DE102009020882A1

DE102009020882A1 - Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings, Synchronring sowie Baugruppe eines synchronisierten Schaltgetriebes

Info

Publication number: DE102009020882A1
Application number: DE102009020882A
Authority: DE
Inventors: Werner Fürguth
Original assignee: Hoerbiger and Co; Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-18
Also published as: EP2429737A2; EP2429737B1; WO2010130442A3; CN102438770A; WO2010130442A2; CN105537451B; CN105537451A

Abstract

Ein Synchronring (1) für synchronisierte Schaltgetriebe wird durch Umformen eines Flachmaterials aus Metall hergestellt, wobei die konische Reibfläche (6) mit Rillen (8) versehen ist, die ausschließlich durch axiales Relativverschieben eines Werkzeugs zur Reibfläche (6) erzeugt werden. Die Reibfläche (6) bleibt unbeschichtet. Auch der Gegenkonusring ist im Bereich der Reibfläche (6) ohne nachträglich aufgebrachte Reibschicht ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings für synchronisierte Schaltgetriebe sowie einen Synchronring selbst. Darüber hinaus gibt die Erfindung auch eine vorteilhafte Baugruppe eines synchronisierten Schaltgetriebes an.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen sogenannten Blockerring oder Sperr-Synchronring für ein Schaltgetriebe, dessen Sperrzähne temporär einen Eingriff der Schaltmuffe mit der Schaltverzahnung verhindern.
Synchronringe werden als Außensynchronringe, Innensynchronringe und Zwischenringe eingesetzt, wobei darüber hinaus auch zwischen Einfach-, Doppel- und Dreifachkonus-Systemen unterschieden wird. Die sogenannten Mehrfachkonus-Systeme werden oft zum Synchronisieren der niedrigen Gänge verwendet, da hier die Drehzahldifferenzen beim Synchronisieren größer sind als bei hohen Gängen und daher größere Reibkräfte beim Beschleunigen und Abbremsen der Zahnräder erforderlich sind. Bei einer Außensynchronisation weist der Synchronring eine konische äußere Mantel- und Reibfläche auf und bei einer Innensynchronisation eine konische innere Mantel- und Reibfläche.
Synchronringe werden zum Beispiel durch Umformen eines Blechs, durch Sintern oder Schmieden hergestellt. Die erzeugte konische Reibfläche wird in einem nachfolgenden Arbeitsschritt bearbeitet, insbesondere mit einem organischen oder karbonhaltigen Reibbelag beschichtet. Auch das Aufbringen einer metallischen Beschichtung mittels galvanischer oder thermischer Verfahren ist möglich.
Aus der EP 1 141 567 B1 ist ein spanlos gefertigter Synchronring bekannt, bei dem die Reibflächen mit, in Axialrichtung gesehen, schräg zur Axialrichtung verlaufenden Nuten versehen sind. Diese Nuten werden durch Rollieren oder durch Prägen des Bleches vor dem sogenannten Durchstellen des konusförmigen Ringes, das heißt dem Umformen, eingebracht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches Herstellungsverfahren für einen Synchronring anzugeben, der sich durch eine hohe Qualität auszeichnet. Darüber hinaus soll eine Baugruppe mit einem Synchronring und einem Gegenkonusring angegeben werden, die sich ebenfalls durch geringe Herstellungskosten und hohe übertragbare Reibkräfte beim Synchronisieren auszeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht folgende Schritte vor:

a) Umformen eines Flachmaterials aus Metall, sodass wenigstens eine konische Reibfläche erzeugt wird, und
b) Einbringen von axialen Rillen in die Reibfläche durch axiales Verschieben eines Werkzeugs relativ zur Reibfläche unter Erzeugung der endgültigen Reibfläche.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht ausdrücklich keine nachträgliche Beschichtung der Reibfläche vor. Die konische Reibfläche ist sozusagen nach dem Erzeugen der Rillen bereits abschließend hergestellt, sodass die Reibfläche durch das Material des Ringkörpers und nicht etwa durch eine Beschichtung gebildet ist. Indem die Rillen, in Axialrichtung gesehen, axial und nicht schräg zur Axialrichtung verlaufen, das heißt keine in Umfangsrichtung verlaufende Komponente haben, können sie wesentlich einfacher hergestellt werden, nämlich durch ein rein axiales Relativverschieben eines Werkzeugs zur konischen Reibfläche, die zu diesem Zeitpunkt noch ohne axiale Rillen ausgebildet ist. Das Herstellen der Rillen kann in mehreren nacheinander folgenden Schritten erfolgen.
