CN106286628A - 用于换挡传动装置的同步单元的组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于换挡传动装置的同步单元的组件。本发明从具有同步器环（7）和摩擦环（1）的组件开始。摩擦环（1）具有摩擦表面（301）和安装表面（302），并且同步器环（7）具有对应于安装表面（302）的接触表面（10）。为了允许同步单元的高效率并且同时为了允许换挡传动装置的操作上安全和舒适操作，根据本发明提供了组件的摩擦环（1）的安装表面（302）和/或同步器环（7）的接触表面（10）具有降低粘附的表面结构。

Description

用于换挡传动装置的同步单元的组件

技术领域

本发明涉及用于根据权利要求1的前序的换挡传动装置的同步单元的组件，以及涉及摩擦环和用于此组件的同步器环和同步单元以及具有此组件的换挡传动装置。

背景技术

用于车辆的换挡传动装置的同步单元的组件在EP 2 677 187 A1中描述。组件具有摩擦环，其包括具有内摩擦表面和外安装表面的圆锥形摩擦环体，所述内摩擦表面和外安装表面分别在垂直于轴向摩擦轴线延伸的径向周向方向上界定摩擦环体。在这方面，内摩擦表面以可预定义的摩擦角延伸并且外安装表面以可预定义的安装角延伸，分别圆锥形地沿摩擦环轴线延伸。组件另外具有同步器环，其具有对应于摩擦环的外安装表面的接触表面。同步器环和摩擦环构造和布置成使得同步器环的接触表面接触摩擦环的外安装表面，并且在其中同步器环在待同步的齿轮的方向上移位的同步过程中，摩擦环的内摩擦表面与齿轮摩擦接触。

在换挡传动装置的同步单元中使用此组件一方面允许高的效率，即致动力与同步转矩之间大的加强效应，并且同时允许高的转换舒适性。这是通过组合成一个的功能“产生同步转矩”与“释放摩擦配对”和在基于所谓的博格沃纳（Borg-Warner）概念的同步单元中的框架摩擦配对（frame friction pairing）的空间分离来实现的。分离是通过使用由具有摩擦表面和安装表面的摩擦环，和具有对应于摩擦环的安装表面的接触表面的同步器环组成的组件来实现的，而不是具有一个或多个摩擦表面的仅一个同步器环组成的组件来实现的。摩擦环的摩擦表面以力传递的方式产生同步转矩；压配合的可靠释放在接触表面处和安装表面处发生。因此，两个功能的独立优化可以相对于它们的具体要求发生。

在使用所描述的同步单元时可以特别是以所谓的第二压力点的形式在低操作温度下发生对舒适和功能的干扰，或者也可以发生换档装置的阻塞。

鉴于此，本发明的目的是提供用于换挡传动装置的同步单元的组件，其允许换挡传动装置在操作上安全和舒适的操作。该目的是根据本发明通过具有权利要求1的特征的组件来满足的。

发明内容

根据本发明的用于换挡传动装置的同步单元的组件具有摩擦环，其包括具有摩擦表面（特别是内摩擦表面）及具有安装表面（特别是外安装表面）的圆锥形摩擦环体，所述摩擦表面和安装表面分别在垂直于轴向摩擦环轴线延伸的径向周向方向上界定摩擦环体。在这方面，摩擦表面以可预定义的摩擦角延伸并且外安装表面以可预定义的安装角延伸，分别圆锥形地沿摩擦环轴线延伸。组件另外具有同步器环，其具有对应于摩擦环的安装表面的接触表面。同步器环和摩擦环构造和布置成使得同步器环的接触表面接触摩擦环的安装表面，并且在其中同步器环在待同步的齿轮的方向上移位的同步过程中，摩擦环的摩擦表面与齿轮摩擦接触。转速匹配可以在齿轮和摩擦环及因此也与特别是旋转固定地连接到摩擦环的同步器环之间发生。对于摩擦环与同步器环之间旋转固定联轴器，摩擦环和/或同步器环具有所谓的抵抗旋转的安全装置（securities against rotation）。

根据本发明，摩擦环的安装表面和/或同步器环的接触表面具有降低粘附的表面结构。

因此，最小化摩擦环的安装表面与同步器环的接触表面之间的粘附。这样防止了摩擦环和同步器环粘着在一起，这可在摩擦配对的释放上具有上述功能的空间分离不再存在和为此不提供和构造在摩擦环的摩擦表面处发生摩擦配对的释放的结果。如果摩擦环和同步器环不可以彼此释放，那么它们关于摩擦配对的释放充当博格沃纳同步的同步器环。在这方面，特别是在低操作温度和与其相关联的用于润滑和冷却的传动装置油的高粘度下发生所描述的粘着在一起的问题。

