DE102015100869A1 - Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings sowie Synchronring für synchronisierte Schaltgetriebe - Google Patents
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Abstract
Ein Synchronring (10) für synchronisierte Schaltgetriebe wird insbesondere durch Umformen eines Flachmaterials aus Metall hergestellt, wobei eine konische Reibfläche (20) erzeugt wird, in die durch spanlose Bearbeitung axiale Rillen (24) eingebracht werden, indem ein Werkzeug relativ zur Reibfläche (20) unter Erzeugung der endgültigen Reibfläche (20) axial verschoben wird. Zumindest die Reibfläche (20) wird gleitgeschliffen und anschließend gehärtet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings für synchronisierte Schaltgetriebe sowie einen Synchronring für synchronisierte Schaltgetriebe, der wenigstens eine konische Reibfläche mit axial verlaufenden, durch spanloses Umformen eingebrachten Rillen aufweist und zumindest im Bereich der Reibfläche gehärtet ist.
- Insbesondere betrifft die Erfindung einen sogenannten Blockerring oder Sperrsynchronring 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.
- Ein gattungsgemäßer Synchronring ist aus der
WO 2010/130442 A2 - Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Herstellungsverfahren beziehungsweise den damit gefertigten Synchronring noch weiter zu verbessern.
- Dazu sieht das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte vor, die vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge durchlaufen werden:
- a) Erzeugen einer konischen Reibfläche, insbesondere durch Umformen eines Flachmaterials aus Metall;
- b) Einbringen von axialen Rillen in die Reibfläche durch spanlose Bearbeitung, indem ein Werkzeug relativ zur Reibfläche unter Erzeugung der endgültigen Reibfläche axial verschoben wird;
- c) Gleitschleifen zumindest der Reibfläche; und
- d) anschließendes Härten zumindest der Reibfläche, insbesondere durch Nitrieren.
- Da die Rillen, in Axialrichtung gesehen, gerade und nicht schräg zur Axialrichtung verlaufen, das heißt keine in Umfangsrichtung verlaufende Komponente haben, lassen sie sich sehr einfach herstellen, nämlich durch ein rein axiales Relativverschieben eines Werkzeugs zur konischen Reibfläche, die zu diesem Zeitpunkt noch keine axialen Rillen aufweist. Das spanlose Einbringen der Rillen erfolgt dabei vorzugsweise direkt beim bzw. unmittelbar im Anschluss an das Erzeugen der konischen Reibfläche, insbesondere durch Umformen eines Flachmaterials. Somit ergibt sich ein besonders wirtschaftliches Herstellungsverfahren für den Synchronring. Das Gleitschleifen der Reibfläche, das nach dem Einbringen der axialen Rillen erfolgt, sowie das sich daran anschließende Härten der Reibfläche wirken sich positiv auf die Leistungsfähigkeit des Synchronrings aus. Insbesondere werden dadurch eine erhöhte Überlastfähigkeit und die Befähigung zu gesteigerter Gleitgeschwindigkeit erreicht. Von besonderem Vorteil ist hierbei die durch das Gleitschleifen erhaltene Gratfreiheit beziehungsweise das Erzeugen einer ebenen homogenen Oberfläche im Reibkontakt, die die Fressneigung, insbesondere bei Überlast, reduziert.
- Auch wenn es zur Erzielung der genannten Vorteile ausreichend ist, die Reibfläche durch Gleitschleifen und Härten zu bearbeiten, wird aus prozesstechnischen Gründen bevorzugt der gesamte Synchronring entsprechend behandelt.
- Das Flachmaterial ist insbesondere 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.
- Da der Synchronring bzw. zumindest dessen Reibfläche abschließend gehärtet wird, werden als Materialien bevorzugt nitrierbare Stähle verwendet. Ein Beispiel für das Flachmaterial sind C30- bis C-35-Stähle sowie 16MnCr5.
