Bezeichnung der Erfindung

Verfahren zur Herstellung eines Synchronringes einer Synchronisiereinrichtung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Synchronringes, insbesondere eines Synchronzwischenringes für eine Synchronisiereinrichtung eines Schaltgetriebes, mit einem sich um eine Symmetrieachse erstreckenden Ringkörper, welcher eine innere Reibfläche und/oder eine äußere Reibfläche zum reibbehafteten Anlauf gegen einen Reibpartner aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Synchronring, insbesondere einen Synchronzwischenring für eine Synchronisiereinrichtung, welcher mittels eines Verfahrens, umfassend ein Nachwalzen der inneren Reibfläche und/oder der äußeren Reibfläche, hergestellt ist.

Stand der Technik

Aus der Offenlegungsschrift DE 198 58 987 A1 ist ein spanlos gefertigter Synchronring für eine Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes bekannt. Dieser umfasst einen aus einem Blech geformten und im Wesentlichen konisch ausgebildeten Ringkörper mit einer zur Symmetrieachse des Ringkörpers konisch verlaufenden äußeren Reibfläche und einer zur Symmetrieachse des Ringkörpers konisch verlaufenden inneren Reibfläche. Der Synchronring ist zumindest an einer der genannten Reibflächen mit wenigstens einer ölnut versehen, wobei die Reibfläche selbst aus dem Material des Ringkörpers ge- bildet ist und wobei die ölnut spanlos in die Reibfläche eingebracht ist.

Die ölnuten erstrecken sich von einem ersten axialen Ende der Reibfläche zu einem zweiten axialen Ende der Reibfläche, und weichen in Längsrichtung der ölnuten von der Richtung der Symmetrieachse sowie von der Umfangsrichtung des Synchronringes ab. Die ölnuten weisen dabei wenigstens ein axial offenes Ende auf, das mit einem der axialen Enden der Reibfläche abschließt.

Weitere gattungsgemäße Synchronringe weisen ölnuten auf, welche in einem spanlosen Umformgang in die Reibfläche eingearbeitet werden, wobei die Reibfläche aus dem Material des Bleches selbst gebildet ist. Gemäß des hierin offenbarten Verfahrens zur Herstellung des Synchronringes können die ölnuten durch Prägen in das Blech- Ausgangsmaterial vor dem Durchstellen des konusförmigen Ringes oder durch Rollieren in einen ringförmigen Hohlkörper eingebracht werden. Damit entfallen gemäß dem Stand der Technik die Kosten, die entstehen, um Reibbeläge, zum Beispiel aus Sintermetall oder einem Papierwerkstoff nachträglich durch Prägevorgänge mit Nuten zu versehen. Diese Reibbeläge werden auf die Reibfläche des Synchronringes aufgetragen, der den erfindungsgemäßen Synchronring zur Bildung einer Reibpaarung zugeordnet ist. Somit ist die Einbringung der Nuten in die Arbeitsfolge des Formvorgangs des Synchronringes integriert und macht daher keine zusätzlichen Arbeitsschritte erforderlich, um die ölnuten beispielsweise durch ein spanendes Verfahren in die Reibflächen einzuarbeiten.

Bei einem derartigen Verfahren zur Herstellung eines Synchronringes entsteht jedoch das Problem, dass der Synchronring und insbesondere die Reibflächen des Synchronringes spanend nachbearbeitet werden müssen. Bei einem Blech umform verfahren, bei dem der Synchronring durch ein Abstreckziehen, ein Tiefziehen, einem Durchdrücken oder einem ähnlichen Verfahren hergestellt wird, entstehen Oberflächen am Bauteil, welche zur Bildung einsatzfertiger Reibflächen spanend nachbearbeitet werden müssen. Die spanende Nachbearbeitung umfasst insbesondere ein Schleifverfahren, wobei die geschliffene Oberfläche häufig noch durch ein Hohnverfahren endbearbeitet wird. Werden die ölnuten in die Reibfläche des Synchronringes eingeprägt, so ent-

