EP1520113A1 - Schaltkupplung in einem schaltgetriebe - Google Patents

Schaltkupplung in einem schaltgetriebe

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Publication number
EP1520113A1
EP1520113A1 EP03740373A EP03740373A EP1520113A1 EP 1520113 A1 EP1520113 A1 EP 1520113A1 EP 03740373 A EP03740373 A EP 03740373A EP 03740373 A EP03740373 A EP 03740373A EP 1520113 A1 EP1520113 A1 EP 1520113A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tooth profile
clutch
tooth
sleeve
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03740373A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rudolf Folk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
INA Schaeffler KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INA Schaeffler KG filed Critical INA Schaeffler KG
Publication of EP1520113A1 publication Critical patent/EP1520113A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/02—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches
    • F16D23/04—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches with an additional friction clutch
    • F16D23/06—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches with an additional friction clutch and a blocking mechanism preventing the engagement of the main clutch prior to synchronisation

Definitions

  • the invention relates to a clutch in a manual transmission for shifting at least one gear wheel with at least one clutch element rotatable about an axis of rotation of the clutch, the clutch element using at least one first tooth profile made of a metallic material, at least temporarily, for transmitting torques about the axis of rotation with at least one second tooth profile made of a metallic material is at least partially toothed in the clutch and wherein one of the two tooth profiles toothed with one another is temporarily movable in the other of the two tooth profiles toothed with one another along the axis of rotation, as a result of which friction occurs between the toothed tooth profiles.
  • Shift clutches of this type are the known shift sleeve or claw clutches, with which a gear wheel, but preferably two gear wheels, are selectively switchable in manual transmissions when changing gear. With the clutches, a releasable positive connection is generally established between a gear shaft and the selected gear. By means of the connection, the power flow in the transmission results transmitting torques from the transmission shaft to the gear wheel, or vice versa.
  • DE 198 32 729 A1 describes one of the conventional clutches of the generic type.
  • the individual coupling elements such as the gearshift sleeve, the sleeve carrier and the coupling toothing on the gearwheel, engage in one another in a form-fitting manner by means of toothing for transmitting the torques.
  • the shift sleeve is either located directly on the gear shaft or, as in the clutch according to DE 198 32 729 A1, on the sleeve carrier and is arranged in a rotationally fixed manner on the gear shaft or the sleeve carrier along the rotational axis of the clutch.
  • the gearshift sleeve engages with a tooth profile in a corresponding counter tooth profile on the gear shaft or on the sleeve carrier.
  • the flanks of the teeth of the tooth profiles are aligned along the axis of rotation.
  • the shift sleeve moves when shifting a gear, constantly guided in the counter-toothing on the sleeve carrier, along the axis of rotation until the or another tooth profile on the shift sleeve is toothed with the tooth profile of the clutch teeth.
  • the shifting forces resulting from the friction are relatively high, especially in the first hours of operation of new vehicles, since the coupling elements which are in engagement with one another or have to be brought into engagement with one another first have to work in on one another.
  • the circuit is often crocheted initially or is difficult to move. The shifting comfort is impaired.
  • Toothings, tooth profiles and teeth are to be understood as all elements such as splines, wedges, claws and serrations that are are suitable for permanent or detachable positive connections for the transmission of torques.
  • Such tooth profiles and their teeth are usually made of iron or steel, for example made of case hardening steel, and at least hardened on their surface.
  • the object of the invention is to provide a clutch with which the aforementioned disadvantages are avoided. This applies in particular to the first hours of operation of new vehicles, in which the mechanical components which are in engagement with one another are still difficult to move against one another and which therefore have to run into each other first.
  • At least one of the tooth profiles of the coupling elements in the clutch is provided with a sliding layer on the surface of the metallic material to reduce friction.
  • Layers of this type are formed permanently or in the running-in phase on at least one of the tooth profiles which are in engagement or which are to be brought into engagement with one another. Layers of this type also facilitate the running-in of the coupling elements, which are initially difficult to move relative to one another.
  • Both of the tooth profiles rubbing against one another are preferably provided with a sliding layer (s) which are identical in composition or differ in their composition.
  • the sliding layer is a metal phosphate layer.
  • Metal-phosphate layers are layers which are applied to the base material by the processes of phosphating at least on the toothing of the coupling elements, preferably on the entire coupling element. Phosphating is a chemical / electrochemical process in which thin, fine-crystalline or fine-crystalline or coarsely crystalline and water-insoluble phosphates are generated.
  • the metal-phosphate layers are firmly anchored in the metal surface of the base metal as they result from a chemical reaction with the base metal (iron or steel of the teeth) and have numerous cavities and capillaries. This property gives the phosphate layers an optimal absorption capacity for oils and solid lubricant particles. They have proven themselves as a sliding layer and connection or carrier layer.