- Vorzugsweise verlaufen, um keine zusätzlichen Verfahrensschritte wie Rollieren oder dergleichen zu benötigen, sämtliche Rillen in Axialrichtung gesehen ausschließlich axial, das heißt ohne Verlauf in Umfangsrichtung.
- Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Reibfläche durch Tiefziehen erzeugt wird und die Rillen durch Verwendung eines entsprechend profilierten Tiefziehwerkzeuges beim Tiefziehen in die Reibfläche eingebracht werden. Dies ist insbesondere beim Herstellen eines Innenkonus einfach auszuführen, da hier ein entsprechend profilierter Tiefziehstempel verwendet werden kann.
- Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Rillen je zwei Seitenwände auf, die im Radialschnitt gesehen schräg zueinander verlaufen. Das heißt, die Seitenwände schließen miteinander einen spitzen Winkel ein. Eine solche Rillierung mit schräg zueinander verlaufenden Seitenwänden ist besonders einfach zu fertigen.
- Die Rillen müssen dabei nicht zwingend gleichmäßig am Umfang verteilt werden, es kann durchaus vorteilhaft sein, sie auf dem Umfang ungleichmäßig zu verteilen.
- Vorzugsweise werden beim Gleitschleifen die Kanten der Rillen verrundet, wodurch positive tribologische Effekte hervorgerufen werden.
- Wie sich in Versuchen gezeigt hat, sollten die Kanten bevorzugt nach dem Gleitschleifen im Radialschnitt gesehen einen Kantenradius im Bereich von 0,01 mm bis 0,2 mm, insbesondere im Bereich von 0,02 mm bis 0,1 mm, aufweisen.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zwischen je zwei Rillen eine längliche axiale Vertiefung in die Reibfläche eingebracht, deren Tiefe geringer als die Tiefe der Rillen ist. Diese axialen Vertiefungen dienen als Mikroreservoirs für Getriebeöl und wirken sich positiv auf die tribologischen Eigenschaften des Synchronrings aus. Auch dies führt wieder zu einer Verringerung der Fressneigung und ermöglicht eine höhere Gleitgeschwindigkeit.
- Vorzugsweise verlaufen diese Vertiefungen parallel zu den benachbarten Rillen über die gesamte axiale Länge des Synchronrings.
- Auch wenn diese Weiterbildung insbesondere in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Vorteile bietet, kann sie durchaus als eigenständige Erfindung angesehen werden. So wäre es z.B. denkbar, die genannten axialen Vertiefungen bei einem Synchronring vorzusehen, bei dem die Reibfläche nicht gleitgeschliffen wird. Diese eigene Idee kann natürlich durch Merkmale der Unteransprüche weiter optimiert werden.
- Die Tiefe der Vertiefungen beträgt vorzugsweise maximal 20% der Tiefe der benachbarten Rillen, sodass die Vertiefungen nicht als eigenständige Rillen angesehen werden können.
- Optional können zwischen allen benachbarten Rillen Vertiefungen vorhanden sein.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Vertiefungen im Radialschnitt gesehen einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf. Dabei ist unter „trapezförmig“ natürlich auch ein Querschnitt mit durch das Gleitschleifen verrundeten Kanten zu verstehen.
- Ein besonders wirtschaftliches Herstellungsverfahren ergibt sich, wenn die Vertiefungen unmittelbar beim Einbringen der Rillen in die Reibfläche erzeugt werden, insbesondere indem der die Reibfläche bildende Wandabschnitt gestaucht wird. Somit entstehen beim Einbringen der Rillen Materialaufwürfe, wodurch zwischen zwei Rillen eine längliche Vertiefung gebildet wird. Dazu muss insbesondere das Rillierungswerkzeug kein spezielles Profil vorsehen.
- Innerhalb des Herstellungstoleranzbereichs haben die Rillen vorzugsweise dieselbe Tiefe, die optional auch über die gesamte axiale Länge gleich sein kann.
