同步环摞以及用于构成同步环的摩擦片衬里的方法

1.一种同步环摞，该同步环摞包括至少两个同步环（2,3,4），所述至少两个同步环(2,3,4)分别具有一个摩擦面(7,8,15,16)，所述摩擦面可为了构成摩擦对而相互作用连接，其中，至少两个同步环(3)中的一个由钢材制成，而另一个同步环(2,4)由黄铜材料制成，其特征在于，黄铜材料同步环(2,4)的摩擦面（7,16）是平滑的，并且黄铜材料同步环(2,4)至少在其形成摩擦面(7,16)的部段具有这样一种组织，其中，在较小硬度的结晶基础材料中掺入有较高硬度的颗粒（P），并且钢材料同步环(3)的摩擦对的与该摩擦面（7,16）互补的摩擦面（8,15）通过由有机粘结剂与掺入其中的填料颗粒制成的摩擦片衬里（13,14）构成，其中，填料颗粒具有比粘结剂更高的硬度。
2.如权利要求1所述的同步环摞，其特征在于，所述填料颗粒是短纤维。
3.如权利要求2所述的同步环摞，其特征在于，所述填料颗粒是碳纤维。
4.如权利要求2所述的同步环摞，其特征在于，所述短纤维具有约0.1mm的平均长度。
5.如权利要求1至4之一所述的同步环摞，其特征在于，掺入较小硬度的基础材料中的、较高硬度的颗粒(P)在黄铜材料同步环(2,4)的摩擦面(7,16)中具有大于2%摩擦面(7,16)面积的面积比例。
6.如权利要求5所述的同步环摞，其特征在于，掺入较小硬度的基础材料中的、较高硬度的颗粒(P)在黄铜材料同步环(2,4)的摩擦面(7,16)中具有大于3%的摩擦面(7,16)面积的面积比例。
7.如权利要求5所述的同步环摞，其特征在于，掺入较小硬度的基础材料中的较高硬度的颗粒(P)的面积比例不大于所述摩擦面(7,16)的10%。
8.如权利要求1所述的同步环摞，其特征在于，掺入较小硬度的基础材料中的较大硬度的颗粒(P)是硅化物。
9.如权利要求8所述的同步环摞，其特征在于，所述硅化物是Mn-Fe-硅化物。
10.如权利要求1所述的同步环摞，其特征在于，所述同步环摞(1)包括三个同步环(2,3,4)，其中，所述钢材料同步环(3)是中间环，而其它同步环(2,4) 同样是黄铜材料同步环，其中，所述黄铜材料同步环的摩擦面(7,16)是平滑的，并且黄铜材料同步环(2,4)至少在其形成摩擦面(7,16)的部段具有这样一种组织，其中，在较小硬度的结晶基础材料中掺入有较高硬度的颗粒（P），并且钢材料同步环(3)具有与该另一摩擦对的摩擦面（7,16）互补的摩擦面，其通过由有机粘结剂与掺入其中的填料颗粒制成的摩擦片衬里（13,14）构成，其中，填料颗粒具有比粘结剂更高的硬度。
11.如权利要求10所述的同步环摞，其特征在于，所述钢材料同步环(3)在其伸入黄铜材料同步环(2,4)之间的、承载用于两个摩擦对的摩擦片衬里(13,14)的环形部段(9)的区域内具有中断部(11,12)。
12.如权利要求11所述的同步环摞，其特征在于，所述中断部(11)通过设置在环形部段(9)的自由端上的缺口形成。
13.如权利要求12所述的同步环摞，其特征在于，所述缺口(12)布置在所述环形部段(9)的内部。
14.如权利要求1所述的同步环摞，其特征在于，所述钢材料同步环(3)在环形部段(9)和成型在环形部段上的、径向延伸的部段(10)之间的内部过渡区的范围内具有缩窄部（17）。
