DE19719618A1 - Synchronring, der aus mehreren Einzelteilen zusammengefügt ist - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Synchronring für eine Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes von Kraftfahrzeugen, der einen Konusring umfaßt mit einer inneren Reibfläche und einer äußeren Positionierfläche sowie einer Zahnscheibe, deren Dachverzahnung in einer Einbaulage mit einer Schalt­ muffe in Eingriff steht, wobei einzelne separate, vorgefertigte Bauteile des Syn­ chronrings zur Komplettierung zusammenfügbar sind.

Hintergrund der Erfindung

Ein gattungsgemäßer Außensynchronring ist der DE 30 32 787 A1 zu entneh­ men. Der Aufbau des bekannten Synchronrings umfaßt zwei separate Bauteile, einen Konusring sowie eine Zahnscheibe, welche mittels einer Hartlötung unlösbar miteinander verbunden sind. Dabei sind beide Bauteile, der Konusring und die Zahnscheibe aus Stahlblech hergestellt. Diese Werkstoff-Übereinstim­ mung ermöglicht keine Abstimmung auf die spezifischen Beanspruchungs­ kriterien der einzelnen Bauteile, sondern stellt für den Konusring und die Zahnscheibe bestenfalls einen Kompromiß dar. Als Maßnahme zur Vermeidung eines vorzeitigen Verschleißes der Reibfläche des Konusrings ist diese mit einem verschleißfesten Material beschichtet. Diese Beschichtung erfordert einen weiteren Arbeitsvorgang, der verbunden ist mit einer nachteiligen Erhöhung der Fertigungskosten.

Aufgabe der Erfindung

Von den Nachteilen der bekannten Lösung ausgehend, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Synchronring zu schaffen, der kostengünstig herstellbar ist und eine längere Lebensdauer sicherstellt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patent­ anspruchs 1. Erfindungsgemäß können die Einzelteile des Synchronrings aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden. Diese Maßnahme ermöglicht optimale Werkstoffpaarungen für die einzelnen unterschiedlich beanspruchten Bauteile des Synchronrings. Die Erfindung ermöglicht für den Konusring eine Werkstoffwahl, die ausschließlich nach den Gesichtspunkten einer hohen Verschleißfestigkeit erfolgt. Für die Zahnscheibe kann dagegen ein Werkstoff eingesetzt werden, der neben einer ausreichenden Festigkeit gleichzeitig eine gewisse Zähigkeit besitzt, um so den bei einer Synchronisation auftretenden Reibmomenten dauerhaft standhalten zu können. Bei Verwendung einer separa­ ten Hülse, deren Außenfläche vorzugsweise zur Zentrierung des Synchronrings dient, so kann für dieses Bauteil ein Werkstoff ausschließlich nach den Gesichts­ punkten einer Gewichtsoptimierung ausgewählt werden.

In vorteilhafter Weise ermöglicht die erfindungsgemäße freie Werkstoffwahl für einen Synchronring, dessen Konusring über eine Reibfläche mit einem Zwi­ schenring bzw. Innensynchronring in Verbindung steht, eine Werkstoffwahl aus­ schließlich nach den Gesichtspunkten einer optimalen Reibpaarung vorzuneh­ men. Aufgrund des Erfindungsgedankens kann beispielsweise ein Werkstoff eingesetzt werden für den ein im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik übliches Beschichten des Konusring mit einem verschleißmindernden Material entfallen kann, wodurch sich ein weiterer Kostenvorteil einstellt.

Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 14.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht einen Synchronring vor, der drei Einzelteile umfaßt. Der Konusring ist danach an einem Ende mit einer Zahnscheibe versehen sowie mit einer separaten, eine Positionsfläche bildenden Hülse, die den Konusring koaxial umschließt. Alternativ schließt die Erfindung ebenfalls einen zweiteilig aufgebauten Synchronring ein, dessen Konusring einteilig mit der Zahnscheibe verbunden ist und zur Komplettierung des Synch­ ronrings eine den Konusring umschließende Hülse dient, deren Mantelfläche als Positionsfläche ausgebildet ist.

