-
-
Synchronring
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchronring aus einer Kupferlegierung,
insbesondere für Kraftfahrzeugwechselgetriebe, mit einer Konusfläche, die mit einer
Gegenkonsufläche an einem Schaltzahnrad ala Reinbkupplung zusammenwirkt.
-
Beim synchronisierten Schaltvorgang werden die angewählten Zahnräder
durch Reibkontakt mit sogenannten Synchron-oder Gleichlaufringen zunächst auf die
Drehzahl der Antriebswelle beschleunigt oder verzögert, bevor sie über eine axial
verschiebliche Schaltmuffe und Kupplungsverzahnungen mit der Welle drehfest verbunden
werden.
-
Der Reibkontakt wird im allgemeinen in der Weise hergestellt, daß
Konusflächen am Zahnrad und Synchronring
durch geringfügige Axialverschiebung
des letzteren miteinander in Berührung gebracht werden. Für die Ausgestaltung der
Konusflächen bestehen gegensätzliche Forderungen. Einerseits soll durch möglichst
große Reibwerte eine rasche Drehzahlangleichung und damit ein zügiges Durchschalten
ermöglicht werden. Andererseits wird eine hohe Lebensdauer, d.h. ein möglichst geringer
Verschleiß an den Konusflächen angestrebt. Beiden Forderungen zu genügen wird um
so schwieriger, je größer der auszugleichende Drehzahlunterschied und je größer
die leistungsabhängige, zu kuppelnde, rotierende Masse ist. Ferner ist zu berücksichtigen,
daß die Konusflächen aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen müssen, um ein Festfressen
zu vermeiden.
-
Vielfach bestehen die Synchronringe aus Kupferlegierungen, beispielsweise
aus CuZn40A12, CuZn35A16Mn4Fe oder CuAllOFe, während die Zahnräder üblicherweise
aus vergütetem Stahl bestehen. Bei einer bekannten Ausführungsform besitzt das Zahnrad
einen glattflächigen Außenkonus, während der Innenkonus des Synchronrings mit einem
feinen Gewinde versehen ist. Diese "Aufrauhung" der Konusfläche des Synchronringes
hat den Sinn, den Öffilm auf dem Zahnradkonus zu durchstoßen und rasch einen Reibkontakt
herzustellen. Außerdem sind in der Konusfläche des Synchronringes Axialnuten eingearbeitet,
um die Ölabfuhr zu erleichtern. Zwischen zwei glattflächigen Konusflächen würde
ein Reibkontakt überhaupt nicht oder nur mit sehr großer Schaltkraft hergestellt
werden können, weil das Öl nicht verdrängt werden könnte und einen hydrodynamischen
Schmierfilm mit entsprechendem Druckaufbau ergeben würde.
-
Diese bekannte Ausführungsform hat jedoch den Nachteil, daß nur ein
verhältnismäßig kleiner Flächenanteil des
Synchronrings für den
Reibkontakt ausgenutzt werden kann und daß am Synchronning ein unzulässig hoher
Verschleiß auftritt.
-
an ist daher schon dazu übergegangen, eine Konusfläche durch Aufspritzen
von Molybdän mit einer verschleißfesten Schicht zu versehen und die Gegenkonusfläche
zusätzlich zu härten. Um Schwierigkeiten beim Härten zu vermeiden, ist auch schon
vorgeschlagen worden, auf den Gegenkonus eine Auflage aus manganlegiertem Kohlenstoffstahl
aufzuspritzen (DE-OS 25 38 882). Auf diesem Wege konnten zwar die Reibungs- und
Verschleißwerte verbessert werden, er ist aber vergleichsweise aufwendig und verteuert
die in großen Stückzahlen benötigten Bauteile ganz erheblich.
-
Nach einem anderen Vorschlag (DE-OS 24 21 963) soll auf der konischen
Gegenreibfläche des zu kuppelnden Zahnrades ein aus mehreren Windungen bestehender
konisch gewickelter, federnder Servoring angeordnet werden, dessen beide Windungsenden
sich in einer axialen Nut des Zahnrades gegen radiales Verdrehen abstützen. Dieser
Servoring dient insbesondere zur Verbesserung der Rib'gsverh-'1tnisse und damit
zur Beschleunigung des Synchronisationsvorgangs. Eine Verbesserung der Lebensdauer
des Bauteils aus weicherem Werkstoff wird dadurch kaum erreicht. Hinzu kommt die
Gefahr, daß der aus Federstahl bestehende Servoring bricht, so daß die Synchronisationseinrichtung
unbrauchbar ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Synchronring vorzuschlagen,
dessen Reibwert nicht schlechter ist als bei Synchronringen mit feinem Gewinde in
der Konusfläche oder mit einer aufgespritzten Molybdänschicht,
essen
Verschleißwert aber wesentlich besser ist als bei der erstgenannten Ausführungsform,
d.h. vergleichbar mit den Verscheißwerten bei Synchronring mit Molybdänbeschichtung.
