KR20150140229A - 변속기어의 싱크로나이저 유닛을 위한 싱크로나이저 링과 싱크로나이저 링의 제조 방법 - Google Patents

변속기어의 싱크로나이저 유닛을 위한 싱크로나이저 링과 싱크로나이저 링의 제조 방법 Download PDF

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호르비거 안트립스테크닉 홀딩 게엠베하
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Abstract

본 발명은 링축(A)을 구비하며 전반적으로 일정한 양철두께(t)를 가진 링 모양의 양철-콘(16)으로 구성된 변속기어(14)의 싱크로나이저 유닛(12)을 위한 싱크로나이저 링(10)에 관한 것이다. 이때, 링 모양의 양철-콘(16)은 콘 모양의 방사형 외벽과 이 외벽과 마주보는, 콘 모양의 마찰면(18)을 갖는 방사형 내벽을 구비한다. 또한, 이때 싱크로나이저 유닛(12)의 싱크로나이저 허브(22)를 중심으로 싱크로나이저 링(10)의 방사형 센터링을 달성하기 위해 양철-콘(16)은 방사형 외벽 상에 몰딩(moulded) 된 센터링-플랜지(20)를 구비한다. 또한 이때 양철-콘(16)은 센터링-플랜지(20) 영역 내에서 변형되어 있으며 양철두께(t)에 비해 두께가 얇은 잔여두께(tR)를 가진 첫 번째 양철구간(24)과 최소한 양철두께(t)와 두께가 동일한 플랜지두께(tB)를 가진 두 번째 양철구간(26)을 구비하되, 양철-콘(16)의 잔여두께(tR)는 첫 번째 양철구간(24) 내에서 전반적으로 동일하다. 더 나아가 본 발명은 이러한 싱크로나이저 링(10)의 생산을 위한 과정을 포괄한다.

Description

변속기어의 싱크로나이저 유닛을 위한 싱크로나이저 링과 싱크로나이저 링의 제조 방법{SYNCHRONIZER RING FOR SYNCHRONIZATION UNIT OF TRANSMISSION GEARBOX AND METHOD FOR PRODUCING THE SYNCHRONIZER RING}
본 발명은 변속기어의 싱크로나이저 유닛을 위한 싱크로나이저 링과 이러한 싱크로나이저 링의 제조 방법에 관한 것으로, 이때 싱크로나이저 링은 링축을 구비하며 전반적으로 두께가 일정한 양철 소재의 링 모양 양철-콘으로 구성되고, 또한 링 모양의 양철-콘은 콘 모양의 방사형 외벽과 이 외벽과 마주보는, 콘 모양의 마찰면을 갖는 방사형 내벽을 구비한다.
이러한 형태의 싱크로나이저 링은 일반적으로 평평한 양철판을 이용해 펀치 및 드로잉 프로세스를 통해 생산된다.
이러한 양철-싱크로나이저 링의 한 가지 문제점은 변속기어의 싱크로나이저 허브를 중심으로 센터링이 잘 되지 않는다는 것이다. 소결합금을 이용해 만든 기존의 싱크로나이저 링이나 놋쇠로 단조해 만든 기존의 싱크로나이저 링의 경우 기본적으로 실린더 형태의 외벽을 가지기 때문에 싱크로아니저 허브의 실린더 형태의 안쪽 빈 공간에 문제없이 센터링되는데, 이러한 기존의 싱크로나이저 링과 달리 양철-싱크로나이저 링은 생산방식 때문에 콘 모양의 외벽을 갖는다. 이때 싱크로나이저 링은 변속기를 조작할 때 변속슬리브에 의해 기어휠을 향해 축을 따라 이동되기 때문에, 끝으로 갈수록 뾰족해지는 콘 형태를 가진 양철-싱크로나이저 링의 센터링은 지름이 작아 질수록 약화된다. 그 결과 변속기어의 기능이 저하되며 마모 현상이 심화될 수 있다.