- Die oben genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch einen Synchronring der eingangs genannten Art, bei dem die Kanten der Rillen durch Gleitschleifen verrundet sind, wobei das Gleitschleifen vor dem Härten der Reibfläche erfolgt. Der erfindungsgemäße Synchronring weist eine besonders hohe Leistungsfähigkeit, eine erhöhte Überlastfähigkeit und die Fähigkeit zu gesteigerter Gleitgeschwindigkeit auf. Durch die Verrundung der Kanten werden positive tribologische Effekte hervorgerufen. Da der erfindungsgemäße Synchronring weitgehend gratfrei ist und eine ebene, homogene Oberfläche im Reibkontakt aufweist, ist die Fressneigung bei Überlast reduziert. Zusätzlich zeichnet sich der erfindungsgemäße Synchronring durch eine einfache, kostengünstige Herstellung aus.
- Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Synchronrings weist die Reibfläche zwischen je zwei benachbarten Rillen eine längliche axiale Vertiefung auf, deren Tiefe geringer als die Tiefe der Rillen ist, insbesondere maximal 20% der Tiefe der Rillen beträgt. Diese axiale Vertiefung dient als Mikroreservoir für das Getriebeöl und verbessert ebenfalls die tribologischen Eigenschaften des Synchronrings, wobei diese Weiterbildung, wie bereits erwähnt, auch als eigenständige Erfindung angesehen werden kann.
- Wie bereits eingangs erläutert, ist der erfindungsgemäße Synchronring insbesondere ein Blockerring mit radial abstehenden Sperrzähnen. Diese Sperrzähne sind einstückiger Bestandteil des Synchronrings und werden durch Umformen hergestellt. Die Sperrzähne können bereits vor dem Umformen z. B. durch Stanzen des Flachmaterials hergestellt werden, sodass anschließend auch im Bereich der Sperrzähne keine spanende Nachbearbeitung mehr erforderlich ist. Der erfindungsgemäße Synchronblockerring besteht folglich nur aus einem Teil.
- Darüber hinaus gelten sämtliche mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren genannten Weiterbildungen und Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Synchronring und umgekehrt.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Synchronrings; -
2 eine Schnittansicht des Synchronrings aus1 ; -
3 einen stark vergrößerten Ausschnitt der Reibfläche des Synchronrings aus den1 und2 in radialer Schnittansicht; -
4 eine Ansicht eines Flachmaterials aus Metall, aus dem der erfindungsgemäße Synchronring umgeformt wird; und - die
5 und6 aufeinanderfolgende Schritte beim Umformen des Flachmaterials zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Synchronrings, anhand derer das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird. -
1 zeigt einen Synchronring10 in Form eines Blocker- oder Sperrsynchronrings. Dieser weist einen Ringkörper12 auf, von dem an einem axialen Ende14 mehrere Sperrzähne16 abstehen. Die Sperrzähne16 sind Teil eines radial nach außen weisenden Bundes. - Dieser Bund kann mit sogenannten Indexnocken
18 versehen sein, die als ursprünglich radial nach außen stehende Laschen axial um etwa 90° umgebogen werden. Diese Indexnocken18 liegen zwischen benachbarten Gruppen von Sperrzähnen16 . - Der Synchronring
10 ist ein sogenannter Einfachkonus-Synchronring mit einer konischen Reibfläche20 auf der Innenseite des Ringkörpers12 . Ein solcher Synchronring10 wird für eine sogenannte Innensynchronisation eingesetzt. - Alternativ oder zusätzlich kann auch die radial äußere Mantelfläche
22 konisch ausgeführt sein und eine Reibfläche bilden, wodurch ein Zwischenring für ein sogenanntes Doppelkonussystem entsteht. - Die konische Reibfläche
