DE2744994A1

DE2744994A1 - Synchronisierring

Info

Publication number: DE2744994A1
Application number: DE19772744994
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: BorgWarner Stieber GmbH
Current assignee: BorgWarner Stieber GmbH
Priority date: 1977-10-06
Filing date: 1977-10-06
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FR2405395A1; IT1100304B; US4267912A; DE2744994C2; IT7828516A0; GB2006352B; JPS60177332U; JPS5937339A; JPS633172B2; JPS5499851A; JPH022977Y2; GB2006352A; FR2405395B1

Description

DIPL.-ING. G. T)AHLMAN-V

TATKM'AKWALT

ββΟΟ UANNnBIU 1.

STEPHANIENÜFER 2 TELEFON 06 Sl /S 88 Sd

- T"

Stieber Division der Borg-V/arner GmbH

6900 Heidelberg - 1

Die ivpfindun/': betrifft einfin Llynchronisierrin» für eine

ris cei Zahnkunplungen.

909816/0103

Ss ist bekannt, bei Zahnkuppiungen r^it Getriebesynchronisierung zur Erzielung des Gleichlaufs von Welle und zu kuppelndem Zahnrad Synchronisierringe vorzusehen, die mit Hilfe einer Schaltmuffe in axialer Richtung verschoben werden. Die Synchronisierringe haben entweder außenkonische oder innenkonische Reibflächen, die mit entsprechenden Gegenflächen in Kontakt kommen und durch den dann auftretenden Reibungsschluß den gewünschten G-p.eichlaufvorgang der betreffenden Teile herstellen. In diesem Zusammenhang wird auf die deutsche Patentschrift 1 500 332 verwiesen.

Bekannt sind auch Zahnkupplungen, bei denen die Synchronisierringe Reibflächen sowohl auf ihrer Innen- als auch auf ihrer Außenfläche haben (DBP 1 550 672). Diese Synchronisierringe sind bei der Sperrsynchronisierung für Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere in Kraftfahrzeugen, eingesetzt.

Im allgemeinen werden für die Synchronisierringe Werkstoffe verwendet, deren Eigenschaften auf die an die Synchronisierringe gestellten Ansprüche abgestellt sind. Ein häufig verwendeter Werkstoff ist eine Messinglegierung. Nach entsprechender Oberflächenbearbeitung an der Reibfläche bringt diese Legierung die für einen guten Reibschluß erforderlichen Reibwerte sowie die für die Verzahnung erforderliche Festigkeit. Diese Legierungen haben jedoch den Nachteil, daß sie besonders teuer sind und in ihrer Leistungskapazität begrenzt sind. Auch ist das Herstellungsverfahren schwierig und mit erheblichen Kosten verbunden.

Einfacher zu fertigen sind Synchronisierringe aus Eisen-Metall, insbesondere aus Sinterwerkstoff. Sie haben den

- 3 909816/0103

^₆. 27U994

Vorteil der geringeren Bearbeitungskosten, bieten jedoch, in der Regel keine guten Reibwerte, weil das poröse Sintermaterial das im Getriebe vorhandene Öl aufnimmt. Es werden deshalb auch Speziallegierungen aus Sinterwerkstoffen verwendet, die bessere Reibwerte haben, aber auch ähnlich teuer wie die oben erwähnten Synchronisierringe aus Spezialmessinglegierungen sind.

Utn zu einer Verbesserung der 3ynchronisierringe zu gelangen hat man Ringkörper aus Sintermetall hergestellt und auf diese als Reibfläche eine Schicht aus Molybdän aufgespritzt (OS ? 055 345). In die Reibfläche aus Molybdän wurden radial verlaufende Quernuten zum Ausräumen des Öles eingearbeitet. Die nach diesem Verfahren hergestellten Synchronisierringe haben zwar Reibflächen mit hohen Reibwerten, jedoch zeigte sich nicht die gewünschte Reibcharakteristik. Die Synchronisierringe hatten auch nicht die gewünschte Lebensdauer. Außerdem zeigte sich, daß die Fertigungskosten, die mit diesem Verfahren verbunden sind, außergewöhnlich hoch liegen, so daß die Synchronisierringe sehr teuer waren.