应当理解，同步器环的对应接触表面在这一点上使得接触表面和安装表面设计成使得它们在朝向摩擦环的摩擦环轴线的方向上进入具有同步器环的足够位移的接触。因此，它们相对于摩擦环轴线具有基本上相同的角度。

摩擦环特别是设计成狭缝或开环，即设计为具有中断的环。其也可以设计为分段环，即设计为包括多个单独的环段的环，例如两个到八个。

摩擦环的摩擦角特别地不同于摩擦环的安装角。摩擦环的安装角尤其大于摩擦环的摩擦角。这允许特别高的效率，并且同时允许特别高的转换舒适性。

在本发明的实施例中，摩擦环的安装表面和/或同步器环的接触表面具有凹槽。因此，表面（在其上摩擦环和同步器环接触）的尺寸相对于没有所述凹槽的实施例减小。由于摩擦环与同步器环之间的粘附非常显著地取决于该表面的尺寸，即随表面的尺寸增加而同样增加，这引起特别低的粘附，并且因此，如所述的，引起高的转换舒适性。

凹槽可具有在几微米和几毫米之间的深度。例如，它们在总表面中可具有在20%和80％之间的比例。例如，凹槽可以经由用于制造摩擦环或同步器环的成形工具引入接触表面中，或者可以在单独的加工步骤中通过材料移除加工（诸如车削、磨削、冲击、激光加工或铣削）或经由成形加工（诸如轧制或冲压）来生产。

在本发明的实施例中，凹槽设计为沟槽和/或孔。例如，沟槽可以基本上沿摩擦环轴线或在周向方向上延伸。然而，它们也可以以相对于周向方向的倾斜延伸。孔可以设计为通孔或盲孔，并且特别地可具有圆形直径，其也可以在随后的成型步骤中变形，例如，以形成椭圆。孔可以具有相同或也可以具有不同的直径，例如在1mm和5mm之间。此沟槽、孔或钻孔可以非常简单地并且因此廉价地制造。

在本发明的实施例中，凹槽通过喷丸工艺或喷砂工艺来生产。因此可以实现不均匀表面结构，这允许凹槽的特别高的表面占有率，并且因此特别低的粘附。此外，这使得同步器环和摩擦环的制造可以简单并且因此成本低。

在本发明的实施例中，凹槽形成为激光纹理。因此，可以生产期望的、理想的表面结构。

在本发明的实施例中，凹槽通过蚀刻工艺来生产。这允许期望表面结构的制造成本特别低。

在本发明的实施例中，摩擦环的安装表面和/或同步器环的接触表面具有降低粘附的涂层。因此，可以特别好地影响表面的粘附性能。例如，涂层可具有在所谓的薄膜涂层中几纳米至多若干微米的厚度，例如，通过热喷涂。所述表面可以仅具有涂层或可以具有除了上述凹槽之外的涂层。

在本发明的实施例中，降低粘附的涂层形成为碳层，特别是形成为无定形碳层。此涂层还称为类金刚石碳（DLC）层。因此，可以非常有效地实现期望的表面性能，其也是粘附性能。

在本发明的实施例中，摩擦环和同步器环由不同材料组成，特别是摩擦环由金属板组成，并且同步器环由黄铜组成。摩擦环与同步器环之间的粘附也取决于组成它们的材料。存在材料对，诸如，具有小的粘附倾向的金属板和黄铜。甚至可以的是，合适的材料对的选择足以满足本发明的上述目的。因此，满足上述目的的组件可具有用不同材料制造的摩擦环和同步器环，而不需要摩擦环的安装表面和/或同步器环的接触表面具有降低粘附的表面结构。

本发明还涉及用于根据本发明的组件的摩擦环、用于根据本发明的组件的同步器环、用于具有根据本发明的组件的换挡传动装置的同步单元，以及用于具有根据本发明的组件的车辆的换挡传动装置。

