DE4240157A1

DE4240157A1 - Synchronisierring mit einer Spritzbeschichtung aus einem verschleißbeständigen Messingmaterial

Info

Publication number: DE4240157A1
Application number: DE4240157A
Authority: DE
Inventors: Kunio Nakashima; Wataru Aygo; Kazuyuki Inagaki; Masao Hosoda
Original assignee: Chuetsu Metal Works Co Ltd
Current assignee: Chuetsu Metal Works Co Ltd
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 1994-06-01
Also published as: US5326646A

Description

Die Erfindung betrifft einen Synchronisierring, der zur Verwendung in Getrieben von Fahrzeugen geeignet ist, die hohe Drehmomente erfordern.

Wie aus der Technik bekannt ist, sind Synchronisierringe üblicherweise ausschließlich unter Verwendung einer ver schleißbeständigen Kupferlegierung hergestellt worden. Bei Getrieben von Fahrzeugen, wie etwa großen Fahrzeugen oder Sportwagen, die hohe Leistung und hohes Drehmoment erfor dern, ist der Synchronisierring hergestellt worden, indem ein Synchronisierringkörper aus einem Eisenmaterial herge stellt wird und ein verschleißbeständiger Film oder eine entsprechende Schicht auf der Oberfläche des Gleitbereichs des Ringkörpers ausgebildet wird. Dadurch wird dem Gleitbe reich des Synchronisierringes eine hohe Verschleißbestän digkeit verliehen. Dies ist in der folgenden Art und Weise realisiert worden.

1. Mo, von dem bekannt ist, daß es eine hohe Verschleißbe ständigkeit besitzt, wird im Gleitbereich durch Spritzbe schichtung aufgebracht.
2. Eine Mischung aus einer verschleißbeständigen Alumini umlegierung und Mo wird im Gleitbe reich als Spritzbe schichtung aufgebracht.
3. Ein verschleißbeständiges Teil wird mechanisch oder durch Schweißen an den Gleitbereich gebunden.

Das Mo-Spritzbeschichtungsverfahren ist bisher in großem Umfange bei großen Fahrzeugen angewendet worden. Mo ist jedoch sehr teuer, was zu hohen Produktionskosten des Ringartikels führt.

Das Aufbringen einer Spritzbeschichtung aus einer Mischung aus einer verschleißbeständigen Aluminiumlegierung und Mo ist gegenwärtig ebenfalls bei einigen Synchronisierringen angewendet worden. Dies deshalb, weil Si, das in der ver schleißbeständigen Aluminiumlegierung enthalten ist, dafür verantwortlich ist, die Benetzbarkeit mit einem Matrixkör per bei Spritzbeschichtung zu behindern, wodurch die Bin defestigkeit des aufgebrachten Filmes verringert wird. Tatsächlich sind nur begrenzte Anwendungen möglich, von Ausnahme mit großen Fahrzeugen.

Wenn verschleißbeständige Teile mechanisch oder durch Schweißen gebunden werden, besitzt das verschleißbeständi ge Teil eine Gleitoberfläche, die in der Form eines Ringes ausgebildet und in einen Synchronisierringkörper einge setzt wird. Danach kann das Teil mit einem Stift fixiert werden. Alternativ kann das Teil einem komplizierten Ver fahren aus einer Kombination von Schrumpfpassung, Kaltpas sung und Elektronenstrahlschweißung unterworfen werden. Die Herstellung wird damit sehr kompliziert. Zusätzlich ist mit einer zusätzlichen Anzahl von Zusammenbauschritten eine steigende Zahl von Teilen erforderlich, was zu einem Nachteil vom Standpunkt der Herstellungskosten führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Syn chronisierring bereitzustellen, bei dem ein preiswertes, verschleißbeständiges Material zum Einsatz kommt, das eine hohe Verschleißbeständigkeit und eine stabile Bindefestig keit sicherstellt, wenn es als ein Film auf die Gleit oberfläche eines Ringkörpers als Spritzbeschichtung aufge bracht wird.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Synchroni sierring bereitzustellen, der einen metallisierten, ver schleißbeständigen Film aufweist, der durch ein einfaches Spritzbeschichtungsverfahren auf dem Gleitbereich ausge bildet wird, wodurch der Ring hohen Belastungen widerste hen kann, wenn er in Getrieben von Fahrzeugen eingesetzt wird, die hohe Leistung und hohes Drehmoment erfordern.

Die obigen Aufgaben können erfindungsgemäß durch einen Synchronisierring gelöst werden, der einen Ringkörper mit einem Gleitbereich und einem direkt als Spritzbeschichtung aufgebrachten, verschleißbeständigen Film umfaßt, der auf einer Oberfläche des Gleitbereichs ausgebildet ist, wobei der Film aus einer verschleißbeständigen Messinglegierung hergestellt ist, die Cu, Zn und wenigstens ein Element umfaßt das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Al, Mn, Fe, Ni, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr und Mo besteht.

