DE2834840B2 - Synchronring - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchronring aus einer Kupferlegierung, insbesondere für Kraftfahrzeugwechselgetriebe, mit einer Konusfläche, die mit einer Gegenkonusfläche an einem Schaltzahnrad als Reibkupplung zusammenwirkt, wobei die Konusfläche des Synchronrings zur Profilierung mit axial ausgerichteten ölabfuhi nuten versehen ist und die verbleibenden Konusflächenabschnitte durch einen zusätzlichen Arbeitsgang aufgerauht sind.

Beim synchronisierten Schallvorgang 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 verschiebüche 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 ein 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 CuZn 40 Al 12, CuZn 35 Al 6 Mn 4 Fe oder CuAIlOFe, während die Zahnräder üblicherweise aus vergütetem Stahl bestehen. Bei einer bekannten Ausführungsform besitzt das Zahnrad einen glaitflächigen Außenkonus, während der Innenkonus des Synchronrings mit einem freien Gewinde versehen ist. Diese »Aufrauhung« der Konusfläche des Synchronringes hat den Sinn, den Ölfilm auf dem Zahnradkonus /u durchstoßen und rasch einen Reibkontakt herzustellen. Außerdem sind in der KonusHächedes Synchronrmges Axialnuten eingearbeitet, um die ölabfuhr zu erleichtern. Zwischen zwei glattflächigcn Konusflächen wurde 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 Synchonrings für den Reibkontakt ausgenutzt werden kann und daß am Synchronring ein unzulässig hoher Verschleiß auftritt

Man ist daher schon dazu übergegangen, eine Konusfiäche 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 einer anderen bekannten Lösung (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 Reibungsverhähnisse 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.

Es ist auch schon bekannt, die Reibfläche von Synchronringen der eingangs beschriebenen Gattung durch Strahlen zu verdichten und aufzurauhen (GB-PS 8 86 844). Um auf diese Weise auf der gesamten Reibfläche einen gleichmäßigen Bearbeitungseffekt erzielen zu können, muß der Synchronring dem Stahl des Bearbeitungsmittels überall gleichmäßig ausgesetzt werden, d. h. er muß in eine Vorrichtung eingespannt und im Bearbeitungsstrahl gedreht werden. Dadurch wird dieses Verfahren verhältnismäßig aufwendig. Hinzu kommt, daß die Oberflächenstruktur nur in begrenztem Umfang scharfkantig ausgebildet werden kann, weil nachfolgend auftreffende Bearbeitungspartikel bereits geschaffene Rauhigkeiten teilweise wieder einebnen.

Das gleiche gilt auch, wenn die Reibfläche zunächst durch Strahlen aufgerauht und danach gehärtet wird (FR-PS 15 21621). Mit einem derartigen Verfahren kann die Oberflächenstruktur der Reibfläche auch nur in begrenztem Umfang beeinflußt werden; es ist zudem noch aufwendiger.

Der Erfindung 'irgt die Aufgabe zugrunde, einen Synchronring der eingangs genannten Gattung zu schaffen, dessen Reibweri nicht schlechter ist als bei Synchronriiigen mit feinem Gewinde in der Konusfläche oder mit einer aufgespritzten Molybdänschicht, dessen Verschleiljwert aber wesentlich besser ist als bei der erstgenannten Ausführungsform, d. h. vergleichbar mit den Verschleißwerten bei Synchronringeti mit Molybdänbeschichtung. Außerdem soll die Oberflächenstruktur der Reibfläche in größerem Umfang beeinflußbar und wirtschaftlicher herstellbar sein als bei den bekannten Strahlverfuhrcn.

Überraschenderweise hat sich ge/.eigt, daß diese

Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß die Aufrauhung durch Funkenerosion erzeugt ist und in punktförmigen Vertiefungen besteht. Die Konusflächenabschnitte weisen zweckmäßigerweise eine Rauhigkeit RZ von 25 bis 50 μηι auf.