附图说明

本发明的进一步的优点、特征和细节参考实施例的以下描述并参照附图产生，在所述附图中相同或具有相同功能的元件设置有相同的附图标记。

在附图中示出：

图1a是在展开构造中具有分段摩擦环体的摩擦环；

图1b是根据图1a在压缩构造中的摩擦环；

图1c是根据图1a沿线I-I的截面；

图1d是根据图1a或图1b在透视图中的摩擦环的截面；

图2a是具有抵抗旋转的径向安全装置的分段摩擦环的第二实施例；

图2b是根据图2a在透视图中的摩擦环的截面；

图3是具有摩擦环和同步器环的组件的同步单元的实施例；

图4a是在展开构造中的狭缝摩擦环；

图4b是根据图4a在压缩构造中的狭缝摩擦环；

图5是通过在同步单元中的摩擦环和同步器环的组件的截面；

图6是换挡传动装置的非常示意性的图；

图7是通过具有经涂覆的外安装表面的摩擦环的截面；以及

图8是通过具有经涂覆的接触表面的摩擦环的截面；以及

图9a-图9h是具有不同表面结构的同步器环的接触表面和摩擦环的外安装表面的截面。

具体实施方式

图1a和图1b或图c和图1d示出了在示意性表示中具有分段摩擦体的摩擦环的同一个非常简单的实施例，其中摩擦环在下面作为整体通过附图标记1来表示。

相同的附图标记在所有附图中表示相同的特征。

在这方面，图1a示出了在这方面上在展开构造中的摩擦环1，而图1b示出了在压缩构造中的相同摩擦环。为了更好地理解，图1示出了根据图1a的沿线I-I的截面，而根据图1a和图1b的摩擦环1的截面参照图1d在透视图中示出，图1d能够更好地看出沿摩擦环1的摩擦环轴线4延伸的抵抗旋转的安全装置5。抵抗旋转的安全装置5用于摩擦环1的旋转固定联轴器，其中图1a-图1d中未示出同步器环。

根据1a至图1d中的摩擦环1用于在换挡传动装置的同步单元2中使用，特别是用于车辆，尤其是用于客车、运输车或卡车。摩擦环1包括具有内摩擦表面301和外安装表面302的圆锥形摩擦环体3，所述内摩擦表面301和外安装表面302分别在垂直于轴向摩擦环轴线4延伸的径向周向方向U上界定摩擦环体3。在这方面，内摩擦表面301以可预定义的摩擦角α₁延伸并且外安装表面302以可预定义的安装角α₂延伸，在每种情况下都成圆锥形地沿摩擦环轴线4延伸，其中摩擦角α₁不同于安装角α₂。

如特别是可以从图1c中看出，安装角α₂大于摩擦角α₁。在这方面，在原则上还可以的是，摩擦角α₁大于安装角α₂。

如参照图1a至图1可以清楚地认识到，在该具体实施例中，摩擦环体3是分段摩擦环体3，其包括多个单独的摩擦环段31、32、33，在本具体实施例中为三个摩擦环段31、32、33，其以环形布置的方式形成摩擦环体3，使得摩擦环体3在根据图1a的第一展开构造中具有第一半径R₁，并且在根据图1b的第二压缩构造中具有第二半径R₂。

在这方面，应当理解，摩擦环1也可以由不同数目的摩擦环段31、32、33、34组成，例如，如参照图2a和图2b通过示例所示，也可以由四个摩擦环段31、32、33、34组成，或者，例如，也可以由仅两个或多于四个摩擦环段31、32、33、34组成。

在这方面，至少一个抵抗旋转的安全装置5特别优选地在摩擦环体3处提供，并且优选地沿摩擦环轴线4延伸，这可以从图1d中特别清楚地看出。

在这方面，图2a和图2b示出了根据本发明已经提到的摩擦环1的其它实施例，其中抵抗旋转的安全装置5基本上垂直于摩擦环轴线4延伸。

在这方面，不言自明的是独立于所示的具体实施例，抵抗旋转的安全装置5的数目可以取决于实施例而不同，并且可以提供任何期望数目的抵抗旋转的安全装置5。在非常具体的情况下，甚至可以的是，抵抗旋转的安全装置5在摩擦环1处缺失；和/或，例如，可以提供其它措施，其防止摩擦环1在操作状态下的旋转。

摩擦涂层，特别是以碳摩擦层形式的摩擦涂层，其为了清晰起见在附图中未明确示出，并且其可特别用于至少部分地补偿在摩擦配对上可以特别有利地在摩擦表面301处提供的所得的高机械负荷和/或热负荷。

在这方面特别有利的是，摩擦环1是冲压钢零件或成形的金属板零件，这特别是使得工业批量生产特别简单或成本低。

图3以示意性表示示出了具有摩擦环1的同步单元2。

根据图3的同步单元2还包括，除了摩擦环1之外，以本身已知的方式具有同步器体15的滑动联轴器6、同步器环7和齿轮8，其中上述部件同轴地布置到摩擦环轴线4，使得同步器环7可以在朝向齿轮8的方向上通过滑动联轴器6与摩擦环1一起沿摩擦环轴线4在操作状态下移位，使得摩擦环体3的内摩擦表面301可以与齿轮8进入接合状态。在这方面，同步器环7和摩擦环1形成同步单元的组件9。