Ferner ist zu fordern, daß die Reib- und Verschleißwerte wesentlich wirtschaftlicher
herzustellen sind als bei dem bekannten Metallaufspritzverfahren.
-
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe dadurch gelöst
werden kann, daß die Konusfläche des Synchronrings in an sich bekannter Weise mit
axial ausgerichteten Ölabfuhrunten versehen ist und daß in den verbleibenden Konusflächenaschnitten
durch Funkenerosion punktförmige Vertiefungen eingearbeitet sind. Die Konusflächenabschnitte
weisen zweckmäßigerweise eine Rauhigkeit RZ von 25 bis 50 µn auf.
-
- er folgenden Tabelle sind die Reib- und Verschleißwerte verschieden
behandelter Konusflächenabschnitte von Synchronringen zusammengestellt: Art der
Oberflächenbehandlung #S t f1 f2 1) mit Gewinde 154 8.10³ 0,113 0,1 2) mit Molybdänbeschichtung
130 105 0,115 0,115 3) funkenerodiert I¹) 220 105 0,115 0,097 4) funkenerodiert
II¹) 290 105 0,098 0,08 # S in um = verschleißbedingte Axialverschiebung des Synchronrings
auf dem Zahnradkonus bei Versuchsende gegenüber Neuzustand = = Anzahl der Schaltung
bei Versuchsende @ = Reibwert nach 1.000 Schaltungen @2 = Reibwert bei Versuchsende
1) I = Erodierstufe 12/20 (+/-), d.h. 42A/20ms, Elektrode positiv II = Erodierstufe
18/20 (-/+), d.h. 63A/20ms, Elektrode negativ
3ein Vergleich der
Tabellenwerte ist zu beachten, daß der herkömmliche, mit Gewinde versehene Synchronring
unter den gewählten Versuchsbedingungen nur 8.000 Schaltvorgänge gehalten hat. Danach
waren die Gewindespitzen soweit verschlissen, daß keine ausreichende Reibwirkung
mehr vorhanden war, um das Zahnrad auf die Drehzahl ces Synchronrings zu bringen.
Die Werte # S S und f2 des Synchronrings mit Gewinde können daher nicht zum Vergleich
herangezogen werden. Sie sind auch nicht auf 105 Schaltungen umzurechnen, da # S
und f2 sich nicht linear mit der Anzahl der Schaltungen ändern.
-
Demgegenüber war bei den drei anderen Synchronringen auch nach 105
Schaltungen das Reibverhalten noch einwandfrei, woraus folgt, daß die verschleißbedingte
Axialverschiebung 5 nicht allein maßgebend ist. Bei dem Synchronring mit Molybdänbeschichtung
ist a S am kleinsten. Ferner wurde hier keine Änderung des Reibwertes festgestellt.
Die erte # S der erfindungsgemäß Synchronringe sind wie auch die Reibwertänderung
(f1 zu f2) größer als bei Synchronringen mit Molybdänbeschichtung. Sie sind aber
geringer als bei Synchronringen mit Gewinde, wenngleich hier kein direkter Zahlenvergleich
vorgenommen werden kann.
-
Ein Vergleich der beiden unterschiedlich erodierten Synchronringe
zeigt, daß hinsichtlich aller drei Meßwerte noch eine Optimierung möglich ist. Dabei
sind allerdings noch andere Einflußgrößen zu beachten, wie beispielsweise Werkstoff
des Synchronrings und Härte des Zahnradkonus. Ferner sind die im konkreten Anwendungsfall
auftretenden Schaltkräfte, die Größe der aus zu gleichenden Drehzahlunterschiede,
die Größe der zu synchronisierenden Massen sowie die geometrischen
Verhältnisse
der zusammenwirkenden Konusflächen zu berücksichtigen. Die jeweiligen Optimalwerte
für Verschleiß und Reibwert lassen sich durch Versuche ohne weiteres ermitteln.
-
Die beigefügte rasterelektronenmikroskop-Aufnahme zeigt die Struktur
der Synchronring-Konusfläche nach einer Oberflächenbehandlung durch Funkenerosion
in 60-facher Vergrößerung. Dabei wird eine mit kraterförmigen Vertiefungen versehene
Konusfläche geschaffen, die hinsichtlich Reib- und Verschleißverhalten zwar nicht
ganz mit molybdänbeschichteten Flächen verglichen werden kann, die dafür aber wesentlich
wirtschaftlicher gefertigt werden kann. Nach internen Rechnungen liegen die Kosten
bei 40 bis 47 % derjenigen der Molybdänbeschichtung.