-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchronring für ein (automatisches oder manuelles) Schaltgetriebe, insbesondere eines Pkw oder Lkw, und ein Herstellungsverfahren zum Herstellen des Synchronrings.
-
In einem Schaltgetriebe für ein Fahrzeug treibt eine vom Motor angetriebene Antriebswelle eine sogenannte Vorlegewelle an, an denen mehrere Zahnräder mit verschiedenen Durchmessern fest mit der Vorlegewelle verbunden sind. Die Zahnräder der Vorlegewelle sind wiederum mit Zahnrädern im Eingriff, welche frei drehbar auf der Ausgangswelle angeordnet sind. Um einen bestimmten Gang einzulegen, muss das gewünschte Zahnrad der Ausgangswelle zunächst auf eine Drehgeschwindigkeit gebracht werden, welche der Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle gleicht. Danach wird eine sogenannte Schaltmuffe über den Schalthebel in Eingriff mit einem Innenzahnrad des gewünschten Zahnrades in Eingriff gebracht. Dabei dreht sich die Schaltmuffe, da sie mit der Ausgangswelle in Eingriff steht, mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie die Ausgangswelle. Um das Zahnrad der Ausgangswelle, welches über das betreffende Zahnrad der Vorlegewelle getrieben wird, auf die gleiche Drehgeschwindigkeit zu bringen, wie sie die Ausgangswelle hat, sind bzw. ist zwischen Schaltmuffe und dem betreffenden Zahnrad ein oder mehrere sogenannte Synchronringe angeordnet, welche jeweils ein oder mehrere konische Reibflächen aufweisen, mit denen das Zahnrad abgebremst oder beschleunigt werden kann, um die oben genannten Drehgeschwindigkeiten einander anzugleichen. Während eines Betriebes ist der Synchronring beim Reiben der verschiedenen Reibflächen gegeneinander hohen Belastungen ausgesetzt, insbesondere Scherkräften, was insbesondere mit Temperaturerhöhungen verknüpft ist. Insbesondere ist ein Reibbelag, welcher auf den Reibflächen aufgebracht sein kann, erhöhten Belastungen ausgesetzt, was zur Beschädigung, einem Ablösen von der konischen Fläche des Grundkörpers oder was gar zum Bruch des Reibbelages führen kann.
-
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Synchronring für ein Schaltgetriebe sowie ein Herstellungsverfahren zum Herstellen desselben zu schaffen, wobei der Synchronring erhöhten Belastungsanforderungen standhält, insbesondere einen Reibbelag höherer Festigkeit und Beständigkeit aufweist, welcher insbesondere Temperaturschwankungen gewachsen ist, ohne zu brechen oder sich von dem Ring-Grundkörper abzulösen.
-
Die Aufgabe ist durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche spezifizieren besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
-
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung zwei alternative Merkmalsgruppen zum Lösen der Aufgabe bereit, welche kombiniert werden können, um synergistische Effekte zum Lösen der Aufgabe zu erreichen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Synchronring für ein Schaltgetriebe bereitgestellt, welcher einen Ringkörper (insbesondere kreisförmig, aus Metall gefertigt) mit einer konischen (d.h. einem Kegelabschnitt entsprechenden) Innenoberfläche (welche mit dem Reibbelag belegt als eine innenliegende Reibfläche im Betrieb fungiert) und/oder einer konischen Außenoberfläche aufweist, wobei auf der konischen Innenoberfläche und/oder der konischen Außenoberfläche Erhöhungen (Huckel, Profilierungen, Strukturierungen, welche gegenüber der ansonsten konischen Oberfläche erhaben sind) quer (insbesondere senkrecht) zur Umfangsrichtung (senkrecht zur axialen Richtung und senkrecht zur radialen Richtung) gebildet sind, die von der jeweiligen (das heißt Innenoberfläche oder Außenoberfläche) ansonsten konischen Oberfläche hervorstehen. Ferner weist der Synchronring einen Reibbelag (insbesondere aus einem Kunststoff-Verbund-Werkstoff in flüssiger Form durch einen Spritzprozess aufgebracht) auf der konischen Innenoberfläche und/oder der konischen Außenoberfläche auf, der bei den Erhöhungen in seiner Dicke vermindert ist bzw. ganz unterbrochen ist.
-
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist diese Merkmalsgruppe mit einer Merkmalsgruppe kombiniert, welche ein Durchgangsloch durch den Ringkörper spezifiziert, wobei mindestens ein Durchgangsloch der Durchgangslöcher nahe der Außenoberfläche und/oder der Innenoberfläche eine größere Weite hat als nahe einem Zentrum in Tiefenrichtung des Durchgangslochs. Insbesondere kann der Synchronring durch weitere Merkmale charakterisiert sein, welche die Geometrie des mindestens einen Durchgangslochs spezifizieren.