15.如权利要求1所述的同步环摞，其特征在于，所述钢材料同步环(3)是深冲环形体。

同步环摞以及用于构成同步环的摩擦片衬里的方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种同步环摞，该同步环摞包括至少两个同步环，所述至少两个同步环分别具有一个摩擦面，所述摩擦面可为了构成摩擦对而相互作用连接，其中，至少两个同步环中的一个由钢材制成，而另一个同步环由黄铜材料制成。另外，本发明还涉及一种用于形成具有两个相互同心布置的摩擦片衬里的同步环的摩擦片衬里的方法。\n背景技术\n[0002] 在同步换档变速器中，在换档时要相互摩擦结合地连接的轴在建立摩擦结合之前在其速度方面被同步。出于该目的，这种变速器的各档一重或多重同步。使用同步环来建立同步。同步环分别具有一个摩擦面，所述摩擦面为了建立希望的同步而例如作用在作为配对体的档位齿轮上。在多次同步时，各个同步相互作用。配对体(在多次同步时例如是另一同步环)出于该目的同样具有摩擦面。两个元件可沿轴向相对调节。同步通过压紧两个形成摩擦对的摩擦面实现，具体通过建立摩擦结合实现。因为，这种同步环摞的各个元件位于油环境中，为了建立希望的摩擦结合需要突破位于摩擦对的摩擦面之间的油膜。出于该目的，摩擦对的至少一个摩擦面通常具有油槽。油槽总是沿轴向延伸。另外，在黄铜材料同步环的情况下已知具有螺纹表面的摩擦面。\n[0003] 在DE20 2005 035 941B3中描述了一种带有三个同步环的同步环摞。这种由外同步环、中间环和内同步环组成的同步环摞的特征在于，外同步环和中间环分别由钢材料制成，而内同步环由铜材料，例如黄铜材料制成。黄铜材料同步环的摩擦面可以为了形成摩擦面带有摩擦螺纹或者摩擦片衬里。黄铜材料同步环通过所述摩擦螺纹或摩擦片衬里一方面与中间环的互补的摩擦面作用，另一方面在内侧相对档位齿轮作用。\n[0004] 摩擦对的两个摩擦面必须具有一定的摩擦系数，以便能够按规定实现同步。钢材料环的摩擦面出于该目的被磨削并且研磨。在此，以这样一种类型和方式进行这些加工步骤，使得摩擦面具有一定的剩余粗糙度。由于钢材料摩擦面具有比黄铜材料摩擦面更高的硬度，黄铜材料同步环中的摩擦面经常配设有摩擦片衬里。在这种同步环摞的寿命期间，这种摩擦对的摩擦系数会由于摩擦面互相平整而变低，结果使得为实现同步必须在摩擦对上施加更高的轴向力。在黄铜同步环带有螺纹作为摩擦面并且互补的摩擦面由钢材料同步环提供的摩擦对中，由于螺纹高度的减小以及其相互倾斜的齿面，在黄铜材料同步环的摩擦面磨损的过程中接触面也会发生变化。这也会影响到同步过程。\n[0005] 在带有位于两个外同步环之间的中间环的同步环摞中，如果中间环是由黄铜制成，该同步环摞为了构成其摩擦面而在两侧涂有摩擦片衬里。通常通过将各个摩擦片衬里部段粘结在同步环相应预处理的摩擦片衬里表面上而实现这种摩擦片衬里的布设。用于制造这种带有两个通过摩擦片衬里提供的、分别配属于不同摩擦对的摩擦面的中间环的制造费用因此相应较高。\n发明内容\n[0006] 因此，从这些讨论的现有技术出发，本发明所要解决的技术问题是，这样进一步扩展开头所述的同步环摞，使得在这种同步环摞的寿命内，至少一个包含在其中的摩擦对不仅具有恒定的摩擦系数，而且还在寿命中具有相同的同步特性。