Bezeichnung der Erfindung

Synchronring und Verfahren zu seiner Fertigung

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchronring einer Synchronisiereinrichtung eines Kraftfahrzeuggetriebes. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Fertigungsverfahren für einen solchen Synchronring.

Hintergrund der Erfindung

Ein Kraftfahrzeuggetriebe umfasst normalerweise eine Synchronisiereinrichtung, die dazu dient, vor dem Schalten die Drehzahlen einer Getriebewelle und eines zu einem bestimmten Gang gehörigen Getriebezahnrades anzugleichen. Anschließend kann mithilfe einer Schaltmuffe eine formschlüssige (verzahnte) Kraftübertragung zwischen Getriebewelle und Getriebezahnrad erfolgen.

Zur Synchronisierung der Drehzahlen umfasst die Synchronisiereinrichtung üblicherweise sogenannte Synchronringe, die dem Zahnrad und der Schaltmuffe zwischengeschaltet sind. Häufig umfasst die Synchronisiereinrichtung dabei einen Innensynchronring, sowie einen Außensynchronring, welche der Schaltmuffe zugeordnet sind, sowie einen radial zwischen dem Außen- und dem Innensynchronring angeordneten Zwischensynchronring, welcher dem Getriebezahnrad zugeordnet ist. Jeder Synchronring ist mit mindestens einer - meist konischen - Reibfläche versehen, mit welcher er beim Schalten mit der Reib- fläche eines anderen Synchronringes über Gleitreibung einen Kraftschluss bildet, sodass sich die Drehzahlen der den jeweiligen Synchronringen zugeordneten Wellen angleichen.

Ein solcher Synchronring wird in einem herkömmlichen Verfahren als tiefgezogenes Bauteil aus einem Stahlblech vorgefertigt, anschließend gehärtet, geschliffen, und abschließend gehont. Dies stellt ein relativ aufwändiges und damit vergleichsweise kostenintensives Fertigungsverfahren dar.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fertigungsverfahren für einen als tiefgezogenes Bauteil vorliegenden Synchronring anzugeben, welches eine besonders kostengünstige aber dennoch präzise Herstellung desselben ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Synchronring anzugeben, der besonders kostengünstig und präzise herstellbar ist.

Lösung der Aufgabe

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Danach ist ein Fertigungsverfahren für einen in einem Vorfertigungszustand als tiefgezogenes Bauteil vorliegenden Synchronring vorgesehen, welches einen Härteschritt, sowie einen Honschritt umfasst, wobei in dem Fertigungsverfahren explizit kein Schleifschritt eingesetzt wird, wobei also die Oberflächenbehandlung des Synchronrings ohne Schleifen erfolgt.

Mit Härteschritt ist dabei ein Verfahrensschritt bezeichnet, in welchem das Ge- füge (die Mikrostruktur) eines Werkstoffes (des Synchronringes) gezielt verändert wird, um seine mechanische Widerstandsfähigkeit zu erhöhen.

Das in dem Honschritt durchgeführte Honen bezeichnet ein zerspanendes Feinbearbeitungsverfahren, wobei mithilfe eines Schleifmittels, welches in Form von Schleifkörnern in einem sogenannten Honstein gebundenen ist, die Maß- und Formgenauigkeit, vorwiegend jedoch die tribologischen Eigenschaften des Werkstoffes (des Synchronringes) - positiv - beeinflusst werden. Beim Honen wird insbesondere mit vergleichsweise geringem Anpressdruck (bevor-

zugt zwischen 10 und 100 N/cm ² ) und relativ niedriger Schnittgeschwindigkeit (bevorzugt bis max. 5 m/s) des Honsteines gearbeitet, sodass in den Randbereichen des Synchronringes kaum Druck- oder Wärmeeinflüsse (max. 100 ⁰ C) entstehen. Somit ändert sich beim Honen das oberflächennahe Randzonenge- füge des Synchronringes vergleichsweise wenig.

In Abgrenzung zum Honen wird unter Schleifen zwar auch ein zerspanendes Bearbeitungsverfahren durch gebundene Schleifkörner verstanden, allerdings werden beim Schleifen deutlich höhere Schnittgeschwindigkeiten, beispiels- weise von 20 m/s bis zu 120 m/s, erreicht. Hierdurch entstehen beim Schleifen entsprechend hohe Randzonentemperaturen, wodurch das Randzonengefüge des Synchronrings im Vergleich zum Honen stärker beeinflusst wird.

Durch den Verzicht auf einen zusätzlichen Schleifschritt stellt das erfindungs- gemäße Fertigungsverfahren eine besonders kostengünstige Herstellungsmethode für einen Synchronring dar. Dass dabei auf das Schleifen verzichtet wird, ist an dem fertigen Synchronring durch seine Oberflächenstruktur deutlich nachweisbar. Insbesondere weist der Synchronring keine Schleifspuren, sondern lediglich eine für das Honen typische Oberflächenstruktur auf. Diese ent- steht durch eine periodisch wechselnde Hubbewegung des Honsteins, welche mit einer Drehbewegung verbunden ist, sodass sich die entstehenden Bearbeitungsriefen typsicherweise etwa in einem Rautenmuster unter einem bestimmten Winkel kreuzen.