stehen zudem erhebliche Formabweichungen, welche ebenfalls eine spanende Nachbearbeitung erfordern. Werden die ölnuten in Abhängigkeit von der verwendeten Fertigungstechnologie zur Herstellung der Synchronringe durch ein Einprägen in das Blech- Ausgangswerkstück vor dem Durchstellen des konus- förmigen Ringes eingebracht, so werden die Synchronringe nach dem Durchstellen, also nach dem Blechumformverfahren durch ein Schleifen weiter bearbeitet. Ferner ist in der Regel ein Härteverfahren notwendig, um dem Synchronring die für den späteren Einsatz erforderliche Härte zu verleihen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Synchronringes einer Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe zu schaffen, welches wenige Verfahrensschritte umfasst, wobei das Verfahren auf einfachen und massenfertigungsgeeigneten Verfahrensschritten basiert, um aufwendige Fertigungsverfahren zu ersetzen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung eines Synchronringes einer Synchronisiereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprü- chen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Verfahren die Schritte des Bereitstellens eines Ausgangswerkstückes zur umformtechnischen Bearbeitung, das Umformen des Ausgangswerkstückes, um zumindest die Grund- struktur des Ringkörpers zu bilden, sowie das Nachwalzen des Ringkörpers mittels eines Walzverfahrens umfasst, wobei das Nachwalzen zumindest eine Walzbearbeitung der inneren Reibfläche und/oder der äußeren Reibfläche betrifft.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Synchronringes bietet den Vorteil, dass das Verfahren lediglich aus einfachen, massenproduktionstauglichen und preiswerten Verfahrensschritten aufgebaut ist. Ein aufwendiges

Schleifen der inneren Reibfläche und der äußeren Reibfläche entfällt, da das Nachwalzen gemäß der vorliegenden Erfindung zur Endbearbeitung des Synchronringes herangezogen wird. Somit besteht das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Synchronringes, welches sich insbesondere zur Her- Stellung eines Synchronzwischenringes anbietet, lediglich aus umformtechnischen Verfahrensschritten, und der Synchronring ist bis zu seiner endgültigen Einsetzbarkeit spanlos gefertigt.

Es können verschiedene Walzverfahren für das Nachwalzen in Betracht gezo- gen werden, so dass beispielsweise ein Ringwalzen, ein Radial-Axial-Walzen oder ein Domwalzen eine mögliche Verfahrensvariante darstellt. Das Verfahren des Ringwalzens dient zur Herstellung nahtloser Ringe, wobei durch ein Stauchen und zentrisches Lochen aus einem Ausgangswerkstück ein Vorring gefertigt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Ausgangswerkstück in Form eines Vorringes durch ein Umformverfahren eines Blech Werkstoffes erfolgen, wobei der Synchronring nach bekannter Bauart eine konische Form aufweist. Diese konische Form kann durch ein Durchstellen, ein Kragen- oder Tiefziehvorgang hergestellt werden, wobei auch ein Schmiedeverfahren eine mögliche Verfahrensvariante zur Herstellung des Ausgangswerkstückes mit einer Ringstruktur mit konischem Profil darstellt. Allgemein ist das Verfahren zur Herstellung eines Synchronringes auf keine spezifische Umformtechnik beschränkt, sondern beschreibt lediglich das Nachwalzen in Form einer Walzbearbeitung zumindest der inneren Reibfläche und/oder der äußeren Reibfläche, um eine spanende Bearbeitung zu substituieren.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf ein spezifisches Walzverfahren, sondern es ist jede beliebige Art des Nachwalzens oder Walzens zur Endbearbeitung denkbar, welches geeignet ist, eine Schleifbearbeitung des Synchronringes zur Herstellung der einsatzfertigen geometrischen Gestalt sowie deren Oberfläche des Ringkörpers und insbesondere der inneren und äußeren Reibfläche vollständig zu ersetzen. Jedoch schließt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine spanenden Bearbeitung, insbesondere weiterer O-

