Druckstücke ARRES, Vorsynchronisation Getriebe

Druckstücke ARRES
Vorsynchronisation Getriebe
Vorwort
Als Entwicklungspartner der Automobilindustrie entwickelt und
fertigt die Schaeffler Gruppe Automotive Bauteile und Systeme,
die Anforderungen nach mehr Leistungsdichte und Verringerung
unter anderem von Montageaufwand und Gesamtkosten berücksichtigen.
Leistungsstärkere Motoren, höhere Momentenbelastung der
Getriebe und die gleichzeitige Forderung nach Bauraumverringerung
sind nur einige der Rahmenbedingungen.
Wir zeigen in dieser TPI, welche Vorteile unsere Druckstücke ARRES
in diesem Umfeld für die Auslegung von Schaltgetrieben
ermöglichen. Die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Typen und
die spezifischen Vorteile der jeweiligen Bauform werden detailliert
erklärt.
Neben den genannten Punkten gehen wir auch auf das Thema
Schaltkomfort ein und zeigen entsprechende Lösungen auf.
Weitere Informationen
Druckstücke sind Bauteile aus unserem umfangreichen Lieferprogramm. In der TPI 125, INA-Schiebemuffen-Einheiten, werden die
Funktion einer Synchronisation aufgezeigt, die benötigten Bauteile
vorgestellt und das Zusammenspiel im Detail erläutert.
Sicherheitshinweise und Symbole
Hohe Produktsicherheit
Angaben beachten
Die vorliegende Publikation beschreibt Standardprodukte.
Da diese in vielen Anwendungen eingesetzt werden,
können wir nicht beurteilen, ob Fehlfunktionen auch Schäden
an Personen oder Sachen auslösen.
Es liegt grundsätzlich in der Verantwortung des Konstrukteurs und
Anwenders, dafür zu sorgen, dass alle Vorgaben eingehalten und
alle erforderlichen Sicherheitsangaben dem Endbenutzer mitgeteilt
werden. Das betrifft besonders Anwendungen, bei denen
Produktausfall und Fehlfunktion Personen gefährden können.
Bedeutung der Hinweise und
Zeichen
Die Definition der Warn- und Gefahrensymbole folgt
ANSI Z535.6–2006.
Die verwendeten Hinweise und Zeichen haben folgende Bedeutung:
Bei Nichtbeachtung treten Schäden oder Funktionsstörungen am
Produkt oder an der Umgebungskonstruktion ein!
Es folgen zusätzliche oder weiterführende Informationen,
die beachtet werden müssen!
Hinweis
�
2
Unsere Produkte entsprechen dem Stand der Forschung und der
Technik. Bei korrekter Auslegung der Lagerung, bestimmungs- und
sachgemäßem Umgang und Einbau sowie vorschriftsmäßiger
Wartung der Produkte gehen von diesen keine unmittelbaren
Gefahren aus.
TPI 178
Zahlen im Kreis sind Positionsnummern.
Schaeffler Technologies
Druckstücke ARRES
Seite
Produktübersicht
Druckstücke ARRES...................................................................
4
Merkmale
Bauformen................................................................................
5
ARRES-B ...................................................................................
7
ARRES-B..-S ..............................................................................
8
ARRES-W...................................................................................
9
ARRES-BL.................................................................................. 10
Kostengünstige Varianten ......................................................... 12
Auslegung ................................................................................ 13
Qualitätssicherung ................................................................... 16
Maßtabellen
Druckstücke ARRES, Standardbauform ...................................... 18
Druckstücke ARRES, Stufenbauform .......................................... 19
Druckstücke ARRES, Bauform mit Flügeln .................................. 20
Druckstücke ARRES, flache Bauform, Kuppenkontur .................. 21
Anhang
Schaeffler Technologies
Checkliste ARRES...................................................................... 22
TPI 178
3
Produktübersicht
ARRES
Druckstücke ARRES
ARRES-B
000827F8
Standard
ARRES-B..-S
mit Flügeln
ARRES-W
flache Bauform
ARRES-BL
00082810
000827FC
0007F83A
mit Stufen
4
TPI 178
Schaeffler Technologies
Druckstücke ARRES
Merkmale
Für die Vorsynchronisation werden axial bewegliche Druckstücke
verwendet. Die Druckstücke befinden sich in Aussparungen am
Umfang des Synchronträger-Körpers, Bild 1. Der Druckkörper wird
von einer Feder gegen eine Aussparung in der Schiebemuffe
vorgespannt.
