(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/EP03/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/EP03/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO03/ (13) B1 (51) Int.Cl. F16D 23/02 ( ) (54) Para cierna (30) Pierwszeństwo: , DE, (73) Uprawniony z patentu: Schaeffler Technologies GmbH & Co. KG, Herzogenaurach, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 12/05 (72) Twórca(y) wynalazku: JOSEF SCHWUGER, Herzogenaurach, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/11 (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Irena Misztak PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest para cierna dla urządzenia synchronizującego w przekładniach zmianowych do kół zębatych, w której dla uzyskania synchronicznego ruchu elementów napędowych, sprzęganych ze sobą z zamknięciem kształtowym, pierścień synchroniczny i pierścień łączący połączone są z zamknięciem ciernym bezpośrednio, albo poprzez umieszczony między nimi pierścień cierny, za pomocą swoich odpowiednich stożkowych powierzchni ciernych, przy czym co najmniej jedna część z pary ciernej jest wykonana ze żelaza. Jeśli tego rodzaju para cierna zostanie zastosowana w zsynchronizowanych przekładniach zmianowych stopniowych lub przekładniach zmianowych zębatych w pojazdach samochodowych, wówczas podczas przełączania, koło zębate, obracające się swobodnie na wale, za pomocą osiowego dociskania pierścienia synchronicznego do pierścienia łączącego, przyporządkowanego do koła zębatego, jest wprawiane w ruch synchroniczny, przy czym przez osiowe albo promieniowe uzębienie blokujące i/lub zabierakowe następuje przeniesienie sił na pierścień synchroniczny z przesuwki, umieszczonej nieobrotowo na wale, lecz osiowo przesuwnej, poprzez osiowe albo promieniowe uzębienie blokujące i/lub zabierakowe, na pierścień synchroniczny. Następnie, dzięki dalszemu osiowemu przesuwaniu przesuwki, która wchodzi w uzębienie zabierakowe pierścienia łączącego, koło zębate zostaje połączone z wałem. W celu przeniesienia ruchu synchronicznego z pierścienia synchronicznego na koło zębate, pierścień synchroniczny posiada zewnętrzne stożkowe i wewnętrzne stożkowe powierzchnie cierne, które podczas osiowego dociskania pierścienia synchronicznego stykają się z odpowiednimi powierzchniami współpracującymi na pierścieniu łączącym i dzięki następującemu złączu ciernemu wywołują ruch synchroniczny, w celu zachowania połączenia z zamknięciem kształtowym. Ponadto, w przypadku tak zwanej synchronizacji dwustożkowej, pomiędzy tymi powierzchniami ciernymi może być umieszczony pierścień cierny. W urządzeniach synchronizujących, w których oddziałują na siebie stożkowe powierzchnie cierne, jako znane rozwiązania techniczne stosuje się pary cierne, wykonane z materiałów o różnym współczynniku tarcia kinetycznego, przykładowo stopy spiekane, mosiądz wieloskładnikowy, brązy, powierzchnie pokryte molibdenem, tlenkami albo pokryte wieloma materiałami, jak również tworzywa sztuczne. Przy tym, w porównaniu ze stalą, chodzi o materiały miękkie. Tego rodzaju wykładziny cierne są znane z wielu uprzednich publikacji, przykładowo z opisu DE A1, DE C2, DE A1, DE C2, DE A1, DE C2, DE C2. W przypadku sprzęgieł ciernych, powierzchnia współpracująca pary ciernej jest wykonana z reguły ze stali o gładkiej powierzchni i o wysokiej twardości powierzchniowej. Wadą tego rozwiązania jest to, że utwardzanie stożka ciernego powoduje konieczność zastosowania dodatkowego kosztownego procesu termicznego. Przy tym może dojść do tego, że stożek ten skrzywi się lub nawet utworzą się pęknięcia hartownicze. To z kolei wymaga dalszej, dodatkowej obróbki wtórnej tej części, albo nie może być ona stosowana w urządzeniu synchronizującym. W celu uniknięcia tych trudności podczas utwardzania, w rozwiązaniu według opisu DE-OS zaproponowano natryskiwanie na stalowy stożek współpracujący powłoki ze stopu stali węglowej i manganu. Dwukrotne natryskiwanie na stożki, z jednej strony molibdenu i z drugiej strony stali, jest związane z wysokimi kosztami. Z opisu DE Al jest znana para cierna dla urządzenia synchronizującego w przekładniach zmianowych do kół zębatych, w której każda część pary ciernej jest wykonana ze stopu żelaza. Te części pary ciernej tego samego rodzaju muszą jednak posiadać wytrzymałą na zużycie strefę krawędziową bogatą w karbid, którą wytwarza się za pomocą nawęglania i azotowania, azotowania lub cyjanowania niskotemperaturowego. Te termochemiczne procesy obróbki części pary ciernej powodują znaczne podrożenie urządzenia synchronizacyjnego. Zadaniem wynalazku jest opracowanie pary ciernej, której część pary ciernej, wykonana ze stopu żelaza, jest wytwarzana w możliwie najtańszy sposób. Zgodnie z częścią znamienną zastrzeżenia 1, w powiązaniu z jego częścią przedznamienną, zadanie to rozwiązano dzięki temu, że stop żelaza posiada twardość, wynoszącą HV. Ta niewielka twardość czyni zbędną konieczną według dotychczasowego stanu techniki, termiczną albo termochemiczną obróbkę w celu zwiększenia twardości. Dzięki temu z jednej strony oszczędza się energię, a z drugiej strony nie trzeba wyrównywać twardych powłok stożków ciernych, co jest związane z nakładami.