  • Iron-phosphate layer Zinc-phosphate layer (Znph) - Zinc-calcium-phosphate layer (ZnCaph)
  • Manganese phosphate layer (Mnph) zinc iron phosphate layers (ZnFeph) or manganese iron phosphate (MnFeph)
  • Manganese phosphate layers are preferably used.
  • the actual process of phosphating can be followed by oiling with an emulsion. Such oiling is sufficient for a short-term protection against corrosion during transport and storage of the coupling elements, which creates an additional advantage.
  • Metal-phosphate layers as carrier or connecting layers; Metal-phosphate layers are also suitable for the application of solid lubricants to tribologically stressed surfaces.
  • the solid lubricants are e.g. B. used in sliding layers. These sliding layers can be modified for the respective application and lubricate without a hydrodynamic film, protect against corrosion and are resilient.
  • the mixture of solid lubricants with their binders is applied to the metal-phosphate layer as the carrier material.
  • the carrier material has a layer thickness of 1 ⁇ m to 4 ⁇ m.
  • the layer thickness of the carrier material together with the sliding layer is preferably in a range from 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the solid lubricants to be introduced are usually MoS 2 , graphite and PTFE or their mixtures. Carbides are also used in applications with extremely high loads.
  • Polytetrafluoroethylene is one of the low-friction substances with high chemical stability, the layers of which have uniform friction characteristics with a very low friction level.
  • Advantage of PTFE PTFE
  • Coatings or of layers with PTFE components also consist in that PTFE particles dissolved on the composite settle in the pores of the counter-friction surface, which is not, for example, coated, and likewise form a lubricating film there.
  • PTFE coatings have layer thicknesses of 15 to 100 ⁇ m and can also be applied as sliding layers on the carrier material of a metal phosphate layer.
  • Graphite is either added to lubricating oils and settles in the pores of the metal or the phosphate sliding layer according to the invention or is in carbon-containing sliding layers, for example by adding carbon fibers interspersed with graphite with a layer thickness of for example 1 to 4 microns on the base metal of the teeth or on the metal-phosphate carrier layer. It has a positive influence on the friction behavior and improves the running-in behavior mentioned at the beginning.
  • the carbon-based hard layer is applied to the base material of the tooth profile.
  • the carbon-based hard layer is applied to the base material of the tooth profile.
  • Layers have carbon as the main component, such as, for example, amorphous carbon (aC), hydrogen-containing carbon (aC: H) i-carbon (iC) or diamond-like carbon (DLC) and are generally produced by plasma-enhanced chemical precipitation.
  • aC amorphous carbon
  • iC hydrogen-containing carbon
  • DLC diamond-like carbon
  • Multi-layer systems with carbon-containing sliding layers The use of multi-layer systems with carbon-containing sliding layers on a layer group with at least one suitable carbon-containing sliding layer and a carrier layer on an adhesive layer connected to the metallic base material.
  • the carrier layer is the metal-phosphate layer mentioned at the beginning or specially adapted layers made of other materials can be used.
  • Molybdenum disulphide can be added to the lubricating oil as a low-friction additive and settles in the pores of the overlay or is used as a separate overlay, e.g. B. by means of lubricating varnish or as a thermosetting layer on the metal-phosphate layer formed as a carrier material or directly on the surface of the base metal of the tooth profile.
  • the MoS 2 is a component of sliding varnishes, for example. Chrome plating;
  • Chrome coatings are neutral with regard to their structure and their adhesive friction behavior up to high temperature ranges. It is advantageous to provide both friction partners with such a layer. In this way, the coefficient of friction between the
  • Chromium friction layers (preferably 99% chromium content) reduced by a considerable amount.
  • the layer thicknesses are in a range from 1 to 10 ⁇ m.
  • the chromium layers form molecular bonds with the base metal, which can hardly be destroyed even under heavy loads. They therefore offer very good wear protection.
  • Electroplated silver layers have good lubrication properties. Silver layers are a good alternative to the aforementioned lubricating layers with solids, especially at high operating temperatures in the manual transmission.
  • Nickel coatings together with hard or solid materials such as silicon carbide, PTFE or diamonds.
  • the aforementioned layers are applied in a wide variety of processes.
  • An example is his: The so-called drying process, galvanic-electrolytic or chemical-autocatalytic or in chemical electroless plating, with cathode sputtering, thermally, by spraying, by spraying with a laser beam, molten bath spraying, powder flame or wire flame spraying, electric arc or Plasma spraying, by vapor deposition (e.g. in a vacuum), in the immersion process, painting process (e.g. wet painting process).
  • the tooth profile of the shift sleeve has the sliding coating according to the invention.
  • the shift sleeve is preferably in turn seated on a shift sleeve carrier or directly on a gear shaft and then engages with the coated tooth profile either in a tooth profile on the sleeve carrier or in the gear shaft.