Weitere Informationen zum Thema Synchronisation siehe TPI 125,
INA-Schiebemuffen-Einheit.
00082175
� Synchronträger-Körper
� Druckstück
� Schiebemuffe
� Synchronring
Bild 1
Synchronisation
Es existieren mehrteilige und einteilige Druckstücke. Die mehrteilige
Bauform wird mehr und mehr von der einteiligen Bauform abgelöst.
Mehrteilig
Diese Druckstücke bestehen aus mindestens zwei Einzelteilen.
Bei der Montage müssen hier die Druckkörper unter Federspannung
montiert werden, Bild 2.
Dieser Montageaufwand entfällt bei Einsatz der ARRES, einer Entwicklung der Schaeffler Gruppe.
00014B97
Bauformen
Bild 2
Konventionelle Druckstücke
Schaeffler Technologies
TPI 178
5
Druckstücke ARRES
Einteilig
Eine ARRES besteht aus drei Komponenten, Bild 3.
Die Komponenten werden während der Fertigung fest miteinander
verbunden. Durch die einteilige Ausführung ist der Aufwand bei
der Getriebemontage geringer. Außerdem werden Bohrungen im
Synchronträger-Körper vermieden und Lagerhaltungskosten
gesenkt.
00081068
� Hülse
� Druckfeder
� Raststück
� Boden
Bild 3
Einteiliges Druckstück
Werkstoffe
Druckstücke ARRES bestehen aus hochwertigen Werkstoffen.
Stahlteile können brüniert, Kunststoffböden beliebig eingefärbt
werden.
Verschleiß
Verschleiß an den Führungsflächen führt zu einem schlechteren
Synchronisierverhalten. Für die Synchronisierung entwickelte
Werkstoffe und Oberflächen halten den Verschleiß sehr gering.
Dies ermöglicht eine gleichbleibende Funktion über die gesamte
Getriebelebensdauer.
Qualität
Schaltgefühl
6
TPI 178
Alle Bauteile werden von der Schaeffler Gruppe Automotive
hergestellt und unterliegen so von Einzelteilfertigung bis Montage
einer kontinuierlichen und lückenlosen Qualitätskontrolle.
Der für das Schaltgefühl maßgebliche Verschiebekraftverlauf wird
von der Druckfeder bestimmt. Bei einer ARRES kann die Federkraft in
einem weiten Bereich eingestellt werden. So kann das gewünschte
Schaltgefühl auch noch kurz vor Serienanlauf eingestellt werden.
Schaeffler Technologies
ARRES-B
Führung
Einbausicherung
Diese montagefreundlichen Druckstücke haben sich in der Praxis
millionenfach bewährt.
Durch die großen Führungsflächen wird eine gute Führung im
Synchronträger-Körper erreicht, Bild 4.
Für die schnelle und lagerichtige Montage fast quadratischer
Druckstücke kann eine Einbausicherung integriert werden, Bild 4.
00081060
� Auflageflächen
� Führungsflächen
� Einbausicherung
� Schiebemuffe
� Synchronträger-Körper
Bild 4
Führungsflächen, Sicherungen
Farbliche Unterscheidung
In einem Getriebe werden zwei abmessungsgleiche ARRES verbaut.
Der einzige Unterschied sind die jeweils montierten Druckfedern.
Dann ist eine optische Unterscheidung sinnvoll. Ein bewährtes
Verfahren ist das Brünieren einer Variante, Bild 5.
000827F4
� Brüniert
� Nicht brüniert
Bild 5
Brünierung
Schaeffler Technologies
TPI 178
7
Druckstücke ARRES
ARRES-B..-S
Abhebesicherung
Der Aufbau dieser ARRES entspricht dem Aufbau der ARRES-B.
Die ARRES-B..-S wird bevorzugt bei hohen Drehzahlen eingesetzt.
