DE4445898A1 - Reibpaarung für eine Synchronisiereinrichtung in Zahnräderwechselgetrieben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibpaarung für eine Synchronisiereinrich­ tung in Zahnräderwechselgetrieben, bei der zur Erzielung eines Gleich­ laufs miteinander formschlüssig kuppelbarer Antriebsmittel ein Syn­ chronring und ein Kuppelring unmittelbar oder über einen zwischen ihnen angeordneten Reibring an ihren jeweiligen kegelförmigen Reib­ flächen eine reibschlüssige Verbindung eingehen.

Bei synchronisierten Schalt- oder Wechselgetrieben in Kraftfahrzeugen wird beim Schalten das auf der Welle frei drehbare Zahnrad durch axia­ les Anpressen eines Synchronringes an einen dem Zahnrad zugeordneten Kuppelring in Gleichlauf mit der Welle gebracht, wobei die Übertragung der Kräfte von einer auf der Welle drehfesten, aber axial verschieb­ baren Schiebemuffe über eine axiale oder radiale Sperr- und/oder Mitnehmerverzahnung auf den Synchronring erfolgt. Anschließend wird das Zahnrad durch weiteres axiales Verschieben der Schiebemuffe, die dann in eine Mitnehmerverzahnung des Kuppelringes eingreift, form­ schlüssig mit der Welle verbunden. Zur Erreichung des Gleichlaufs zwischen Synchronring und Zahnrad weist der Synchronring außenkonische oder innenkonische Reibflächen auf, die beim axialen Anpressen des Synchronringes mit entsprechenden Gegenflächen am Kuppelring in Kon­ takt kommen und durch den auftretenden Reibschluß den zum Durchschal­ ten der formschlüssigen Kupplung erforderlichen Gleichlauf herstellen. Darüberhinaus kann bei einer sogenannten Doppelkonussynchronisierung zwischen diesen Reibflächen ein Reibring angeordnet sein.

Als bekannte technische Lösungen werden in Synchronisiereinrichtungen, in denen kegelförmige Reibflachen aufeinanderwirken, Reibpaarungen mit verschiedenen Gleitreibwerkstoffen verwendet, wie z. B. Sonder­ messinge, Bronzen, molybdänbeschichtete, oxydbeschichtete oder mehr­ stoffbeschichtete Oberflächen sowie Kunststoffe, die gegen eine gehär­ tete Stahlfläche reiben.

So ist beispielsweise aus der DE-OS 25 38 882 eine Synchronisiereinrichtung bekannt, deren eine Reibfläche aus einer aufgespritzten Molybdänschicht besteht, während auf die Gegenreib­ fläche eine Auflage aus manganlegiertem Kohlenstoffstahl aufgespritzt ist.

Der Nachteil derartiger Reibpaarung besteht darin, daß Sondermessinge und Bronzen sehr teure Reibflächen sind, bei oxyd- oder mehrstoff­ beschichteten Oberflächen ein hoher Fertigungsaufwand erforderlich ist, Kunststoffe eine geringe Temperatur- und Formbeständigkeit auf­ weisen, bei oxyd-, hartstoff- und molybdänbeschichteten Oberflächen ein hoher Verschleiß an der Gegenreibfläche entsteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Reibpaarung zu entwickeln, bei der während des Reibvorganges nahezu kein Verschleiß entsteht, der Gleitreibwerkstoff leicht bearbeitbar ist und geringe Materialkosten verursacht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß beide Reibpart­ ner aus einem Eisenwerkstoff mit verschleißfester Randzone bestehen.

Mit der Verwendung zweier gleichartiger Reibpartner auf Basis von Eisenwerkstoffen mit verschleißfester Oberfläche mit etwa gleicher Härte ergeben sich pro Schaltvorgang relativ geringe Verschleißraten, die die Lebensdauer der Synchronisiereinrichtung positiv beeinflussen. Die Verwendung von reinen Eisenwerkstoffen für Synchronring und Kuppelring bringt gegenüber den bekannten anderen Reibpartnern den Vorteil mit sich, daß aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls eine große Steifigkeit und eine geringe Aufweitung der Ringe unter der axialen Anpreßkraft gegeben ist. Bei gleichem Konuswinkel führt dies zu einer Verringerung der Schaltwege. Diese Werkstoffkombination weist gegenüber anderen Reibpaarungen den weiteren Vorteil auf, daß bei gleichem Werkstoffvolumen aufgrund der höheren Festigkeiten größere Kräfte übertragen werden können. Es ist weiter von Vorteil, daß aufgrund der gleichartigen Reibpartner die Recyclefähigkeit eines solchen Zahnräderwechselgetriebes steigt. Auch sind die erfindungsgemäß ver­ wendeten Gleitreibstoffe leicht bearbeitbar. Mit der beanspruchten Lösung wird erstmals eine Reibpaarung vorgestellt, deren Reibpartner beide aus einem Eisenwerkstoff mit verschleißfester Randzone bestehen und dennoch nicht festfressen. Damit wird die bisher vorherrschende Meinung, nach der die Reibflächen aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen müssen, widerlegt.

In vorteilhafter Weise ist nach Anspruch 2 vorgesehen, daß zumindest einer der Reibpartner ein hochchromhaltiger ferritischer oder austeni­ tischer Stahl mit einer mindestens 20 ′im starken karbidreichen Zone von mindestens 30 Vol.-% Karbiden ist. Die gegenüberliegende Frik­ tionsfläche kann dann beispielsweise eine normal gehärtete Stahlober­ fläche sein.

