DE102011003555A1

DE102011003555A1 - reibeelement einer Fahrzeugkupplung und Verfahren zu seiner Herrstellung

Info

Publication number: DE102011003555A1
Application number: DE201110003555
Authority: DE
Inventors: Pascal Kohtes; Dirk Hertzer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2012-08-09

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Verfahren zur Herstellung eines Reibelements 1 einer Fahrzeugkupplung, wobei die Reiboberfläche 4, 5 des Reibelements 1 geätzt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein nach diesem Verfahren hergestelltes Reibelement 1 wie einen Synchronring.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Reibelements einer Fahrzeugkupplung sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Reibelement.
Hintergrund der Erfindung
Reibelemente in Fahrzeugkupplungen dienen zur Angleichung von Drehzahlunterschieden, indem sie kinetische Energie dissipativ in Wärme umwandeln. Beispiele für derartige Reibelemente sind Synchronringe sowie Kupplungsscheiben in Lamellen- oder Fahrzeugkupplungen.
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 gebildet 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. Gemäß des offenbarten Verfahrens zur Herstellung des Synchronrings 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 Blechumformverfahren, 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 Honen endbearbeitet wird. Werden die Ölnuten in die Reibfläche des Synchronringes eingeprägt, so entstehen 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 konusförmigen 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.
Ein Verfahren, das etwas weniger aufwendig ist, ist in DE 10 2008 052 502 A1 vorgeschlagen, wonach auf den Schleifschritt verzichtet wird. Es hat sich herausgestellt, dass damit nicht für jeden Anwendungsfall eine geeignete Reiboberfläche geschaffen wird.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Reibelements einer Fahrzeugkupplung zu schaffen, welches wenige Verfahrensschritte umfasst, wobei das Verfahren auf einfachen und massenfertigungsgeeigneten Verfahrensschritten basiert, um aufwendige Fertigungsverfahren zu ersetzen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Die Oberfläche wird demnach durch ein Ätzverfahren modifiziert. Durch die Art und Dauer des Ätzverfahrens können die Oberflächeneigenschaften innerhalb gewisser Grenzen mitbestimmt werden.
Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass Reibelemente in Fahrzeugkupplungen hohen Belastungen ausgesetzt sind. Insbesondere Synchronisationskupplungen müssen in Bruchteilen von Sekunden eine Drehzahldifferenz von bis zu mehreren Tausend Umdrehungen zuverlässig angleichen. Dabei darf das Angleichen einerseits nicht zu schnell erfolgen, da die Reibpartner anderenfalls einem zu großen abrasiven Verschleiß unterliegen, also „fressen”, andererseits aus Komfortgründen auch nicht zu langsam. Ferner ist eine Langzeitstabilität erforderlich, so dass diese Bauteile während der normalen Fahrzeuglebensdauer nicht gewechselt werden müssen. Bei in Öl laufenden Kupplungselementen ist es daher von zentraler Bedeutung, wie das Öl abgeleitet wird, da dies zunächst einen schützenden Film bildet, um ein zu schnelles Synchronisieren zu verhindern. Es muss ferner die Reibungshitze aufnehmen und dann kontrolliert und schnell abgeführt werden, um einen guten Reibschluss der Reibelemente zu gewährleisten.
Durch das Ätzverfahren wird die Oberfläche des Reibelements mikroskopisch nicht gleichmäßig abgetragen. Vielmehr wird diese aufgeraut, so dass kleine Kavitäten entstehen und die Oberfläche bei längerem Ätzen auch porös werden kann. Die Kavitäten eignen sich hervorragend zur Zwischenspeicherung des Öls während des Synchronisationsprozesses und erlauben sowohl eine gute Hitzeabfuhr als auch ein gewünschtes zeitliches Verzögern des Synchronisationsvorgangs. Kostenintensive und aufwändige Nachbearbeitungsverfahren wie Schleifen und Honen oder Gleitschleifen können entfallen.
Vorteilhafterweise wird durch das Ätzverfahren weder Hitze in das Reibmaterial eingebracht noch wird es verformt, so dass Rundheitsanforderungen leichter einzuhalten sind und eine Nacharbeit teilweise entfallen kann. In seiner Gefügestruktur wird das Material vorteilhaftwerweise nicht verändert.
In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, mit dem Ätzverfahren gezielt eine bestimmte Rautiefe zu erzeugen. Ebenso sind über die Reibfläche gezielt wechselnde Rautiefen und bestimmte Oberflächenstrukturen bis hin zu makroskopisch sichtbaren Nuten denkbar.
