DE102008052502A1

DE102008052502A1 - Synchronring und Verfahren zu seiner Fertigung

Info

Publication number: DE102008052502A1
Application number: DE200810052502
Authority: DE
Inventors: Rudolf Folk
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-04-22
Also published as: WO2010046220A1; EP2350483A1

Abstract

Ein Fertigungsverfahren für einen als tiefgezogenes Bauteil vorliegenden Synchronring wird angegeben, welches eine besonders kostengünstige aber dennoch präzise Herstellung desselben ermöglicht. Danach ist vorgesehen, dass das Fertigungsverfahren einen Härteschritt, sowie einen Honschritt umfasst, wobei in dem Fertigungsverfahren explizit kein Schleifschritt eingesetzt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchronring einer Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Fertigungsverfahren für einen solchen Synchronring.
Hintergrund der Erfindung
Ein Kraftfahrzeuggetriebe umfasst normalerweise eine Synchronisiereinrichtung, die dazu dient, vor dem Schalten die Drehzahlen einer Getriebewelle und eines zu einem bestimmten Gang gehörigen Getriebezahnrades anzugleichen. Anschließend kann mithilfe einer Schaltmuffe eine formschlüssige (verzahnte) Kraftübertragung zwischen Getriebewelle und Getriebezahnrad erfolgen.
Zur Synchronisierung der Drehzahlen umfasst die Synchronisiereinrichtung üblicherweise sogenannte Synchronringe, die dem Zahnrad und der Schaltmuffe zwischengeschaltet sind. Häufig umfasst die Synchronisiereinrichtung dabei einen Innensynchronring, sowie einen Außensynchronring, welche der Schaltmuffe zugeordnet sind, sowie einen radial zwischen dem Außen- und dem Innensynchronring angeordneten Zwischensynchronring, welcher dem Getriebezahnrad zugeordnet ist. Jeder Synchronring ist mit mindestens einer – meist konischen – Reibfläche versehen, mit welcher er beim Schalten mit der Reibfläche eines anderen Synchronringes über Gleitreibung einen Kraftschluss bildet, sodass sich die Drehzahlen der den jeweiligen Synchronringen zugeordneten Wellen angleichen.
Ein solcher Synchronring wird in einem herkömmlichen Verfahren als tiefgezogenes Bauteil aus einem Stahlblech vorgefertigt, anschließend gehärtet, geschliffen, und abschließend gehont. Dies stellt ein relativ aufwändiges und damit vergleichsweise kostenintensives Fertigungsverfahren dar.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fertigungsverfahren für einen als tiefgezogenes Bauteil vorliegenden Synchronring anzugeben, welches eine besonders kostengünstige aber dennoch präzise Herstellung desselben ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Synchronring anzugeben, der besonders kostengünstig und präzise herstellbar ist.
Lösung der Aufgabe
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist ein Fertigungsverfahren für einen in einem Vorfertigungszustand als tiefgezogenes Bauteil vorliegenden Synchronring vorgesehen, welches einen Härteschritt, sowie einen Honschritt umfasst, wobei in dem Fertigungsverfahren explizit kein Schleifschritt eingesetzt wird, wobei also die Oberflächenbehandlung des Synchronrings ohne Schleifen erfolgt.
Mit Härteschritt ist dabei ein Verfahrensschritt bezeichnet, in welchem das Gefüge (die Mikrostruktur) eines Werkstoffes (des Synchronringes) gezielt verändert wird, um seine mechanische Widerstandsfähigkeit zu erhöhen.
Das in dem Honschritt durchgeführte Honen bezeichnet ein zerspanendes Feinbearbeitungsverfahren, wobei mithilfe eines Schleifmittels, welches in Form von Schleifkörnern in einem sogenannten Honstein gebundenen ist, die Maß- und Formgenauigkeit, vorwiegend jedoch die tribologischen Eigenschaften des Werkstoffes (des Synchronringes) – positiv – beeinflusst werden. Beim Honen wird insbesondere mit vergleichsweise geringem Anpressdruck (bevorzugt zwischen 10 und 100 N/cm²) und relativ niedriger Schnittgeschwindigkeit (bevorzugt bis max. 5 m/s) des Honsteines gearbeitet, sodass in den Randbereichen des Synchronringes kaum Druck- oder Wärmeeinflüsse (max. 100°C) entstehen. Somit ändert sich beim Honen das oberflächennahe Randzonengefüge des Synchronringes vergleichsweise wenig.
In Abgrenzung zum Honen wird unter Schleifen zwar auch ein zerspanendes Bearbeitungsverfahren durch gebundene Schleifkörner verstanden, allerdings werden beim Schleifen deutlich höhere Schnittgeschwindigkeiten, beispielsweise von 20 m/s bis zu 120 m/s, erreicht. Hierdurch entstehen beim Schleifen entsprechend hohe Randzonentemperaturen, wodurch das Randzonengefüge des Synchronrings im Vergleich zum Honen stärker beeinflusst wird.
Durch den Verzicht auf einen zusätzlichen Schleifschritt stellt das erfindungsgemäße Fertigungsverfahren eine besonders kostengünstige Herstellungsmethode für einen Synchronring dar. Dass dabei auf das Schleifen verzichtet wird, ist an dem fertigen Synchronring durch seine Oberflächenstruktur deutlich nachweisbar. Insbesondere weist der Synchronring keine Schleifspuren, sondern lediglich eine für das Honen typische Oberflächenstruktur auf. Diese entsteht durch eine periodisch wechselnde Hubbewegung des Honsteins, welche mit einer Drehbewegung verbunden ist, sodass sich die entstehenden Bearbeitungsriefen typsicherweise etwa in einem Rautenmuster unter einem bestimmten Winkel kreuzen.
Durch den in dem Verfahren vorgesehenen Honschritt ist trotz des Verzichts auf den Schleifschritt dennoch eine präzise Herstellung des Synchronrings gegeben. Insbesondere ist eine geforderte Rundheit des Synchronringes von maximal 0,07 mm erreichbar. Die Rundheit ist definiert durch die Breite eines Toleranzringes, in welchem das runde Bauteil mit seinem Umfang eingeschrieben werden kann.
In einer ersten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der als tiefgezogenes Bauteil vorliegende Synchronring zunächst in dem Härteschritt wärmebehandelt und anschließend gehont wird. Als Wärmebehandlung ist dabei insbesondere das sogenannte Einsatzhärten vorgesehen, wobei der Synchronring zunächst (zur Erhöhung des Randkohlenstoffgehalts) bei einer hohen Temperatur (ca. 900°C) aufgekohlt und anschließend gehärtet („abgeschreckt”) und angelassen wird. Insbesondere wird hierbei nur ein oberflächennaher Bereich des Synchronringes gehärtet, sodass der Synchronring durch das Einsatzhärten vorteilhafterweise einen vergleichsweise duktilen Kern, bei einer gleichzeitig harten Oberfläche erhält. Alternativ hierzu ist in dieser ersten Verfahrensvariante auch denkbar, dass der Synchronring durchgehärtet wird.
In einer zweiten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der als tiefgezogenes Bauteil vorliegende Synchronring zuerst gehont wird, also insbesondere im nicht gehärteten Zustand „weich”-gehont wird, und anschließend in dem Härteschritt nitrocarburiert wird. Beim sogenannten Nitrocarburieren wird in einem thermochemischen Verfahren (bei etwa 600°C) insbesondere die oberflächennahe Randschicht des Synchronringes mit Stickstoff und Kohlenstoff angereichert. Da dem Nitrocarburieren normalerweise kein (mit einer Gefügeveränderung verbundenes) Abschrecken nachgeschaltet ist, wird dabei die durch das Honen erzeugte Oberflächenbeschaffenheit des Synchronrings nicht wesentlich verändert.
Bevorzugt wird der vorgesehene Härteschritt derart durchgeführt, dass eine Oberflächenhärte von 300 bis 800 HV (Vickershärte) des Synchronrings erreicht wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Synchronring nur abschnittsweise dem Härteschritt unterzogen. Insbesondere ist vorgesehen, nur sogenannte Lappen des Synchronrings zu härten. Mit Lappen sind dabei am Umfang des Synchronringes angebrachte Mitnehmernasen bezeichnet, welche als Verdrehsicherung gegenüber einem korrespondierenden Zahnrad bzw. einer Schaltmuffe dienen.
Zweckmäßigerweise wird der in dem Fertigungsverfahren vorgesehene Honschritt derart durchgeführt, dass bezüglich der Oberflächenrauigkeit eine gemittelte Rautiefe Rz von 1 bis 5 μm erreicht wird. Dabei wird der Honschritt insbesondere im Bereich einer zur Kraftübertragung vorgesehenen Reibfläche des Synchronringes durchgeführt. Diese Reibfläche darf weder zu rau sein, da dies zu erhöhtem Verschleiß führt, noch darf sie zu glatt sein, da ansonsten ihre Reibwirkung nicht ausreichend hoch ist. Die vorgesehene gemittelte Rautiefe hat sich als ein geeigneter Kompromiss gezeigt.
Vorzugsweise wird als Werkstoff für den Synchronring Stahl, insbesondere ein Einsatzstahl, z. B. 16 Mn Cr5 oder ein Durchhärtestahl, z. B. C80 U, herangezogen.
Bezüglich des Synchronrings wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8. Danach ist ein Synchronring vorgesehen, welcher gemäß dem oben beschriebenen Fertigungsverfahren hergestellt ist.
Insbesondere ist der Synchronring dabei entweder als sogenannter Innensynchronring, als Zwischensynchronring oder als Außensynchronring ausgebildet. In einem Kraftfahrzeuggetriebe sind dabei insbesondere sowohl der (radial innenliegende) Innensynchronring als auch der (radial außenliegende) Außen synchronring bestimmungsgemäß einer Schaltmuffe zugeordnet, während der radial zwischen dem Innen- und dem Außensynchronring angeordnete Zwischensynchronring einem zu einem bestimmten Gang gehörigen Getriebezahnrad zugeordnet ist.