Um Ausbrüche an der Molybdänschicht zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden (OS 2 055 345), den Ringkörper mit muldenförmigen Vertiefungen auszubilden und die Molybdänschicht dann so aufzutragen, daß keine örtlichen Schwächungen in der Schicht entstehen. Die Molybdänschicht wird mit gleicher Stärke in den Vertiefungen und im übrigen Bereich der Reibfläche aufgetragen. Dieses Verfahren ist aber fertigungstechnisch sehr aufwendig.

Um die auch bei Synchronisierringen mit einer Molybdän- ■

- 4 909816/0103

schicht auftretenden Nachteile, die sich darin zeigten, daß die Reibwirkung während des GIeichlaufVorganges nicht stark genug war, um den Schaltvorgang mit geringerer Schaltkraft bei hohen (Jetriebeleistungen zn ermöglichen und auch darin, daß die Lebendsdauer des Sieichlaufringes bzw. dessen Molybdänschicht sich verminderte, wurde vorgeschlagen, die Molybdänschicht mit einem die Reibwirkung erhöhenden Oxygen anzureichern. Hisrdurch'entstehen natürlich v/eitere Fertigungskosten.

Es zeigt sich somit, daß Synchronisierringe, die die ürforderinisse bei heutigen Schaltgetrieben erfüllen, nur über relativ teure Pertigungsverfahren hergestellt werden können. Andere Synchronisierringe haben den Nachteil, daß sie eine geringe Lebensdauer haben bzw. mit zunehmendem Alter ihre Reibcharakteristiken und Reibeigenschaften negativ verändern. Letzteres führt zu schlechten Synchronisiervorgängen, was in der Regel mit erheblichen Schaltgeräuschen verbunden ist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Synchronisierring zu schaffen, der auf möglichst einfache Weise hergestellt werden kann und der eine Reibwertcharakteristik aufweist, die ein gutes Schaltvermögen gewährleistet und der außerdem eine hohe Lebensdauer hat.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Synchronisierring aus einem Ringkörper aus Metall oder Kunststoff, vorzugsweise aus einem spanlos gefertigten, insbesondere gesinterten Metall, und einem Reibbelag von auf organischer Grundlage gebil-

- 5 -909816/0103

detem Reibmaterial besteht, wobei der Reibbelag mit dem vorgefertigten Ringkörper durch Kleben verbunden ist und einen Reibwert /■ von größer als 0,10 hat. Bei diesem Verfahren kann ein auf beliebige Weise hergestellter Ringkörper, beispielsweise ein Ringkörper aus einem Schmiedeteil, einem Preßgußteil oder einem Stanzteil verwendet werden, der nach bekannten Methoden aus einem relativ preisgünstigen Werkstoff gefertigt wird. Dieses Teil wird anschließend mit dem Reibbelag beklebt. Die vorzugsweise Verwendung von Metall als Ringkörper hat im Hinblick auf seine hohe Haltbarkeit besondere Vorteile. Bei dem Synchronring ist eine Trennung der zu bewältigenden Aufgaben vorgenommen worden, und zwar besteht der Ringkörper aus einem Material mit hoher Festigkeit für die Sperrverzahnung, während die spezielle Reibschicht die gewünschten Reibeigenschaften ergibt.

Der Reibbelag wird bevorzugt auf Papierbasis hergestellt, wobei das Papier aus Zellulosefasern und/oder synthetischen Fasern mit Baumwollfasern, Asbestfasern und/oder Mineral- und Metallfasern und Füllmaterialien besteht, mit Kunstharz getränkt ist und eine rauhe und poröse Oberfläche aufweist. Es hat eine Stärke von 0,2 bis 1,2 mm, vorzugsweise 0,4 bis 0,8 mm. Ein entsprechendes Qualitätspapier, das zur besseren Wärmebeständigkeit mit Asbestfasern oder anderen ähnliohen anorganischen Fasern versehen ist, mit der vorgegebenen Stärke, wird mit einem Kunstharz imprägniert. Bei Bedarf können dem Imprägniermittel auch entsprechende ohemisohe Zusätze beigegeben werden. Die Art der Zusammensetzung des Reibmaterials aus Papier und Imprägniermittel sowie die bei der Imprägnierung und dem späteren Verkleben angewendeten Verfahrenesohritte sind bestimmend