-
Dadurch, dass der Reibbelag bei den Erhöhungen in seiner Dicke vermindert ist bzw. unterbrochen ist, kann ein Bruch oder Reißen des Reibbelages aufgrund verschiedener Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten einerseits des Reibbelags und andererseits des Ringkörpers vermindert bzw. vermieden werden. Ferner kann dadurch die Haftfestigkeit des Reibbelags erhöht sein. Insbesondere kann, wenn der Reibbelag bei den Erhöhungen unterbrochen ist, eine Segmentierung des Reibbelags in mehrere Segmente (welche durch die Erhöhungen jeweils unterbrochen sind) erreicht werden. Jedes Segment des Reibbelags kann sich unabhängig von Segmenten in anderen Bereichen entlang der Umfangsrichtung bei Temperaturerhöhung ausdehnen, ohne die anderen Segmente zu beeinflussen. Damit kann auch eine Haftung des Reibbelages im Betrieb und insbesondere unter erhöhten Belastungen verbessert werden. Falls vorhanden, können auch die etwaig vorhandenen Durchgangslöcher zu einer Erhöhung der Haftfestigkeit und der Beständigkeit des Reibbelages führen, da die Durchgangslöcher mit dem Reibbelag ausgefüllt sind und somit einen stabilisierenden Formschluss mit dem die Durchgangslöcher begrenzenden Material des Ringkörpers bilden.
-
Die Erhöhungen können insbesondere durch Einbringen von radialen Sicken (insbesondere Rillen, erzeugt durch Einprägungen von der jeweils anderen Oberflächenseite her) gebildet sein. Der Ringkörper kann insbesondere ein Stahlblechsynchronringkörper sein. Im Stand der Technik kann ein auf einem Stahlsynchronring ohne Unterbrechung aufgebrachter Reibbelag bei Erwärmung während des Betriebszustandes aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Stahl und Reibbelag reißen oder brechen. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können radiale Einprägungen (mit einem entsprechenden Prägewerkzeug hergestellt), insbesondere „Sicken“ in beliebiger Anzahl und Abstand (in Umfangsrichtung) vorgesehen sein, wobei sie sowohl zur Innenkonusoberfläche als auch zur Außenkonusoberfläche gerichtet sein können. Durch ein Einbringen einer Sicke von einer Oberflächenseite her, kann auf der jeweils anderen Oberflächenseite eine Erhöhung gebildet werden, was zu einer Segmentierung des Reibbelags nach Aufbringen desselben führen kann. Dabei kann auf ein Spezialwerkzeug während des Klebeprozesses bzw. des Spritzprozesses, bei welchem der Reibbelag aufgebracht wird, verzichtet werden. Ferner kann durch die vorgesehene Erhöhung der Formschluss von Blechring und Belag erhöht werden. Somit kann insbesondere ein Herstellungsverfahren vereinfacht werden, indem auf besondere Spezialwerkzeuge verzichtet werden kann. Insgesamt können zumindest teilweise Probleme aufgrund der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten von Reibbelag und Ringkörper vermindert werden.
-
Mindestens eine Erhöhung (oder alle Erhöhungen) der Erhöhungen kann durch Prägung (oder Einprägungen oder Einprägen), insbesondere von Sicken, von der jeweils anderen Oberfläche her auf der Innenoberfläche und/oder der Außenoberfläche gebildet sein. Damit ist eine einfache Herstellung der Erhöhungen ermöglicht. Insbesondere können die Erhöhungen auf der Außenoberfläche und der Innenoberfläche ähnliche oder gleiche Geometrie aufweisen, sodass sie insbesondere durch ein gleiches Prägewerkzeug hergestellt werden können.
-
Insbesondere können Einprägungen sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenkonusfläche gebildet sein. Somit kann ein Synchronring mit zwei Funktionsflächen vorteilhaft hergestellt sein bzw. bereitgestellt sein.
-
Mindestens eine Erhöhung (oder alle Erhöhungen) der Erhöhungen kann sich über eine gesamte axiale Ausdehnung (Ausdehnung in axialer Richtung) der konischen Innenoberfläche und/oder der konischen Außenoberfläche erstrecken. Damit kann eine vollständige Unterbrechung des Reibbelags aufgrund der Erhöhung gewährleistet sein, um eine effektive Segmentierung des Reibbelags zu erzielen, was wiederum ein Reißen bzw. Brechen des Reibbelages während des Betriebs vermindern kann und/oder Haftfestigkeit erhöhen kann. In anderen Ausführungsformen kann sich mindestens eine Erhöhung (oder alle Erhöhungen) der Erhöhungen über weniger als eine gesamte axiale Ausdehnung (Ausdehnung in axialer Richtung) der konischen Innenoberfläche und/oder der konischen Außenoberfläche erstrecken.
-
Die Erhöhungen können in Umfangsrichtung gleich beanstandet sein (oder unterschiedlich beanstandet sein) und es können insbesondere zwischen 2 und 20, ferner insbesondere zwischen 2 und 12 Erhöhungen jeweils auf der konischen Innenoberfläche und der konischen Außenoberfläche gebildet sein. Damit kann eine vorteilhafte Segmentierung in eine ausreichende Zahl von Segmenten erreicht werden.
-
Die Erhöhungen können verschiedene Geometrien in verschiedenen Ausführungsformen aufweisen. Zum Beispiel kann die Erhöhung in einer Axialebene einen glockenförmigen Querschnitt (ähnlich einer Gaußschen Glockenkurve bzw. einer Kurve mit zunächst leichtem Anstieg, dann stärkerem Anstieg und wieder leichteren Anstieg, insbesondere mit einer Spiegelsymmetrieachse) aufweisen, wobei insbesondere die Erhöhung in einer Tangentialebene an die jeweilige konische Oberfläche einen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen Ausdehnung in Umfangsrichtung mit zunehmendem Abstand von der konischen Oberfläche abnimmt. Eine derartige Geometrie ist durch ein geeignetes Prägewerkzeug leicht herstellbar. Ferner kann sich dadurch die Dicke des Reibbelags zu der höchsten Erhebung der Erhöhung kontinuierlich vermindern. Damit kann eine Haftfestigkeit verbessert werden.