Bei hochdrehenden Motoren werden auch oft im Getriebe höhere
Drehzahlen erreicht. Diese führen zu größeren Zentrifugalkräften
und dann zum Abheben der Arretierungen. Durch das Abheben kann
es zu Verkippen und Verhaken kommen, eine sichere Funktion ist
dann nicht mehr gewährleistet.
Die ARRES-B..-S ist so geformt, dass die Abhebesicherung in den
Synchronträger-Körper integriert werden kann, Bild 6.
Bild 6
Abhebesicherung
8
TPI 178
00081F71
� Synchronträger-Körper
mit Abhebesicherung
� Schiebemuffe
Schaeffler Technologies
ARRES-W
Flügel
Aus der Grundform der ARRES wurde diese Variante abgeleitet,
wobei die grundlegenden Merkmale der ARRES-B übernommen
wurden.
Das besondere Konstruktionsmerkmal sind die beiden Flügel, Bild 7.
0007F63C
� Flügel
� Synchronträger-Körper
� Schiebemuffe
Bild 7
Einbausituation
Abhebesicherung
Die Flügel verhindern das Abheben von den Auflage- und Führungsflächen, ein daraus folgendes Kippen wird vermieden. Auch bei
hohen Zentrifugalkräften bleiben die Bauteile in der vorgegebenen
Position.
Führungsflächen
Synchronträger-Körper haben große Auflage- und Führungsflächen
für die Flügel der ARRES-W. Die Auflage- und Führungsflächen sind
im Vergleich zur ARRES-B deutlich länger, Bild 8.
Ein Kippen bei langen Schaltwegen wird bei der ARRES-W durch
die deutlich längeren Auflage- und Führungsflächen vermieden.
00081064
� Auflagefläche ARRES-B
� Auflagefläche ARRES-W
� Synchronträger-Körper
Bild 8
Führungsfläche
Schaeffler Technologies
TPI 178
9
Druckstücke ARRES
ARRES-BL
Bauhöhe
Diese Druckstücke mit Kuppenkontur entsprechen in der
Funktionalität unseren Druckstücken mit Kugel.
Eine deutlich geringere Bauhöhe wird erreicht, weil das Volumen
unter der Kuppe für die Druckfeder genutzt wird. Die Aussparung im
Synchronträger-Körper kann so deutlich verkleinert werden, Bild 9.
Bild 9
Aussparung, Vergleich
00084DE8
� Aussparung ARRES-B,
ARRES-B..-S und ARRES-W
� Aussparung ARRES-BL
� Kritischer Querschnitt
Flache Aussparungen verringern die Spannungen im kritischen Querschnitt um bis zu 25% und erlauben bei ansonsten unveränderter
Getriebegeometrie, dass der Synchronträger-Körper ein höheres
Moment übertragen kann. Bei Neukonstruktionen ermöglichen
verringerte Abmessungen ein kompaktes und gewichtsoptimiertes
Getriebe.
Schmale Bauform
10
TPI 178
Mit dieser Bauform kann die Getriebelänge weiter verkürzt
werden. Die Bauraumbreite von Losrad zu Losrad kann im Idealfall
von 40 mm auf 30 mm verringert werden. Erreicht wird dies,
da die minimale Breite sich aus der Summe von Federbreite und
der doppelten Blechdicke ergibt.
Schaeffler Technologies
Kunststoffboden
Gewicht
Farbgebung
Ausschließlich die ARRES-BL verfügt über einen Kunststoffboden.
Ein Kunststoffboden wiegt deutlich weniger als ein Stahlboden.
Dies senkt die Zentrifugalkräfte und erlaubt höhere Drehzahlen
im Getriebe.
Beim Einsatz von abmessungsgleichen ARRES-BL mit unterschiedlichen Federn empfehlen wir unterschiedlich eingefärbte Kunststoffböden. Die Farbe für den Kunststoffboden kann fast beliebig gewählt
werden, Bild 10.
00081F8E
� Kunststoffboden hell
� Kunststoffboden dunkel
Bild 10
Farbe Kunststoffboden
Betriebstemperatur
Schmierstoffe
Schaeffler Technologies
ARRES-BL können bei Betriebstemperaturen von –40 °C bis +140 °C
eingesetzt werden.
