschrieben sind, ausgewählt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung zwei Elemente in Form eines Ringes auf. Diese Elemente können durch einen Zwischenring getrennt werden.

Andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden beim Studium der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform, die keineswegs beschränkend ist, eines Synchronisierrings gemäß der Erfindung offensichtlich und welche durch die 1 bis 3 dargestellt ist, in welchen:
1 einen Synchronisierring gemäß der Erfindung darstellt,
2 eine Detailansicht der kegelstumpfförmigen Oberfläche des Synchronisierrings wiedergibt,
3 eine Schnittansicht gemäß III-III des Synchronisierrings darstellt.
1 zeigt einen Synchronisierring 1 gemäß der Erfindung. Der Ring 1 umfasst einen ringförmigen Körper 2 mit einer inneren Kontur einer kegelstumpfförmigen Oberfläche 3, die glatt feingeschliffen ist, und einen Scheibenkörper 4. Auf dem äußeren Umfang des Scheibenkörpers 4 ist eine Zahnung 6 gebildet, welche eine gezahnte Krone bildet. Die innere Oberfläche der kegelstumpfförmigen Oberfläche 3 des ringförmigen Körpers 2 ist mit Löchern bzw. Bohrungen 5 versehen.
2 und 3 zeigen eine Detailansicht der kegelstumpfförmigen Oberfläche 3. Die Löcher 5 sind vom kreisförmigen Querschnitt und in einem Abstand d. Die Lö cher 5 können auch von jedem anderen Querschnitt, insbesondere quadratisch, rechteckig oder dreieckig sein, obwohl der kreisförmige Querschnitt aus Herstellungsgründen bevorzugt wird.
Der Durchmesser der Löcher 5 ist vorzugsweise zwischen 5 und 30 um, weiter vorzugsweise zwischen 15 und 30 um und noch weiter vorzugsweise zwischen 10 und 25 um, ihre Tiefe ist vorzugsweise zwischen 2 und 20 um, und noch weiter vorzugsweise zwischen 10 und 20 um, ihre Beabstandung d ist vorzugsweise zwischen 20 und 100 um.
Die kegelstumpfförmige Oberfläche 3 kann mehrere Reihen von Löchern 5 aufweisen, welche z.B. in einer Fünfpunkt-Anordnung (bzw. versetzt) oder schnurgerade angeordnet sind. Die Löcher 5 sind vorzugsweise rechtwinklig zu der kegelstumpfförmigen Oberfläche 3.
Der Durchschnittsfachmann kann die Dichte und die Größe der Löcher 5 so bestimmen, um die Entfernung von Schmiermittel während dem Kontakt der zwei kegelstumpfförmigen Oberflächen zu optimieren.
Die Löcher 5 können mit Hilfe von gepulstem Laser erhalten werden. Man kann vorzugsweise einen Laser verwenden, dessen Wellenlänge enthalten ist zwischen 250 und 1064 nm mit Kupferdampf oder einen Laser, der ausgehend von einem Kristall erhalten ist vom Typ YAG (Yttrium Aluminium Garnet), um eine gute Wechselwirkung von Energie/Material zu erhalten. Die Pulsenergie ist vorzugsweise enthalten zwischen 1 und 10 mJ und die Dauer des Pulses zwischen 10^–12 und 10^–9 s (die Energiedichte des Pulses ist vorzugsweise größer als 10 W/cm²), um das Metall zu sublimieren, ohne in den flüssigen Zustand überzugehen. Gemäß der gewünschten Abmessung der Löcher 5 kann man mehrere aufeinander folgende Pulsungen anwenden.
Die Löcher 5 können auf der kegelstumpfförmigen Oberfläche 3 des ringförmigen Körpers 2 und/oder auf der inneren Oberfläche des Scheibenkörpers 4 vorhanden sein.
Die kegelstumpfförmige Oberfläche des ringförmigen Körpers 2 ist fähig, in Kontakt mit einer entsprechenden kegelstumpfförmigen Oberfläche eines Teils gebracht zu werden, für den Antrieb in Drehung dieses Teils durch Reibung zwischen den zwei kegelstumpfförmigen Oberflächen während dem Anlegen einer axialen Kraft. So ist in einer Kupplungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug der Synchronisierring 1 axial zwischen einer festen Nabe einer Welle des Getriebes zwischengeschaltet und einem beweglichen Ritzel, welches eine kegelstumpfförmige Oberfläche aufweist (Teile, die nicht dargestellt sind).
Wenn man es wünscht, das bewegliche Ritzel in Drehung anzutreiben, werden die kegelstumpfförmigen Oberflächen des beweglichen Ritzels und des Synchronisierrings 1 einander angenähert durch Anlegen einer axialen Kraft und gelangen in Reibung, wobei so das bewegliche Ritzel in Drehung angetrieben wird. Der Synchronisierring 1, welcher in ein Schmiermittel eingetaucht ist, muss jedoch einen erhöhten Reibungskoeffizienten aufweisen, um schnell das bewegliche Ritzel in Drehung anzutreiben. Aufgrund des Vorhandenseins von Löchern 5 wird das Schmiermittel von der kegelstumpfförmigen Oberfläche 3 evakuiert bzw. entfernt und man nähert sich so schnell einem Funktionsmodus in trockener Reibung an.
Der Synchronisierring 1 kann mehrere ringförmige Körper 2 aufweisen, welche durch einen oder mehrere Zwischenringe getrennt sind. In diesem Fall können die Zwischenringe ein oder mehrere Löcher 5 aufweisen.
Vorzugsweise ist die kegelstumpfförmige Oberfläche 3 aus einem Material einer Vickers-Härte von größer als 80 realisiert und weiter vorzugsweise größer als 240. Die kegelstumpfförmige Oberfläche 3 kann aus einem Stahl vom Typ 20CrMo4 realisiert sein, d.h. welcher in Gew.-% 0,2% Karbon, 1% Chrom und 0,25% Mo lybdän aufweist, oder aus einem Stahl vom Typ 45 Cr3, d.h., welcher in Gew.-% 0,45% Karbon und 0,75% Chrom aufweist. Man verwendet vorzugsweise Materialien, welche es erlauben, nicht-toxische Schmiermittel zu verwenden, wie Polyalkylenglykole und Polyol-Ester.
Es ist möglich, die kegelstumpfförmigen Oberflächen 3 durch Läppen plan zu machen (bzw. zu glätten), insbesondere um die Wülste der Löcher 5, die aufgrund des Durchgehens des Laserstrahls entstehen, abzuschleifen.
Aufgrund der planen Oberfläche der kegelstumpfförmigen Oberfläche 3 des Synchronisierrings 1 weist dieser eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung bzw. Abrieb auf. Um diese Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung weiter zu erhöhen, wird die Gesamtrauigkeit des Synchronisierrings vorzugsweise geringer als 1 um und weiter vorzugsweise geringer als 0,2 um sein.