-
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Erhöhung in einer Axialebene einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, insbesondere mit Abrundungen bzw. Ausläufern. Auch diese Geometrie der Erhöhung kann mit einem geeigneten Präge- bzw. Stanzwerkzeug hergestellt werden und kann zu einer effektiven Segmentierung des Reibbelages führen.
-
Die Dicke des Reibbelags (gemessen in einer Richtung senkrecht auf die jeweilige Oberfläche) kann in Bereichen auf der Innenoberfläche und/oder der Außenoberfläche zwischen den Erhöhungen (d.h. in den einzelnen Segmenten des Reibbelages) im Wesentlichen der Höhe der Erhöhungen gleichen (alternativ kann der Reibbelag etwas dicker sein als die Höhe der Erhöhungen). Die Höhe der Erhöhungen von der jeweiligen konischen Oberfläche kann zum Beispiel 0,2 mm bis 0,8 mm betragen, insbesondere zwischen 0,3 mm bis 0,6 mm. Die Dicke des Ringkörpers zwischen der Innenoberfläche und/oder der Außenoberfläche kann zum Beispiel zwischen 1 mm und 4 mm, insbesondere zwischen 1,5 mm und 2,5 mm betragen. Damit können herkömmlich erforderliche Ausbildungen bzw. Geometrien des Synchronrings unterstützt werden, wie sie in herkömmlichen Schaltgetrieben verwendet werden.
-
Wie bereits oben erwähnt wurde, kann der Synchronring ferner, insbesondere im Wesentlichen in Radialrichtung verlaufende Durchgangslöcher – durch den Ringkörper gebildet – aufweisen, die sich zu der Außenoberfläche und/oder der Innenoberfläche hin öffnen. Damit kann eine weitere Stabilisierung des Reibbelags erreicht sein, und ein Brechen bzw. Reißen kann ferner vermindert sein. Insbesondere kann ein Formschluss zwischen den Rändern der Löcher und dem Reibbelag gebildet sein, welcher die Haftfestigkeit des Reibbelages erhöhen kann. Die Durchgangslöcher können in Umfangsrichtung insbesondere gleich beanstandet sein und können zum Beispiel an verschiedenen Axialpositionen, insbesondere alternierend, angeordnet sein. Damit kann eine höhere Haftfestigkeit des Reibbelags erreicht werden, welcher die Durchgangslöcher ausfüllt und sich somit an den Rändern der Löcher abstützen kann, insbesondere bei der auftretenden Scherbelastung.
-
Der Synchronring kann ferner mindestens drei Mitnehmer (auch als Laschen bezeichnet, welche zum Eingreifen in eine komplementäre Struktur des betreffenden Zahnrades auf der Ausgangswelle ausgebildet sein können) an einer Seite des Ringkörpers aufweisen, zu der sich die konische Innenoberfläche und/oder die konische Außenoberfläche hin verjüngt oder vergrößert. Somit können verschiedene Designs eines Synchronrings unterstützt sein, wie sie in herkömmlichen Getrieben Verwendung finden.
-
Sollte verstanden werden, dass Merkmale, welche individuell oder in irgendeiner Kombination im Zusammenhang mit einem Synchronring beschrieben, erläutert, verwendet oder bereitgestellt sind, ebenso, individuell oder in irgend einer Kombination für ein Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings angewendet werden können und umgekehrt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Synchronrings für ein Schaltgetriebe bereitgestellt, welches zunächst Bereitstellen eines Ringkörpers mit einer konischen Innenoberfläche und/oder einer konischen Außenoberfläche aufweist. Ferner wird bzw. werden in dem Verfahren auf der konischen Innenoberfläche und/oder der konischen Außenoberfläche eine Erhöhung bzw. viele Erhöhungen quer (insbesondere senkrecht) zur Umfangsrichtung derart gebildet, dass sie von der jeweiligen ansonsten konischen Oberfläche hervorsteht bzw. hervorstehen. Ferner wird gemäß des Herstellungsverfahrens ein Reibbelag auf der konischen Innenoberfläche und/oder der konischen Außenoberfläche derart aufgebracht, dass die Dicke des Reibbelags bei den Erhöhungen vermindert ist bzw. der Reibbelag unterbrochen ist.
-
Das Verfahren kann insbesondere ohne Spezialwerkzeuge während des Spritzprozesses durchgeführt werden.
-
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen eines Synchronrings und eines Herstellungsverfahrens für denselben beschrieben, wobei die Merkmale des Synchronrings und des Herstellungsverfahrens, wie sie in den bisher beschriebenen Ausführungsformen bereitgestellt sind, auch für den Synchronring und das Herstellungsverfahren, wie sie im Folgenden beschrieben sind, anwendbar sind.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Synchronring für ein Schaltgetriebe bereitgestellt, welcher einen kreisförmigen Ringkörper aufweist, welcher eine konusförmige Außenoberfläche und/oder eine konusförmige Innenoberfläche umfasst. Dabei sind Durchgangslöcher durch den Ringkörper gebildet, die sich zu der Außenoberfläche und/oder der Innenoberfläche hin öffnen. Ferner weist der Synchronring einen Reibbelag (insbesondere aus einem Kunststoff-Verbundwerkstoff hergestellt) auf, der auf der Außenoberfläche und/oder der Innenoberfläche aufgebracht ist und die Durchgangslöcher ausfüllt. Dabei hat mindestens ein Durchgangsloch (oder alle Durchgangslöcher) der Durchgangslöcher nahe der Außenoberfläche und/oder nahe der Innenoberfläche eine größere Weite (zum Beispiel größeren Durchmesser bzw. größere Abmessung) als nah einem Zentrum in Tiefenrichtung des Durchgangslochs.