berflächen und geometrische Ausgestaltungen eines Synchronringes nicht grundsätzlich aus.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird nach dem Nachwalzen des Ringkörpers ein Härteverfahren angewendet. Das Härteverfahren schließt sich dem letzten formgebenden Verfahrensschritt an, wobei auch ein intermittierendes Härten eine mögliche Ablauffolge der Verfahrensschritte darstellt. Das Härteverfahren kann verschiedene Härteprinzipien umfassen, welche von der Wahl des Werkstückwerkstoffes abhängig ist. So kann ein Umwandlungshärten ebenso Anwendung finden wie auch ein Ausscheidungshärten, wobei das Härteverfahren insbesondere derart angewendet wird, dass eine negative Beeinflussung der Oberfläche des Ringkörpers vermieden wird.

Vorteilhafterweise wird mittels des Nachwalzens wenigstens die innere Reibfläche und/oder die äußere Reibfläche in die zum Einsatz des Ringkörpers als Synchronring endgültige geometrische Gestalt gebracht. Anders ausgedrückt, ermöglicht das Nachwalzen die Schaffung einer Geometriegenauigkeit und einer Oberflächengüte, welche das Nachwalzen als letzten Verfahrensschritt zur Herstellung des Synchronringes qualifiziert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Nachwalzen bei Raumtemperatur ausgeführt, um eine Kaltverfestigung des Werkstoffes des Ringkörpers zu erzielen. Das Kaltnach- walzen bzw. das Kaltwalzen beschreibt dabei ein Walzvorgang unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials des Ringkörpers. Dadurch erfährt das Material eine Kaltverfestigung, wodurch eine Härtesteigerung des Ringkörpers erzielbar ist.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist von besonderem Vorteil, dass nach dem Nachwalzen ein Hohnverfahren angewendet wird, um wenigstens die innere Reibfläche und/oder die äußere Reibfläche zu honen. Das Hohnverfahren

wird nach dem Gedanken der vorliegenden Erfindung nicht als Substitutionsverfahren zum Schleifen angewendet, sondern dient lediglich der Optimierung der Oberflächengüte der Reibflächen und ist somit zur Verbesserung von Maß- und Formgenauigkeiten sowie vorwiegend zur Verbesserung der tribologischen Oberflächeneigenschaften der reibenden Oberflächen des Ringkörpers gedacht. Die Ausgangsoberfläche für das Honen kann daher die gewalzte Oberfläche sein.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Nachwalzen als Profilierwalzen ausgeführt, um in die innere Reibfläche und/oder in die äußere Reibfläche wenigstens eine Nutengeometrie einzuwalzen. Das Einbringen der Nutengeometrie dient zur Verbesserung des Schmierverhaltens des verwendeten öls, da die Nutengeometrien als ölnuten wirken, so dass sich das öl zur Schmierung der Reibflächen in den Nuten sammeln und durch diese aus der Reibfläche abgeführt werden kann und zugleich zur Schmierung der Reibfläche bereitgestellt wird. Die Ausgestaltung der als ölnuten eingebrachten Nutengeometrien in den Reibflächen kann mehrere auf dem Umfang des Ringkörpers verteilte, in sich geradlinig verlaufende oder schräg zur Umfangsrichtung des Synchronringes ausgerichtete ölnuten umfassen. Die ölnuten können dabei beliebig zueinander, zum Beispiel einander kreuzend angeordnet sein. Ferner besteht die Möglichkeit, dass die Reibfläche mehrere an ihrem Umfang verteilte, in sich gradlinig verlaufende und schräg zur Umfangsrichtung des Synchronringes ausgerichtete ölnuten aufweist, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Reibfläche kann ferner mehrere auf ihrem Umfang verteilte spiralförmig oder schraubenförmig verlaufende oder umlaufende ölnuten aufweisen.