Die Rillen werden insbesondere spanlos hergestellt, was vorzugsweise beim Umformen des Flachmaterials und beim Erzeugen der konischen Reibfläche durchgeführt wird.
Das Umformen erfolgt zum Beispiel durch mehrere hintereinander erfolgende Umformschritte, in denen die konische Reibfläche gebildet wird.
Die bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Rillen beim Tiefziehen des Flachmaterials eingebracht werden, indem ein entsprechend profiliertes Tiefziehwerkzeug, zum Beispiel im letzten oder den letzten Umformschritten verwendet wird. Dies ist insbesondere beim Herstellen eines Innenkonus einfach auszuführen, da hier ein entsprechender profilierter Tiefziehstempel verwendet werden könnte.
Ferner sollten, um keine zusätzlichen Verfahrensschritte wie Rollieren oder dergleichen zu benötigen, ausschließlich axial verlaufende Rillen vorgesehen sein, das heißt Rillen ohne Verlauf in Umfangsrichtung.
Der Synchronring wird nach dem Umformen vorzugsweise gehärtet, wobei als Materialien nitrierbare Stähle bevorzugt verwendet werden. Ein Beispiel für das Flachmaterial sind C30- bis C35-Stähle sowie 16MnCr5.
Die Rillen müssen auch nicht gleichmäßig am Umfang verteilt werden, es kann durchaus vorteilhaft sein, sie auf dem Umfang ungleichmäßig zu verteilen.
Darüber hinaus ist ein abschließender Kalibrierschritt, der vor dem Härten am Ende des Umformverfahrens erfolgt, oft vorteilhaft.
Das Flachmaterial ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein unbeschichtetes Metall, sodass die Reibfläche ebenfalls unbeschichtet bleibt.
Darüber hinaus wäre es aber auch möglich, Flachmaterial in Form eines plattierten, insbesondere walzplattierten Blechs zu verwenden, bei dem ebenfalls kein separater Reibbelag nach dem Erzeugen des Konus aufgebracht werden müsste. Beim plattierten Blech bietet es sich zum Beispiel an, als dünne Oberfläche Messing vorzusehen.
Eingangs wurde bereits erläutert, dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für einen Synchronring in Form eines sogenannten Blockerrings, auch Sperrring genannt, eingesetzt wird. Dieser weist durch Umformen hergestellte, radial abstehende Sperrzähne auf, die einstückiger Bestandteil des Synchronrings sind. Die Sperrzähne können bereits vor dem Umformen zum Beispiel durch Stanzen des Flachmaterials hergestellt werden, sodass anschließend auch im Bereich der Sperrzähne keine spanende Nachbearbeitung mehr erforderlich ist. Der erfindungsgemäße Synchron-Blockerring besteht folglich nur aus einem Teil.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für die Herstellung von Einfachkonusringen, insbesondere mit Innenkonus, oder Doppelkonusringen verwendet werden.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Synchronring für synchronisierte Schaltgetriebe, der durch Umformen, insbesondere Tiefziehen, eines Flachmaterials aus Metall hergestellt ist und wenigstens eine durch Umformen erzeugte konische Reibfläche mit, in Axialrichtung gesehen, axial verlaufenden, beim Umformen eingebrachte Rillen aufweist. Die Reibfläche ist ohne nachträglich aufgebrachte Reibschicht ausgeführt, sodass sie aus dem ursprünglichen Flachmaterial gebildet ist. Der erfindungsgemäße Synchronring zeichnet sich durch eine einfache, kostengünstige Herstellung aus.
Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Baugruppe eines synchronisierten Schaltgetriebes, mit einem Synchronring, der durch Umformen eines Flachmaterials aus Metall hergestellt ist und wenigstens eine konische Reibfläche mit Rillen, insbesondere axial verlaufenden Rillen, aufweist. Diese Rillen sind ohne nachträglich aufgebrachte Reibschicht ausgeführt. Die Baugruppe umfasst neben dem Synchronring auch noch einen sogenannten Gegenkonus, dessen konische Gegenreibfläche die vorgenannte Reibfläche des Synchronrings beim Synchronisieren kontaktiert. Auch die Gegenreibfläche am Gegenkonus ist ohne nachträglich aufgebrachte Reibschicht ausgeführt.