-
Das Durchgangsloch bzw. alle Durchgangslöcher können ermöglichen, dass während eines Umspritzprozesses zum Aufbringen des Reibbelages das flüssige Reibbelagmaterial durch die Durchgangslöcher hindurchfließt und somit vorteilhaft auf beiden konusförmigen Oberflächen, d.h. der Außenoberfläche und der Innenoberflächen verteilt wird. Ferner kann der Reibbelag nach dem Aufbringen auf die entsprechenden Außen- bzw. Innenoberflächen aushärten bzw. erstarren bzw. fest werden, und es kann ein Formschluss zwischen dem erstarrten bzw. polymerisierten Reibbelag und von Material des Ringkörpers entstehen, welches die Durchgangslöcher begrenzt.
-
Insbesondere können in dem Ringkörper im Konusbereich radiale Bohrungen vorgesehen sein, um während eines Spritzprozesses zum Aufbringen des Reibbelages den Reibmaterialdurchfluss, sowie einen Formschluss von Innen- zur Außenfläche zu gewährleisten. Insbesondere kann der Ringkörper mittels eines Spritzgussprozesses mit dem Reibbelagmaterial ummantelt werden. Zusätzlich können die Durchgangslöcher ein- oder beidseitige Einprägungen aufweisen, was den Formschluss erhöhen kann und Kerbspannungen zwischen Bohrung und Reibbelag verringern kann. Der Synchronring, welcher Bohrungen in radialer Richtung aufweisen kann, kann durch einen Spritzgussprozess mit einem anderen Material ummantelt werden. Die Durchgangslöcher können benötigt sein, um den Durchlassfluss des Reibbelagmaterials zu gewährleisten und um den Formschluss zwischen Innen- und Außenkonus herzustellen. Die Durchgangslöcher bzw. Bohrungen ohne Profilierung können im Betrieb an ihren Kanten Kerbwirkungen auf den Reibbelag (Spritzgussmaterial) verursachen. Die Durchgangslöcher können gemäß Ausführungsformen der Erfindung eingestanzt sein und können zusätzlich ein- oder beidseitig angeprägt sein. Kerbspannungen, die an Bohrungen zwischen Stahlring und Reibbelag auftreten können, können somit verringert werden. Der Formschluss zwischen Stahlring und Reibbelag kann erhöht werden.
-
Das Durchgangsloch kann im Querschnitt eine verzerrte Kreisform mit verschiedenen Durchmessern (bzw. Ausdehnungen) abhängig von einer Tiefe aufweisen. Eine Kreisform kann durch herkömmliche Werkzeuge leicht herstellbar sein, wenn von einem flachen Ringkörper ausgegangen wird, bei dem zunächst (z.B. Durch Stanzen und optional Prägen) das eine oder mehrere kreisförmige Durchgangslöcher gebildet werden und der dann in Konusform gebracht wird (z.B. durch Ziehen), wodurch die Form der Durchgangslöcher verzerrt wird. Verschiedene Durchmesser können durch entsprechende Anprägewerkzeuge bzw. Einprägewerkzeug hergestellt werden.
-
Ein Durchmesser des Durchgangslochs kann sich von einem Ende eines Durchgangslochs her zunächst vermindern, kann in einem inneren Bereich zwischen der Außenoberfläche und der Innenoberflächen einen kleinsten Wert annehmen, insbesondere in einem Abschnitt konstant sein, und kann sich ferner insbesondere zu einem anderen Ende des Durchgangslochs hin wieder erhöhen. Diese Geometrie des Durchgangslochs kann einen besonders stabilen Formschluss zwischen Reibbelag und Ringkörper nach sich ziehen bzw. verursachen. Ferner kann eine solche Geometrie mit herkömmlich erhältlichen Einprägewerkzeugen bzw. Stanzen erreicht werden.
-
Eine Zuwachsrate des Durchmessers von dem inneren Bereich zu den Enden des Durchgangslochs hin kann zunächst gering sein, dann ansteigen, dann abfallen und schließlich wieder ansteigen, sodass das Durchgangsloch im Längsschnitt insbesondere eine Kelchform aufweisen kann. Umgekehrt kann der Durchmesser von der jeweiligen konischen Oberfläche her zunächst rasch abnehmen, dann leicht abnehmen, dann wieder rasch abnehmen und dann leichter abnehmen, um den Innenbereich des Durchgangslochs zu erreichen. Zu dem anderen Ende des Durchgangslochs kann eine Änderung des Durchmessers in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Dabei kann das Durchgangsloch im Längsschnitt (d.h. entlang einer Längsrichtung des Durchgangslochs, welche im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufen kann) eine (zumindest approximative) Spiegelsymmetrie aufweisen, wobei sich eine Spiegelebene (insbesondere im Zentrum) zwischen der Außenoberfläche und der Innenoberfläche befinden kann. Diese (zumindest approximative) Spiegelsymmetrie kann auf einfache Weise zunächst durch Bohren bzw. Stanzen von Vorläuferdurchgangslöchern gefolgt von Einprägen von beiden Seiten mit insbesondere identischen Prägewerkzeugen hergestellt werden.