  • Another of the coupling elements is the sleeve carrier, whose tooth profile for the gearshift sleeve is also provided with a sliding coating.
  • Both the gearshift sleeve and the sleeve carrier are preferably provided on their intermeshing tooth profiles with sliding layers of the same or different chemical composition.
  • a sliding coating is also provided on the tooth profile of the clutch teeth.
  • Shift sleeves are also taken into account which have more than one of the tooth profiles described, for example a tooth profile for engagement in the shift sleeve carrier and a further tooth profile for engagement in the coupling toothing. Both of the tooth profiles of the formwork sleeve are preferably provided with a sliding coating.
  • FIG. 1 shows a clutch, in which the individual tooth profiles of the respective clutch elements are provided with a sliding coating according to the invention
  • FIGS. 2 to 5 show examples of designs of the individual clutch elements of the clutch according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a clutch 1 in a gearbox, not shown, with which a gear shaft 2 can be coupled to a gearwheel 3 or 4, optionally in a rotationally fixed manner.
  • the clutch 1 consists of the coupling elements 15 in the form of a sleeve carrier 5, a shift sleeve 6 and in the form of clutch discs 7 and 8.
  • the sleeve carrier 5 has a toothing 5a directed radially inwards to the axis of rotation 2a of the transmission shaft 2 or clutch 1.
  • the sleeve carrier 5 is connected in a rotationally fixed manner to the gear shaft via the toothing 5a.
  • the clutch discs 7 and 8 are each firmly connected to one of the gear wheels 3 or 4.
  • the shift sleeve 6 sits on the sleeve carrier 5 and engages with a tooth profile 6a in a corresponding tooth profile 5b on the sleeve carrier.
  • the interlocking teeth 5c and 6b of the tooth profiles 5b and 6a (FIGS. 2, 3) are aligned with their tooth flanks along the axis of rotation 2a.
  • the selector sleeve 6 is optionally movable along the axis of rotation 2a in the direction of one of the gearwheels 3 or 4 and finally engages in one of the tooth profiles 7b or 8b of the clutch teeth 7a or 8a on the clutch discs 7 or 8.
  • a synchronizing device is integrated, which is formed from synchronizer rings 9, 10, 11 and 12, 13, 14, respectively, which join the sleeve carrier 5 along the axis of rotation 2a.
  • the outer synchronizer ring 11 or 14 has a tooth profile 11a or 14a, the locking teeth 11b or 14b of which release the movement of the shift sleeve 6 directed along the axis of rotation 2a after the synchronization process.
  • the tooth profile 6a of the shift sleeve passes through the tooth profile 11a or 14a of the outer synchronizer ring 11 or 14.
  • Figure 2 shows an embodiment of the sleeve carrier 5 in an overall view with the individual teeth 5c of the tooth profile 5b.
  • the entire surface of the sleeve carrier 5, including the tooth profile 5b according to the invention, is provided with a sliding coating.
  • Figure 3 shows an embodiment of the shift sleeve 6 in an overall view with the individual teeth 6b of the tooth profile 6a.
  • the entire shift sleeve including the tooth profile 6a according to the invention is provided with a sliding layer.
  • Figure 4 shows an embodiment of the clutch discs 7 and 8 of the clutch teeth 7a and 8a with the tooth profile 7b and 8b.
  • the clutch disc 7, 8 is provided with a sliding coating.
  • Figure 5 shows an embodiment of an outer synchronizer ring 11 and 14 with the individual teeth 11 b and 14b of the tooth profiles 11 a and 14a.
  • the tooth profile 11a, 14a is provided with a sliding layer according to the invention.
  • Sleeve carrier a toothing b tooth profile c tooth

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)

Abstract

Eine Schaltkupplung (1) in einem Schaltgetriebe zum Schalten wenigstens eines Gangrades (3, 4) weist wenigstens ein Kupplungselement (15) auf, dessen Zahnprofil (5b, 6a, 7a, 8a, 11a, 14a) mit einer Gleitschicht versehen ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Schaltkupplung in einem Schaltgetπebe
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltkupplung in einem Schaltgetriebe zum Schal- ten wenigstens eines Gangrades mit zumindest einem um eine Rotationsachse der Schaltkupplung rotierbaren Kupplungselement, wobei das Kupplungselement mittels mindestens eines ersten Zahnprofils aus einem metallischen Werkstoff wenigstens zeitweise zum Übertragen von Drehmomenten um die Rotationsachse mit zumindest einem zweiten Zahnprofil aus einem metalli- sehen Werkstoff in der Schaltkupplung zumindest teilweise verzahnt ist und wobei eines der zwei miteinander verzahnten Zahnprofile vorübergehend in dem anderen der zwei miteinander verzahnten Zahnprofile längs der Rotationsachse bewegbar ist, wodurch zwischen den verzahnten Zahnprofilen Reibung entsteht.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Schaltkupplungen sind die bekannten Schaltmuffen- oder Klauenkupplungen, mit denen in handgeschalteten Getrieben bei einem Gangwechsel ein Gangrad, bevorzugt jedoch wahlweise zwei Gangräder schaltbar sind. Mit den Schaltkupplungen wird eine lösbare formschlüssige Verbindung in der Regel zwischen einer Getriebewelle und dem gewählten Gangrad hergestellt. Mittels der Verbindung werden aus dem Leistungsfluss im Getriebe resultie- rende Drehmomente von der Getriebewelle zu dem Gangrad, oder umgekehrt, übertragen.