양철-싱크로나이저 링 역시 싱크로나이저 허브를 중심으로 정확하게 신터링시키기 위한 방법으로서 DE　10　2011　015　836　A1에 콘이 축 방향의 한 쪽 끝에서 바깥쪽을 향해 방사형으로 휘어져 있고 에둘러 잠금용 톱니를 구비하는 링 모양의 양철-콘을 갖는 싱크로나이저 링이 소개되는데, 이때 톱니와 콘 링 사이에는 싱크로나이저 허브를 중심으로 싱크로나이저 링의 방사형 센터링을 위한 방사형 돌출부가 구비되어 있다.
본 발명의 과제는 이 기술을 토대로 변속기어의 싱크로나이저 유닛을 위한 구조적으로 무엇보다도 간단하고 견고한 싱크로나이저 링으로서, 링 모양의 양철-콘으로 구성되어 있으며 싱크로나이저 허브를 중심으로 싱크로나이저 링의 방사형 센터링을 위한 대안적 방법을 제공하며 기술적으로 복잡하지 않은 생산 과정을 통해 생산 가능한 싱크로나이저 링을 달성하는 것이다.
본 발명에 입각해 이 과제는 앞서 소개한 형태의 싱크로나이저 링을 통해 달성되는데, 양철-콘의 방사형 외벽 상에 싱크로나이저 유닛의 싱크로나이저 허브를 중심으로 싱크로나이저 링의 방사형 센터링을 위해 센터링-플랜지가 몰드되어 있는 싱크로나이저 링을 통해 달성된다. 이때 양철-콘은 센터링-플랜지의 영역에서 변형되어 있고 나머지 부분보다 양철의 잔여두께가 얇은 첫 번째 양철구간 및 두께가 최소 양철두께와 같은 플랜지-두께를 갖는 두 번째 양철구간을 가지며, 첫 번째 양철구간에서 양철-콘의 잔여두께는 전반적으로 일정하다. 다시 말해 센터링-플랜지는 양철-콘 소재로 조성되어 플랜지의 양철두께가 최소 구간 별로 줄어들게 된다. 이러한 원래 원치 않았던 콘-링의 약화는 본 발명에 입각한 경우 문제가 되지 않는다. 왜냐하면 이러한 약화 즉, 두께의 감소는 축 방향으로 균일하게 일어나 두께가 줄어든 첫 번째 양철구간이 정의된(defined) 전반적으로 균일한 잔여두께를 가지기 때문이다. 여기에서 말하는 잔여두께는 싱크로나이저 유닛의 가동 시 싱크로나이저 링 상에서 발생하는 부하로 인해 아무런 안정성 문제 또는 변형 문제가 일어나지 않는 수준으로 정해진다.
싱크로나이저 링의 한 실시예에서는 센터링-플랜지가 둘레 방향으로 단절되어 있으며 둘레 방향으로 간격을 두고 위치하는 선호적으로 다수의, 특히 최소 3개의 센터링-플랜지 구간을 갖는다. 둘레 방향으로의 단절을 통해 센터링-플랜지가 기술적으로 보다 쉽게 생산 가능해지며 더 나아가 양철-콘은 둘레 방향으로 구간 별로만 약화된다. 센터링-플랜지는 무엇보다도 싱크로나이저 링의 방사형 포지셔닝과 그로 인한 싱크로나이저 유닛의 소음 및 마모 최소화에 기여하기 때문에, 싱크로나이저 유닛의 가동 시에도 센터링-플랜지에 비교적 부하가 적게 가해지며, 가해진 부하는 둘레 방향으로 간격을 두고 위치하는 소수의 센터링-플랜지 구간에 의해 문제없이 상쇄될 수 있다.