Claims

Synchronisierelement (1), welches eine Oberfläche (3) aufweist, die fähig ist, in Kontakt mit einer entsprechenden Oberfläche eines Teils gebracht zu werden zum Antrieb in Drehung durch Reibung zwischen den zwei Oberflächen während dem Anlegen einer axialen Kraft, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (3) des Synchronisierelements (1) glatt feingeschliffen ist und eine Mehrzahl von Löchern (5) aufweist, die fähig sind, ein Schmiermittel, welches zwischen den zwei Oberflächen während dem Anlegen der axialen Kraft vorhanden ist, zu entfernen.
Synchronisierelement (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtrauigkeit der Oberfläche (3) des Elements geringer als 1 um und vorzugsweise geringer als 0,2 um ist.
Synchronisierelement (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Löcher (5) enthalten ist zwischen 5 und 30 um und vorzugsweise zwischen 15 und 30 um ist.
Synchronisierelement (1) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Löcher (5) zwischen 2 und 20 um ist und vorzugsweise zwischen 10 und 20 um ist.
Synchronisierelement (1) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Löcher (5) zwischen 20 und 100 um ist.
Synchronisierelement (1) gemäß irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Form eines Ringes aufweist, welcher einen ringförmigen Körper (2) mit einer inneren Kontur einer kegelstumpfförmigen Oberfläche (3) und einen Scheibenkörper (4) mit einer gezahnten Krone aufweist.
Synchronisierelement (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (5) auf der kegelstumpfförmigen Oberfläche (3) des ringförmigen Körpers (2) und/oder auf der inneren Oberfläche des Scheibenkörpers (4) vorhanden sind.
Synchronisiervorrichtung, welche ein Synchronisierelement (1) gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Synchronisiervorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Welle eines Getriebes mit mindestens zwei parallelen Wellen aufweist, welche eine Nabe aufweist, die an der Welle mittels Rillen befestigt ist, eine Schiebewelle, welche in Drehung an der Nabe verbunden ist und außen auf dieser gleitet, mindestens ein bewegliches Ritzel und mindestens ein Synchronisierelement (1), welches axial zwischen der festen Nabe und dem beweglichen Ritzel zwischengesetzt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Synchronisierelemente (1) gemäß Anspruch 6 aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierelemente (1) durch einen Zwischenring getrennt sind.