DE19841618C2 - Thermisch gespritzter, verschleißfester Komfort - Synchronisierungsbelag - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchronisierring mit einem einen Gleitbereich aufweisenden Ringkörper, wobei der Gleitbereich mit einer verschleißfesten thermisch gespritzten tribologischen Beschichtung versehen ist, welche Titandioxid und Aluminium enthält.

Synchronisierringe sind zum Beispiel aus der DE 42 40 157 A1, US 53 37 872 A, EP 00 70 952 A1 und US 49 95 924 bekannt. Die daraus bekannten Synchronisierringe weisen tribologische Beschichtungen aus verschleißfestem Material auf. Dabei kann es sich z. B. um Messingmaterial, Kupferlegierungen, Molybdänbeschichtungen und dergleichen handeln. Messing- und Molybdänbeschichtungen werden im allgemeinen durch thermisches Spritzen auf dem Gleitbereich des Synchronisierrings aufgebracht. Kupferlegierungen, vorzugs­ weise mit Zinn oder Zink, werden im Stand der Technik in Form von Streusinterfolien, d. h. als Reibfolie aufgebracht. Die Reibfolie ist auf einer Platte befestigt, die wiederum auf dem Gleitbereich des Synchronisierrings befestigt wird.

Problematisch bei den Molybdän- oder Messingbeschichtungen ist, daß es sich um sehr harte Beschichtungen handelt, die wenig Kom­ fort bieten, so daß die Getriebe schwer zu schalten sind. Außer­ dem geht die Getriebeentwicklung in Richtung von pneumatisch/­ elektronisch gesteuerten Getrieben, bei denen insbesondere bei Nutzfahrzeugen hohe Unterschiede in der Geschwindigkeit zwischen der Schiebemuffe und dem Synchronisierring auftreten können. Da­ mit ist aber die Leistungsgrenze der bekannten Molybdänbeschich­ tungen erreicht und die Schiebemuffe verschleißt sehr schnell. Die Streusinterfolien aus porösen Kupferlegierungen bieten demge­ genüber zwar ausreichenden Komfort beim Schalten, verschleißen aber relativ schnell. Die separate Anbindung an den Gleitbereich des Synchronisierrings stellt ein zusätzliches Problem dar.

Aus der DE 32 44 073 C1 ist ein Spritzpulver mit Aluminiumoxid und Titandioxid für die Herstellung verschleißfester und aus­ bruchsicherer Beschichtungen, unter anderem für die Reibflächen von Synchronisierringen, bekannt. Das Spritzpulver enthält neben 50 bis 90 Gew.-% Aluminiumoxid und 5 bis 40 Gew.-% Titandioxid 5 bis 30 Gew.-% Lanthanoxid und/oder Nioboxid und wird im Plas­ maspritzverfahren aufgetragen. Damit werden die Probleme der Mo­ lybdän- oder Messingbeschichtungen zwar vermieden, jedoch sind Lanthanoxid und Nioboxid sehr kostspielig, was die Herstellung derartiger Synchronisierringe in der Serienproduktion unangemes­ sen verteuert.

Aus G. Spur, "Handbuch der Fertigungstechnik", Bd. 4/1 "Abtragen, Beschichten", Carl Hanser Verlag München, Wien 1987, Seite 480- 502 sind im Abschnitt 2.4.3.1 "Thermisches Spritzen" neben den Verfahrensschritten des thermischen Spritzens auch Zusammesetzun­ gen tribologischer Beschichtungen beschrieben. Ein Hinweis auf tribologische Beschichtungen, die nicht so problematische wie Mo­ lybdän- oder Messingbeschichtungen, aber auch nicht so teuer wie Lanthan oder Niob enthaltende Beschichtungen sind, ergibt sich daraus nicht.