Ferner besteht die Möglichkeit, dass auf vorteilhafte Weise die Nutengeometrie in Gestalt von in Umfangsrichtung des Ringkörpers verlaufenden Längsölnuten ausgebildet ist. Ferner besteht die Möglichkeit, dass die Nutengeometrie in Gestalt von Querölnuten ausgebildet ist, welche in Richtung oder unter einem Winkel zur Symmetrieachse verlaufen. Die Querschnittsform der Nuten ist da-

her beliebig und in Abhängigkeit von den Anforderungen des Synchronringes wählbar. Zu bevorzugen sind jedoch verrundete Querschnittsformen der ölnu- ten, um eventuell in Betrieb auftretende Kernspannungen im Nutengrund zu vermeiden. Um eine Pump- bzw. Stauwirkung zu erzielen, kann jede einzelne Nut in ihrem Verlauf eine veränderliche Tiefe bzw. einen veränderlichen Querschnitt aufweisen. So kann sich der Querschnitt einer Nut in ihrem Verlauf vom kleineren zum größeren Konusdurchmesser des Synchronringes erweitern oder reduzieren. Ein derartiges Reduzieren ist möglich, indem die Nuttiefe und/oder die Nutbreite im Verlauf der Nut verändert wird. Ferner besteht die Möglichkeit, die ölnuten in wenigstens eine bevorzugt an ihrem axialen Ende der Reibfläche angeordnete sowie am Umfang umlaufende Ringnut münden zu lassen. Damit entsteht ein so genanntes Kreuznutsystem, welches besonders vorteilhafte tribologische Eigenschaften der Reibverhältnisse zwischen den Synchronringen ermöglicht. Somit dienen die in Umfangsrichtung ausgerichteten Ringnuten zum Beispiel als ölspeicher, um eine Mangelschmierung der Reibpaarung zu vermeiden, wobei in den quer zu den in Umfangsrichtung ausgebildeten Längsnuten die ölnuten das öl zur Schmierung aufnehmen bzw. in den Schmierspalt abgeben.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Synchronring, insbesondere einen Synchronzwischenring für eine Synchronisiereinrichtung eines Schaltgetriebes mit einem sich um eine Symmetrieachse erstreckenden Ringkörper, welcher eine innere Reibfläche und/oder eine äußere Reibfläche zum reibbehafteten Anlauf gegen einen Reibpartner aufweist, wobei der Ringkörper mit- tels eines Verfahrens, umfassend ein Nachwalzen der inneren Reibfläche und der äußeren Reibfläche hergestellt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Synchronringes weist der Werkstoff des Ringkörpers eine durch ein Walzverfahren aus- gebildete Gefügestruktur und/oder die Oberfläche der inneren Reibfläche und/oder der äußeren Reibfläche eine durch ein Walzverfahren ausgebildete Struktur auf. Die Gefügestruktur, welche erfindungsgemäß den Synchronring

kennzeichnet, kann als eine kaltverfestigte Gefügestruktur ausgebildet sein, welche als wesentliches Unterscheidungskriterium eines erfindungsgemäßen Synchronringes, welcher durch ein Walzverfahren endbearbeitet ist, herangezogen werden.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Figur 1 eine Querschnittsansicht eines mittels des erfindungsgemäßen

Verfahrens hergestellten Synchronzwischenringes mit einer Struktur von eingebrachten Längsölnuten;

Figur 2 einen Synchronring gemäß der Darstellung in Figur 1 , wobei die- ser jedoch Querölnuten aufweist; und

Figur 3 eine Seitenansicht eines Synchronringes gemäß der Ausführung aus Figur 2.

Der in Figur 1 gezeigte Synchronring 1 ist als Synchronzwischenring ausgebildet und umfasst im Wesentlichen einen Ringkörper 3, welcher sich rotationssymmetrisch um eine Symmetrieachse 2 erstreckt. Die Grundstruktur des Synchronringes 1 entspricht einem konusförmigen Ringabschnitt, welcher in seiner Innenseite durch eine innere Reibfläche 4 und in seiner Außenseite durch eine äußere Reibfläche 5 begrenzt ist. In der inneren Reibfläche 4 sowie in der äußeren Reibfläche 5 weist der Synchronring 1 Längsölnuten 6 auf, wobei auf der inneren Reibfläche 4 vier Längsölnuten 6 vorgesehen sind, wohingegen die äußere Reibfläche 5 fünf Längsölnuten umfasst.