-
Die Durchgangslöcher im Konus können im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufen. Insbesondere kann eine Längsachse des Durchgangslochs im Wesentlichen entlang einer Normale auf die konische Außenoberfläche bzw. konische Innenoberfläche verlaufen. Somit kann die Längsachse des Durchgangslochs gegenüber einer Radialrichtung gemäß des Konus verkippt sein.
-
Der Ringkörper kann ferner Erhöhungen (insbesondere wie sie in vorangehenden Ausführungsformen erläutert wurden) auf der konischen Innenoberfläche und/oder der konischen Außenoberfläche quer zur Umfangsrichtung aufweisen, die von der jeweiligen ansonsten konischen Oberfläche hervorstehen. Dabei kann der Reibbelag bei den Erhöhungen in seiner Dicke vermindert sein bzw. kann der Reibbelag unterbrochen sein. Ausführungsformen, welche die Erhöhungen im Detail spezifizieren, sind oben erläutert worden und können in verschiedenen Ausführungsformen in Kombination mit den Durchgangslöchern vorgesehen sein.
-
Gemäß einer Ausrufung der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Synchronrings für ein Schaltgetriebe bereitgestellt, welches zunächst Bereitstellen eines kreisförmigen Ringkörpers umfasst, welcher eine konusförmige Außenfläche und/oder eine konusförmige Innenoberfläche aufweist. Ferner werden in dem Verfahren Durchgangslöcher durch den Ringkörper derart gebildet, dass sich die Durchgangslöcher zu der Außenoberfläche und/oder der Innenoberfläche hin öffnen, und derart, dass mindestens ein Durchgangsloch der Durchgangslöcher nahe der Außenoberfläche und/oder der Innenoberflächen eine größere Weite hat als nahe einem Zentrum in Tiefenrichtung des Durchgangslochs. Ferner wird in dem Herstellungsverfahren ein Reibbelag auf die Außenoberfläche und/oder die Innenoberfläche derart aufgebracht, dass der Reibbelag die Durchgangslöcher ausfüllt.
-
Ferner kann ein Formschluss zwischen den Reibbelag und einem die Durchgangslöcher begrenzenden Material des Ringkörpers erhalten werden. Der Reibbelag kann insbesondere durch einen Umspritzprozess aufgebracht werden, wobei insbesondere ein Kunststoff-Verbund-Material (z. B. Kohlefasern und ein polymerisierbares Harz umfassend) verwendet wird. Damit kann auf einfache Weise ein Synchronring hergestellt werden, welcher erhöhten Anforderungen hinsichtlich einer Belastung des Reibbelages gewachsen ist. Der Reibbelag kann eine erhöhte Festigkeit insbesondere Haftfestigkeit aufweisen.
-
Die Durchgangslöcher können insbesondere (während der Ringkörper flach ist) durch Stanzen gebildet sein und daraufhin kann ein ein- oder beidseitiges Anprägen des mindestens einen Durchgangslochs (oder aller Durchgangslöcher) durchgeführt werden. Daraufhin kann der Ringkörper in Konusform gezogen werden. Damit kann das Herstellungsverfahren durch herkömmlich erhältliche Werkzeuge und Prozesse durchgeführt werden.
-
Ferner kann ein Kunststoff-Faser-Verbundwerkstoff, insbesondere Kohlefasern enthaltend, als Reibbelagmaterial verwendet werden und der Reibbelag kann insbesondere mittels Umspritzens des Ringskörpers mit Reibbelagmaterial hergestellt werden, wobei das Reibbelagmaterial durch die Durchgangslöcher hindurchfließt. Somit kann nach Verfestigung des Reibbelagmaterials ein effektiver Formschluss zwischen Reibbelag und dem Ringkörper erhalten sein.
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die illustrierten oder beschriebenen Ausführungsformen begrenzt.
-
1, 2, 3 und 4 illustrieren in schematischen perspektivischen Ansichten eine Ausführungsform eines Synchronrings gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
5, 6 und 7 illustrieren in schematischen perspektivischen Ansichten einen Synchronring gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
8 illustriert in einer schematischen Schnittansicht bzw. Seitenansicht einen Synchronring gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
9, 10 und 11 illustrieren in einer Schnittdarstellung bzw. in einer Detailschnittdarstellung einen Synchronring gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
-
12 illustriert in einer schematischen Schnittdarstellung ein Detailansicht eines Synchronrings gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Der in 1 bis 4 in schematischer perspektivischer Darstellung aus verschiedenen Blickrichtungen illustrierte Synchronring 100 weist einen nur teilweise dargestellten Ringkörper 101 mit einer konischen Innenoberfläche 103 und einer konischen Außenoberfläche 105 auf, welche insbesondere im Wesentlichen parallel (z.B. Abweichung von höchstens zwischen 10 Bogenminuten und 1°) zueinander sind und einen Konus aufweisen, welcher sich zu der Seite 107 hin vergrößert bzw. sich zu der Seite 109 hin verkleinert. Auf der konischen Außenoberfläche 105 ist eine Erhöhung 111 vorgesehen, welche sich quer zu einer Umfangsrichtung 113 erstreckt, um einen Reibbelag 113, welcher in 2 schematisch illustriert ist und welcher auf der konischen Außenoberfläche 105 und der konischen Innenoberfläche 103 aufgebracht ist, zu segmentieren, d.h. in Segmente zu unterteilen. Der Reibbelag 113 kann auf der konischen Außenoberfläche 105 und der konischen Innenoberfläche 103 zwischen den Erhöhungen 111 aufgebracht sein. Der Ringkörper hat eine Dicke D (siehe 2).