Der Kunststoffboden ist üblichen Mineral- und Synthetikölen
gegenüber dauerhaft beständig.
Vor Einsatz spezieller Schmierstoffe bei uns rückfragen!
TPI 178
11
Druckstücke ARRES
Kostengünstige Varianten
Werden bei Druckstücken, die vollständig aus dem Material Stahl
gefertigt werden, nur die Abmessungen L und B (siehe Maßtabellen)
geändert, kann das Werkzeug partiell angepasst werden.
L = Länge
B = Breite
Bild 11
Kostengünstige Varianten
12
TPI 178
00087484
� ARRES-B
� ARRES-B-..S
� ARRES-W
Schaeffler Technologies
Bei der Beurteilung von Druckstücken sind neben dem Bauraum
der minimale sowie maximale Betrag und der Verlauf der Verschiebekraft die maßgeblichen Faktoren.
Anhand der Geometriedaten wie Durchmesser, Riegelnuttiefe und
Rampenwinkel sowie vorgegebener Drehzahl und Federkräfte wird
ermittelt, ob die Druckstücke gegen Abheben gesichert werden
sollten. Außerdem werden Betrag und Verlauf der Verschiebekraft
von der Software ermittelt, Bild 12.
Aber auch der umgekehrte Weg ist möglich. Wird die Verschiebekraft
vorgegeben, können die Federkräfte ermittelt werden.
00085047
Auslegung
Bild 12
Auslegung, verwendete Software
Schaeffler Technologies
TPI 178
13
Druckstücke ARRES
Bild 13
Analyse der Kundendaten
14
TPI 178
Auf Wunsch führen wir eine Design-Analyse durch. Dazu sendet uns
der Kunde das ausgefüllte Anfrageformular zu, siehe Seite 23.
Alternativ können auch die 3D-Datensätze zugeschickt werden,
Bild 13. So können wir die Anwendung prüfen und anschließend
die gewünschte Auskunft geben.
000829A0
Analyse der Kundendaten
Schaeffler Technologies
Simulation
Vor der Mustererstellung wird das Verhalten der Bauteile mit einer
Simulationssoftware überprüft, Bild 14.
F = Verschiebekraft
s = Verschiebeweg
00082825
� ARRES-B, ARRES-B..-S und ARRES-W
� ARRES-BL
Bild 14
Verschiebekraft, Simulation
Schaeffler Technologies
TPI 178
15
Druckstücke ARRES
FEM-Berechnung
Bild 15
Festigkeitsanalyse
16
TPI 178
Ein integraler Bestandteil einer Neuentwicklung ist die Qualitätssicherung bei der Auslegung der Bauteile. Die berechneten
Eigenschaften werden anschließend in Versuchen überprüft.
Auf Kundenwunsch werden für Standardbauteile alle oder nur einige
der beschriebenen Maßnahmen durchgeführt.
Erfüllen die Bauteile die Anforderungen an die Funktion,
wird die Dauerhaltbarkeit untersucht. Die im Modell vorhandenen
Spannungen werden überprüft, Bild 15.
Die Festigkeitsanalyse deckt Schwachstellen auf. Das Modell wird
entsprechend geändert, bis die geforderte Festigkeit rechnerisch
erreicht wird.
00014E37
Qualitätssicherung
Schaeffler Technologies
Muster- und später Serienteile können auf entsprechenden Prüfständen untersucht werden. Haben die Musterteile die Kurzzeittests
bestanden, folgt der Systemtest.
Schaltgefühl
Ein abschließender Test wäre die Untersuchung der gefühlten
Qualität. Objektive Daten lassen sich nach Spezifikation erfüllen.
Die Ansprüche an subjektive Daten, wie das Schaltgefühl, können an
einem praxisnahen Prüfstand ebenfalls abgeprüft werden, Bild 16.
00014D3D
Versuche
Bild 16
Getriebeprüfstand (Dynotest)
Prüfspezifikation
Schaeffler Technologies
Die Versuche erfolgen nach Kundenvorgabe oder festgelegten Prüfspezifikationen der Schaeffler Gruppe. Diese Spezifikationen
wurden nach langjähriger Erfahrung entwickelt und werden laufend
an neue Erkenntnisse angepasst.