- 6 909816/0103

27U994

für die Reibcharakterl3tik des Reibbelages. E₃ besteht hier die Möglichkeit, die Reibcharakteristiken in weiten Grenzen zu beeinflussen. Dieses ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn der verwendete Reibbelag porös und elastisch ist. Aufgrund der Porösität kann der Reibbelag während des GIeichlaufvorganges den ansonsten störenden, auf den Reibflächen liegenden Ölfilm aufnehmen und darüber hinaus während des Arbeitsvorganges abführen. Ein Verschleiß des Reibbelages in Form von Abrieb tritt dabei nicht auf. Der Reibbelag wirkt wie ein Schwamm bei der Aufnahme und beim Auspressen des Öls. Außerdem hat das Öl beim Auspressen eine Kühlwirkung auf den B_clag.

Darüber hinaus ist es zweckmäßig, den Reibbelag mit axial verlaufenden Nuten zu versehen, die der Ölabführung dienen. Die Nutkanten dienen zum Abstreifen des Öls. Deshalb werden sie möglichst scharfkantig ausgeführt. Gegebenenfalls können auch die beiden einander zugekehrten Umfangsenden des Reibbelages mit Abstand voneinander angeordnet sein und dadurch zusätzlich zu den bereits erwähnten Nuten oder auch allein ohne die Nuten eine Ölablaufnut bilden. Die Tiefe der Nuten wird so gewählt, daß sie in ausreichendem Maße das Öl abführen können. Andererseits aber ist die Tiefe der Nuten auf die Stärke des Reibbelages abgestimmt. Bei einem Reibbelag mit einer Stärke von 0,2 bis 1,2 mm beträgt die Tiefe der Nuten vorzugsweise 0,1 bis 0,6 mm. Es sei noch bemerkt, daß auch eine andere Form der Nuten bzw. eine andere Ausrichtung, insbesondere in ümfangsrichtung des Synchronisierringes möglich ist.

- 7 909816/0103

j)er besonasre Vorteil eines Synchronisierringes der vorgeschlagenen Art liegt in seinem hohen Reibwert und in seiner Elastizität, die durch den Reibbelag erreicht wird. Der Reibbelag bewirkt ein elastisches Ineingriffgehen der Sperrglieder und führt damit zu einem weichen Schaltvorgang.

Eine für die Reibanforderungen besonders günstige Ausführungsform der Erfindung wird dann erreicht·, wenn der Ringkörper selbst mit Vertiefungen zur Aufnahme von Reibbelagteilen versehen ist. In diesem Falle wird der Ringkörper mit einer der Anzahl der -^uten für die Ölabführung entsprechenden Zahl von Vertiefungen versehen und bei der Herstellung der Ölablaufnuten das überflüssige Reibbelagraaterial in die Vertiefungen des Ringkörpers eingedrückt. Eine besonders scharfkantige Ausbildung der Nuten kann unter anderem durch ein Ausfräsen derselben erreicht werden,

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Herstellung des Synchronisierringes dadurch, daß der Ringkörper durch Gießen oder Sintern aus einem Metall hergestellt wird, daß der Reibbelag auf den Ringkörper aufgeklebt wird und daß während des Aufklebens eine Kalibrierung der Reibfläche erfolgt. Die Vorfertigung des Ringkörpers und des Reibbelages erfolgt somit getrennt voneinander. Erst für den Aufklebevorgang werden der Ringkörper und der Reibbelag miteinander in Verbindung gebracht und die endgültige Punktionsform erreicht. Pur das Aufkleben selbst kann ein geeignetes Klebemittel verwendet werden. Es ist auch möglich, den Reibbelag mit einem Imprägniermittel zu versehen, das Klebeeigenschaften hat, die während des Klebevorganges zur Geltung kommen.

- 8 909816/0103

-sr- 27U994

Der Klebevorgang selbst wird bevorzugt unter Anwendung von Druck und Wärme durchgeführt. Die angewendeten Drücke betragen von 400 bis 1000 N/cra , vorzugsweise 600 bis 650 N/cm² bei Temperaturen von 180 bis 250⁰C, vorzugsweise 20O⁰C bis 23O⁰C und' bei einer Dauer des Klebevorganges von 10 bis 60 Sekunden, vorzugsweise 20 bis 30 Sekunden. Das verwendete Imprägniermittel unterliegt hierbei einer Aushärtung.