Während die bisher bekannten Baugruppen stets auf einer der Flächen eine nachträglich aufgebrachte Beschichtung, zum Beispiel einen Sinterwerkstoff, Papierwerkstoff oder einen karbonhaltigen Werkstoff, vorsahen, entfällt dies bei der erfindungsgemäßen Baugruppe komplett.
Die erfindungsgemäße Baugruppe sieht bevorzugt nicht nur vor, dass das nachträgliche Aufbringen einer Reibschicht auf einer der beiden Reibflächen entfallen kann, sondern dass auch keine zuvor vorhandene Reibschicht, zum Beispiel über Verwendung eines plattierten Blechs, eingesetzt wird. Die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Baugruppe sind deshalb sehr gering.
Wenn ausschließlich axial verlaufende Rillen in der konischen Reibfläche des Synchronrings ausgeführt sind, kann dieser, wie zuvor bereits erläutert, beim Umformen oder Tiefziehen mit den Rillen versehen werden, und ein nachfolgender, separater Verfahrensschritt entfällt.
Die Gegenreibfläche ist vorzugsweise rillenlos ausgebildet, auch dies reduziert die Herstellungskosten.
Die erfindungsgemäße Baugruppe weist bevorzugt einen Synchronring in Form eines Blockerrings auf. Ein solcher Blockerring ist in seiner Herstellung und in seinen Anforderungen gegenüber anderen Synchronringen anspruchsvoller und damit teurer, weshalb sich die Erfindung hier besonders positiv im Hinblick auf eine Kostenreduzierung auszeichnet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Synchronrings,
2 den Synchronring nach 1 in Schnittansicht,
3 einen Ausschnitt eines synchronisierten Schaltgetriebes mit dem erfindungsgemäßen Synchronring und einer erfindungsgemäßen Baugruppe,
4 ebenfalls einen Ausschnitt aus einem synchronisierten Schaltgetriebe, bei dem ein erfindungsgemäßer Synchronring und eine erfindungsgemäße Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform eingesetzt werden, wobei hier ein Mehrfachkonus-System zur Anwendung kommt,
5 eine Ansicht eines Flachmaterials aus Metall, aus dem der erfindungsgemäße Synchronring umgeformt wird, und
6 und 7 aufeinanderfolgende Schritte beim Umformen des Flachmaterials zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Synchronrings zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist ein Synchronring 1 in Form eines Blocker- oder Sperr-Synchronrings dargestellt.
Der Synchronring 1 weist einen Ringkörper 2 auf, von dem Sperrzähne 3 an einem axialen Ende 4 abstehen. Die Sperrzähne 3 sind Teil eines radial nach außen weisenden Bundes.
Dieser Bund kann auch mit sogenannten Index-Nocken 5 versehen sein, die als ursprünglich radial nach außen stehende Laschen axial um etwa 90° umgebogen werden. Diese Index-Nocken 5 liegen zwischen benachbarten Gruppen von Sperrzähnen 3.
Der Synchronring 1 ist ein sogenannter Einfachkonus-Synchronring mit einer konischen Reibfläche 6 auf der Innenseite des Ringkörpers 2. Ein solcher Synchronring 1 wird für eine sogenannte Innensynchronisation eingesetzt.
Alternativ kann jedoch auch oder zusätzlich die radial äußere Mantelfläche 7 konisch ausgeführt sein und eine Reibfläche bilden, sodass ein sogenanntes Doppelkonus-System vorhanden ist. Beim Doppelkonus-System entfallen die Sperrzähne 3.
Die konische Reibfläche 6 ist auf ihrem Umfang mit zahlreichen, sehr eng aufeinanderfolgenden axialen Rillen 8 versehen, deren Breite im Wesentlichen gleich groß oder sogar größer als der Abstand zwischen benachbarten Rillen 8 ist. In den 1 und 2 sind die Abstände benachbarten Rillen 8 größer als es bei der bevorzugten Ausführungsform der Fall ist, dargestellt, um die Übersichtlichkeit zu wahren.
Die Rillen 8 verlaufen ausschließlich in axialer, und zwar in rein axialer Richtung, das heißt mit Blick in Axialrichtung ist kein Verlauf in Umfangsrichtung vorhanden.
