DE4445898A1 - Friction pairing for a synchronizer in gear change transmissions - Google Patents
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Abstract
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.The invention relates to a friction pairing for a synchronizing device tion in gear change transmissions, in order to achieve the same drive means that can be positively coupled to one another are syn chronring and a dome ring directly or via an between arranged friction ring on their respective conical friction establish a frictional connection.
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.With synchronized manual or change gearboxes in motor vehicles When shifting, the gear wheel that can be freely rotated by axia les pressing a synchronizer ring on a gear assigned Dome ring synchronized with the shaft, making the transmission the forces of one on the shaft non-rotatably, but axially barely sliding sleeve via an axial or radial locking and / or Driver teeth on the synchronizer ring. Then will the gearwheel by further axial displacement of the sliding sleeve then engages in a driver toothing of the coupling ring, form conclusively connected to the shaft. To achieve synchronism between the synchronizer ring and the gearwheel, the synchronizer ring has external cones or conical friction surfaces on the axial pressing of the Synchronizer ring with corresponding counter surfaces on the dome ring in con come tact and through the occurring frictional connection to the scarf Establish the synchronism required for the positive coupling. In addition, with a so-called double cone synchronization a friction ring can be arranged between these friction surfaces.
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.As known technical solutions in synchronization devices, in which conical friction surfaces interact, friction pairings used with various sliding friction materials, such as. B. Special brass, bronze, molybdenum coated, oxide coated or more fabric-coated surfaces as well as plastics that are resistant to Rub the steel surface.
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.For example, from DE-OS 25 38 882 a synchronizer known, the one friction surface from a sprayed on molybdenum layer while on the counter friction surface of a mangled carbon steel overlay is.
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.The disadvantage of such friction pairing is that special brasses and bronzes are very expensive friction surfaces with oxide or multi-substance coated surfaces require a high manufacturing effort is, plastics have a low temperature and dimensional stability exhibit, with oxide, hard material and molybdenum coated surfaces there is a high wear on the counter friction surface.
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.The invention is therefore based on the object of a friction pairing develop, with almost no wear during the rubbing process arises, the sliding friction material is easy to machine and low Material costs caused.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß beide Reibpart ner aus einem Eisenwerkstoff mit verschleißfester Randzone bestehen.According to the invention this object is achieved in that both friction part ner made of an iron material with a wear-resistant edge zone.
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.With the use of two similar friction partners based on Iron materials with a wear-resistant surface with approximately the same Hardness results in relatively low wear rates per switching operation, that positively affect the life of the synchronizer. The use of pure iron materials for synchronizer ring and Dome ring brings the compared to the known other friction partners Advantage with it that due to the high modulus of elasticity a large Stiffness and a slight expansion of the rings under the axial Contact pressure is given. With the same cone angle, this leads to a Reduction of the switching paths. This combination of materials points other friction pairings have the further advantage that at the same Material volume due to the higher strength greater forces can be transferred. It is also advantageous that due to the similar friction partner the recyclability of such Gear change gear increases. The ver according to the invention applied sliding lubricants easily workable. With the claimed The solution is presented for the first time, a friction pair, its friction partner both consist of an iron material with a wear-resistant edge zone and still not seize. This will be the prevailing so far Opinion, according to which the friction surfaces are made of different materials must exist, refuted.
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.It is advantageously provided according to claim 2 that at least one of the friction partners is a high-chromium ferritic or austenite table steel with at least 20 ′ in the strong carbide-rich zone of at least 30 vol% carbides. The opposite Frik then a normal hardened steel surface be area.
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.Depending on the amount of alloy components present, i.e. H. depending on The amount of carbon and chromium forms differently in the peripheral zone The types of carbides that are required for the desired wear-resistant surface area of the friction partners. The play an important role in this Special carbides with a lattice structure different from the cementite and Composition. Examples of this are those in steels with more than 5% chromium mixed carbides (Cr, Fe) ₇C₃ and (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.From claim 3 it appears that a steel as an austenitic material the brand X 5 CrNi 1810 and as a ferritic material a steel the brand X 46 Cr13 or X 6 Cr17 can be used, the one carb and nitriding, nitriding or nitrocarburizing be subjected. The purpose of this thermal treatment The procedure is to distribute the alloying elements of coal To influence substance and nitrogen in a targeted manner in order to to achieve the structure described. This is done by A store of carbon and / or nitrogen, the two alloy in the steel individually, one after the other or simultaneously surface to be stored. By the interaction between Chromium, carbon, nitrogen and iron are created in the outer layer the carbide compound, which increases hardness and wear resistance, Nitrides, carbonitrides and mixed chromium carbides.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die einzige Figur zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine Synchronisiereinrichtung.The invention is explained below using an exemplary embodiment. The single figure shows a partial longitudinal section through a Synchronizer.
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.According to the single figure, a synchronous ring shown in sections is denoted by 1 and a dome ring also shown in sections by 2. The synchronizer ring 1 is provided radially with driver teeth 3 , via which it is connected via a sliding sleeve, not shown, to a shaft in a rotationally fixed but axially displaceable manner. In the radial drive toothing 4 of the dome ring 2 engages a corresponding toothing of the sliding sleeve for the positive connection of the shaft and coupling ring 2nd The synchronism between synchronizer ring 1 and coupling ring 2 required for positive connection produces a cone clutch, ie the synchronizer ring 1 is provided with an inner cone and the coupling ring 2 with an outer cone, which have the corresponding friction surfaces 5 and 6 .
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.Both a synchronizer ring 1 and a dome ring 2 were made from an austenitic steel of the brand X 5 CrNi 1810, ie the steel contained 0.05% carbon, 18% chromium and 10% nickel. Both components were carburized at 1050 C ° in an oxygen-free atmosphere, which contained CH₄, C₃H₈ and N, so that the carbon content in the near-surface material layer of the two rings 1 , 2 is approximately 4%. This heat treatment creates a chrome mixed carbide zone of about 50 microns thick in the near-surface layer with a high wear resistance, so that between the two parts of the synchronizing device there is only a slight abrasive wear of the friction pairing and thus a long service life of the synchronizing device is given. Another advantage of this solution is the considerable increase in fatigue strength due to the iron materials used and the low dimensional distortion due to the heat treatment, since there is no quenching. The good damping behavior of austenitic materials should also be mentioned in this context.
BezugszeichenlisteReference list
1 Synchronisierring
2 Kuppelring
3 Mitnehmerverzahnung
4 Mitnehmerverzahnung
5 Reibfläche
6 Reibfläche. 1 synchronization ring
2 dome ring
3 drive teeth
4 drive teeth
5 friction surface
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