Die Herstellung des Ringkörpers kann auf verschiedene Weise erfolgen. So kann der Ringkörper durch Sintern, Schmieden, Stanzen oder auch im Preßguß- oder Druckgußverfahren hergestellt werden.

Pur viele Anwendungszwecke ist es ausreichend, wenn der Reibbelag auf dem Ringkörper so angebracht wird, daß die Enden des Reibbelages mit Abstand voneinander zu liegen kommen und eine Nut bilden. Aus dieser Nut kann das Öl vom Wellenkonus abgeführt werden. Bevorzugt wird jedoch der Reibbelag in vorbestimmten Abständen mit axial verlaufenden Nuten versehen, um dadurch ehe besonders gute Ölabfuhr zu erreichen. Diese Nuten können durch eine stärkere Kompression des Reibbelages an den entsprechenden Stellen während des Kalibriervorganges gebildet werden. Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Ringkörper in vorbestimmten Abständen mit axial verlaufenden Vertiefungen vorgefertigt wird und daß entsprechende Teile des Reibbelages während des Klebe- und/oder des Kalibriervorganges in die Vertiefungen des Ringkörpers eingepreßt werden. Auf diese Weise werden nicht nur Nuten mit bestimmter Tiefe erreicht, sondern auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Reibbelag und dem Ringkörper erzielt, die neben der Verklebung des Reibbelages mit dem Ringkör-

- 9 909816/0103

AUL -

27U994

per einen zusätzlichen Verbund ergibt.

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die -Erfindung nachstehend erläutert. Es zeigt:

Pig. 1 einen Synchronisierring in der Stirnansicht,

Pig. 2 einen Querschnitt durch den Synchronisierring nach Fig. 1,

Fig. 3 das Detail Z der Fig. 2 des Synchronisierringes in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil des Synchronisierringes gemäß der Linie A-B der Fig. 2,

Fig. 5 und 6 Schnitte durch Synchronisierringe mit

anderer Ausführungsform des Reibbelages.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Synchronisierring 1 besteht im wesentlichen aus dem Ringkörper 2 aus Metall und dem Reibbelag 3. ^er Ringkörper 2 ist am Rand 12 auf seinem Umfang mit einer Verzahnung 4 versehen, die in der Fig. 1 der Einfachheit halber nur im oberen Teil des Ringkörpers 2 eingezeichnet worden ist. Der Reibbelag 3 ist im vorliegenden Fall auf der konisch ausgebildeten Innenfläche 6 des Ringkörpers 2 aufgebracht. Bei anderen Ausführungsformen kann der Reibbelag auch auf der Außenfläche des Ringkörpers aufgebracht sein. Auf den Umfang des Synchronisierringes 1 verteilt sind in vorbestimmten gleichmäßigen Abständen in axialer Richtung verlaufende Nuten 5

- 10 909816/0103

gleicher Größe angebracht, die der Ölabfuhr während des Schaltvorganges dienen. Drei Nasen 7, die um 120° versetzt auf dem Ringkörper 2 angeordnet, sind, dienen der Sperrung des Synchronisierringes.

In dem in Pig. 3 gezeigten vergrößerten Schnitt durch einen Teil des Synchronisierringes 1 ist die Lage einer Nut 5 deutlicher erkennbar. Der Reibbelag 3 ist auf den Ringkörper 2 aufgeklebt. Im Ringkörper ? sind an den entsprechenden Stellen Vertiefungen 8 angebracht, in die die den Reibbelagnuten 5 gegenüberliegenden Auswölbungen eingedrückt v/erden.

In Fig. 4 ist eine Nut 5 im Querschnitt gezeigt. Der Ringkörper ? ist mit den Vertiefungen 8 versehen, die in ihrer Lage und Ausbildung den Ölabstreif nuten 5 des Re ib"-belages 3 entsprechen. Der Reibbelag 3 hat eine Stärke von d = 0,8 mm. Er ist norÖ3 (ca. 30 bis 50^), so daß er Öl aufnehnen und abgeben kann j je nach dem auf ihn wirkenden Druck. Die Nut 5 X3t scharfkantig ausgebildet, um ein gutes Abstreifen des Öls zu erreichen.