Zur Erreichung einer sicheren Befestigung der einzelnen Bauteile untereinander greifen diese formschlüssig ineinander. Außerdem oder zusätzlich ist zur Schaf­ fung einer unlösbaren Verbindung vorzugsweise eine Schweißung oder Lötung vorgesehen. Alternativ bietet es sich an, diese Bauteile durch eine Klebung, ein Verstemmen oder einer Preßverbindung zu sichern.

Die Ausgestaltung der den Konusring radial umschließenden Hülse sieht vor, diese innen mit einer dem Konusring entsprechenden Innenkontur zu versehen. Alternativ bietet es sich an, die Bohrungswandung der Hülse mit umfangsver­ teilten, axial verlaufenden Ausnehmungen zu versehen, die sich über die Länge der Hülse erstrecken. Diese Ausnehmungen verringern eine Materialanhäufung und führen zu einer gewünschten Gewichtsreduzierung des Synchronrings.

Als Werkstoff für die einzelnen Bauteile des Synchronrings ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Konusring und die Zahnscheibe aus Stahl herzustellen und diese Bauteile mit einer aus Kunststoff gefertigten Hülse zu kombinieren. Als geeigneter Hülsenwerkstoff bietet sich außerdem Aluminium an sowie jeder andere, die geforderten Verschleiß- und Festigungsanforderungen erfüllende, ein niedriges spezifisches Gewicht aufweisende Werkstoffe. Für die mit einer Dachverzahnung versehene Zahnscheibe ist vorzugsweise der Werkstoff 100 Cr 6 einsetzbar, wobei dieser bei Bedarf durch Laser oder übliche alternative Ver­ fahren gehärtet werden kann. Für den Konusring ist bevorzugt ein Vergütungs­ stahl, wie beispielsweise C 55; C 80; C 89 M; 55 Cr3 oder 60 Si Mn5 einsetz­ bar. Es bietet sich an, als geeigneten Hülsenwerkstoff einen verstärkten Kunst­ stoff zu verwenden, wie beispielsweise PA 66 GF.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Herstellung der Hülse die Mantelfläche des Konusrings mit einem geeigneten Kunststoff radial umspritzt werden kann. Diese einfach herstellbare Hülse benötigt keine weitere Maßnahme zur Erreichung einer unlösbaren Verbindung am Konusring und kann kostengünstig hergestellt werden.

Zur Befestigung der Zahnscheibe am Konusring schließt die Erfindung ebenfalls ein, die Zahnscheibe durch ein spanloses Umformen in Verbindung mit einem Formschluß am Konusring zu befestigen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Konusring vor, der zahnscheibenseitig axial vorstehende Zapfen aufweist, die in Ausnehmungen der Zahnscheibe formschlüssig eingreifen. Diese Ausbildung ermöglicht eine verbesserte Zentrierung und Anbindung dieser Bauteile zueinander. In vor­ teilhafter Weise bietet es sich an, die Zapfen endseitig an der Zahnscheibe zu verstemmen. Das Verstemmen kann dabei allein oder zusätzlich zu einer Schweißung vorgesehen werden, zur Schaffung einer unlösbaren Befestigung des Konusrings an der Zahnscheibe.

Zur wirksamen Schmierstoff- bzw. Kühlstofführung auf die Reibfläche des erfindungsgemäßen Synchronrings dienen bevorzugt umfangsverteilt angeord­ nete Bohrungen, die von der Reibfläche bis zur Mantelfläche der Hülse reichen. Alternativ oder zusätzlich kann die Reibfläche mit in axialer Richtung verlaufen­ den Ausnehmungen versehen werden, die sich über die gesamte Länge der Reibfläche erstrecken. Die geometrische Ausbildung sowie die Anzahl der Ausnehmungen und der Bohrungen können bedarfsabhängig gestaltet werden.

Die Reibfläche des Konusrings kann erfindungsgemäß weiterhin ein Rillenprofil aufweisen, wobei die einzelnen Rillen jeweils umlaufend angeordnet sind und derartig axial beabstandet sind, das sich ein dachförmiges Profil einstellt.