\n[0007] 同样，本发明所要解决的技术问题在于，这样地进一步扩展开头所述的方法，使得两侧的摩擦片衬里的布设得以简化。\n[0008] 关于同步环摞的技术问题通过开头所述的、形成类型的同步环摞解决，其中，黄铜材料同步环的摩擦面除了必要时存在的、沿轴向延伸的油槽之外是平滑的，并且黄铜材料同步环至少在其形成摩擦面的部段具有这样一种组织，其中，在较低硬度的结晶基础材料中掺入有较高硬度的颗粒，并且钢材料同步环的摩擦对与该摩擦面互补的摩擦面通过由有机的粘结剂与掺入其中的填料颗粒制成的摩擦片衬里构成，其中，填料颗粒具有比粘结剂更高的硬度。\n[0009] 在这种同步环摞中，黄铜材料同步环和钢材料同步环之间的摩擦对的两个摩擦面这样构造，使得摩擦面的与摩擦系数相关的表面特性在同步环摞的寿命内在给定的容许范围内不变。其原因在于两个形成摩擦对的摩擦面的、形成相应的摩擦面的部段的材料特性。\n在这种同步环摞的至少一个摩擦对中，这样设计两个摩擦面的材料特性，使得在较软的基础材料中掺入较高硬度的颗粒。出于该目的，在钢材料同步环中使用有机的摩擦片衬里作为摩擦片衬里，其由有机粘结剂和掺入其中的、具有较高硬度的作为填料的颗粒构成。这些颗粒优选是短纤维，尤其是碳纤维。黄铜材料同步环与该摩擦片衬里的摩擦面共同作用的摩擦面具有掺入到较小硬度的结晶基础材料内的较高硬度的颗粒。优选使用这种黄铜合金并且黄铜材料同步环通过相应适应的方法由该黄铜合金制成，使得在制造工艺的工程中形成作为较高硬度的颗粒的硅化物、例如Mn-Fe-硅化物和/或Ni-Co-硅化物。这些颗粒与短纤维填料一样分散地分布在钢材料同步环的衬里的基础材料中。包含在黄铜合金中并且相比基础材料更硬的颗粒，例如前述的硅化物具有比与黄铜材料同步环的摩擦面共同作用的、通过摩擦片衬里形成的、钢材料同步环的摩擦面的粘结剂更高的硬度。原则上，掺入摩擦片衬里中的较硬的填料颗粒也可以具有比用于形成黄铜材料同步环的摩擦面的基质更大硬度的黄铜合金。在摩擦对运行时，为了平衡两个同步环的旋转速度，由于掺入的较硬的颗粒，摩擦系数并不随着磨损的增加而变化。而是，较硬的颗粒使得，摩擦面与已经出现的磨损无关地具有恒定的粗糙度。该粗糙度由于掺入的较硬的颗粒和包围该颗粒并且相比该颗粒较软的基础材料之间的硬度对比形成。因为较硬的颗粒不仅分别在摩擦面的表面上，而且也沿摩擦层的深度分布，所有摩擦面的前述特性在这种摩擦对的寿命内保持不变。\n[0010] 就方法而言的技术问题按照本发明通过具有权利要求13所述的特征的方法解决。\n[0011] 具有三个同布环的同步环摞相宜地被这样组装在一起，即，其包括两个黄铜材料同步环和一个钢材料同步环，其中，钢材料同步环是中间环。这种摩擦环摞的两个摩擦对如前所述地构造。这意味着，钢材料中间环在其在位于内部的黄铜材料环和位于外部的黄铜材料环的摩擦面之间伸出的环形部段在两侧带有用于形成两个摩擦面的摩擦片衬里。两个摩擦片衬里优选在注塑或压力注塑方法中布设在中间环的设计用于承载摩擦片衬里的环形部段表面上。该同步环在其环形部段上具有中断，使得可以仅从一侧进行浇铸。相应更简单的是相关的模具方案。中断部用于使输入的可流动的、还没有硬化的摩擦片衬里物料通过利用由于工件的中断部在环形部段的两侧产生的空缺到达模具的空腔中。如果中间环在其环形部段的自由端具有形式为缺口的中断部，可以从该端侧进行浇铸。