3 PL B1 3 Jak jest to ujawnione w zastrzeżeniach 2, 3 i 4, w ramach wynalazku można stosować stopy żelaza o szerokim zakresie właściwości. Zgodnie z zastrzeżeniem 2, stop żelaza stanowi stal nieobrobiona, przy czym w konkretnej postaci wykonania według zastrzeżenia 3, stal stanowi węglowa stal konstrukcyjna, stal węglowa do nawęglania i stal do ulepszania cieplnego, stal niskostopowa albo stal wysokostopowa. Jako konkretne rodzaje stali, w zastrzeżeniu 4 wymienione są stale o znaku C45, 75Cr1 albo 16 MnCr5. Z zastrzeżeń 5-9 wynika, że jako przynależna, druga część pary ciernej możliwe są najróżniejsze kombinacje materiałowe. Według zastrzeżenia 5, przynależna druga część pary ciernej posiada warstwę molibdenu. Jak jest wiadome specjalistom, warstwy molibdenu nanosi się jako powierzchniowe warstwy ochronne z tego względu, że wykazują one mniejszą przyczepność podczas łączenia w pary ze stalą, a także ponieważ posiadają stały współczynnik tarcia podczas całego okresu swojej żywotności. Stożek cierny zaopatrzony w powłokę molibdenową jest znany z opisu DE-OS Zgodnie z inną cechą wynalazku według zastrzeżenia 6, przynależna druga część pary ciernej jest wykonana z krzemianów spiekanych, tlenków spiekanych albo materiałów nie zawierających tlenków spiekanych. Spośród charakterystycznych właściwości materiałów ceramicznych, szczególnie korzystna jest w niniejszym przypadku wysoka twardość i twardość na gorąco, jak i odporność na zużycia. Ponadto specjalista posiada wiedzę o tym, że materiały spiekane są chemicznie stabilne i obojętne w odniesieniu do dodatków zawartych w oleju przekładniowym. Poza tym, ze względu na porowatość, materiały spiekane posiadają dobre właściwości dla pracy awaryjnej w przypadku wystąpienia braku smarowania. Pod pojęciem materiałów spiekanych krzemianowych należy rozumieć wyroby na bazie związków kwasu krzemowego. Z technicznego punktu widzenia, najważniejszymi tlenkami spiekanymi jest tlenek aluminium Al 2 O 3 i tlenek cyrkonu ZrO 2. Do materiałów nie zawierających tlenków spiekanych należą węgliki, azotki, borki i krzemiany, które określane są ogólnie jako materiały bardzo twarde. Jak jest to przedstawione w zastrzeżeniu 7, przynależną drugą część pary ciernej stanowi stop spiekany na bazie żelaza. Tego rodzaju stopy żelaza są dostatecznie znane specjalistom i nie muszą być tutaj dokładniej opisane. Pierścienie synchroniczne wykonane ze stopów spiekanych żelaza są znane przykładowo z opisu DE , DE i DE Zgodnie z cechą według zastrzeżenia 8, przynależną drugą część pary ciernej stanowi stop chrom-żelazo. Zaleta takiej części pary wodnej polega zwłaszcza na tym, że jest ona w bardzo dużym stopniu odporna na działanie temperatury. Taki stop jest w niewielkim stopniu podatny na zacieranie się i pracuje niezawodnie również w przypadku wysokich obciążeń powierzchniowych. Ponadto korzystne jest to, że ten stop chrom-żelazo jest bardzo tani. W odniesieniu do korzystnego działania i zróżnicowanego składu, taki stop chrom-żelazo jest wyczerpująco przedstawiony w opisie DE A1. W końcu, zgodnie z dalszą, dodatkową cechą wynalazku, przynależna druga część pary ciernej wykonana jest ze stopu miedzi, przy czym, w ramach wynalazku, pojęcie stop miedzi" ma bardzo szeroki zakres. Tego rodzaju stopy od dawna sprawdziły się w praktyce, ponieważ charakteryzują się korzystną kombinacją współczynnika tarcia, oporu na ścieranie i wytrzymałości mechanicznej. Specjalistom znane są zwłaszcza mosiądze wieloskładnikowe i brązy. Tego rodzaju stopy są dostatecznie znane z opisów DE , DE , DE , DE , DE i DE Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiona jest para cierna w urządzeniu synchronizującym dla przekładni zmianowej do kół zębatych, w przekroju poprzecznym. Zgodnie z rysunkiem, przedstawiony jest w przekroju pierścień synchroniczny 1 oraz pierścień łączący 6. Pierścień synchroniczny 1 posiada korpus 2, który na wewnętrznej stożkowej powierzchni płaszcza jest zaopatrzony