-
Die Erhöhung 111 ragt von der konischen Oberfläche 105 um eine Höhe h hervor, wie aus 2 hervorgeht. Der Reibbelag 113 kann im Wesentlichen mit einer Dicke d außerhalb der Erhöhung 111 aufgebracht sein, welche Dicke d im Wesentlichen der Höhe h der Erhöhung 111 gleicht. In anderen Ausführungsformen kann die Dicke d des Reibbelag größer sein als die Höhe h der Erhöhung 111. Wenn die Dicke d des Reibbelages, welcher in 2 mit Bezugsziffer 113 angedeutet ist, größer ist als die Höhe h der Erhöhung 111, so ist die Dicke d bei der Erhöhung 111 zumindest auf die Dicke d` = d – h vermindert. Wenn die Dicke d des Reibbelages 113 gleich der Höhe h der Erhöhung 111 ist, so ist der Reibbelag 113 aufgrund der Erhöhung 111 bzw. mehrerer Erhöhungen in einzelne Segmente getrennt, was das Risiko eines Brechens bzw. Reißens oder eines vom Blech Abscherens in Umfangsrichtung aufgrund verschiedener Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten des Reibbelages 113 einerseits und des Ringkörpers 101 andererseits vermindern kann.
-
Die Erhöhung 111 kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch Prägen bzw. Einprägen mittels eines in 2 schematisch dargestellten Prägewerkzeuges 115 erhalten werden, welches von der Innenseite des Ringkörpers 101 in radialer Richtung (radiale Richtung ist durch Bezugsziffer 112 bezeichnet) nach außen vorgetrieben wird, um auf der Innenoberfläche 103 eine Sicke 117 zu bilden. Die Erhöhung 111 erstreckt sich über eine gesamte axiale Ausdehnung b der konischen Außenoberfläche 105. Damit kann eine effektive Segmentierung des Reibbelag 113 erreicht werden. Der Erhöhung 111 ähnliche weitere Erhöhungen können in Umfangsrichtung 113 beanstandet, insbesondere gleich beanstandet, auf dem Ringkörper 101 vorgesehen sein. Wie in der Seitenansicht von 2 ersichtlich, weist die Erhöhung 111 in einer Axialebene einen glockenförmigen Querschnitt auf. Betrachtet man die Erhöhung 111 in einer Tangentialebene an die jeweilige konische Oberfläche 105, so weist die Erhöhung 111 einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen Ausdehnung in Umfangsrichtung mit zunehmendem Abstand von der konischen Oberfläche abnimmt.
-
Der Ringkörper 101 weist ferner eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 119 auf, welche sich zu der konischen Außenoberfläche 105 sowie auch zu der konischen Innenoberfläche 103 hin öffnen. Die Durchgangslöcher 119 sind in Umfangsrichtung 113 jeweils durch einen axialen Abstand al beanstandet und weisen alternierende axiale Positionen auf, welche einen axialen Unterschied von ad aufweisen. Andere Ausführungsformen weisen Durchgangslöcher 119 auf, welche nicht gleich in Umfangsrichtung beanstandet sind und nicht notwendiger Weise alternierend in ihren Axialpositionen angeordnet sind.
-
Die Durchgangslöcher 119 weisen einen Innenbereich 123 auf, in denen eine Ausdehnung des Querschnitts des ovalen bis kreisförmigen Durchgangsloches 119 konstant ist. Zu den jeweiligen konischen Oberflächen 105, 103 hin weisen die Durchgangslöcher 119 einen Bereich 125 auf, in denen der Durchmesser des kreisförmigen Durchgangslochs von dem Durchmesser des Innenbereichs 123 z.B. linear zu der jeweiligen Außenoberfläche bzw. Innenoberfläche hin ansteigt. Diese Profilierung mit zur jeweiligen Oberfläche hin ansteigendem Durchmesser kann zum Beispiel durch Einprägen durch oder Anprägen hergestellt sein. Andere Ausführungsformen eines Synchronrings bzw. eines Ringkörpers 101 weisen lediglich Erhöhungen 111 auf, ohne Durchgangslöcher 119 aufweisen zu müssen.
-
Der Ringkörper 101 weist ferner mehrere Mitnehmer 121 auf, von denen lediglich einer in den 1 bis 4 illustriert ist. Insgesamt können zum Beispiel drei Mitnehmer 121 vorgesehen sein, welche im Wesentlichen in axialer Richtung zu der Seite 107 des sich vergrößernden Konus hervorstehen.