在这种浇铸中有利的是，留下的浇铸痕迹不在摩擦表面中。在没有中断部的情况下也可以从环形部段的自由端侧浇铸，然而如果环形部段的围绕中断部的连接件相对模具壁限定边界，同步环在注塑或压铸模具中在其端侧的密封更容易实现。\n附图说明\n[0012] 以下根据实施例根据附图说明本发明。在附图中示出：\n[0013] 图1是举例示出的同步环摞的单个同步环的横截面视图；\n[0014] 图2是由黄铜材料制成的外同步环的摩擦面的局部截面；\n[0015] 图3是图1中的同步环在组合为同步环摞时的状态，以及\n[0016] 图4是从图3所示的同步环摞的中间环的内摩擦片衬里的截面局部截取的放大图。\n具体实施方式\n[0017] 同步环摞1在所示的实施例中由三个单独的同步环2，3，4组成。同步环2是位于内部的同步环。同步环3是中间环。同步环4是在同步环摞1中位于外部的同步环。位于内部的同步环2和位于外部的同步环4由黄铜材料制成，具体在所示的实施例中通过锻造过程制成。同步环2位于内部的锥形表面5通过注塑方法涂覆摩擦片衬里6。相反，黄铜材料同步环2的外摩擦面7未涂覆。摩擦面7形成同步环摞1的第一摩擦对的摩擦面。摩擦面7与钢材料同步环3的第一摩擦面8共同作用。钢材料同步环3是深冲成形体，由金属板制成。钢材料同步环3具有锥形的环形部段9，在该环形部段缩窄的端部沿径向朝内突出地成型有凸缘部段10。在周向可见凸缘部段10的径向延伸不一致。环形部段9具有中断部11，12。环形部段9的中断部11位于朝向同步环2的自由端。中断部11在横截面视图中可见。中断部12大约构造在环形部段9的中间部分。中断部11以相同的角间距布置在环形部段9的环周上。为了示出，在图1中用虚线示出了另一些分散布置在环周上的中断部11，12。环形部段9在两侧涂覆有摩擦片衬里13，14。位于内部的摩擦片衬里14形成前面已经描述的、带有同步环2的第一摩擦对的摩擦面8。位于外部的摩擦片衬里14形成位于外部的摩擦面15，该摩擦面又与外同步环4未涂覆的摩擦面16一起为构成第二摩擦对而共同作用。钢材料同步环也可以以其它方式制造，例如通过烧结或通过车削加工。\n[0018] 钢材料同步环的中断部11，12用于这样一个目的，以便在通过注塑方法在环形部段9相互同心地布置的表面上布设摩擦片衬里13，14时能够从一侧进行浇铸。中断部11，\n12用于使得输入的摩擦片衬里物料能够按规定流入并分布在相应的注塑模具的空腔内。因此，中断部11，12用作分散摩擦片衬里物料的途径，使得注塑模块能够相应更简单地构造。\n此外，提供了通过模具壁构成摩擦面8，15的可能性。因此基本上不需要后续加工。如以下参照图4所述，在摩擦面8，15中构造有跟随同步环3纵向延伸的油槽。在设计用于构造油槽的位置上，所使用的注塑模具具有相应的连接件。因此，摩擦面的结构在制造摩擦片衬里是通过油槽实现。在其余区域，摩擦面8，19是平滑的。如果浇铸从环形部段9的自由端侧沿轴向进行，浇铸痕迹不在摩擦面8或15之一上，其中浇铸例如可以通过型芯浇铸实现。虽然如此，也可以从外侧进行浇铸，尤其是型芯浇铸。\n[0019] 中断部11，12也用于实现形成摩擦片衬里13，14的摩擦片衬里物料和环形部段9或同步环3之间的形状配合连接。