In DE 198 32 729 A1 ist eine der üblichen Schaltkupplungen der gattungsbil- denden Art beschrieben. Die einzelnen Kupplungselemente, wie die Schaltmuffe, der Muffenträger und die Kupplungsverzahnung an dem Gangrad greifen zum Übertragen der Drehmomente mittels Verzahnungen formschlüssig ineinander. Die Schaltmuffe sitzt dabei entweder direkt auf der Getriebewelle oder wie in der Schaltkupplung nach DE 198 32 729 A1 auf dem Muffenträger und ist in Umfangsrichtung drehfest aber längs der Rotationsachse der Schaltkupplung verschiebbar auf der Getriebewelle oder dem Muffenträger angeordnet. Dazu greift die Schaltmuffe mit einem Zahnprofil in ein entsprechendes Gegenzahnprofil an der Getriebewelle oder an dem Muffenträger ein. Die Flanken der Zähne der Zahnprofile sind längs der Rotationsachse ausgerichtet. Die Schaltmuffe bewegt sich beim Schalten eines Ganges, ständig in der Gegenverzahnung an dem Muffenträger geführt, längs der Rotationsachse, bis das oder ein weiteres Zahnprofil an der Schaltmuffe mit dem Zahnprofil der Kupplungsverzahnung verzahnt ist. Während der Schaltbewegung sind Reibkräfte zwischen den Flanken der Zähne der aneinander bewegten Zahnprofile des Muffenträgers und der Schaltmuffe sowie zwischen den Flanken der ineinander spurenden Zahnprofile der Schaltmuffe und der Kupplungsverzahnung zu überwinden. Bei synchronisierten Schaltkupplungen entstehen zusätzlich Kräfte aus der Reibung an den aneinandergleitenden Flanken der Schaltmuffe und der Sperrverzahnung des äußeren Synchronringes, wenn das Zahnprofil der Schaltmuffe ein Zahnprofil der Sperrverzahnung nach dem Synchronisieren durchfährt. Die aus der Reibung resultierenden Schaltkräfte sind insbesondere in den ersten Betriebsstunden von Neufahrzeugen relativ hoch, da die miteinander im Eingriff stehenden bzw. miteinander in Eingriff zu bringenden Kupplungselemente sich erst aneinander einarbeiten müssen. Oft häkelt die Schal- tung anfangs oder ist schwergängig. Der Schaltkomfort ist beeinträchtigt.
Unter Verzahnungen, Zahnprofilen und Zähnen sind alle Elemente wie Keilprofile, Keile, Klauen und Kerbverzahnungen zu verstehen, die in Schaltkupplun- gen für dauerhafte oder lösbare formschlüssige Verbindungen zum Übertragen von Drehmomenten geeignet sind. Derartige Zahnprofile und ihre Zähne sind in der Regel aus Eisen oder Stahl, beispielsweise aus Einsatzstählen, gefertigt und zumindest an ihrer Oberfläche gehärtet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltkupplung zu schaffen mit der die vorgenannten Nachteile vermieden werden. Das gilt insbesondere für die er- sten Betriebsstunden von Neufahrzeugen, bei denen die miteinander im Eingriff stehenden mechanischen Bauteile teilweise noch schwergängig gegeneinander bewegbar sind und die sich deshalb erst aneinander einlaufen müssen.