20 ist auf ihrem Umfang mit zahlreichen sehr eng aufeinanderfolgenden axialen Rillen24 versehen, deren Breite im Wesentlichen gleich groß wie der Abstand zwischen zwei benachbarten Rillen24 ist. In den1 und2 sind die Abstände zwischen zwei benachbarten Rillen24 größer dargestellt, als es bei der bevorzugten Ausführungsform der Fall ist, um die Übersichtlichkeit zu wahren. - Die Rillen
24 verlaufen ausschließlich in rein axialer Richtung mit Blick in Axialrichtung, d.h. es ist kein Verlauf in Umfangsrichtung vorhanden. Natürlich verlaufen die Rillen auch in Radialrichtung. - Die konische Reibfläche
20 besteht gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus dem Material, aus dem der gesamte Synchronring10 besteht, und ist ohne eine daran aufgebrachte Reibschicht ausgeführt. Das bedeutet, die Reibfläche20 wird durch das Flachmaterial, aus dem der gesamte Synchronring10 hergestellt ist, gebildet. Die Rillen24 verhindern im Betrieb ein Verschweißen mit einem Gegenkonusring und stellen einen Aufnahmeraum für Öl dar. - Wie aus
3 ersichtlich ist, weist jede der Rillen24 zwei Seitenwände26 auf, die im Radialschnitt gesehen schräg, d. h. unter einem spitzen Winkel, zueinander verlaufen. Zudem sind zumindest die an der Reibfläche20 angeordneten Kanten30 der Rillen24 durch Gleitschleifen verrundet, wobei die Kanten im Radialschnitt gesehen einen Kantenradius im Bereich von 0,01 mm und 0,2 mm, insbesondere im Bereich von 0,02 mm und 0,1 mm aufweisen. - Zwischen je zwei benachbarten Rillen
24 (vorzugsweise zwischen allen Rillen) ist eine längliche axiale Vertiefung32 in die Reibfläche20 eingebracht, deren Tiefe deutlich geringer als die Tiefe der Rillen24 ist, insbesondere maximal 20 % der Tiefe der Rillen24 beträgt. Diese axialen Vertiefungen32 weisen im Radialschnitt gesehen einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf, der ebenfalls verrundete Kanten34 hat, und sind in etwa mittig in den die Reibfläche20 bildenden Wandabschnitten36 angeordnet, die auf einer Kegelfläche liegen. - Die Herstellung des Synchronrings
10 wird im Folgenden anhand der4 bis6 erläutert. Der Synchronring10 wird aus einem Flachmaterial aus Metall hergestellt, das in4 gezeigt ist und das z. B. durch Stanzen außen- und innenseitig bearbeitet ist. Da nach dem Stanzen vorzugsweise keine spanende Nachbearbeitung mehr stattfindet, sind auch die Sperrzähne16 bereits in dem Flachmaterial aus Metall ausgeformt. Optional können natürlich auch die Indexnocken18 mit ausgestanzt sein. Als Flachmaterial wird insbesondere 16MnCr5 oder C30- bis C35-Stahl eingesetzt, wobei der Stahl vorzugsweise nitrierbar ist. - Der Synchronring
10 wird anschließend in mehreren Schritten zu seiner endgültigen, in1 dargestellten Geometrie plastisch umgeformt, vorzugsweise durch Tiefziehen und ohne spanende Bearbeitung. - Der erste Tiefziehschritt ist schematisch in
5 dargestellt, bei dem ein Tiefziehwerkzeug mit einem Ziehstempel38 , einem Niederhalter40 und einer Ziehmatrize42 verwendet wird. Weiterhin ist eine Aufnahme44 vorgesehen, die auch Teil der Ziehmatrize42 sein kann. - Nach mehreren Umformvorgängen kommt schließlich ein Werkzeug
46 in Form eines besonderen Ziehstempels zum Einsatz (siehe6 ), der ein konisches Ende mit Rippen und Rillen48 hat. Durch axiales Relativverschieben des Werkzeugs46 zum fast fertigen Synchronring10 werden in die Reibfläche20 die Rillen24 spanlos eingeformt. Die Rillen24 können natürlich auch in mehreren Umformschritten erzeugt werden. - Dabei wird zwischen je zwei Rillen
24 eine längliche axiale Vertiefung32 (siehe3 ) in die Reibfläche20 eingebracht. Die Vertiefungen32 werden unmittelbar beim Einbringen der Rillen24 in die Reibfläche20 erzeugt, insbesondere indem der die Reibfläche20 bildende Wandabschnitt36 gestaucht wird. - Das Herstellen der Rillen