Das Funkenerosionsverfahren ist an sich bekannt, es wird vorzugsweise bei der Bearbeitung harter Werkstoffe zur Formgebung angewandt, beispielsweise zur Herstellung von Bohrungen. Gewinden, Durchbrüchen verschiedenster Art und Gravuren für Preßformen und Gesenke. Das Hauptanwendungsgebiet liegt bei der Herstellung von Zieh- und Preßmatrizen, wobei es schwierig ist, die Durchtrittsöffnungen auf andere Weise herzustellen. Gelegentlich wird die funkenerosive Abtragung auch im Sinne einer Schleifbehandlung benutzt, wenn die zu bearbeitenden Oberflächen anderweitig nicht erreichbar sind. Das Funkenerosionsverfahren ist also in erster Linie für die Formgebung von Werkstücken aus hartem Material und in geringem Umfang auch zur Glättung von Werkstückoberflächen eingesetzt worden. Es war nicht vorauszusehen, daß damit auch definierte Rauhigkeiten, wie sie für die Kcnusflächen von Synchronringen gefordert werden, herstellbar sind. Auf diese Weise kann nicht nur eine Optimierung der Oberflächenrauhigkeit vorgenommen werden, das Verfahren ist auch vergleichsweise einfach und wirtschaftlich. Ein weiterer vorteilhafter Effekt dieses Verfahrens besteht darin, daß das Material der Oberfläche punktförmig aufgeschmilzt und danach wieder rasch erstarrt, wobei diese zweifache Phasenumwandlung eine Härtung der betroffenen Bereiche bewirkt. Diese Härtung ist teilweise durch die Gefügeumwandlung und teilweise durch Aufnahme von Luftsauerstoff oder anderer Elemente in den aufgeschmolzenen Bereichen bedingt.

In der folgenden Tabelle sind die Reib- und Verschleißwerte verschieden behandelter Konusflächenabschnitte von Synchronringen zusammengestellt:

Art der Oberflächenbehandlung

1) mit Gewinde

2) mit Molybdänbeschichtung

3) funkenerodiert I¹)

4) funkcnerodiert II¹)

8K)' 0,113 0.1
10^s 0.115 0,115

10' 0.115
ΙΟ' 0.098

0,097
0,08

.l.S'in;;.m - VerschlcilJbedingtc Axialverschiebung des Sychronrings auf dem /ahnradkonus bei Versuchscnde gegenüber Neu/ustand

/ ~ Anzahl der Schaltung bei Versuchsende

/ι ■- Reihwert nach 10(H) Schaltungen.

/;. Rcihweri bei Versuchsencfe.

¹I I -· Hroiiierslule 12/20 [H-), d.h. 42A/2()ms.

(Elektrode positiv.

Il luodierstulc IX/20 (-/+), d.h. 6.1 A/20 ms.

Hlektrodc negativ.

Beim Vergleich der Tabcllenwerte ist zu beachten, daß der herkömmliche, mit Gewinde versehene Synchronring unter den gewählten Versuchsbedingungen nur 8000 Schaltvorgänge gehalten hat. Danach waren die Gewindespitzen soweit verschlissen, daß keine ausreichende Reibwirkung mehr vorhanden war, um das Zahnrad auf die Drehzahl des Synchronrings zu bringen. Die Werte AS und /j des Synchronrings mit Gewinde können daher nicht zum Vergleich herangezogen werden. Sie sind auch nicht auf 10⁵ Schaltungen umzurechnen, da AS und /j 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 Axialvershiebung AS nicht allein maßgebend ist. Bei dem Synchronring mit Moiybdänbeschichtung ist AS am kleinsten. Ferner wurde hier keine Änderung des Reibwertes festgestellt. Die Werte ZlSder erfindungsgemäßen Synchronringe sind wie auch die Reibwertänderung (f\ zu fj) größer als bei Synchronringen mit Moiybdänbeschichtung. 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 auszugleichenden Drehzahlunterschiede, die Größe der zu synchronisierenden Massen sowie die geomeiiischen Verhältnisse der zusammenwirkenden Konusflächen zu berücksichtigen. Die jeweiligen Optimalwerte für Verschleiß- und Reibwert lassen sich durch Versuche ohne weiteres ermitteln.

Claims (2)

28 34 8'τΟ Patentansprüche:

1. Synchronring aus einer Kupferlegierung, insbesondere für Kraftfahrzeugwechselgetriebe, mit ^ einer Konusfläche, die mit einer Gegenkonusfläche an einem Schaltzahnrad als Reibkupplung zusammenwirkt, wobei die Konusfläche des Synchronrings zur Profilierung mit axial ausgerichteten ölabfuhrnuten versehen ist und die verbleibenden Konusflä- _Ui chenabschnitte durch einen zusätzlichen Arbeitsgang aufgerauht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufrauhung durch Funkenerosion erzeugt ist und aus punktförmig«! Vertiefungen besteht. π

2. Synchronring nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Konusflächenabschnitte eine Rauhigkeit RZ von 25 bis 50 μπι aufweisen.