Aus der DE 195 48 124 A1 ist ein Synchronisierring mit einer Kup­ ferlegierung bekannt, welche jedoch zwingend eine Nachbehandlung durch Prägen erfordert, um gute tribologische Eigenschaften und eine gute Verschleißfestigkeit zu erzielen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Synchroni­ sierring der oben genannten Art bereitzustellen, der gleichzeitig sowohl verschleißfest und komfortabel als auch preisgünstig ist und auf möglichst einfache Weise auf den Gleitbereich aufgebracht werden kann.

Die Lösung besteht darin, daß die tribologische Beschichtung aus mindestens etwa 40 Gew.-% Titandioxid sowie Aluminium, Zinn, Zink und Kupfer besteht und mittels Drahtlichtbogen-Spritzverfahren aufgetragen ist. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, daß die Be­ schichtung einen verschleißfesten Festschmierstoff, nämlich Ti­ tandioxid, sowie zusätzliche Anteile an definierten Zusatzstoffen enthält. Erfindungsgemäß ist es also nicht mehr notwendig, teure Zusatzstoffe wie Lanthan- bzw. Nioboxid zuzusetzen, sondern es genügen einfachere und billigere Metalle. Die Anwendung des Drahtlichtbogen-Spritzverfahrens erlaubt es wiederum, durch Ein­ stellung geeigneter Spritzparameter eine poröse Gefügestruktur der Beschichtung herzustellen. Damit wird ohne weitere Nacharbei­ tung, insbesondere ohne Nachbehandlung durch Prägen, die Darstel­ lung von Ölverdrängungskanälen möglich, welche eine verbesserte Benetzung durch den Schmiermittelfilm bewirken. Daraus resultiert ein besonders vorteilhaftes Komfort-Verhalten des erfindungsgemä­ ßen Synchronisierrings.

Das Herstellungsverfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, das eine Spritzmasse verwendet wird, die mindestens 40 Gew.-% Titandioxid sowie Zinn, Zink, Kupfer und Aluminium ent­ hält, wobei die Beschichtung im Drahtlichtbogen-Spritzverfahren aufgebracht wird. Die Beschichtung kann direkt auf den Gleitbe­ reich aufgebracht werden, so daß eine gute Anbindung der Be­ schichtung an den Synchronisierring gewährleistet ist. Eine Nach­ bearbeitung ist nicht notwendig.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü­ chen. Das Titandioxid hat vorzugsweise eine Partikelgröße von höchstens etwa 5 µm. Die Beschichtung kann eine Porosität von bis zu 30% aufweisen.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, daß im Drahtlichtbogenspritzverfahren als Spritzmasse ein Fülldraht verwendet wird. Der Fülldraht weist eine Füllung auf, die neben Zinn, Zink, Kupfer und Aluminium aus­ reichend Titandioxid enthält, so daß die resultierende Beschich­ tung einen Titandioxid-Anteil von mindestens etwa 40 Gew.-% auf­ weist. Die Hülle des Fülldrahts besteht vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß eine Kom­ bination von einem Fülldraht und einem Massivdraht, vorzugsweise aus einer Kupfer-Aluminium-Legierung verwendet wird.

Der Gleitbereich kann vor dem Aufbringen der Beschichtung aufge­ rauht, bspw. sandgestrahlt, und entfettet werden. Eine Nachbear­ beitung der Beschichtung ist möglich, aber nicht zwingend erfor­ derlich. Es ist z. Bsp. möglich, die Beschichtung mit einer Prä­ gung, bspw. durch einen Stempel, zu versehen.