在这方面，同步器环7由黄铜来生产；然而，其也可以由传统构造的冲压钢来生产。在这方面，由接触表面10所形成的同步器环7的锥体具有相同的大的内角α₂，即其与摩擦环1的安装角α₁相同。因此，同步器环7的接触表面10对应于摩擦环1的外安装表面302。同步器环7还具有用于分段摩擦环1的联接囊，其是本身已知的并且未以任何更多细节示出。根据图3的分段摩擦环1分段成三个等大的摩擦环段31、32、33，其为了在图3中清晰起见未详细示出。摩擦环特别是由金属板组成。在这方面，根据本发明的摩擦环1具有带有安装角α₂的安装表面302，其中安装表面302用作分离表面。摩擦环1的内锥体由具有摩擦角α₁的摩擦表面301形成，其中α₁<α₂。该内锥体表面，即摩擦表面301，用于同步​​。根据图4a和图4b，摩擦环也可以设计为狭缝环。

在操作状态下，同步器环7在朝向构造为齿形轮的齿轮8的方向上轴向移位，并且因此，摩擦环1的三个摩擦环段31、32、33也由角α₂覆盖。然后，同步器环7和分段摩擦环1同时一起移动并与内锥体接合（即以摩擦角α₁与摩擦表面301接合）到同样具有带有锥角α₁的对应相反锥体的齿轮8上。然后，同步器环7可以像传统同步器环一样控制和转位。滑动联轴器6的齿与同步器环7的齿接触，并且因此通过不同转速在分段摩擦环1与齿轮8之间的产生转矩。

在同步之后，当转速差值为零时，滑动联轴器6轴向移动，其中它通过同步器环的齿，并且然后与齿轮8的侧腹的齿接触。因此，在同步器环7上不再存在任何轴向力。大角α₂将使系统分开（角>tan^-1μ）。这是由于在分段摩擦环1的周向方向上的力的消除而导致的。在这一点上，同步器环7和分段摩擦环1摆脱齿轮8。滑动联轴器6可随后通过齿轮8。然后，换档装置完全处于接合状态。

在这方面，至少两个选择1和2是可以的。用选择1，摩擦表面面向具有小角α₁的段的内锥体。大的释放角α₂在段的外锥体表面上。

用选择2，摩擦表面在段的外锥体上具有小角α₁。大的释放角α₂在段的内锥体表面上，其中选择1实际上为优选的构思。

在图4a中，示意性示出根据本发明的在展开构造中具有半径R₁的摩擦环1的替代实施例，所述摩擦环1可以用于例如根据图3的同步单元中。

摩擦环1包括狭缝摩擦环体3。一个狭缝11精确地布置在摩擦环体3中，并且具有扫过在周向方向U上的摩擦环体的周向的大约3mm的宽度B。

在图4b中，示出根据图4的在压缩构造中具有半径R₂的摩擦环1。根据图5的狭缝11具有比根据图4a的狭缝更小的宽度B。摩擦环也可以特别设计成使得在压缩构造中，即在无负载状态下，相对的端部不接触，即狭缝不再存在。特别有利的是，如果4N至5N的压紧力在端部处存在。在切割摩擦环的开口之后摩擦环的加宽可以被抵消，例如，因为张力在其表面处（特别是在安装表面处）引入。这可以例如通过氮化或喷砂发生。

在图5中，示意性示出在操作状态下即在同步过程中的同步单元2的截面。同步单元2包括齿轮8、同步器环7、摩擦环1、同步器衬套15和滑动联轴器6。同步器环7在待同步的齿轮8的方向上移位，使得同步器环7的接触表面10接触摩擦环1的安装表面302，借此摩擦接触在摩擦表面301的摩擦层303和齿轮8之间产生，且转速匹配在齿轮8和摩擦环1及因此同步器环7之间发生。

在这方面，同步器环7的接触表面10和/或摩擦环1的安装表面302具有降低粘附的表面结构，这将结合图7、图8和图9a-图9h看到。

在图6中非常示意性示出用于车辆（特别是机动车辆）的换挡传动装置20。换挡传动装置20具有传动装置输入轴21和传动装置输出轴22以及总共三个同步单元2，通过其可以在换挡传动装置20中执行换挡。