Durch den in dem Verfahren vorgesehenen Honschritt ist trotz des Verzichts auf den Schleifschritt dennoch eine präzise Herstellung des Synchronrings gegeben. Insbesondere ist eine geforderte Rundheit des Synchronringes von maximal 0,07 mm erreichbar. Die Rundheit ist definiert durch die Breite eines Toleranzringes, in welchem das runde Bauteil mit seinem Umfang eingeschrie- ben werden kann.

In einer ersten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der als tiefgezogenes Bauteil vorliegende Synchronring zunächst in dem Härteschritt wärme-

behandelt und anschließend gehont wird. Als Wärmebehandlung ist dabei insbesondere das sogenannte Einsatzhärten vorgesehen, wobei der Synchronring zunächst (zur Erhöhung des Randkohlenstoffgehalts) bei einer hohen Temperatur (ca. 900 ⁰ C) aufgekohlt und anschließend gehärtet („abgeschreckt") und angelassen wird. Insbesondere wird hierbei nur ein oberflächennaher Bereich des Synchronringes gehärtet, sodass der Synchronring durch das Einsatzhärten vorteilhafterweise einen vergleichsweise duktilen Kern, bei einer gleichzeitig harten Oberfläche erhält. Alternativ hierzu ist in dieser ersten Verfahrensvariante auch denkbar, dass der Synchronring durchgehärtet wird.

In einer zweiten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der als tiefgezogenes Bauteil vorliegende Synchronring zuerst gehont wird, also insbesondere im nicht gehärteten Zustand „weich"-gehont wird, und anschließend in dem Härteschritt nitrocarburiert wird. Beim sogenannten Nitrocarbuheren wird in einem thermochemischen Verfahren (bei etwa 600 ⁰ C) insbesondere die oberflächennahe Randschicht des Synchronringes mit Stickstoff und Kohlenstoff angereichert. Da dem Nitrocarburieren normalerweise kein (mit einer Gefügeveränderung verbundenes) Abschrecken nachgeschaltet ist, wird dabei die durch das Honen erzeugte Oberflächenbeschaffenheit des Synchronrings nicht wesentlich verändert.

Bevorzugt wird der vorgesehene Härteschritt derart durchgeführt, dass eine Oberflächenhärte von 300 bis 800 HV (Vickershärte) des Synchronrings erreicht wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der Synchronring nur abschnittsweise dem Härteschritt unterzogen. Insbesondere ist vorgesehen, nur sogenannte Lappen des Synchronrings zu härten. Mit Lappen sind dabei am Umfang des Synchronringes angebrachte Mitnehmernasen bezeich- net, welche als Verdrehsicherung gegenüber einem korrespondierenden Zahnrad bzw. einer Schaltmuffe dienen.

Zweckmäßigerweise wird der in dem Fertigungsverfahren vorgesehene Honschritt derart durchgeführt, dass bezüglich der Oberflächenrauigkeit eine gemit- telte Rautiefe Rz von 1 bis 5 μm erreicht wird. Dabei wird der Honschritt insbesondere im Bereich einer zur Kraftübertragung vorgesehenen Reibfläche des Synchronringes durchgeführt. Diese Reibfläche darf weder zu rau sein, da dies zu erhöhtem Verschleiß führt, noch darf sie zu glatt sein, da ansonsten ihre Reibwirkung nicht ausreichend hoch ist. Die vorgesehene gemittelte Rautiefe hat sich als ein geeigneter Kompromiss gezeigt.

Vorzugsweise wird als Werkstoff für den Synchronring Stahl, insbesondere ein Einsatzstahl, z.B. 16 Mn Cr5 oder ein Durchhärtestahl, z.B. C80 U, herangezogen.

Bezüglich des Synchronrings wird die oben genannte Aufgabe erfindungsge- maß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8. Danach ist ein Synchronring vorgesehen, welcher gemäß dem oben beschriebenen Fertigungsverfahren hergestellt ist.

Insbesondere ist der Synchronring dabei entweder als sogenannter Innensyn- chronring, als Zwischensynchronring oder als Außensynchronring ausgebildet. In einem Kraftfahrzeuggetriebe sind dabei insbesondere sowohl der (radial innenliegende) Innensynchronring als auch der (radial außenliegende) Außensynchronring bestimmungsgemäß einer Schaltmuffe zugeordnet, während der radial zwischen dem Innen- und dem Außensynchronring angeordnete Zwi- schensynchronring einem zu einem bestimmten Gang gehörigen Getriebezahnrad zugeordnet ist.