Im Stand der Technik werden häufig Sinterbeläge auf einen Trägerring aufgebracht, um eine gute Synchronisationswirkung zu erreichen. Gerade Sintermaterial weist durch die Art der Herstellung eine poröse Oberflächenstruktur auf, ist aber andererseits dadurch sehr schwer zu bearbeiten, da es spröde ist. Dadurch das nachträgliche Einbringen von Ölnuten erschwert.
Mit dem Verfahren der Erfindung hingegen lassen sich Ölnuten oder Oberflächenstrukturen leicht in das Reibmaterial einbringen. Daher kann auf ein Sintermaterial auch verzichtet werden. Insbesondere kann die Oberfläche aus dem Material des Trägerkörpers des Reibmaterials bestehen, dieser also einstückig ausgebildet sein.
Ein großer Vorteil der Erfindung ist prozesstechnisch darin zu sehen, dass die Massenherstellung mit hoher Taktzahl erfolgen kann, da mehrere Reibelemente gleichzeitig in einem Ätzbad liegen können und somit im gleichen Arbeitsgang hergestellt werden können Ein zeitintensives Einzelbearbeiten wie beim Schleifen oder Honen ist nicht erforderlich.
Mittels des Ätzens können die Oberflächen definiert strukturiert werden. Die Tiefe der Anätzungen kann dabei bis in den einstelligen Mikrometerbereich reguliert werden, so dass außerordentlich feine Strukturen herstellbar sind.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, das Ätzen durch ein galvanisch-chemisches Verfahren vorzunehmen, indem das zu ätzende Reibelement als Anode in einen Elektrolyten getaucht wird. Durch Verwendung elektrischen Stroms kann der Durchsatz erhöht werden.
In einer anderen Ausgestaltung erfolgt das Ätzen lithographisch. Teile, die nicht vertieft werden sollen, werden zuvor mit einem Abdecklack vor dem Ätzmittel geschützt.
Eine weitere Variante stellen Trockenätzverfahren wie das Plasmaätzen (CDE) dar. Hierdurch wird eine isotrope Oberflächenstruktur erreicht. Ist zur Unterstützung des Ölabflusses eine anisotrope Struktur gewünscht, kommt ein ionenätzen in Frage (RIE). Bevorzugt sind aber nasschemische Verfahren in einer Beize.
Mit den beschriebenen Verfahren sind beispielsweise Synchronaußenringe, Synchronzwischenringe, Synchroninnenringe, Kupplungskörper mit angeformten Reibkonen, Kupplungsscheiben, Kupplungslamellen oder aber auch einzelne Reibpads herstellbar.
Als Material für die vorgenannten Reibkörper kommen insbesondere Stahl und Messing zum Einsatz. Besonders bevorzugt ist eine spanlose Herstellung des Reibkörpers bzw. des mit Reibmaterial beschichteten Grundkörpers. Im Falle von Synchronringen kann dies ein Tiefziehen sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorgesehen, dass eine Nachbearbeitung nach dem Ätzen erfolgt. Dabei kann es sich um sowohl um spanlose wie beispielsweise chemische Verfahren handeln als auch um ein spanende Verfahren, wenn die erzielte Genauigkeit nicht ausreichen sollte.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Querschnittsansicht eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Synchronzwischenringes mit einer Struktur von eingebrachten Längsölnuten.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Das in 1 gezeigte Reibelement 1 ist als Synchronzwischenring 8 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 8 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 8. Die innere Reibfläche 4 sowie die äußere Reibfläche 5 sind durch ein Ätzen modifiziert. Die gemäß der Darstellung ausgebildeten Reibflächen 4 und 5 weisen dabei eine Oberflächenqualität sowie eine Form- und Maßgenauigkeit auf, so dass der Synchronring 8 mit der durch das Ätzen bearbeiteten Oberfläche direkt eingesetzt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Reibelement
2: Symmetrieachse
3: Ringkörper
4: innere Reibfläche
5: äußere Reibfläche
6: Ölnuten
7: (nicht belegt)
8: Synchronring

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

DE 19858987 A1 [0003]
DE 102008052502 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Reibelements (1) einer Fahrzeugkupplung, dadurch gekennzeichnet, dass die Reiboberfläche (4, 5) des Reibelements (1) geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen durch ein galvanisches Ätzverfahren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen als photochemisches Ätzen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Strukturen unterschiedlicher Tiefe geätzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (1) ausschließlich durch spanlose Verfahren hergestellt wird.
Synchronring (8), hergestellt nach einem der Verfahren nach Anspruch 1 bis 4.
Lamellenscheibe, hergestellt nach einem der Verfahren nach Anspruch 1 bis 4.