24 sowie auch der axialen Vertiefungen32 erfolgt also beim Tiefziehen selbst bzw. im unmittelbaren Anschluss daran. - Nachdem der Synchronring
10 seine endgültige Form erhalten hat, wird zumindest die Reibfläche20 , vorzugsweise jedoch der gesamte Synchronring10 , gleitgeschliffen. Dabei werden die Kanten30 der Rillen24 sowie die Kanten34 der axialen Vertiefungen32 verrundet. - Anschließend wird der Synchronring
10 zumindest im Bereich der Sperrzähne16 und der Reibfläche20 durch Nitrieren gehärtet. - Eine spanende Nachbearbeitung nach dem Herstellen der Rillen
24 und nach dem Härten erfolgt im Übrigen nicht. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2010/130442 A2 [0005]
Claims (13)
- Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings (
10 ) für synchronisierte Schaltgetriebe, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Erzeugen einer konischen Reibfläche (20 ), insbesondere durch Umformen eines Flachmaterials aus Metall; b) Einbringen von axialen Rillen (24 ) in die Reibfläche (20 ) durch spanlose Bearbeitung, indem ein Werkzeug (46 ) relativ zur Reibfläche (20 ) unter Erzeugung der endgültigen Reibfläche (20 ) axial verschoben wird; c) Gleitschleifen zumindest der Reibfläche (20 ); und d) anschließendes Härten zumindest der Reibfläche (20 ), insbesondere durch Nitrieren. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise sämtliche Rillen (
24 ) in Axialrichtung gesehen ausschließlich axial verlaufen. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (
20 ) durch Tiefziehen erzeugt wird und die Rillen (24 ) durch Verwendung eines entsprechend profilierten Tiefziehwerkzeuges beim Tiefziehen in die Reibfläche (20 ) eingebracht werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (
24 ) je zwei Seitenwände (26 ) aufweisen, die im Radialschnitt gesehen schräg zueinander verlaufen. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Gleitschleifen die Kanten (
30 ) der Rillen (24 ) verrundet werden. - Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (
28 ,30 ) nach dem Gleitschleifen im Radialschnitt gesehen einen Kantenradius im Bereich von 0,01 mm und 0,20 mm, insbesondere im Bereich von 0,02 mm und 0,10 mm, aufweisen. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen je zwei benachbarten Rillen (
24 ) eine längliche axiale Vertiefung (32 ) in die Reibfläche (20 ) eingebracht wird, deren Tiefe geringer als die Tiefe der Rillen (24 ) ist. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Vertiefungen (
32 ) maximal 20% der Tiefe der Rillen (24 ) beträgt. - Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (
32 ) im Radialschnitt gesehen einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. - Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (
32 ) unmittelbar beim Einbringen der Rillen (24 ) in die Reibfläche (20 ) erzeugt werden, insbesondere indem der die Reibfläche (20 ) bildende Wandabschnitt (36 ) gestaucht wird. - Synchronring für synchronisierte Schaltgetriebe, der wenigstens eine konische Reibfläche (
20 ) mit axial verlaufenden, durch spanloses Umformen eingebrachten Rillen (24 ) aufweist und zumindest im Bereich der Reibfläche (20 ) gehärtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (28 ,30 ) der Rillen (24 ) durch Gleitschleifen vor dem Härten der Reibfläche (20 ) verrundet sind. - Synchronring nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (
20 ) zwischen je zwei Rillen (24 ) eine längliche axiale Vertiefung (32 ) aufweist, deren Tiefe geringer als die Tiefe der Rillen (24 ) ist, insbesondere maximal 20% der Tiefe der Rillen (24 ) beträgt. - Synchronring nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (
10 ) ein Blockerring mit radial abstehenden Sperrzähnen (16 ) ist.
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