In den Pig. 5 und 6 sind zwei Querschnitte durch Nutstellen des Synchronisierringes 1 gezeigt, die dem Schnitt gemäß Pig. 4 entsprechen. Jedoch ist der Ringkörper 2 ohne vorgefertigte Vertiefungen 8 und die Nuten 5 werden lediglich durch entsprechende Ausbildung des Reibbelages 3 an den diesbezüglichen Stellen erreicht. So ist in der Fig. 5 der Reibbelag 3 auf die glatte konische Innenfläche des Ringkörpers 2 aufgeklebt und mit den Ölabstreifnuten 5 versehen. Der Synchronisierring 1

909816/0103

27U994

gemäß Pig. 6 dagegen hat lediglich eine Ölabfuhrnut 9 auf dem gesamten Innenumfang des Reibbelages 3, die dadurch gebildet wird, daß die Enden 10 und 11 des Reibbelages 3 mit Abstand voneinander angebracht werden.

9098 16/0103

Claims

2744334

Ansprüche

i1» Synchronisierring für eine Getriebesynohronisierung bei Zahnkupplungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisierring (1) aus einem Ringkörper (2) aua Metall oder Kunststoff, vorzugsweise aus e inem spanlos gefertigten, insbesondere gesinterten Metall, und einem Reibbelag (3) von auf organischer Grundlage gebildetem Reibmaterial besteht, wobei der Reibbelag (3) mit einem vorgefertigten Ringkörper (2) durch Kleben verbunden ist und einen Reibwert/t- von größer als 0,10 hat.
2. Synchronisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag (3) auf Papierbasis hergestellt ist, wobei das Papier aus Zellulosefasern und/oder synthetischen Fasern mit Baumwollfasern, Asbestfasern und/oder Mineral- und Metallfasern und Füllmaterialien besteht, mit Kunstharz getränkt ist und eine rauhe und poröse Oberfläche aufweist.
3. Synohronisierring naoh Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag (3) eine Stärke (d) von 0,2 bis 1,2 mm, vorzugsweise von 0,4 bis 0,8 mm, hat.
4· Synohronisierring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, daduroh gekennzeichnet, daß der Reibbelag (3) porös und elastisch ist.
5. Synchronisierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag (3) vorzugsweise axial ausgerichtete Nuten (5) zur Ölabfuhr hat.

- 2 909816/0103
6. Synchronisierring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch .gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Umfangsenden (10, 11) des Reibbelages (3) mit Abstand voneinander angeordnet sind und eine Nut (9) zur 01-abfuhr bilden.
7. Synchronisierring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (2) Vertiefungen (8) zur Aufnahme von Reibbelagteilen aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Synchronisierringes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (?) durch Gießen oder Sintern hergestellt wird, daß der Reibbelag (3) auf den Ringkörper (2) aufgeklebt wird und daß während des Aufklebens des Reibbelages (3) eine Kalibrierung der Reibfläche erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der K]_ebevorgang unter Anwendung von Druck und/ oder Wärme durchgeführt wird, wobei Drücke von 400 bis 1000 N/cm , vorzugsweise 600 bis 650 N/cm , und Temperaturen von 180 bis 25O⁰C, vorzugsweise 200 bis 23O⁰C, während einer Zeitdauer von 10 bis 60 Sekunden, vorzugsweise 20 bis 30 Sekunden, angewendet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (2) durch Schmieden oder durch Stanzen hergestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (2) durch Preßgießen hergestellt wird.

909816/0103
12. Verfahren räch einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet _t daß der Reibbelag (3) in vorbestimmten Abständen mit axial verlaufenden -Wüten (5) versehen wird.

13· Verfahren nach Anspruch 1?, dadurch gekenn.vrichnet daß die Nuten (5) durch stärkers KonpresBion des li bslages (3) an den entsprechenden Stellen herges werden.

« Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gp,ko_nnpoi,chnet, daß der Ringkörper (?) in vorbestimmten Abstünden mit axial verlaufenden Vertiefungen (S) vorsehen w:ird und daß Teile des Kcibbelages (3) wäl&nd dec KIeds- und/oder Kalibriervorganges in die Vertiefungen (6) den Pinrrkörpers (X) £.'nrepreli'.. ve rann.

90981 B/0103

BAD ORIGINAL