-
5 bis 7 illustrieren in schematischen perspektivischen Ansichten aus verschiedenen Blickrichtungen einen Synchronring 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ähnliche oder gleiche Merkmale in Struktur und/oder Funktion wie die in 1 bis 4 dargestellten, sind mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet, die sich lediglich in der ersten Ziffer unterscheiden. Von der konischen Außenoberfläche 205 des Ringkörpers 101 hervorstehende Erhöhungen 211 ermöglichen eine Segmentierung von in 5 bis 7 nicht dargestelltem Reibbelag, welcher auf die konischen Oberflächen 205, 203 z.B. in einer Dicke aufgebracht werden kann, die der Höhe h der Erhöhungen 211 gleicht oder größer ist. In einer Axialebene weist die Erhöhung 211 einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, wobei jedoch Abrundungen 212 der Ecken am Ende und Abrundungen 214 der Ecken an der Basis vorgesehen sind. Ein auf der Oberfläche 205, 203 aufgebrachter Reibbelag kann beispielsweise eine Dicke aufweisen, welche im Wesentlichen der Höhe h der Erhöhung 211 gleicht.
-
Im Gegensatz zu dem in 1 bis 4 illustrierten Synchronring 100 (welcher zusätzlich einen Reibbelag 113 aufweist) umfasst der Ringkörper 201 Durchgangslöcher 219, welche an gleichen Axialpositionen (d.h. nicht alternierend) vorgesehen sind. Auch die Durchgangslöcher 219 weisen einen inneren Bereich 223 auf, in denen ein Durchmesser des kreisförmigen Durchgangslochs 219 im Wesentlichen konstant ist, sowie einen Bereich 225 zwischen der jeweiligen Oberfläche 205 und dem Innenbereich 223, in welchem sich der Durchmesser des Durchgangslochs 219 z.B. linear erhöht. Ein weiterer Unterschied zwischen dem Synchronring 200 und dem Synchronring 100, welcher in 1 bis 4 dargestellt ist, ist, dass der in 5 bis 7 illustrierte Synchronring 200 Mitnehmer 221 an der Seite aufweist, an der sich der Konus der konischen Oberflächen 205, 203 verjüngt. Auch stehen die Mitnehmer 221 nicht in im Wesentlichen axialer Richtung 114 bzw. 214 hervor, sondern im Wesentlichen in radialer Richtung 212. Damit können verschiedene herkömmlich verwendete Designs von Synchronringen unterstützt werden.
-
Auch die Erhöhung 211 des Synchronrings 200, kann durch Anprägen von der Innenseite her hergestellt werden, wobei auf der Innenseite eine Einbuchtung 227 entsteht, wie in 6 illustriert ist. Die Einbuchtung 227 hat eine andere Geometrie als die als Rillen bzw. Sicken 117 geformte Einbuchtung, welche in dem Synchronring 100 durch Einprägen bzw. Stanzen gebildet ist. Erhöhungen 111 bzw. 211 können sowohl auf der Außenoberfläche 105, 205 als auch auf der Innenoberfläche 103, 203 in ähnlicher Weise gebildet sein. Damit ist eine Segmentierung eines Reibbelages sowohl auf der Außenoberfläche als auch auf der Innenoberfläche ermöglicht.
-
Die Erhöhung 311 des Synchronrings 200, welcher in 7 illustriert ist, erstreckt sich axial über eine gesamte axiale Ausdehnung der konischen Außenoberfläche 205 und ist ähnlich durch Einprägen bzw. Stanzen von der Innenseite her hergestellt.
-
Die Durchgangslöcher 119, 219 der Synchronringe 102 und 200 können ausgebildet sein, wie die unten beschriebenen Durchgangslöcher der Synchronringe, welche in 8 bis 12 illustriert sind.
-
Die in 8 bis 12 illustrierten und unten beschriebenen Synchronringe können weiterhin Erhöhungen aufweisen, wie sie etwa in den 1 bis 7 illustriert sind.
-
8 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung einen Synchronring 300 gemäß einer Ausführung von der vorliegenden Erfindung, welcher einen kreisförmigen Ringkörper 301 aufweist, der eine konusförmige Außenoberfläche 305 und eine konusförmige Innenoberfläche 303 umfasst. Der Konus verjüngt sich dabei zu der Seite 309 hin. Der Ringkörper 301 weist Durchgangslöcher 319 auf, welche durch den Ringkörper 301 gebildet sind und sich zu der Außenoberfläche 305 und der Innenoberfläche 303 hin öffnen. Ein in 8 nicht dargestellter Reibbelag ist auf der konischen Außenoberfläche 305 und der konischen Innenoberfläche 303 aufgebracht und füllt die Durchgangslöcher 319 aus, wie zum Beispiel in den 11 und 12 illustriert ist. Der Synchronring 300 weist ferner Mitnehmer 321 auf, welche von der bzw. auf der Seite 307 in im Wesentlichen axialer Richtung 314 hervorragen. Die Durchgangslöcher 319 weisen einen inneren Bereich 323 auf, in dem ein Durchmesser im Wesentlichen konstant ist, und weisen einen Bereich 325 zwischen dem inneren Bereich und in den jeweiligen Oberflächen 303, 305 auf, in denen der Durchmesser des Durchgangslochs 319 von dem inneren Bereich 323 zu der jeweiligen Oberfläche 303, 305 hin ansteigt. Somit weist das Durchgangsloch 319 nahe der Außenoberfläche bzw. der Innenoberfläche 303 eine größere Weite auf als nahe einem Zentrum in Tiefenrichtung des Durchgangslochs 319.