Kurze Zusammenfassung der Zeichnungen

Mehrere erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt, die nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Halbschnitt einen erfindungsgemäß aufgebauten Synchronring, der drei Einzelteile umfaßt, die unlösbar mitein­ ander verbunden sind;

Fig. 2 einen Synchronring, der im Unterschied zu Fig. 1 einen Ko­ nusring mit einer radial nach innen gerichteten Verdrehsiche­ rung aufweist;

Fig. 3 einen zwei Einzelteile umfassenden Synchronring, bei dem der Konusring und die Zahnscheibe eine Einheit bilden;

Fig. 4 einen Synchronring gemäß Fig. 3, an dessen Konusring eine Verdrehsicherung angeordnet ist;

Fig. 5 einen Synchronring bisheriger Bauart;

Fig. 6 einen drei Einzelteile umfassenden Synchronring, bei dem der Konusring einen radial nach außen gerichteten umlaufenden Bund aufweist, der von der Zahnscheibe umschlossen ist und die Positionierfläche aufweisende Hülse über radial ausgerich­ tete Rippen am Konusring anliegt;

Fig. 7 einen Synchronring, der im Unterschied zu dem in Fig. 6 abgebildeten Synchronring eine Verdrehsicherung aufweist;

Fig. 8 zur Verbesserung der Schmierölzufuhr an der Reibfläche ist der in Fig. 8 abgebildete Synchronring mit Bohrungen versehen, die vom Konusring durch die Hülse geführt sind;

Fig. 9 eine Alternative zu dem in Fig. 8 abgebildeten Synchronring, der über eine Verdrehsicherung verfügt.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 zeigt einen Synchronring 1a und damit ein erstes erfindungsgemä- ßes Ausführungsbeispiel. Der Synchronring 1a umfaßt einen Konusring 5, der in seinem größten Durchmesserbereich mit axial vorstehenden, umfangsverteilt angeordneten Zapfen 6 versehen ist, die in Ausnehmungen 7 einer Zahnscheibe 8 formschlüssig eingreifen. Die Zahnscheibe 8 ist am Außenumfang mit einer Dachverzahnung 9 versehen, mit der der Synchronring 1a im eingebauten Zustand mit einer in Fig. 1 nicht abgebildeten Schiebemuffe einer Synchroni­ siereinheit zusammenwirkt. Der Konusring 5 ist außen von einer eine zylin­ drische Positionierfläche 10 bildenden Hülse 11 umschlossen, deren Länge mit der Länge des Konusrings 5 übereinstimmt. Die Einzelteile des Synchronrings 1a, der Konusring 5, die Zahnscheibe 8 und die Hülse 11 können dabei aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sein. Damit kann eine optimale Werkstoffpaarung zwischen den einzelnen Bauteilen des Synchronrings 1a hergestellt werden, die mit weiteren Bauteilen der Synchronisiereinrichtung in Wirkverbindung stehen. Der Werkstoff für den Konusring 5 kann dabei aus­ schließlich nach den Gesichtspunkten einer hohen Verschleißfestigkeit ausge­ wählt werden. Für die Zahnscheibe 8 ist dagegen ein Werkstoff geeignet, der den Festigkeitsanforderungen genügt und die bei einer Synchronisation auf­ tretenden Reibmomente dauerhaft überträgt. Die Hülse 11, die auf dem Konus­ ring 5 befestigt ist und zur Positionierung des Außensynchronrings 1a vorgese­ hen ist, kann zur Erzielung einer Gewichtsoptimierung aus Kunststoff gefertigt sein. Zur Erzielung einer unlösbaren Verbindung aller Einzelteile und Bildung einer Baueinheit ist der Konusring 5 über eine Verstemmung 12 formschlüssig an der Zahnscheibe 8 befestigt. Alternativ kann erfindungsgemäß ebenfalls eine Schweißverbindung zwischen den Zapfen 6 und der Zahnscheibe 8 im Bereich der Ausnehmung 7 vorgesehen werden. Zur Sicherung der Hülse 11 auf den Konusring 5 bietet sich insbesondere für eine aus Kunststoff hergestellte Hülse 11 eine Klebung an. Abhängig von der Werkstoffwahl der Hülse 11 kann diese ebenfalls auf der Mantelfläche des Konusrings 5 vulkanisiert sein. Als eine zusätzliche Sicherung kann der Konusring 5 mit umfangsverteilt angeordneten Noppen 13 versehen werden, die einen Formschluß der Hülse 11 sicherstellen. Zur Verbesserung der Schmiermittelführung ist die Reibfläche 16 mit umfangs­ verteilt angeordneten, sich über die Breite des Konusrings 5 erstreckenden Ausnehmungen 21 versehen.