Diese Aufgabe ist mit dem Gegenstand des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass wenigstens eines der Zahnprofile der Kupplungselemente in der Schaltkupplung mit einer Gleitschicht auf der Oberfläche des metallischen Werkstoffes zum Mindern der Reibung versehen ist. Derartige Schichten sind dauerhaft oder in der Einlaufphase an wenigstens einem der miteinander in Eingriff stehenden bzw. in Eingriff zu bringenden der Zahnprofile ausgebildet. Derartige Schichten erleichtern auch das Einlaufen der anfangs noch schwergängig gegeneinander bewegbaren Kupplungselemente. Dabei sind bevorzugt beide der gegeneinander reibenden Zahnprofile mit jeweils einer in der Zusammensetzung gleichen oder sich in ihrer Zusammensetzung voneinander unterscheidenden Gleitschicht(en) versehen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Gleitschicht eine Metall- Phosphatschicht ist. Metall-Phosphatschichten sind Schichten, die durch die Verfahren der Phosphatierung auf den Grundwerkstoff zumindest an der Ver- zahnung der Kupplungselemente, vorzugsweise auf das gesamte Kupplungselement aufgebracht werden. Die Phosphatierung ist ein chemischer/elektrochemischer Prozess, bei dem im Tauch- oder Spritzverfahren aus phosphorsauren Lösungen auf Metalloberflächen dünne, feinkristalline bzw. grobkristalline und nicht wasserlösliche Phosphate erzeugt werden. Die Metall- Phosphatschichten sind, da sie aus einer chemischen Reaktion mit dem Grundmetall (Eisen oder Stahl der Verzahnung) entstehen, in der Metalloberfläche des Grundmetalls fest verankert und weisen zahlreiche Hohlräume und Kapillaren auf. Diese Eigenschaft verleiht den Phosphatschichten ein optimales Aufnahmevermögen für Öle und feste Schmierstoffteilchen. Sie haben sich als Gleitschicht und Verbindungs- bzw. Trägerschicht bewährt. 2 bis 15 μm (bis ca. 20 μm möglich) stark werden sie als Korrosionsschutz für den Transport und die Lagerung, als Gleit- und/oder als Haftschicht für weitere Gleitschichten aufgebracht. Sie weisen feinkristallines bis grobkristallines Aussehen (je nach Verfahren) auf und verleihen dem Material die Fähigkeit Öl und Schmierstoffe aufzunehmen, wodurch ein guter Korrosionsschutz gewährleistet wird. Sie sind einsetzbar auf Kupplungselementen mit Zahnprofilen aus Eisen bzw. Stahl als Grundwerkstoff wie z. B. auf den nach DIN 17210 genormten Einsatzstählen mit beispielsweise den Bezeichnungen 16MnCr5, 20MnCr5, 15CrNi6, 18CrNi8, 41 Cr4. Es sind folgende Schichten einsetzbar:
Eisen-Phosphatschicht (Feph) Zink-Phosphatschicht (Znph) - Zinkkalzium-Phosphatschicht (ZnCaph)
Mangan-Phosphatschicht (Mnph) Zink-Eisen-Phosphatschichten (ZnFeph) oder Mangang-Eisen-Phosphat (MnFeph)
Mangan-Phosphatschichten sind bevorzugt eingesetzt. Dem eigentlichen Pro- zess des Phosphatierens kann durch eine Beölung mit Emulsion folgen. Eine derartige Beölung genügt für einen kurzzeitigen Korrosionsschutz während des Transportes und der Lagerung der Kupplungselemente, womit ein zusätzlicher Vorteil geschaffen ist.
Im weiteren werden mögliche Alternativen zu den vorbeschriebenen Metall- Phosphatschichten als Gleitschichten zum Einsatz an dem/an den Zahnpro- fil(en) als Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben: Metall-Phosphatschichten als Träger- bzw. Verbindungsschichten; Metall-Phosphatschichten eignen sich auch für das Aufbringen von festen Schmierstoffen an tribologisch beanspruchten Oberflächen. Die fe- sten Schmierstoffe sind z. B. in Gleitschichten eingesetzt. Diese Gleitschichten sind für den jeweiligen Einsatzfall modifizierbar und schmieren ohne hydrodynamischen Film, schützen vor Korrosion und sind belastbar. Auf die Metall-Phosphatschicht als Trägermaterial ist die Mischung aus festen Schmierstoffen mit ihren Bindemitteln aufgebracht. Das Trä- germaterial hat ein Schichtdicke von 1 μm bis 4 μm. Die gesamte
Schichtdicke des Trägermaterials zusammen mit der Gleitschicht liegt bevorzugt in einem Bereich von 5 μm bis 10 μm. Die einzubringenden Festschmierstoffe sind normalerweise MoS2, Grafit und PTFE oder deren Mischungen. Bei Einsatzfällen mit extrem hohen Belastungen wer- den auch Karbide verwendet.
PTFE;
Polytetrafluorethylen ist eine der reibungsärmsten Substanzen mit hoher chemischer Stabilität, deren Schichten gleichmäßige Reibcharakteristi- ken mit sehr niedrigem Reibniveau aufweisen. Vorteil der PTFE-
Beschichtungen oder von Schichten mit PTFE-Anteilen bestehen auch darin, dass sich auf dem Verbund gelöste PTFE-Teilchen in den Poren der beispielsweise nicht beschichteten Gegenreibfläche festsetzen und dort ebenfalls einen Schmierfilm bilden. PTFE-Beschichtungen weisen je nach ihrer Anwendung Schichtstärken von 15 bis100 μm auf und sind auch als Gleitschichten auf dem Trägermaterial einer Metall- Phosphatschicht auftragbar.