Die Längsölnuten 6 erstrecken sich in Umfangsrichtung in den inneren bzw. äußeren Reibflächen 4, 5 des Synchronringes 1. Die innere Reibfläche 4 sowie die äußere Reibfläche 5 sind gemäß der geometrischen Ausgestaltung, wie

diese in Figur 1 gezeigt ist, durch ein Nachwalzen hergestellt. Die gemäß der Darstellung ausgebildeten Reibflächen 4 und 5 weisen dabei eine Oberflächenqualität sowie eine Form- und Maßgenauigkeit auf, so dass der Synchronring 1 mit der durch das Nachwalzen bearbeiteten Oberfläche direkt eingesetzt werden kann. Ferner weist der Synchronring 1 Mitnehmeranformungen 8 auf, welche sich im eingebauten Zustand des Synchronringes 1 in korrespondierende Aussparungen beispielsweise eines Kupplungskörpers hinein erstrecken, um das aufgebrachte Reibmoment nach bekannter Art zu übertragen. Gemäß der Darstellung sind auf dem Umfang verteilt drei Mitnehmeranformun- gen 8 vorgesehen, welche sich an der Konusseite des Synchronringes 1 erstrecken, welche den größeren Durchmesser des Konus aufweist.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Synchronringes 1 , welcher mittels eines Nachwalzens in die einsatzfertige und endgültige Form gebracht ist. Der Synchronring 1 umfasst im Wesentlichen einen Ringkörper 3, welcher sich um eine Symmetrieachse 2 herum erstreckt. Der Ringkörper 3 ist innenseitig durch eine innere Reibfläche 4 und außenseitig durch eine äußere Reibfläche 5 begrenzt, wobei sowohl in der inneren als auch in der äußeren Reibfläche 4 und 5 Querölnuten 7 eingebracht sind, wel- che sich gleichverteilt über den Umfang des Synchronkörpers 1 erstrecken. Die Nutrichtung der Querölnuten 7 verläuft im Wesentlichen in Richtung der Symmetrieachse 2 bzw. in einem unter einem Winkel zur Symmetrieachse 2 geneigten Richtung.

In Figur 3 ist die geometrische Ausgestaltung der Querölnuten 7 in einer Seitenansicht aus Richtung der Symmetrieachse 2 dargestellt. Der Synchronring 1 weist gemäß der Darstellung sowohl an seiner inneren Reibfläche 4 als auch an seiner äußeren Reibfläche 5 eine Vielzahl von Querölnuten 7 auf, wobei der Synchronring 1 mit seinem Ringkörper 3 insgesamt eine rotationssymmetrische Gestalt annimmt, welche sich um die Symmetrieachse 2 herum erstreckt. Die Querölnuten 7 haben einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt, und befinden sich abwechselnd auf der Innen- bzw. auf der Außenreibfläche 4

und 5. Somit stehen sich keine Querölnuten 7 direkt gegenüber, um eine nicht notwendige Querschnittsverringerung zu vermeiden. Ferner ist erkennbar, dass der Synchronring 1 gemäß der Darstellung in Figur 3 drei Mitnehmeranformun- gen 8 aufweist, welche sich in einem Winkel von jeweils 120° zueinander auf der vorderen Planfläche des Synchronrings 1 erstrecken. Die Querölnuten 7 erstrecken sich dabei bis in die Anformung der Mitnehmer 8.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Bezugszeichen liste

Synchronring

Symmetrieachse

Ringkörper innere Reibfläche äußere Reibfläche

Längsölnuten

Querölnuten

Mitnehmeranformung