-
9 und 10 illustrieren in schematischen Schnittansichten ein Ganzes bzw. einen Teil eines Synchronrings 400 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Synchronring 400 weist Merkmale auf, welche denen der in 1 bis 8 illustrierten Synchronringen entsprechen bzw. gleichen, welche Merkmale mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet sind, welche sich lediglich in der ersten Ziffer unterscheiden.
-
Die Detailansicht der 10 illustriert die Profilierung bzw. Geometrie des Durchgangslochs 119. Von der Innenoberfläche 403 her vermindert sich der Durchmesser von einem Wert d4 zunächst zu einem Wert d3, vermindert sich dann relativ abrupt zu dem Durchmesser d2 und vermindert sich dann wieder gemächlich zu dem Durchmesser d1, welcher einem Durchmesser in einem Innenbereich 423 entspricht. In dem Innenbereich 423 wird der kleinste Durchmesser, d. h. der Durchmesser d1 angenommen. Zu der Außenoberfläche 405 hin verändert sich der Durchmesser in spiegelbildlicher Weise, wobei in dem Zentrum des Durchgangslochs 419 eine Spiegelebene 431 angenommen werden kann. Das Durchgangsloch 419 weist somit im in 10 illustrierten Längsschnitt eine Spiegelsymmetrie mit der Spiegelebene 431 auf.
-
In dem Bereich 425 erhöht sich somit der Durchmesser von dem Innenbereich 423 her zu den jeweiligen Oberflächen 403, 405. Von dem Durchmesser d1 in dem inneren Bereich 423 her steigt der Durchmesser zunächst gering auf den Durchmesser d2 an, steigt dann relativ stark zu dem Durchmesser d3 an und steigt wiederum relativ schwach zu dem Durchmesser d4 an. Die radiale Richtung ist mit Bezugsziffer 412 bezeichnet und eine Längsachse 433 des Durchgangslochs 419 verläuft im Wesentlichen entlang der radialen Richtung, jedoch gemäß Ausführungsformen entlang einer Normalen 435 der Außenoberfläche 405 bzw. der Innenoberfläche 403, wobei die Normale 435 aufgrund des Konus gegenüber der radialen Richtung 412 geneigt ist.
-
11 illustriert den Synchronringe 400, nachdem ein Reibbelag 413 auf der konischen Außenoberfläche 405 und der konischen Innenoberfläche 403 sowie innerhalb des Durchgangsloches 419 aufgebracht bzw. eingefüllt ist. Der Reibbelag 413 ist durch einen Umspritzprozess aufgebracht worden, während dessen Reibbelagmaterial durch das Durchgangsloch 419 hindurchfließt. Sobald der Reibbelag 413 polymerisiert bzw. verfestigt ist, bewirkt die beschriebene Profilierung des Durchgangslochs 419 einen Formschluss zwischen dem Reibbelag 413 und dem Material des Ringkörpers 401, welches das Durchgangsloch 419 begrenzt. Damit kann eine besondere Festigkeit und Haftbeständigkeit des Reibbelages 413 auf dem Ringkörper 401 erreicht werden.
-
12 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Detailansicht eines Synchronrings 500 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher Ähnlichkeit mit den in 1 bis 7 bzw. 8 und 9 bis 11 illustrierten Synchronringen 100, 200, 300 und 400 aufweist, weswegen für übereinstimmende Merkmale auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Der Synchronring 500 weist ein Durchgangsloch 519 auf, welches im in 12 illustrierten Längsschnitt eine Profilierung aufweist, welche der Profilierung des Durchgangslochs 119 entsprechen kann, wie es in 1 illustriert ist. In dem inneren Bereich 523 weist das Durchgangsloch 519 einen Durchmesser d1 auf, welcher sich zu den Oberflächen 505, 503 z.B. linear auf einen Durchmesser d2 erhöht. Der Reibbelag 513 ist auf den Außen- bzw. Innenoberflächen 505, 503 aufgebracht und füllt das Durchgangsloch 519 aus. An den Punkten 535 können Kerbwirkungen auftreten, die jedoch durch Abrundungen verringert werden können. Damit kann eine Haftfestigkeit des Reibbelages 513 erhöht werden. Ähnliche oder gleiche Merkmale in Struktur und/oder Funktion können in verschiedenen Illustrationen mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet, die sich lediglich in der ersten Ziffer unterscheiden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100 bis 500
- Synchronring
- 101
- Ringkörper
- 103
- Konische Innenoberfläche
- 105
- Konische Außenoberfläche
- 107, 109
- Konusseiten
- 111
- Erhöhung
- 113
- Umfangsrichtung
- 114
- Axiale Richtung
- 112
- Radiale Richtung
- 113
- Reibbelag
- 115
- Prägewerkzeug
- 117
- Sicken
- 119
- Durchgangsloch
- 121
- Mitnehmer
- 123
- Innerer Bereich des Durchgangslochs
- 125
- Äußerer Bereich des Durchgangslochs
- h
- Höhe der Erhöhung
- d
- Dicke des Reibbelages
- al
- Abstand der Durchgangslöcher in Umfangsrichtung
- ad
- Abstand der Durchgangslöcher in axialer Richtung
- 227
- Einbuchtung
- 311
- Erhöhung
- 431
- Spiegelebene
- 433
- Längsachse des Durchgangslochs
- 435
- Normale der konischen Oberfläche
- 535
- Kerbwirkungen