TPI 178
17
Druckstücke ARRES
0007F724
Standardbauform
ARRES-B
Maßtabelle · Abmessungen in mm
Kurzzeichen
Masse
Abmessung
m
L
H
Kräfte
B
L1
L2
⬇g
Hub
F11)
F22)
s
min.
max.
min.
max.
N
N
N
N
ARRES-B1
2,4
15
12,9
9,2
6,3
4,8
10
23
16
46
1,5
ARRES-B23)
2,5
15
12,9
9,2
6,3
4,8
10
23
16
46
1,5
ARRES-B3
2,8
15
12,9
12,3
6,3
4,8
10
10
16
16
1,5
ARRES-B4
3
13,95
12,9
11,45
6,3
4,8
12
12,5
15,6
20
1,5
ARRES-B5
2,5
13,95
12,9
11,45
6,3
4,8
10
12,5
16
20
1,5
ARRES-B6
2,4
14,95
10,9
9,65
6,6
5,4
7,1
16
11,2
29
1,2
ARRES-B7
3
11,8
13,8
10,35
7,25
5,56
7,5
13
15
22
1,69
ARRES-B83)
3
11,8
13,8
10,35
7,25
5,56
7,5
13
15
22
1,69
ARRES-B9
3
13,95
12,9
18,75
6,3
4,8
10
13,5
16
21
1,5
ARRES-B103)
2,5
15
11,7
9,9
7,21
5,84
12
12
22
22
1,37
ARRES-B11
3
13,95
12,5
21,35
5,9
4,65
15
15
22,5
22,5
1,25
ARRES-B14
2,9
15
13,2
18,51
5,1
3,6
15,5
15,5
23,5
23,5
1,5
ARRES-B15
2,4
15
12,9
11,45
6,3
4,8
16,5
16,5
28
28
1,5
F1 = Kraft bei L1, abhängig von der verwendeten Feder.
2)
F2 = Kraft bei L2, abhängig von der verwendeten Feder.
3)
Brüniert.
Bauraumvorschlag ARRES-B, Seitenansicht
18
TPI 178
0001A7BF
0001A7C0
1)
� Anwendungsspezifisches Spaltmaß
Schaeffler Technologies
Druckstücke ARRES
0008294F
Stufenbauform
ARRES-B..-S
Maßtabelle · Abmessungen in mm
Kurzzeichen
Masse
Abmessung
m
L
H
Kräfte
B
L1
L2
⬇g
ARRES-B12-S
2,5
17,4
13,1
ARRES-B13-S
1,8
14,65
9,2
11,2
7,95
F1 = Kraft bei L1, abhängig von der verwendeten Feder.
2)
F2 = Kraft bei L2, abhängig von der verwendeten Feder.
F22)
s
min.
max.
min.
max.
N
N
N
N
6,3
4,8
12
12
20
20
1,5
7
6,05
12
14,8
15,6
22,5
0,95
Bauraumvorschlag ARRES-B..-S, Seitenansicht
Schaeffler Technologies
0001A8FA
0001A8FB
1)
Hub
F11)
� Anwendungsspezifisches Spaltmaß
TPI 178
19
Druckstücke ARRES
Bauform mit Flügeln
H
L1
s
L
00082951
L2
B
ARRES-W
Maßtabelle · Abmessungen in mm
Kurzzeichen
Masse
Abmessung
m
L
H
Kräfte
B
L1
L2
⬇g
Hub
F11)
F22)
s
min.
max.
min.
max.
N
N
N
N
ARRES-W1
2,5
18,5
12,82
11,2
1,26
0,24
14
14
26
26
1,5
ARRES-W2
3
18,5
12,85
20
1,26
0,24
10
14
18
26
1,5
F1 = Kraft bei L1, abhängig von der verwendeten Feder.
2)
F2 = Kraft bei L2, abhängig von der verwendeten Feder.