본 발명은 더 나아가 상기에 기술되어 있는 싱크로나이저 링의 생산 과정에 관한 것이기도 하다. 이때 우선 링 모양의 양철-콘이 준비되는데 이 콘은 링축 방향으로 첫 번째 축 방향 콘-끝에서부터 두 번째 축 방향 콘-끝으로 원추처럼 지름이 작아지는 형태를 띄며, 아직 센터링-플랜지를 구비하지 않은 상태의 콘이다. 그 다음으로 센터링-플랜지의 몰딩을 위한 도구가 두 번째 콘-끝 상에서 원하는 방사형 위치에 장착된 다음 소재의 변형이 일어나는 과정 중 전반적으로 양철-콘의 마찰면에 대해 평행하게 첫 번째 축 방향의 콘-끝을 향해 이동된다. 즉,센터링-플랜지의 몰딩을 위한 도구는 링축에 대하여 평행하게 이동하지 않고 양철-콘의 마찰면에 대하여 전반적으로 평행하게 이동하게 된다. 그에 따라 축 방향으로의 원하지 않았던 비균일한 양철-콘의 약화 현상이 수반되지 않고, 그 대신 정의된(defined)균일한 약화 현상이 나타나 결과적으로 첫 번째 양철구간에서 전반적으로 일정한 잔여두께가 달성된다. 이 도구는 센터링-플랜지의 몰딩과정에서 방사 방향으로도 움직이게 되므로, 기술적으로 둘레 방향으로 에둘러 센터링-플랜지를 몰딩하기는 어렵다. 따라서 둘레 방향으로 간격을 두고 위치하는 센터링-플랜지를 여러 개 구비하는 것이 특히 선호되며, 이때 이 센터링-플랜지들은 양철-콘 상에서 하나의 도구에 의해 차례대로 몰딩되거나 다수의 도구에 의해 동시에 몰딩된다.
본 발명에 입각한 원리의 또 다른 선호적이고 목적에 부합하는 실시예들은 종속청구항에 기술되어 있다.
본 발명의 기타 특징과 장점들은 선호되는 한 실시예에 관한 도해에 대한 이하 설명으로부터 도출된다.
본 발명은, 이 기술을 토대로 변속기어의 싱크로나이저 유닛을 위한 구조적으로 무엇보다도 간단하고 견고한 싱크로나이저 링으로서, 링 모양의 양철-콘으로 구성되어 있으며 싱크로나이저 허브를 중심으로 싱크로나이저 링의 방사형 센터링을 위한 대안적 방법을 제공하며 기술적으로 복잡하지 않은 생산 과정을 통해 생산 가능한 싱크로나이저 링을 달성할 수 있다.
- 도 1은 본 발명에 입각한 싱크로나이저 링의 투시도를 도시한다.
- 도 2는 도 1에 입각한 싱크로나이저 링의 세부 모습을 도시한다.
- 도 3은 몰딩된 센터링-플랜지 영역 내 도 1에 입각한 싱크로나이저 링의 단면의 세부 모습을 도시한다.
- 도 4는 싱크로나이저 유닛의 싱크로나이저 허브와 도 3에 입각한 싱크로나이저 링의 단면의 세부 모습을 도시한다.
- 도 5는 도 1에 입각한 싱크로나이저 링을 구비한 변속기어의 횡단면을 도시한다.
도 1 내지 도 3는 변속기어 14의 싱크로나이저 유닛 12을 위한 싱크로나이저 링 10을 도시하는데, 이때 싱크로나이저 링 10은 링축 A을 구비하며 전반적으로 두께t가 일정한 링 모양의 양철-콘 16으로 구성된다.
링 모양의 양철-콘 16은 콘 모양의 방사형 외벽과 이 외벽과 마주하고 있으며 콘 모양의 마찰면 18을 구비한 방사형 내벽을 구비하는데, 이때 양철의 두께 t는 양철-콘 16을 마찰면 18에 대하여 수직으로 측정했을 때 도출되는 값이다.