Vorzugsweise wird Mo der verschleißbeständigen Legierung in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Legie rung, zugesetzt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Aus führungsbeispieles, das anhand der beiliegenden Zeichnun gen näher erläutert werden soll. Dabei zeigt:

Fig. eine schematische Draufsicht auf eine Aus führungsform des erfindungsgemäßen Synchro nisierrings;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine ande re Ausführungsform des erfindungsgemäßen Synchronisierrings; und

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 3.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2, ist in diesen Figuren ein Synchronisierring R gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Ring R ist ein solcher mit Innengleitung, bei dem der Ring auf einem Ge triebekonus entlang des inneren Umfang gleitet. Der Ring R besitzt einen Synchronisierringkörper 1 und einen ver schleißbeständigen Film 5 auf der Oberfläche des Innenum fangs der als Gleitbereich dient. Der Synchronisierring körper ist z. B. aus einem Eisenmaterial, wie etwa JIS G4052 SCM435H, einem Kupfermaterial, wie etwa JIS H3250 C6783, einem Aluminiummaterial, wie etwa JTS H4040 6063, oder dergleichen hergestellt. Der Ringkörper 1 wird durch Warmumformung des Materials bei einer Umformtemperatur von 1000°C, thermische Behandlungen (Aufkohlen und Abschreck härten) und Maschinenbearbeitung (Drehen, Polieren, etc.) hergestellt. Der verschleißbeständige Film 5 wird durch direktes Aufspritzen eines verschleißbeständigen Messing materials ausgebildet.

Die verschleißbeständige Messinglegierung, die erfindungs gemäß verwendet wird, umfaßt Cu, Zn und wenigstens ein Element, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Al, Mn, EP, Ni, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr und Mo besteht. Vor zugsweise umfaßt die Messinglegierung 50 bis 80 Gew.-% Cu, 20 bis 45 Gew.-% Zn und 0,1 bis 10 Gew.-% des wenigstens einen Elementes. Bevorzugt ist das wenigstens ein Element M, Mo oder Fe.

Die Messinglegierung besitzt eine Struktur, die aus einer Matrix und einer intermetallischen Verbindung besteht, die härter als die Matrix ist. Die Matrixstruktur besteht aus einer α+β-Phase, αβ-Phase oder αβ+γ-Phase. Die intermetal lische Verbindung besitzt eine Mikro-Vickers-Härte, die nicht unter 300 liegt. Wenn die Messinglegierung direkt auf den Gleitbereich des Ringes als Spritzbeschichtung aufgebracht wird, wird der resultierende Film sehr hart und verschleißbeständig. Das hier eingesetzte direkte Spritzbeschichten bedeutet ein übliches Spritzbeschich tungsverfahren, wie etwa eine Ultraschallspritzbeschich tung unter Verwendung eines mit Sauerstoffgas vermischten Brennstoffgases, ein Metallisierungsverfahren oder eine Plasmaspritzbeschichtung.

Die Messinglegierung für die Spritzbeschichtung enthält nicht immer Si. Wenn es vorhanden ist, ist der Gehalt an Si sehr gering. Demgemäß wird die Benetzbarkeit mit dem Ringkörper nicht behindert und eine stabile Bindefestig keit des verschleißbeständigen Filmes erreicht.

Mo wird der Messinglegierung vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Messinglegierung, zugesetzt. Wenn Mo zugesetzt wird, sind die Verschleißbe ständigkeit und die Bindefestigkeit weiter verbessert. Wenn jedoch der Gehalt geringer als 1 Gew.-% ist, wird die verbessernde Wirkung nicht erwartet. Wenn im Gegenteil der Gehalt. 50 Gew.-% überschreitet, wird keine weitere Verbes serung erwartet. Dies ist der Grund dafür, daß der Gehalt von Mo im Bereich von 1 bis 50 Gew.-% liegt.

Fig. 3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfin dung. Der Synchronisierring R dieser Ausführungsform ist einer mit Außengleitung, wobei der Ring in Gleitkontakt mit einer Kegelhülse an seinem Außenumfang steht. Demgemäß weist, der Synchronisierringkörper 1 den verschleißbestän digen Film 5 am Außenumfang des Körpers 1 auf, wie in den Figs. 3 und 4 dargestellt.

Beispiele

Verschleißbeständige Messinglegierungen mit Zusammenset zungen, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind, wurden herge stellt. Tatsächlich wurden die Legierungen mit den Nummern 1, 3, 5, 6 und 7 verwendet und die Legierung mit den Num mern 2 und 4 sind in Tabelle 1 nur zur Veranschaulichungs zwecken angeführt.