摩擦片衬里物料通过中断部12形状配合地沿轴向和沿旋转方向卡紧在环形部段9上。摩擦片衬里物料通过中断部11沿旋转方向形状配合地卡紧在环形部段9上。在所示的实施例中，在凸缘部段10和环形部段9之间的内部过渡区构造有缩窄部17。该缩窄部17同样用摩擦片衬里物料填充。同样有利的是，外摩擦片衬里\n14延伸至环形部段9和凸缘部段10之间的过渡区，并由此从后面接合环形部段9。通过这两种措施，摩擦片衬里物料或者通过该物料形成的摩擦片衬里13，14额外沿轴向形状配合地卡紧在钢材料同步环3上。要明确的是，为实现沿轴向作用的形状配合连接，构造在环形部段9中的中断部12不是一定必需的。\n[0020] 两个摩擦片衬里13，14通过位于中断部11，12中的摩擦物料的连接确保了摩擦片衬里物料在同步环3的环形部段9上的机械连接。这尤其适用于通过位于中断部11中的摩擦片衬里材料连接摩擦片衬里13，14，由此有效地避免了摩擦片衬里从该自由端剥落。\n[0021] 用于涂覆位于内部的同步环的摩擦片衬里13，14以及摩擦片衬里6的注塑或压力注塑本身的过程优选通过在DE102007041218.7中描述的方法实现，其中，通过由于参考了申请人的这一较早的专利申请，也将其公开内容完全作为本申请说明书的主题。\n[0022] 用于形成摩擦片衬里13，14的摩擦片衬里物料是有机天然物质。其包括有机的粘结剂，例如热固性塑料，其中作为填料包含有短纤维。短纤维具有比基质材料更高的硬度。\n通常使用通常由研磨产生的碳短纤维作为填料。在所示的实施例中，碳短纤维具有0.1mm的平均长度。黄铜材料同步环2的摩擦片衬里6具有相应的组成。使用短纤维作为填料颗粒以及必要时存在的其它填料在通过注塑或压力注塑方法布设摩擦片衬里时是相宜的。在使用短纤维作为填料颗粒时，原则上也可以使用其它长度。\n[0023] 黄铜材料同步环4的摩擦面16以局部截取的形式在图2中详细示出。该视图示出，在结晶的基质(基础材料)中存在以黑色表示的颗粒P，基础材料的结晶结构可通过各个结晶K的描绘看出。颗粒P的硬度高于形成基础物料的结晶K的硬度。在所示的实施例中，颗粒是Mn-Fe-硅化物，颗粒如图2所示分散掺入基质中。为了实现这种组织结构，使用CuZn37Mn3Al2PbSi类型的黄铜合金，并且为建立所示的同步环4的组织而加工，使得颗粒P(在此是Mn-Fe-硅化物)形成沉积相。在此设计为，硅化物的面积比例大于2％，尤其大于3％，并且优选不大于10％。在所示的实施例中，颗粒P占据约3.9％的面积比例。根据所使用的黄铜合金，除了Mn-Fe-硅化物之外或替代Mn-Fe-硅化物也可以形成其它硅化物，例如Ni-Co-硅化物。\n[0024] 图3示出了带有按规定相互嵌套布置的同步环2、3、4的同步环摞1。该视图示出，内同步环2(黄铜材料)的外摩擦面7和中间环3(钢材料)的内摩擦面8形成第一摩擦对，而中间环3的摩擦面15与外同步环4(黄铜材料)的摩擦面16形成第二摩擦对。由图可见，同步环摞1构造为Smith同步装置。同样由图3可见，在为形成钢材料同步环3的摩擦片衬里13，14从环形部段9的自由端侧浇铸摩擦片摞物料的情况下，不影响在该端侧18可能存在的浇铸痕迹，并因此在浇铸过程之后也不必消除所述痕迹。\n[0025] 每个摩擦对的两个摩擦面7，8或15，16在同步环摞1中在其特性方面如前所述地在其组织特性方向相同地构造。