Bauraumvorschlag ARRES-W, Seitenansicht
20
TPI 178
0001A8F6
0008294E
1)
� Anwendungsspezifisches Spaltmaß
Schaeffler Technologies
Druckstücke ARRES
0007F720
flache Bauform, Kuppenkontur
ARRES-BL
Maßtabelle · Abmessungen in mm
Kurzzeichen
Masse Abmessung
m
L
H
Kräfte
B
R
L1
L2
⬇g
ARRES-BL1
0,8
14,95
6,8
9,12
4
F1 = Kraft bei L1, abhängig von der verwendeten Feder.
2)
F2 = Kraft bei L2, abhängig von der verwendeten Feder.
5,1
F22)
s
min.
max.
min.
max.
N
N
N
N
10
13
18
23
1,2
Bauraumvorschlag ARRES-BL, Seitenansicht
Schaeffler Technologies
0001A8F8
0008294B
1)
6,3
Hub
F11)
� Anwendungsspezifisches Spaltmaß
TPI 178
21
Checkliste ARRES / Check list ARRES
Basisinformationen / Basic Information
Getriebename / Transmission name:
Getriebeart / Transmission type:
Gangstufen / Gears:
Motordrehmoment / Engine torque:
Merkmal / Characteristic
/
/
/
/
Gangstufe / Gear
Übersetzungsverhältnis / Gear ratio
Schaltkraft / Shift force
N
Schaltzeit / Shift time
ms
Maximale Drehzahl / Maximum speed
min–1
Differenzdrehzahl / Differential speed
min–1
Hintergrund / Background
❑ Neuentwicklung / New development
❑ Optimierung / Optimization
❑ Kostenreduzierung / Cost reduction
❑ Sonstiges / Other
Geplante Ausführung / Considered solution
Synchronisationsart / Synchronization type:
❑ Einkonus-Synchronisation in Gangstufe / Single cone synchronization in gear:
❑ Doppelkonus-Synchronisation in Gangstufe / Double cone synchronization in gear:
❑ Dreifachkonus-Synchronisation in Gangstufe / Triple cone synchronization in gear:
❑ anderes System in Gangstufe / Other system in gear:
Bisherige Ausführung / Previous solution
Vorsynchronisation / Pre-synchronization:
❑ ARRES
❑ anderes System / Other system
Umgebungsbedingungen / Environmental conditions
Getriebeöl / Transmission oil:
Sauberkeitsanforderung / Cleanliness specification:
Arbeitstemperatur / Working temperature:
22
TPI 178
Schaeffler Technologies
Checkliste ARRES / Check list ARRES
0008403F
Abmessungen und Werte / Dimensions and values
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
��
��
Anzahl der ARRES
Number of ARRES
Federkraft F1
Spring force F1
Federlänge L1
Spring length L1
Federkraft F2
Spring force F2
Federlänge L2
Spring length L2
Abstand zwischen Synchro-Außenringen
Spacing between synchro outer rings
ARRES Trägerausschnitt Kastenlänge
ARRES groove width max.
ARRES Trägerausschnitt Schaftlänge
ARRES groove height
ARRES Trägerausschnitt Breite
ARRES groove width min.
Höhe ARRES Auflagefläche
Hub support surface for ARRES height
Riegelnutwinkel
Sleeve ARRES groove ramp angle
Riegelnutradius
Sleeve ARRES groove radius
Riegelnutübergangsradius
Sleeve ARRES corner edge radius
Spaltmaß zwischen Außenring und ARRES
Clearance between outer ring and ARRES
Reibkoeffizient (ARRES/Muffe)
Friction coefficient (ARRES/Sleeve)
Schaeffler Technologies
N
N
mm
mm
N
N
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
°
°
mm
mm
mm
mm
mm
TPI 178
23
Notizen
24
TPI 178
Schaeffler Technologies
MATNR 036744336-0000 / TPI 178 / 02 / D-D / 201507 / pdf only
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Industriestraße 1–3
Alle Angaben wurden sorgfältig erstellt
und überprüft. Für eventuelle Fehler oder
91074 Herzogenaurach
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E-Mail
[email protected]
Technische Änderungen behalten wir
In Deutschland:
uns vor.
Telefon 0180 5003872
© Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Telefax 0180 5003873
Ausgabe: 2015, Juli
Aus anderen Ländern:
Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit
Telefon +49 9132 82-0
unserer Genehmigung.
Telefax +49 9132 82-4950
TPI 178 D-D