WO1996019681A1

WO1996019681A1 - Reibpaarung für eine synchronisiereinrichtung in zahnräderwechselgetrieben

Info

Publication number: WO1996019681A1
Application number: PCT/EP1995/004955
Authority: WO
Inventors: Karl-Ludwig Grell; Ernst Strian; Wolfgang Steinberger
Original assignee: Ina Wälzlager Schaeffler Kg
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 1996-06-27
Also published as: DE4445898A1; DE19581791B4; DE19581791D2; KR980700527A; KR100298848B1; BR9510208A

Abstract

Ein Synchronring (1) und/oder ein Kuppelring (2) einer Synchronisiereinrichtung in Zahnräderwechselgetrieben sind erfindungsgemäß aus einem Eisenwerkstoff mit verschleißfester Oberfläche gefertigt, wobei hochchromhaltige ferritische oder austenitische Stähle mit einer mindestens 20 νm starken karbidreichen Zone von mindestens 30 Vol.-% Karbiden in der oberflächennahen Schicht eingesetzt werden. Auf diese Weise wird eine Reibpaarung geschaffen, deren Reibflächen einen geringen abrasiven/adhäsiven Verschleiß aufweisen.

Description

Beschreibung

Reibpaarung für eine Synchronisiereinrichtung in Zahnräderwechselgetrieben

Die Erfindung betrifft eine Reibpaarung für eine Synchronisiereinrichtung in Zahnräderwechselgetrieben, bei der zur Erzielung eines Gleichlaufs miteinander formschlüssig kuppelbarer Antriebsmittel ein Synchronring und ein Kuppelring unmittelbar oder über einen zwischen ihnen angeordneten Reibring an ihren jeweiligen kegelförmigen Reibflächen eine reibschlüssige Verbindung eingehen.

Bei synchronisierten Schalt- oder Wechselgetrieben in Kraftfahrzeugen wird beim Schalten das auf der Welle frei drehbare Zahnrad durch axiales 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 verschiebbaren 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 ein¬ greift, formschlüssig 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 Synchron- ringes mit entsprechenden Gegenflächen am Kuppelring in Kontakt kommen und durch den auftretenden Reibschluß den zum Durchschalten der form¬ schlüssigen Kupplung erforderlichen Gleichlauf herstellen. Darüberhinaus kann bei einer sogenannten Doppelkonussynchronisierung zwischen diesen Reib¬ flächen ein Reibring angeordnet sein.

Als bekannte technische Lösungen werden in Synchronisiereinrichtungen, in denen kegelförmige Reibflächen aufeinanderwirken, Reibpaarungen mit verschiedenen Gleitreibwerkstoffen verwendet, wie z. B. Sondermessinge, Bronzen, molybdänbeschichtete, oxydbeschichtete oder mehrstoffbeschichtete

Oberflächen sowie Kunststoffe, die gegen eine gehärtete 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 Gegenreibfläche eine Auflage aus mangan legiertem

Kohlenstoffstahl aufgespritzt ist.

Der Nachteil derartiger Reibpaarung besteht darin, daß Sondermessinge und Bronzen sehr teure Reibflächen sind, bei oxyd- oder mehrstoffbeschichteten Oberflächen ein hoher Fertigungsaufwand erforderlich ist, Kunststoffe eine geringe Temperatur- und Formbeständigkeit aufweisen, bei oxyd-, hartstoff- und molybdänbeschichteten Oberflächen ein hoher Verschleiß an der Gegenreib¬ fläche entsteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Reibpaarung zu entwik- keln, 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 Reibpartner aus einem Eisenwerkstoff mit verschleißfester Randzone bestehen.