Die konische Reibfläche 6 besteht gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus dem Material, aus dem der gesamte Synchronring 1 besteht und ist ohne eine daran aufgebrachte Reibschicht ausgeführt.
Das bedeutet, die Reibfläche 6 wird durch das Flachmaterial, aus dem der gesamte Synchronring 1 hergestellt ist, gebildet. Die Rillen 8 verhindern im Betrieb ein Verschweißen mit einem Gegenkonusring und stellen einen Aufnahmeraum für Öl dar.
In 3 ist das Synchronisierungssystem eines Schaltgetriebes dargestellt, das als Einfachkonus-System ausgeführt ist. Der erfindungsgemäße Synchronring 1 drückt dabei durch Bewegung einer axial verschieblichen Schaltmuffe 9 gegen einen Gegenkonusring 10, der Teil eines Kupplungskörpers 11 oder unmittelbar eines Gangrades 12 ist. Der Gegenkonusring 10 hat eine konische Gegenreibfläche 13, die bei der Synchronisation mit der Reibfläche 6 in Kontakt kommt.
Dasjenige Teil, welches den Gegenkonusring 10 trägt, bildet zusammen mit dem Synchronring 1 eine Baugruppe. Das Besondere an dieser Baugruppe besteht darin, dass die beiden Reibflächen 6, 13 ohne eine nachträglich aufgebrachte Reibschicht ausgeführt sind, sogar vorzugsweise ohne Reibschicht überhaupt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist die Gegenreibfläche 13 rillenlos und damit glatt ausgeführt.
Im Gegensatz zum Stand der Technik ist bei dieser Baugruppe kein zusätzlicher Reibbelag, zum Beispiel organischer, karbonhaltiger oder zusätzlicher metallischer Reibbelag vorhanden. Dies reduziert die Herstellungskosten für die Baugruppe erheblich.
Das in 4 gezeigte Mehrfachkonus-System umfasst neben dem Synchronring 1 einen konischen Zwischenring 14, der den Gegenkonus bildet und drehfest mit dem Gangrad 12 direkt oder indirekt gekoppelt ist. Ein weiterer Synchronring 15 wiederum ist auf der radialen Innenseite des Zwischenrings 14 angeordnet, sodass zum Synchronisieren der Zwischenring 14 radial auf beiden Seiten kontaktiert wird. Die erfindungsgemäße Baugruppe besteht aus einem oder beiden antriebsseitigen Synchronringen 1, 15 und dem Zwischenring 14. Auch bei dieser Ausführungsform sind eine oder beide einander berührenden Paarungen von Reibflächen ohne Reibschicht, auf jeden Fall ohne nachträglich aufgebrachte Reibschicht ausgeführt.
Die Herstellung des Synchronrings 1 wird im Folgenden anhand der 5 bis 7 erläutert.
Der Synchronring 1 wird aus einem Flachmaterial aus Metall hergestellt, das in 5 dargestellt ist und welches zum Beispiel durch Stanzen außen- und innenseitig bearbeitet ist. Da nach dem Stanzen vorzugsweise keine spanende Nachbearbeitung mehr stattfindet, sind auch die Sperrzähne 3 bereits in dem Flachmaterial aus Metall ausgeformt. Optional, falls vorhanden, können natürlich auch die Index-Nocken 5 mit ausgestanzt sein.
Der Synchronring 1 wird anschließend in mehreren Schritten zu seiner endgültigen, in 1 dargestellten Geometrie plastisch umgeformt, vorzugsweise durch Tiefziehen.
Der erste Tiefziehschritt ist sehr schematisch in 6 dargestellt, bei dem ein Tiefziehwerkzeug mit einem Ziehstempel 16, einem Niederhalter 17 und einer Ziehmatrize 18 ausgeführt ist. Die Aufnahme 19 kann auch Teil der Ziehmatrize 18 sein. Nach mehreren Umformvorgängen wird schließlich ein Werkzeug, hier ein besonderer Ziehstempel 20, verwendet, der ein konisches Ende mit Rippen und Rillen 21 hat. Durch axiales Relativverschieben des Werkzeugs 20 zum fast fertigen Synchronring 1 werden in die Reibfläche 6 die Rillen 8 eingeformt, vorzugsweise spanlos hergestellt. Die Rillen 8 können natürlich auch in mehreren Umformschritten erzeugt werden.