摩擦对的两个摩擦面由具有较小硬度的基础物料和掺入其中的、具有比基础物料的硬度更高的硬度的颗粒。通过选择颗粒和/或其在摩擦面结构上的比例可以以简单的措施设定摩擦系数。因此，可以在较大的变化范围设定摩擦系数。此外，摩擦对的两个摩擦面由于所述的特性“自锋利化”，因为在摩擦面相对彼此旋转运动的过程中，即便不可避免地要磨损，但是由于分别另一摩擦面加工出通常较硬的颗粒。因此，摩擦系数在同步环或同步摞1的寿命中保持恒定。尤其不需担心在使用同步环摞1的过程中一个摩擦面会将另一摩擦面磨光并因此持续降低一个或两个摩擦对的摩擦系数。\n[0026] 图4示出了同步环3的位于内部的摩擦片衬里13放大的局部截取视图。为了形成油中断的结构使摩擦片衬里13的表面通过微结构构造。该微结构基本上可以无需再加工地按前述方法制造。如果前述微结构经过去除材料的再加工工序，则会形成尖锐的边棱。\n在这种情况下，微结构以一定的默认值成型并接着，例如通过车削加工去除材料。在图4中示出了第二摩擦体19上从右边看的其原始延伸，没有后续去除材料的加工步骤。应理解为，在这些步骤中，用于形成摩擦体的摩擦片衬里的形状没有精确的轮廓，因此可以设计较大半径的边棱。最后，在这种设计构造中，仅通过去除后续的摩擦片衬里的加工步骤调节边棱的尖锐程度。\n[0027] 微结构通过各个摩擦体19形成，其背离环形部段9的上侧是平滑的并且其中，连接摩擦体19的表面形成摩擦片衬里13的摩擦面8。摩擦体19沿周向以相互间相同的角间距分散布置。因为摩擦片衬里13是位于内部的衬里，摩擦体19的上侧凹地弯曲，具体以相应于位于内部的同步环2的摩擦面7的曲率的半径弯曲。形成摩擦体13的上侧的边棱用于这一目的，即，在建立与同步环2的同步过程中去除位于摩擦面7，8之间的油膜。摩擦片衬里13的厚度在所示的实施例中为0.8mm。摩擦体的宽度为0.3mm。同步环3位于外部的摩擦片衬里14的摩擦面15以相同的方式构造有用于去油目的的微结构。\n[0028] 由钢材料同步环的描述可知，可没有较大成本开销地制造尤其带有两个摩擦片衬里和用于形成摩擦面的结构的钢材料同步环。\n[0029] 本发明的描述表明，实施形式不仅限于在说明书中具体说明的组成，而是替代通过例子描述的填料，在摩擦片衬里中还可以使用其它具有相同特性的填料。同样，可以替代所述的硅化物，也产生其它的沉积相作为掺入物。\n[0030] 此外明确的是，针对摩擦对描述的均匀磨损的特性在不改变参与其中的摩擦表面的特性的情况下也适用于其它摩擦对。\n[0031] 附图标记列表\n[0032] 1同步环摞\n[0033] 2同步环(黄铜材料)\n[0034] 3同步环(钢材料)\n[0035] 4同步环(黄铜材料)\n[0036] 5表面\n[0037] 6摩擦片衬里\n[0038] 7摩擦面\n[0039] 8摩擦面\n[0040] 9环形部段\n[0041] 10凸缘部段\n[0042] 11中断部\n[0043] 12中断部\n[0044] 13摩擦片衬里\n[0045] 14摩擦片衬里\n[0046] 15摩擦面\n[0047] 16摩擦面\n[0048] 17缩窄部\n[0049] 18端侧\n[0050] 19摩擦体\n[0051] K结晶\n[0052] P颗粒