在图7中以截面图示出根据图5的摩擦环1。摩擦环1具有在内摩擦表面301处的摩擦层303和在外安装表面302处以DLC层304的形式的碳层，所述DLC层304作为降低粘附的涂层并且因此作为降低粘附的表面结构。

在图8中以截面图示出根据图5的同步器环7。同步器环7具有在接触表面10处以DLC层305的形式的碳层，所述DLC层305作为降低粘附的涂层并且因此作为降低粘附的表面结构。

图9a-图9h示出具有全部带有凹槽的不同表面结构的同步器环7的接触表面10和摩擦环1的安装表面302的细节。

在图9a中凹槽形成为轴向沟槽51，其基本上沿摩擦环轴线4延伸。

在图9b中凹槽形成为径向沟槽52，其基本上在周向方向U上延伸。

在图9c中凹槽形成为钻孔57，其可以设计为盲孔钻孔或通孔钻孔。

在图9d中凹槽形成为V形沟槽53。

在图9e中凹槽形成为在其间布置的轴向沟槽51与V形沟槽53组合。

在图9f中凹槽形成为X形沟槽54。

在图9g中凹槽形成为激光纹理55。

在图9h中凹槽56已通过喷丸工艺、喷砂工艺或蚀刻工艺来生产。

Claims (15)

1. 一种用于换挡传动装置的同步单元的组件，所述组件包括

-摩擦环（1），所述摩擦环（1）包括具有摩擦表面（301）和安装表面（302）的圆锥形摩擦环体（3），所述摩擦表面（301）和所述安装表面（302）分别在垂直于轴向摩擦环轴线（4）延伸的径向周向方向（U）上界定所述摩擦环体（3），其中所述摩擦表面（301）以可预定义的摩擦角（α₁）延伸并且所述安装表面（302）以可预定义的安装角（α₂）延伸，其分别圆锥形地沿所述摩擦环轴线（4）延伸；以及

-同步器环（7），所述同步器环（7）具有对应于所述摩擦环（1）的所述安装表面（302）的接触表面（10）；

其中所述同步器环（7）和所述摩擦环（1）构造和布置成使得所述同步器环（7）的所述接触表面（10）接触所述摩擦环（1）的所述安装表面（302），并且在其中所述同步器环（7）在待同步的齿轮（8）的方向上移位的同步过程中，所述摩擦环（1）的所述摩擦表面（301）与所述齿轮（8）摩擦接触，

其特征在于，

所述摩擦环（1）的所述安装表面（302）和/或所述同步器环（7）的所述接触表面（10）具有降低粘附的表面结构。

2.根据权利要求1所述的组件，

其特征在于，

所述摩擦环（1）的所述摩擦角（α₁）不同于所述摩擦环（1）的所述安装角（α₂），特别是所述摩擦环（1）的所述安装角（α₂）大于所述摩擦环（1）的所述摩擦角（α₁）。

3.根据权利要求1或权利要求2中任一项所述的组件，

其特征在于，

所述摩擦环（1）的所述安装表面（302）和/或所述同步器环（7）的所述接触表面（10）具有凹槽（51、52、53、54、55、56、57）。

4.根据权利要求3所述的组件，

其特征在于，

所述凹槽（51、52、53、54、57）形成为沟槽（51、52、53、54）和/或孔（57）。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的组件，

其特征在于，

所述凹槽（56）通过喷丸工艺或喷砂工艺来生产。

6.根据权利要求3或权利要求4所述的组件，

其特征在于，

所述凹槽形成为激光纹理（55）。

7.根据权利要求3或权利要求4所述的组件，

其特征在于，

所述凹槽（56）通过蚀刻工艺来生产。

8.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的组件，

其特征在于，

所述摩擦环（1）的所述安装表面（302）和/或所述同步器环（7）的所述接触表面（10）具有降低粘附的涂层（304、305）。

9.根据权利要求8所述的组件，

其特征在于，

所述降低粘附的涂层（304、305）形成为碳层，特别是形成为无定形碳层。

10.根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的组件，

其特征在于，

所述摩擦环（1）和所述同步器环（7）由不同材料组成。

11.根据权利要求10所述的组件，

其特征在于，

所述摩擦环（1）由金属板组成，并且所述同步器环（7）由黄铜组成。

12.一种用于根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的组件（9）的摩擦环。

13.一种用于根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的组件（9）的同步器环。

14.一种用于具有根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的组件（9）的换挡传动装置的同步单元。

15.一种用于具有根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的组件（9）的车辆的换挡传动装置。