Tabelle 1

Erfindungsgemäße Messinglegierung (Gew.-%)

Synchronisierringkörper, wie in den Fig. 1 und 2 darge stellt, wurden unter Verwendung eines JIS G4052 SCM435H- Materials hergestellt, indem das Material einer Warmumfor mung bei einer Temperatur von 1000°C, Aufkohlung und Ab schreckhärtung und Drehen, maschinellem Bearbeiten und Polieren unterworfen wurde (Innendurchmesser 66 mm).

Die Messinglegierungen mit den Nummern 1, 3, 5, 6 und 7, mit und ohne Zusatz von Mo, wurden verwendet, um die Spritzbeschichtungen (z. B. durch Ultraschallspritzbe schichtung unter Verwendung eines mit Sauerstoffgas ver mischten Brennstoffgases) der entsprechenden Legierungen auf der Oberfläche des Innenumfangs des Ringes als ver schleißbeständigen Film auszubilden, wodurch Synchroni sierringe nach der Erfindung und zu Vergleichszwecken er halten wurden. Die entsprechenden Ringe wurden Verschleiß beständigkeits- und Bindefestigkeitstests unterzogen. Die Testbedingungen für die Verschleißbeständigkeit sind in Tabelle 2 unten angegeben, wobei der verschleißbeständige Film in einer Dicke von 100 µm ausgebildet wurde.

Tabelle 2

Verschleißbeständigkeitstestbedingungen

Die Bindefestigkeit wurde mit einem Zugversuch des gebun denen Teils gemäß dem Verfahren nach ASTMC633 bestimmt.

Die Ergebnisse beider Tests sind in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.

Tabelle 3

Ergebnisse des Verschleißbeständigkeitstests

Tabelle 4

Ergebnisse des Bindefestigkeitstest

1) Bei Vergleich zwischen den Ringen mit den Nummern 1 und 13 und auch zwischen den Nummern 4 und 14 von Tabelle 3 kann man sehen, daß der durch Spritzbeschichtung aufge brachte Film der Legierung besser in der Verschleißbestän digkeit ist als der ausschließlich aus der Legierung her gestellte Ring.
2) Beim Vergleich mit den Spritzbeschichtungen nach dem Stand der Technik mit Mo (Legierung Nr. 11 von Tabelle 3 und Legierung Nr. 13a von Tabelle 4) und mit den Spritzbe schichtungen nach dem Stand der Technik mit 15 Gew.-% Si- Al-Legierung und 50 Gew.-% Mo (Legierung Nr. 12 von Tabel le 3 und Nr. 14a von Tabelle 4) werden mit der vorliegen den Erfindung bessere Ergebnisse im Hinblick auf die Bin defestigkeit und Verschleißbeständigkeit erhalten.
3) Wenn Mo in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-% zugesetzt wird, sind sowohl die Verschleibeständigkeit als auch die Bindefestigkeit signifikant verbessert. Wenn jedoch der Gehalt 50 Gew.-% übersteigt, wird eine weitere Ver besserung nicht erwartet.
4) Die Verschleißbeständigkeit von spritzbeschichteten Synchronisierringen hängt in großem Umfang von der Art der Spritzbeschichtungslegierung ab.
5) Wenn Mo zur Spritzbeschichtungslegierung zugesetzt wird, wie etwa z. B. bei Legierung Nr. 6 von Tabelle 2, die im Hinblick auf die Verschleißbeständigkeit nicht so gut ist, kann die Verschleißbeständigkeit verbessert werden.

Wie aus dem vorstehenden deutlich werden wird, besitzt der Synchronisierring der Erfindung mit einem auf dem Gleitbe reich ausgebildeten verschleißbeständigen Film nicht nur eine gute Verschleißbeständigkeit, sondern auch eine gute Bindefestigkeit. Der verschleißbeständige Film kann durch ein einfaches Spritzbeschichtungsverfahren ausgebildet werden und preiswerte Synchronisierringe können auf diese Art und Weise erhalten werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprü chen und den beiliegenden Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

1. Synchronisierring, der einen Ringkörper mit einem Gleitbereich und einen durch direkte Spritzbeschichtung aufgebrachten, verschleißbeständigen Film umfaßt, der auf der Oberfläche des Gleitbereichs ausgebildet ist, wobei der Film aus einer verschleißbeständigen Messinglegierung besteht, die Cu, Zn und wenigstens ein Element umfaßt, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Al, Mn, Fe, Ni, Si, Co, Cr, Ti, Nb, V, Zr und No besteht.

2. Synchronisierring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Legierung 50 bis 80 Gew.-% Cu, 20 bis 45 Gew.-% Zn und 0,1 bis 10 Gew.-% des wenigstens einen Elementes umfaßt.

3. Synchronisierring nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Mo in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Legierung, zugesetzt ist.

4. Synchronisierring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißbeständige Film auf der Oberfläche des Innenumfangs des Ringes ausgebildet ist.

5. Synchronisierring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißbeständige Film auf der Oberfläche des Außenumfangs des Ringes ausgebildet ist.