Der in Fig. 2 abgebildete Synchronring 1b besitzt einen von der Fig. 1 abweichend ausgebildeten Konusring 5, der an einem von der Zahnscheibe 8 abgewandten Ende mit einer Verdrehsicherung 14 versehen ist, in Form radial nach innen gerichteter Lappen, die symmetrisch umfangsverteilt angeordnet sind. Weiterhin ist die Reibfläche mit umlaufenden, axial beabstandeten Rillen 22 versehen, die eine dachförmige Profilierung bilden.

Einen zweiteiligen Aufbau eines Synchronrings 2a zeigt die Fig. 3. Dabei bilden der Konusring 5 und die Zahnscheibe 8 eine Einheit in Form eines L-för­ migen Längsprofils. Von der Ausgestaltung und den Abmessungen der einzel­ nen Bauteile einschließlich der Hülse 11 entspricht der Synchronring 2a der in Fig. 1 dargestellten Variante. Die Fig. 4 zeigt den Synchronring 2b, der dem Synchronring 1b vergleichbar ist und mit einer endseitig am Konusring 5 an­ geordneten Verdrehsicherung 14 versehen ist.

In Fig. 5 ist der Synchronring 15 in einer einteiligen Bauweise abgebildet und entspricht damit Synchronringen bisheriger Bauart. Zur Verdeutlichung der einzelnen Abschnitte des Synchronrings 15 ist dieser mit Bezugsziffern ver­ sehen, die den Einzelteilen eines mehrteiligen Synchronrings zugeordnet wur­ den, siehe beispielsweise der Fig. 1. Diese Bauweise erfordert einen Kom­ promiß hinsichtlich der Werkstoffwahl und ermöglicht keine Gewichtsoptimie­ rung aufgrund der massiven Bauweise.

Eine weitere Ausgestaltung eines mehrteiligen Synchronrings 3a zeigt die Fig. 6. Zur Schaffung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Konusring 5 und der Zahnscheibe 8 ist der Konusring 5 stirnseitig mit mehreren symmetrisch angeordneten, radial nach außen zeigenden Abkantungen versehen, die jeweils einen Bund 16 bilden und formschlüssig in eine Ausnehmung 17 der Zahlen­ scheibe 8 eingreifen. Zur unlösbaren Befestigung ist dabei in vorteilhafter Weise eine Schweißung zwischen dem Bund 16 und der Ausnehmung 17 vorgesehen. Die Hülse 11 ist zur Gewichtsoptimierung mit Aussparungen 18 versehen, so daß sich die Hülse 11 über Rippen am Konusring 5 abstützt. Der Synchronring 3b gemäß Fig. 7 ist im Unterschied zu dem in Fig. 6 abgebildeten Synchron­ ring 3a mit einer Verdrehsicherung 14 versehen, die axial vorstehend angeord­ net ist. Ein weiterer Unterschied besteht in der Ausgestaltung der Hülse 11, deren Wandstärke im Vergleich zu der in Fig. 6 abgebildeten Hülse 11 redu­ ziert ist.

Zur Verbesserung der Schmierstoffzufuhr und/oder der Schmierstoffabführung der Reibfläche 19 ist der Konusring 5 mit weitestgehend radial verlaufend angeordneten Bohrungen 20 versehen, die auch durch die Hülse 11 geführt sind. Der Aufbau des in Fig. 8 gezeigten Synchronrings 4a ähnelt ansonsten dem in Fig. 6 abgebildeten Synchronring 3a. Ein mit Bohrungen 20 versehener Konusring 5 kann erfindungsgemäß ebenfalls mit einer Verdrehsicherung 14 versehen sein, wie dem in Fig. 9 abgebildeten Außensynchronring 4b zu entnehmen ist.