Mit der Verwendung zweier gleichartiger Reibpartner auf Basis von Eisenwerk¬ stoffen mit verschleißfester Oberfläche mit etwa gleicher Härte ergeben sich pro Schaltvorgang relativ geringe Verschleißraten, die die Lebensdauer der Syn- chronisiereinrichtung positiv beeinflussen. Die Verwendung von reinen Eisen¬ werkstoffen für Synchronring und Kuppelring bringt gegenüber den bekannten anderen Reibpartnern den Vorteil mit sich, daß aufgrund des hohen Elastizitäts¬ moduls 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 gegnüber anderen Reibpaarungen den weiteren Vorteil auf, daß bei gleichem Werkstoff¬ volumen 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 verwendeten Gleitreibstoffe leicht bearbeitbar. Mit der beanspruchten Lösung wird erstmals eine Reibpaarung vorgestellt, deren Reib¬ partner 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 austenitischer Stahl mit einer mindestens 20 μm starken karbidreichen Zone von mindestens 30 Vol.-% Karbiden ist. Die gegenüberliegende Friktionsfläche kann dann beispielsweise eine normal gehärtete Stahloberfläche sein.

Je nach Menge der vorhandenen Legierungsbestandteile, d. h. je nach Menge von Kohlenstoff und Chrom bilden sich in der Randzone verschiedene Typen von Karbiden, die für die gewünschte verschleißfeste Oberfläche der Reibpart¬ ner 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 Chrom¬ mischkarbide (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 Aufkohlung und Nitrie¬ rung, einer Nitrierung oder einer Nitrocarburierung unterworfen werden. Der Sinn und Zweck dieser thermischen Behandlungsverfahren liegt darin, die Verteilung der Legierungselemente Kohlenstoff und Stickstoff gezielt zu beein¬ flussen, um die in Anspruch 2 beschriebene Gefügezusammensetzung zu erzielen. Dies erfolgt durch Einlagern von Kohlenstoff und/oder Stickstoff, wobei die beiden Legierungselemente 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, Karbo- nitride und Chrommischkarbide.

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

Nach der einzigen Figur ist ein abschnittsweise dargestellter Synchronring 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 dargestellte Schiebemuffe mit einer Welle drehfest, aber axial verschieblich verbunden ist. In die radial Mitnehmerverzahnung 4 des Kuppelringes 2 greift eine ihr entsprechende Verzahnung der Schiebemuffe zur formschlüssigen Verbindung von Welle und Kuppelring 2. Den zum formschlüs- sigen Verbinden erforderlichen Gleichlauf zwischen Synchronring 1 und Kup¬ pelring 2 stellt eine Konuskupplung her, d. h. der Synchronring 1 ist mit einem Innenkonus und der Kuppel ring 2 mit einem Außenkonus versehen, die die ent¬ sprechenden 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 Wärmebe¬ handlungentsteht in der oberflächennahen Schicht eine Chrommischkarbidzone von etwa 50 μm Stärke mit einer hohen Verschleißfestigkeit, so daß zwischen beiden Teilen der Synchronisiereinrichtung ein nur geringer abrasiver Verschleiß der Reibpaarung eintritt und somit eine lange Lebensdauer der Synchron isier- 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.

Bezugszahlenliste

1 Synchronisierring

2 Kuppelring

3 Mitnehmerverzahnung

4 Mitnehmerverzahnung

5 Reibfläche 6 Reibfläche

Claims

Ansprüche

1. Reibpaarung für eine Synchronisiereinrichtung in Zahnräderwechselgetrieben, bei der zur Erzielung eines Gleichlaufs miteinander formschlüssig kuppelbarer Antriebsmittel ein Synchronring (1) und ein Kuppelring (2) unmittelbar oder über einen zwischen ihnen angeordneten Reibring an ihren jeweils kegelförmi¬ gen Reibflächen (5, 6) eine reibschlüssige Verbindung eingehen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Reibpartner aus einem Eisen Werkstoff mit verschleiß¬ fester Randzone bestehen.

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

3. Reibpaarung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als austeniti¬ scher Werkstoff ein Stahl der Marke X 5 CrNi 1810 und als ein ferritischer Werkstoff ein Stahl der Marke X 46 Cr 13 oder X6 Cr 17 eingesetzt werden, die einer Aufkohlung und Nitrierung, einer Nitrierung oder einer Nitrocarburierung unterworfen werden.