Grafit; Grafit wird entweder Schmierölen zugesetzt und setzt sich in den Poren des Metalls bzw. der Phosphatgleitschicht gemäß Erfindung ab oder wird in kohlenstoffhaltigen Gleitschichten beispielsweise durch Beigabe von mit Grafit durchsetzten Kohlenstofffasern mit einer Schichtdicke von beispielsweise 1 bis 4 μm auf dem Grundmetall der Verzahnung oder auf der Metall-Phosphat-Trägerschicht eingesetzt. Es beeinflusst das Reibungsverhalten positiv und verbessert das anfangs erwähnte Einlaufverhalten.
Einsatz von auf Kunststoff basierenden Gleitschichten mit Grafit.
Gleitfilme aus auf Kohlenstoff basierende harte Schichten;
Die auf Kohlenstoff basierende harte Schicht ist auf das Grundmaterial des Zahnprofils aufgebracht. Die auf Kohlenstoff basierende harten
Schichten weisen als Hauptkomponente Kohlenstoff, wie beispielsweise amorphe Kohlenstoffe (aC), wasserstoffhaltigen Kohlenstoff (aC:H) i- Kohlenstoff (iC) oder diamantartigen Kohlenstoff (DLC) auf und werden in der Regel durch plasmaverstärkt chemische Ausscheidung erzeugt.
Mehrlagige Schichtsysteme mit kohlenstoffhaltigen Gleitschichten; Der Einsatz mehrlagiger Schichtsysteme mit kohlenstoffhaltigen Gleitschichten auf einer Schichtgruppe mit wenigstens einer geeigneten kohlenstoffhaltigen Gleitschicht und einer Trägerschicht auf einer mit dem metallischen Grundwerkstoff verbundenen Haftschicht. Als Haftbzw. Trägerschicht ist die anfangs erwähnte Metall-Phosphatschicht bzw. sind speziell angepasste Schichten aus anderen Werkstoffen einsetzbar.
MoS2;
Molybdändisulfid ist als reibungsmindemder Zusatz dem Schmieröl beifügbar und setzt sich in den Poren der Gleitschicht ab oder ist als gesonderte Gleitschicht, z. B. mittels Gleitlack oder als wärmehärtende Schicht auf die als Trägermaterial ausgebildete Metall-Phosphatschicht bzw. direkt auf die Oberfläche des Grundmetalls des Zahnprofils aufbringbar. In dem zuletzt genannten Fall ist das MoS2 beispielsweise ein Bestandteil von Gleitlacken. Chrombeschichtungen;
Chrombeschichtungen verhalten sich bis in hohe Temperaturbereiche bezüglich ihrer Struktur und ihre adhäsiven Reibverhaltens neutral. Dabei ist es vorteilhaft beide Reibpartner mit einer derartigen Schicht zu versehen. Auf diese Weise ist der Reibungskoeffizient zwischen den
Reibschichten aus Chrom (vorzugsweise 99% Chromanteil) um ein erhebliches Maß reduziert. Die Schichtdicken liegen in einem Bereich von 1 bis 10 μm. Die Chromschichten gehen molekulare Verbindungen mit dem Grundmetall ein, die selbst unter schweren Belastungen kaum zu zerstören sind. Sie bieten deshalb zusätzlich einen sehr guten Verschleißschutz.
Galvanisch abgeschiedene Silberschichten;
Galvanisch abgeschiedene Silberschichten weisen gute Schmiereigen- schaffen auf. Silberschichten sind insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen in dem Schaltgetriebe eine gute Alternative zu den zuvor genannten Schmierschichten mit Feststoffen.
Chemisch Nickel; Nickelbeschichtungen gemeinsam mit Hart- oder Feststoffen wie Silizi- umcarbid, PTFE oder Diamanten.
Die vorher genannten Schichten sind je nach ihrer Zusammensetzung und ihren einzelnen Bestanteilen in den verschiedensten Verfahren aufgebracht. Bei- spielhaft seinen hier genannt: Das sogenannte Auftrockenverfahren, galvanisch-elektrolytisch bzw. chemisch-autokatalytisch oder in der chemischen außenstromlosen Abscheidung, mit Katodenzerstäubung, thermisch, durch Spritzen, durch Spritzen mit Laserstrahl, Schmelzbadspritzen, Pulverflamm- bzw. Drahtflammspritzen, Lichtbogen- bzw. Plasmaspritzen, durch Aufdampfen (z. B. im Vakuum), im Tauchverfahren, Lackierverfahren (z. B. Nasslackierverfahren).