Bezugszeichenliste

1

a Synchronring

1

b Synchronring

2

a Synchronring

2

b Synchronring

3

a Synchronring

3

b Synchronring

4

a Synchronring

4

b Synchronring

5

Konusring

6

Zapfen

7

Ausnehmung

8

Zahnscheibe

9

Dachverzahnung

10

Positionierfläche

11

Hülse

12

Verstemmung

13

Noppen

14

Verdrehsicherung

15

Synchronring

16

Bund

17

Ausnehmung

18

Aussparung

19

Reibfläche

20

Bohrung

21

Ausnehmung

22

Rille

Claims (14)

1. Synchronring für eine Synchronisiereinrichtung eines Zahnräderwechselgetrie­ bes von Kraftfahrzeugen, der einen eine innere Reibfläche (19) aufweisenden Konusring umfaßt, eine zur Positionierung des Synchronrings dienende Hülse (11) sowie eine als Kupplungskörper dienende Zahnscheibe (8), deren Dachver­ zahnung (9) in einer Einbaulage mit einer Schaltmuffe der Synchronisiereinrich­ tung verzahnt ist, wobei einzelne separate, vorgefertigte Bauteile zur Kom­ plettierung des Synchronrings (1a, 1b; 2a, 2b; 3a, 3b, 4a, 4b) zusammengefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronring (1a, 1b; 2a, 2b; 3a, 3b; 4a, 4b) aus unterschiedlichen Werkstoffen herstellbare Einzelteile umfaßt.

2. Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Ring­ körper gestaltete Konusring (5) außen von einer eine Positionierfläche bildenden Hülse (11) umschlossen ist und die Zahnscheibe (8) einseitig am Konusring (5) formschlüssig und unlösbar befestigt ist.

3. Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konusring (5) und die Zahnscheibe (8) einstückig gestaltet sind und mit einer Hülse (11) den Außensynchronring (2a, 2b) bilden (Fig. 3, Fig. 4).

4. Synchronring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelteile des Außensynchronrings (1a, 1b; 3a, 3b; 4a, 4b) formschlüssig miteinander verbunden werden können und vorzugsweise mittels einer Schwei­ ßung eine unlösbare Verbindung hergestellt ist.

5. Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Konus­ ring (5) ummantelnde Hülse (11) innen eine einer Mantelfläche des Konusrings (5) entsprechende Kontur aufweist.

6. Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Stahl hergestellten Bauteile Konusring (5) und Zahnscheibe (6) vorzugsweise mit einer Hülse (11) aus Kunststoff kombiniert sind.

7. Synchronring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die Zahnscheibe (8) vorzugsweise 100 Cr6 und für den Konusring bevorzugt ein Vergütungsstahl wie C55; C80; C80M; 55 Cr3 oder 60 SiMn5 vorgesehen ist sowie für die Hülse (11) als Kunststoff PA 66 GF.

8. Synchronring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (11) durch Umspritzen des Konusrings (5) dargestellt ist.

9. Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahn­ scheibe (8) durch ein spanloses Umformen in Verbindung mit einem Form­ schluß am Konusring (5) befestigt ist.

10. Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus­ ring zahnscheibenseitig axial vorstehende Zapfen (6) aufweist, die in eine Ausnehmung (7) der Zahnscheibe (8) formschlüssig eingreifen.

11. Synchronring nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur form­ schlüssigen Sicherung des Konusrings (5) an der Zahnscheibe (6) eine Ver­ stemmung (12) zwischen dem Zapfen (6) und der Zahnscheibe (8) im Bereich der Ausnehmung (7) vorgesehen ist.

12. Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gezielten Schmierstoff bzw. Kühlstofführung der Konusring (5) mit Bohrungen (20) versehen ist, die sich von der Reibfläche (19) bis zur Positionsfläche (11) er­ strecken.

13. Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reib­ fläche (19) in axialer Richtung verlaufende, sich über die gesamte Länge der Reibfläche (19) erstreckende Ausnehmungen (21) aufweist (Fig. 1).

14. Synchronring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Reib­ fläche (19) umlaufende, axial beabstandete Rillen (22) eingebracht sind zur Bildung eines dachförmigen Profils (Fig. 2).