Der Fülldraht kann z. Bsp. aus einem Kupfer-Mantel und einer Fül­ lung aus Zinn, Zink und Titandioxid bestehen. Die Mengen der ein­ zelnen Bestandteile sind so aufeinander abgestimmt, daß die durch das Drahtlichtbogenspritzen resultierende Beschichtung die Zusam­ mensetzung Cu/5Sn8Zn40TiO₂ aufweist. Eine weitere Variante be­ steht darin, daß beim Drahtlichtbogenspritzen eine Kombination aus einem Fülldraht und einem Massivdraht verwendet wird, wobei der Fülldraht die soeben beschriebene Zusammensetzung hat und der Massivdraht aus CuAl8 besteht. Die poröse Gefügestruktur ergibt sich durch Einstellung geeigneter Spritzparameter.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im fol­ genden anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform ei­ nes erfindungsgemäßen Synchronisierrings;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Fülldrahts.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Synchronisierrings 1 weist eine Innengleitung auf. Der Synchronisierring gleitet also auf einem Getriebekonus entlang seines inneren Umfangs. Der Synchronisierring 1 weist ei­ nen Ringkörper 2 und eine verschleißbeständige tribologische Schicht 4 auf der Oberfläche des Innenumfangs 3 des Ringkörpers 2 auf. Der Ringkörper 2 ist aus Metall oder Metallegierung, z. Bsp. Eisen, Kupfer oder Aluminium oder deren Legierungen, hergestellt.

Die verschleißbeständige tribologische Schicht 4 enthält erfin­ dungsgemäß etwa 40 Gew.-% Titandioxid mit einer Partikelgröße von höchstens etwa 5 µm. Die Schicht 4 enthält ferner Zinn, Zink, Kup­ fer und/oder Aluminium in variablen Anteilen. Die Beschichtung weist eine Porosität bis zu etwa 30%, vorzugsweise etwa 20%, auf.

Zur Herstellung der Schicht 4 wurde die Oberfläche des Innenum­ fangs 3 des Ringkörpers 2 zunächst aufgerauht, z. Bsp. sandge­ strahlt und entfettet. Dann wurde die Schicht 4 durch das an sich bekannte Drahtlichtbogen-Spritzverfahren unter Verwendung eines oder zweier Fülldrähte aufgebracht. Bei Verwendung nur eines Fülldrahtes bestand der zweite Draht aus CuAl8. Nach dem Aufbrin­ gen wurde die Schicht 4 mit Hilfe eines Stempels geprägt (nicht dargestellt).

Ein Fülldraht 10 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Er weist eine Hülle 11 aus Aluminium oder CuAl8 und eine Füllung 12 auf, die etwa 40 Gew.-% Titandioxid mit einer Partikelgröße von etwa 5 µm enthält.

Claims (9)

1. Synchronisierring (1) mit einem einen Gleitbereich (3) auf­ weisenden Ringkörper (2), wobei der Gleitbereich (3) mit einer verschleißfesten thermisch gespritzten tribologischen Beschich­ tung (4) versehen ist, welche Titandioxid und Aluminium enthält dadurch gekennzeichnet, daß die tribologische Beschichtung (4) aus mindestens etwa 40 Gew.-% Titandioxid sowie Aluminium, Zinn, Zink und Kupfer besteht und mittels Drahtlichtbogen-Spritzverfahren aufgetragen ist.

2. Synchronisierring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Titandioxid eine Partikelgröße von höchstens etwa 5 µm aufweist.

3. Synchronisierring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Porosität von bis zu 30% aufweist.

4. Verfahren zum Aufbringen einer verschleißfesten tribologi­ schen Beschichtung (4) auf dem Gleitbereich (3) eines Synchroni­ sierrings (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (4) im Drahtlichtbogen-Spritzverfahren auf­ gebracht wird, wobei eine Spritzmasse verwendet wird, die minde­ stens 40 Gew.-% Titandioxid sowie Zinn, Zink, Kupfer und Alumini­ um enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Spritzmasse ein Fülldraht verwendet wird, der eine Titan­ dioxid sowie Zinn, Zink, Kupfer und Aluminium enthaltende Füllung aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fülldraht mit einer Hülle aus Kupfer und/oder Aluminium verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Spritzmasse neben einem Fülldraht auch ein Massivdraht, vorzugsweise aus CuAl8, verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitbereich (3) vor dem Aufbringen der Beschichtung (4) aufgerauht, vorzugsweise sandgestrahlt und entfettet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (4) nach dem Aufbringen geprägt wird.