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest das Zahnprofil der Schaltmuffe die erfindungsgemäße Gleitbeschichtung aufweist. Die Schaltmuffe sitzt dabei bevorzugt wiederum auf einem Schaltmuffenträger oder direkt auf einer Getriebewelle und greift mit dem beschichteten Zahnprofil dann entweder in ein Zahnprofil an dem Muffenträger oder in der Getriebewelle ein. Ein weiteres der Kupplungselemente ist der Muffenträger, dessen Zahn- profil zur Schaltmuffe ebenfalls mit einer Gleitbeschichtung versehen ist. Vorzugsweise sind sowohl die Schaltmuffe als auch der Muffenträger an ihren ineinandergreifenden Zahnprofilen mit Gleitschichten gleicher oder sich unterscheidender chemischer Zusammensetzung versehen. Es ist auch eine Gleitbeschichtung an dem Zahnprofil der Kupplungsverzahnung vorgesehen. Be- rücksichtigt sind auch Schaltmuffen, die mehr als eines der beschriebenen Zahnprofile, beispielsweise ein Zahnprofil für den Eingriff in den Schaltmuffenträger und ein weiteres Zahnprofil für den Eingriff in die Kupplungsverzahnung aufweisen. Bevorzugt sind beide der Zahnprofile der Schalmuffe mit einer Gleitbeschichtung versehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Schaltkupplung, in der die einzelnen Zahnprofile der jeweiligen Kupplungselemente mit einer erfindungsgemäßen Gleitbeschichtung ver- sehen sind, die Figuren 2 bis 5 zeigen Beispiele für Ausführungen der einzelnen Kupplungselemente der Schaltkupplung nach Figur 1.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Schaltkupplung 1 in einem nicht weiter dargestellten Schaltgetriebe, mit der eine Getriebewelle 2 wahlweise verdrehfest mit einem Gangrad 3 oder 4 kuppelbar ist. Die Schaltkupplung 1 besteht aus den Kupplungselementen 15 in Form eines Muffenträgers 5, einer Schaltmuffe 6 sowie in Form von Kupplungsscheiben 7 und 8. Der Muffenträger 5 weist eine radial nach innen zu der Rotationsachse 2a der Getriebewelle 2 bzw. Schaltkupplung 1 gerichtete Verzahnung 5a auf. Über die Verzahnung 5a ist der Muffenträger 5 mit der Getriebewelle drehfest verbunden. Die Kupplungsscheiben 7 bzw. 8 sind jeweils fest mit einem der Gangräder 3 oder 4 verbunden. Die Schaltmuffe 6 sitzt auf dem Muffenträger 5 und greift dabei mit einem Zahnprofil 6a in ein entsprechendes Zahnprofil 5b an dem Muffenträger ein. Die ineinandergreifenden Zähne 5c und 6b der Zahnprofile 5b und 6a (Figuren 2, 3) sind mit ihren Zahnflanken längs zur Rotationsachse 2a ausgerichtet. Die Schaltmuffe 6 ist wahlweise längs der Rotationsachse 2a in Richtung eines der Gangräder 3 oder 4 bewegbar und greift dabei schließlich in eines der Zahnprofile 7b bzw. 8b der Kupplungsverzahnung 7a bzw. 8a an den Kupplungsscheiben 7 bzw. 8 ein. Mit dem zeitgleichen Eingriff des Zahnprofils 6a in das Zahnprofil 5b sowie das Zahnprofil 7b bzw. 8b ist eine Drehmomente übertragende Verbindung zwischen der Getriebewelle 2 und einem der Gangräder 3, 4 herstellbar.
In die Schaltkupplung 1 ist eine Synchronisiereinrichtung integriert, die aus jeweils sich längs der Rotationsachse 2a dem Muffenträger 5 anschließenden Synchronringen 9, 10, 11 bzw. 12, 13, 14 gebildet ist. Der äußere Synchronring 11 bzw. 14 weist ein Zahnprofil 11a bzw. 14a auf, dessen Sperrzähne 11 b bzw. 14b die längs der Rotationsachse 2a gerichtete Bewegung der Schaltmuffe 6 nach dem Synchronisationsvorgang freigeben. Dabei durchfährt das Zahnprofil 6a der Schaltmuffe das Zahnprofil 11a bzw. 14a des äußeren Synchronringes 11 bzw. 14.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Muffenträgers 5 in einer Gesamtansicht mit den einzelnen Zähnen 5c des Zahnprofils 5b. Die gesamte Oberfläche des Muffenträgers 5 ist einschließlich des Zahnprofils 5b gemäß Erfindung mit einer Gleitbeschichtung versehen. Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltmuffe 6 in einer Gesamtansicht mit den einzelnen Zähnen 6b des Zahnprofils 6a. Die gesamte Schaltmuffe ist einschließlich des Zahnprofils 6a gemäß Erfindung mit einer Gleitschicht versehen. Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Kupplungsscheiben 7 und 8 der Kupplungsverzahnung 7a bzw. 8a mit dem Zahnprofil 7b bzw. 8b. Die Kupplungsscheibe 7, 8 ist mit einer Gleitbeschichtung versehen. Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines äußeren Synchronringes 11 bzw. 14 mit den einzelnen Zähnen 11 b bzw. 14b der Zahnprofile 11 a bzw. 14a. Das Zahnprofil 11a, 14a ist gemäß Erfindung mit einer Gleitschicht versehen. Bezugszeichen