Je nach Menge der vorhandenen Legierungsbestandteile, d. h. je nach Menge von Kohlenstoff und Chrom bilden sich in der Randzone verschie­ dene Typen von Karbiden, die für die gewünschte verschleißfeste Ober­ fläche der Reibpartner sorgen. Eine bedeutsame Rolle spielen dabei die Sonderkarbide mit einer vom Zementit abweichenden Gitterstruktur und Zusammensetzung. Beispiele hierfür sind die in Stählen mit mehr als 5% Chrom auftretenden Chrommischkarbide (Cr, Fe)₇C₃ und (Cr, Fe)₂₃C₆.

Aus Anspruch 3 geht hervor, daß als austenitischer Werkstoff ein Stahl der Marke X 5 CrNi 1810 und als ein ferritischer Werkstoff ein Stahl der Marke X 46 Cr13 oder X 6 Cr17 eingesetzt werden, die einer Aufkoh­ lung und Nitrierung, einer Nitrierung oder einer Nitrocarburierung unterworfen werden. Der Sinn und Zweck dieser thermischen Behandlungs­ verfahren liegt darin, die Verteilung der Legierungselemente Kohlen­ stoff und Stickstoff gezielt zu beeinflussen, um die in Anspruch 2 beschriebene Gefügezusammensetzung zu erzielen. Dies erfolgt durch Ein lagern von Kohlenstoff und/oder Stickstoff, wobei die beiden Legie­ rungselemente einzeln, nacheinander oder gleichzeitig in die Stahl­ oberfläche eingelagert werden. Durch die Wechselwirkung zwischen Chrom, Kohlenstoff, Stickstoff und Eisen entstehen in der Randschicht die die Härte und Verschleißfähigkeit steigernden Verbindung Karbide, Nitride, Karbonitride und Chrommischkarbide.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die einzige Figur zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine Synchronisiereinrichtung.

Nach der einzigen Figur ist ein abschnittsweise dargestellter Syn­ chronring mit 1 und ein ebenfalls abschnittsweise dargestellter Kuppelring mit 2 bezeichnet. Der Synchronring 1 ist radial mit einer Mitnehmerverzahnung 3 versehen, über die er über eine nicht darge­ stellte Schiebemuffe mit einer Welle drehfest, aber axial verschieb­ lich verbunden ist. In die radial Mitnehmerverzahnung 4 des Kuppel­ ringes 2 greift eine ihr entsprechende Verzahnung der Schiebemuffe zur formschlüssigen Verbindung von Welle und Kuppelring 2. Den zum form­ schlüssigen Verbinden erforderlichen Gleichlauf zwischen Synchronring 1 und Kuppelring 2 stellt eine Konuskupplung her, d. h. der Synchron­ ring 1 ist mit einem Innenkonus und der Kuppelring 2 mit einem Außen­ konus versehen, die die entsprechenden Reibflächen 5 und 6 besitzen.

Sowohl ein Synchronring 1 als auch ein Kuppelring 2 wurden aus einem austenitischen Stahl der Marke X 5 CrNi 1810 hergestellt, d. h. der Stahl enthielt 0,05% Kohlenstoff, 18% Chrom und 10% Nickel. Beide Bauteile wurden bei 1050 C° in einer sauerstofffreien Atmosphäre, die CH₄, C₃H₈ und N enthielt, aufgekohlt, so daß der Kohlenstoffgehalt in der oberflächennahen Werkstoffschicht der beiden Ringe 1, 2 ca. 4% beträgt. Durch diese Wärmebehandlung entsteht in der oberflächennahen Schicht eine Chrommischkarbidzone von etwa 50 µm Stärke mit einer hohen Verschleißfestigkeit, so daß zwischen beiden Teilen der Syn­ chronisiereinrichtung ein nur geringer abrasiver Verschleiß der Reib­ paarung eintritt und somit eine lange Lebensdauer der Synchronisier­ einrichtung gegeben ist. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist die beträchtliche Steigerung der Dauerfestigkeit durch die verwendeten Eisenwerkstoffe und der geringe Maßverzug durch die Wärmebehandlung, da keine Abschreckung erfolgt. Auch ist in diesem Zusammenhang das gute Dämpfungsverhalten austenitischer Werkstoffe zu erwähnen.

Bezugszeichenliste

1 Synchronisierring
2 Kuppelring
3 Mitnehmerverzahnung
4 Mitnehmerverzahnung
5 Reibfläche
6 Reibfläche.

Claims (3)

1. Reibpaarung für eine Synchronisiereinrichtung in Zahnräderwechsel­ getrieben, bei der zur Erzielung eines Gleichlaufs miteinander form­ schlüssig kuppelbarer Antriebsmittel ein Synchronring (1) und ein Kuppelring (2) unmittelbar oder über einen zwischen ihnen angeordneten Reibring an ihren jeweils kegelförmigen Reibflächen (5, 6) eine reib­ schlüssige Verbindung eingehen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Reibpartner aus einem Eisenwerkstoff mit verschleißfester Randzone bestehen.

2. Reibpaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Reibpartner ein hochchromhaltiger ferritischer oder austeni­ tischer Stahl mit einer mindestens 20 µm starken karbidreichen Zone mit mindestens 30 Vol.-% Karbiden ist.

3. Reibpaarung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als auste­ nitischer Werkstoff ein Stahl der Marke X 5 CrNi 1810 und als ein ferritischer Werkstoff ein Stahl der Marke X 46 Cr13 oder X 6 Cr17 eingesetzt werden, die einer Aufkohlung und Nitrierung, einer Nitrie­ rung oder einer Nitrocarburierung unterworfen werden.