Nachdem der Synchronring 1 seine endgültige Form erhalten hat, wird er gehärtet, zumindest im Bereich der Sperrzähne 3 und der Reibfläche 6.
Entsprechend könnte natürlich auch eine konische Außenfläche eines Synchronrings mit Rillen versehen werden, um eine entsprechende Reibfläche zu bilden.
Als Flachmaterial wird insbesondere 16MnCr5 oder C30- bis C35-Stahl eingesetzt, wobei der Stahl vorzugsweise nitrierbar sein sollte.
Das Herstellen der Rillen 6 erfolgt, wie erläutert, vorzugsweise beim Tiefziehen selbst.
Eine spanende Nachbearbeitung nach dem Herstellen der Rillen und nach dem Härten erfolgt im Übrigen nicht.
Zu betonen ist, dass auch der Zwischenring 14 oder der Konusring 15 gemäß 4 als Synchronring gemäß der Erfindung anzusehen wären und entsprechend hergestellt werden könnten.
Alternativ zu einem unbeschichteten Flachmaterial kann auch ein plattiertes, insbesondere walzplattiertes Blech verwendet werden. Dieses Blech hätte dann an seiner Reibfläche von vorneherein eine gewisse Beschichtung, die dann auch die Reibfläche bilden würde. Auch bei dieser Ausführungsform wäre aber keine nachträgliche Aufbringung einer Reibschicht vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1141567 B1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings (1) für synchronisierte Schaltgetriebe, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Umformen eines Flachmaterials aus Metall, so dass wenigstens eine konische Reibfläche (6) erzeugt wird, und b) Einbringen von axialen Rillen (8) in die Reibfläche (6) durch axiales Verschieben eines Werkzeugs relativ zur Reibfläche (6) unter Erzeugung der endgültigen Reibfläche (6).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Umformschritte hintereinander durchgeführt werden, in denen das Flachmaterial zur Bildung der konischen Reibfläche (6) umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (8) durch Verwendung eines entsprechend profilierten Tiefziehwerkzeuges beim Tiefziehen in die Reibfläche (6) eingebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (8) spanlos hergestellt werden und dass vorzugsweise sämtliche Rillen (8) in Axialrichtung gesehen ausschließlich axial verlaufen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (1) in einem nachfolgenden Schritt gehärtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachmaterial ein unbeschichtetes Metall und die Reibfläche (6) unbeschichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachmaterial ein plattiertes, insbesondere walzplattiertes Blech ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (1) ein Blockerring ist und durch Umformen hergestellte, radial abstehende Sperrzähne (3) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (1) ein Einfachkonusring, insbesondere mit Innen konus, oder ein Doppelkonusring ist.
Synchronring (1) für synchronisierte Schaltgetriebe, der durch Umformen, insbesondere Tiefziehen, eines Flachmaterials aus Metall hergestellt ist und wenigstens eine durch Umformen erzeugte, konische Reibfläche (6) mit axial verlaufenden, beim Umformen eingebrachte Rillen (8) aufweist, wobei die Reibfläche (6) ohne nachträglich aufgebrachte Reibschicht ausgeführt ist.
Synchronring (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (1) ein Blockerring mit radial abstehenden Sperrzähnen (3) ist.
Baugruppe eines synchronisierten Schaltgetriebes, mit einem Synchronring (1), der durch Umformen eines Flachmaterials aus Metall hergestellt ist und wenigstens eine konische Reibfläche (6) mit Rillen (8), insbesondere axial verlaufenden Rillen (8), aufweist, welche ohne nachträglich aufgebrachte Reibschicht ausgeführt ist, und mit einem Gegenkonusring (10), dessen konische Gegenreibfläche (13) die Reibfläche (6) des Synchronrings (1) beim Synchronisieren kontaktiert, wobei die Gegenreibfläche (13) ebenfalls ohne nachträglich aufgebrachte Reibschicht ausgeführt ist.
Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden einander kontaktierenden Reibflächen (6, 13) ohne Reibschicht ausgebildet sind.
Baugruppe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Reibfläche (6) des Synchronrings (1) in Axialrichtung gesehen ausschließlich axial verlaufende Rillen (8) aufweist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenreibfläche (13) rillenlos ausgebildet ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (1) gehärtet ist.