Schaltkupplung
Getriebewelle a Rotationsachse
Gangrad
Gangrad
Muffenträger a Verzahnung b Zahnprofil c Zahn
Schaltmuffe a Zahnprofil b Zahn
Kupplungsscheibe a Kupplungsverzahnung b Zahnprofil
Kupplungsscheibe a Kupplungsverzahnung b Zahnprofil
Synchronring 0 Synchronring 1 äußerer Synchronring 1a Zahnprofil 1 b Sperrzahn 2 Synchronring 3 Synchronring 4 äußerer Synchronring 4a Zahnprofil 4b Sperrzahn 5 Kupplungselement

Claims

Patentansprüche
1. Schaltkupplung (1 ) in einem Schaltgetriebe zum Schalten wenigstens eines Gangrades (3, 4) mit zumindest einem um eine Rotationsachse (2a) der Schaltkupplung (1 ) rotierbaren Kupplungselement (15), wobei das Kupplungselement (15) mittels mindestens eines ersten Zahnprofils (5b, 6a, 7a, 8a) aus einem metallischen Werkstoff wenigstens zeitweise zum Übertragen von Drehmomenten um die Rotationsachse (2a) mit zumindest einem zweiten Zahnprofil (5b, 6a, 7a, 8a) aus einem metallischen Werkstoff in der Schaltkupplung (1 ) zumindest teilweise verzahnt ist, und wobei eines der zwei miteinander verzahnten Zahnprofile (5b, 6a, 7a, 8a) vorübergehend in dem anderen der zwei miteinander ver- zahnten Zahnprofile (5b, 6a, 7a, 8a) längs der Rotationsachse (2a) bewegbar ist, wodurch zwischen den verzahnten Zahnprofilen (5b, 6a, 7a, 8a) Reibung entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das erste der Zahnprofile (5b, 6a, 7a, 8a) mit einer Gleitschicht auf der Oberfläche des metallischen Werkstoffes zum Mindern der Reibung ver- sehen ist.
2. Schaltkupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beide der Zahnprofile (5b, 6a, 7a, 8a, 11a, 14a) jeweils mit einer Gleitschicht versehen sind.
3. Schaltkupplung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitschicht eine Metall-Phosphatschicht ist.
4. Schaltkupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungselement (15) eine mit einer Getriebewelle (2) um die Rotationsachse (2) rotierbar gekoppelte Schaltmuffe (6) ist, wobei die Getriebewelle (2) mittels der Schaltmuffe (6) mit einem Gangrad (3, 4) ver- drehfest kuppelbar ist und dass die Schaltmuffe (6) das erste Zahnprofil (6a) aufweist.
5. Schaltkupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (1) wenigstens zwei der Kupplungselemente (15) aufweist, wobei das erste der Kupplungselemente (15) ein mit einer Getriebewelle um die Rotationsachse (2a) rotierbarer Muffenträger (5) mit dem zweiten Zahnprofil (5b) ist und das zweite der Kupplungselemente (15) die Schaltmuffe (6) ist, wobei die Schaltmuffe (6) auf dem Muffenträger (5) sitzt und dabei zumindest teilweise mit dem ersten Zahnprofil (6a) in das zweite Zahnprofil (5b) eingreift.
6. Schaltkupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnprofil (6a) und das zweite Zahnprofil (5b) jeweils eine Gleit- schicht aufweisen.
7. Schaltkupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (1 ) wenigstens drei der Kupplungselemente (15) aufweist, wobei das erste der Kupplungselemente ein mit einer Getriebe- welle (2) um die Rotationsachse (2a) rotierbarer Muffenträger (5) mit dem zweiten Zahnprofil (5b) ist und das zweite der Kupplungselemente (15) die Schaltmuffe (6) ist, wobei die Schaltmuffe (6) auf dem Muffen- träger (5) sitzt und dabei zumindest teilweise mit dem ersten Zahnprofil (6a) in das zweite Zahnprofil (5b) eingreift und dass das dritte Kupp- lungselement (15) eine drehfest mit dem Gangrad (3, 4) gekoppelte
Kupplungsverzahnung (7a, 8a) mit einem dritten der Zahnprofile (7b, 8b) ist, wobei das erste Zahnprofil (6a) wenigstens zeitweise sowie zeitgleich in das zweite Zahnprofil (5b) und in das dritte Zahnprofil (7b, 8b) eingreift, wodurch das Gangrad (3, 4) mit der Getriebewelle (2) drehfest gekoppelt ist. Schaltkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnprofil (6a), das zweite Zahnprofil (5b) und das dritte Zahnprofil (7b, 8b) jeweils eine Gleitschicht aufweisen.
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