w wykładzinę cierną 3. Pierścień synchroniczny 1 jest zaopatrzony w promieniowe uzębienie zabierakowe 4, za pośrednictwem którego, poprzez nie przedstawioną przesuwkę, połączony jest nieobrotowo, lecz osiowo przesuwnie. W promieniowe uzębienie zabierakowe 7 pierścienia łączącego 6 wchodzi odpowiednie uzębienie przesuwki, w celu połączenia wału i pierścienia łączącego 6 z zamknięciem kształtowym. Dzięki sprzęgłu stożkowemu ruch synchroniczny, konieczny do połączenia z zamknięciem kształtowym, przenoszony jest z pierścienia synchronicznego 1 na pierścień łączący 6, to znaczy pierścień synchroniczny 1 jest zaopatrzony w stożek wewnętrzny, a pierścień łączący 6 - w stożek zewnętrzny, które posiadają powierzchnię cierną 5 i 8, przy czym powierzchnia cierna 5 jest utworzona przez wykładzinę cierną 3. W niniejszym przykładzie wykonania,

4 4 PL B1 wykładzinę cierną 3 stanowi warstwa molibdenu, przy czym wykładzinę cierną 3 nanosi się na pierścień synchroniczny 1 za pomocą termicznego natryskiwania, to znaczy sposobem powlekania, zgodnie z którym materiał natryskiwany w postaci drutu lub proszku podlega stopieniu wewnątrz lub na zewnątrz przyrządu do natryskiwania i jest natryskiwany z dużą prędkością na powierzchnię powlekanego pierścienia synchronicznego. Przy tym powlekana powierzchnia stożka wewnętrznego pierścienia synchronicznego 1 nie podlega nadtopieniu ani stopieniu, dzięki czemu podczas natryskiwania zostaje ona jedynie nieznacznie ogrzana i tym samym nie może nastąpić odkształcenie termiczne. W niniejszym przykładzie wykonania, pierścień łączący 6, przynależny do pierścienia synchronicznego 1, jest wykonany ze stali 80 Cr2, to znaczy, że zawartość węgla wynosi 0,8%, a zawartość chromu 0,5%. Pierścień łączący 6 jest wytwarzany poprzez obróbkę bezwiórową w procesie formowania, przeprowadzanym bardzo precyzyjnie, dzięki czemu konieczna jest jedynie nieznaczna wiórowa obróbka wtórna. Wytworzony ze stali pierścień łączący 6, jako część miękka, wykazuje twardość, wynoszącą 200 HV i w tej postaci jest zastosowany w urządzeniu synchronizującym. Przy tym okazało się, że żywotność pary ciernej, a mianowicie przebieg współczynnika tarcia stopu żelaza w zależności od cyklu przełączania, jest bardzo korzystna. Zastrzeżenia patentowe 1. Para cierna dla urządzenia synchronizującego w przekładniach zmianowych do kół zębatych, w której dla uzyskania synchronicznego ruchu elementów napędowych, sprzęganych ze sobą z zamknięciem kształtowym, pierścień synchroniczny i pierścień łączący połączone są z zamknięciem ciernym bezpośrednio, albo poprzez umieszczony między nimi pierścień cierny, za pomocą odpowiednich stożkowych powierzchni ciernych, przy czym co najmniej jeden element pary ciernej jest wykonany ze stopu żelaza, znamienna tym, że stop żelaza posiada twardość, wynoszącą HV. 2. Para cierna według zastrz. 1, znamienna tym, że stop żelaza stanowi stal nieobrobiona. 3. Para cierna według zastrz. 2, znamienna tym, że stosuje się węglową stal konstrukcyjną, węglową stal do nawęglania i stal do ulepszania cieplnego, stal niskostopową albo stal wysokostopową. 4. Para cierna według zastrz. 2, znamienna tym, że stosuje się stal o znaku C45, 75Cr1 albo 16MnCr5. 5. Para cierna według zastrz. 1, znamienna tym, że przynależny drugi element pary ciernej posiada warstwę molibdenu. 6. Para cierna według zastrz. 1, znamienna tym, że przynależny drugi element pary ciernej jest wykonany z krzemianów spiekanych, tlenków spiekanych albo materiałów nie zawierających tlenków spiekanych. 7. Para cierna według zastrz. 1, znamienna tym, że przynależny drugi element pary ciernej stanowi stop spiekany na bazie żelaza. 8. Para cierna według zastrz. 1, znamienna tym, że przynależny drugi element pary ciernej stanowi stop chrom-żelazo. 9. Para cierna według zastrz. 1, znamienna tym, że przynależny drugi element pary ciernej stanowi stop miedzi.

5 PL B1 5 Rysunek

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)