Was ist eine Synchronhülse?

Eine Synchronhülse, auch Gleithülse genannt, ist ein präzisionsgefertigtes axiales Kupplungsbauteil in der Synchroneinheit eines Schaltgetriebes. Die Synchronhülse arbeitet mit der Synchronnabe und dem Sperrring zusammen, um die Drehzahlen der Welle und des eingelegten Gangs vor dem Einlegen des Ganges aufeinander abzustimmen.

Sobald diese Synchronisierung erreicht ist, verriegelt die Hülse zwischen Zahnrad und Welle und gewährleistet so eine effektive Drehmomentübertragung. Ohne diese Abstimmung würde das Einrücken der Zahnräder zu lauten Geräuschen oder Schäden führen.

Pulvermetallurgisches Verfahren zur Herstellung einer Synchronhülse

Im Folgenden wird ein typischer Fertigungsablauf für die Herstellung von Synchronhülsen beschrieben. Pulvermetallurgie-Prozess.

Pulveraufbereitung und -mischung

Zur Herstellung der Synchronhülse wird Metallpulver, bestehend aus Eisen (Fe) mit 0.2–0.3 Gew.-% Kohlenstoff (C), 0.5–4.0 Gew.-% Nickel (Ni) und etwa 2.0 Gew.-% Molybdän (Mo), vermischt. Das Mischungsverhältnis dieser Pulver wird je nach erforderlicher mechanischer Festigkeit, Umformbarkeit und Wirtschaftlichkeit angepasst. Zum Beispiel:

• Nickel erhöht die Zähigkeit
• Molybdän verbessert die Härtbarkeit
• Kohlenstoff beeinflusst Dichte und Stoßfestigkeit.

Verdichtung und Formgebung

Das Pulvergemisch wird nun mithilfe einer Matrize mit der erforderlichen Gleithülsenform und -geometrie verdichtet. Dabei werden Keilwellen und Fasen direkt in die Formkonstruktion integriert. Der Fasenradius liegt typischerweise zwischen 0.2 und 0.5 mm. Dies verhindert Werkzeugverschleiß und macht eine Nachbearbeitung überflüssig.

Sintern

Der verdichtete Grünling wird nun in reduzierender Atmosphäre bei 1120 °C für etwa 2 Stunden gesintert. Die Sinterkammer ist mit einem Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch gefüllt. Während des Sinterns verstärkt die Diffusion zwischen den Metallpartikeln die Bindung, und es ergibt sich eine Dichte von etwa 7.3 g/cm³.³ erreicht.

Größenbestimmung und Endbearbeitung

Für höhere Präzision und Maßgenauigkeit wird die geformte Hülse kalibriert. Dabei werden sie konisch geformt, angefast und gefräst, um die Innenverzahnung zu verfeinern. Abschließend wird die Hülse aufgekohlt und wärmebehandelt, um die Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit zu verbessern.

Vorteile von gesinterten Synchronhülsen

Im Vergleich zu geschmiedeten und bearbeiteten Buchsen verkürzt das pulvermetallurgische Verfahren die Produktionszeit durch die direkte Integration von Keilwellenprofilen und Fasen während des Verdichtens. Dadurch entfallen mehrere Bearbeitungsschritte, und die Kosten werden gesenkt. Mit einer Dichte von über 7.3 g/cm³ gesinterte Synchronhülsen Nach der Wärmebehandlung erreichen sie eine Streckgrenze von etwa 1000 MPa und eine Härte von 720 HV.

Arten von Synchronhülsen

Einzelkegel-Synchronhülsen

Die Synchronhülse mit Einzelkegel nutzt eine einzige Reibfläche zwischen Sperrring und Konstantverzahnung. Aufgrund dieser einzigen Reibfläche sind bei diesem Synchronisator höhere axiale Schaltkräfte für eine korrekte Synchronisierung erforderlich. Obwohl diese Gleithülsen für die meisten Übersetzungsbereiche geeignet sind, stoßen sie bei hochtourigen Differenzialen in niedrigen Gängen an ihre Grenzen. Sie erfordern ein präzises Reibungsmanagement, um Schaltgeräusche oder Kupplungsprobleme zu vermeiden.

Mehrkegel-Synchronhülsen

Die Mehrkegel-Synchronhülse verfügt über mehrere Reibflächen durch Zwischenringe. Diese Konstruktion reduziert die Schaltkraft in Dreikegelsystemen um bis zu 40 % und verbessert die Synchronisationsleistung, insbesondere bei niedrigen Gängen mit hochtourigen Differenzialen. Durch die Optimierung der Kegelpositionierung und Reibverteilung bieten Mehrkegelhülsen folgende Vorteile:

• Reibungslosere Einbindung
• Geringerer Schaltaufwand
• Verbesserte Handhabung hoher Drehmomente im Vergleich zu einkegeligen Hülsen.

Anzeichen einer verschlissenen Synchronhülse

Hier einige Anzeichen dafür, dass die Synchronhülse nicht ordnungsgemäß funktioniert:

• Abgenutzte oder beschädigte Synchronringe können beim Schalten oder Herunterschalten zu Schleifgeräuschen oder ungewöhnlichen Geräuschen führen.
• Eine beschädigte Synchronhülse kann das reibungslose Bewegen des Schalthebels zwischen den Gängen erschweren. Daher ist es schwierig, die Gänge zu wechseln, wenn Ihre Synchronhülse beschädigt ist.
• Eine defekte Schiebehülse kann das Schalten vollständig verhindern und unter Umständen ein Abschleppen zur Überprüfung erforderlich machen.
• Schließlich kann abgenutzte Getriebehülse dazu führen, dass das Getriebe während der Fahrt unerwartet in den Leerlauf schaltet.

Anwendungen der Synchronhülse

Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge

Synchronringe sind wesentliche Bestandteile von Synchronisationssystemen in Pkw und ermöglichen nahtlose Gangwechsel. Diese Synchronisation verhindert Gangkollisionen und

Schwere Maschinerie

In Schwerlastmaschinen wie Baumaschinen und Lkw sind Synchronringe für die Bewältigung hoher Drehmomente unerlässlich. Sie gleichen zudem die unterschiedlichen Drehzahlen von Motor und Getriebe aus. In Schwerlastmaschinen werden Synchronsysteme mit mehreren Konen eingesetzt, um ein reibungsloses Einrücken der Gänge auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen zu gewährleisten.

Landwirtschaftliche Geräte

Landwirtschaftliche Maschinen, darunter Traktoren und Erntemaschinen, sind auf Synchronringe angewiesen, um das Schalten der Gänge unter anspruchsvollen Bedingungen zu ermöglichen.