Claims

Fertigungsverfahren für einen in einem Vorfertigungszustand als tiefgezogenes Bauteil vorliegenden Synchronring, welches einen Härteschritt und einen Honschritt umfasst, wobei kein zusätzlicher Schleifschritt eingesetzt wird.
Fertigungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Bauteil zuerst in dem Härteschritt wärmebehandelt wird, insbesondere einsatzgehärtet wird, und anschließend gehont wird.
Fertigungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Bauteil zuerst gehont wird und anschließend in dem Härteschritt nitrocarburiert wird.
Fertigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Härteschritt eine Oberflächenhärte von 300 bis 800 HV erreicht wird.
Fertigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Synchronring nur abschnittsweise gehärtet wird.
Fertigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in dem Honschritt bezüglich der Oberflächenrauigkeit eine gemittelte Rautiefe Rz von 1 bis 5 μm erreicht wird.
Fertigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei als Werkstoff für das Bauteil Stahl, insbesondere ein Einsatzstahl, z. B. 16 Mn Cr5 oder ein Durchhärtestahl, z. B. C80 U, herangezogen wird.
Synchronring, welcher nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 gefertigt ist.
Synchronring nach Anspruch 7, welcher als Innensynchronring, als Außensynchronring oder als Zwischensynchronring ausgebildet ist.