더 나아가 양철-콘 16은 싱크로나이저 유닛 12의 싱크로나이저 허브 22를 중심으로 싱크로나이저 링 10의 방사형 센터링을 위해 방사형 외벽 상에 몰딩된 센터링-플랜지20를 구비한다(도 4 및 도 5 참조).
양철-콘 16은 센터링-플랜지20 영역에서 변형되어 있으며 두께가 양철두께 t보다 얇은 잔여두께tR를 가진 첫 번째 양철구간 24 및 두께가 적어도 양철두께 t와 일치하는 플랜지두께 tB를 가진 두 번째 양철구간 26을 구비하는데, 이때 첫 번째 양철구간 24 내 양철-콘16의 잔여두께tR 는 전반적으로 같은 수준으로 유지된다. 구체적으로 잔여두께 tR는 둘레 방향 28 및 무엇보다도 축방향 30으로 일반적인 생산오차 범위 내에서 일정하게 유지된다.
도 1과 도 2를 통해 센터링-플랜지20가 둘레 방향 28으로 중단된다는 사실과둘레 방향 28으로 간격을 두고 위치하는 다수의 센터링-플랜지구간 32으로 구성된다는 사실을 확인할 수 있다.
싱크로나이저 허브 22를 중심으로 싱크로나이저 링 10의 보다 정확한 방사형 센터링을 보장하기 위해서, 최소 세 개의 센터링-플랜지 구간 32이 구비되며, 이 구간들은 링 모양의 양철-콘 16의 둘레 상에 균일하게 흩어져 배치되는 것이 선호된다.
도 1에 입각해 세 개의 센터링-플랜지-구간-쌍이 구비되어 있는데, 이들은 각기 간격을 두고 위치하는 두 개의 센터링-플랜지 구간 32으로 구성되며 링 모양의 양철-콘 16의 둘레 상에 균일하게 흩어져 배치된다.
싱크로나이저 링 10의 본 실시예에서는 링 모양의 양철-콘 16이 링축 A 방향으로 첫 번째 축 방향 콘-끝 34에서부터 두 번째 축 방향 콘-끝 36으로 갈수록 뾰족해지는데, 이때 양철-콘 16은 첫 번째 축 방향 콘-끝 34 상에서 바깥쪽을 향해 방사형으로 휘어져 있고 잠금용 톱니 38를 구비한다.
첫 번째 축 방향 콘-끝 34에는 센터링-플랜지 20 영역 내에서 두 번째 양철구간 26이 센터링-플랜지 구간 32과 함께 축 방향으로 접하며, 그 뒤를 따라 센터링-플랜지 20로부터 두 번째 콘-끝 36까지 축 방향으로 뻗어 있는 첫 번째 양철구간 24도 접한다.
전반적으로 두께가 일정하게 유지되는, 첫 번째 양철구간 24 영역 내에서 양철-콘 16의 잔여두께 tR 의 구조적 특징은, 센터링-플랜지 20 및 센터링-플랜지 구간 32이 축 방향 30을 향해 비스듬하게 이동하는 것으로부터 기인한다.
싱크로나이저 링 10의 생산 시에는 우선 링 모양의 양철-콘 16이 준비되며 필요한 경우 고정되는데, 이때 양철-콘 16은 첫 번째 축 방향 콘-끝 34에서부터 두 번째 축 방향 콘-끝 36으로 원추처럼 지름이 작아지는 형태를 띄며, 아직 센터링-플랜지 20를 구비하지 않은 상태다.
도 3에 입각해 그 다음에 센터링-플랜지 구간 32의 몰딩을 위한 도구 40가 두 번째 축 방향 콘-끝 36 상 원하는 방사형 위치에 장착된 다음, 소재의 변형이 일어나는 과정 중 전반적으로 양철-콘16의 마찰면 18에 대해 평행하게 첫 번째 축 방향 콘-끝 34을 향해 이동된다. 축에 대하여 평행하게 이동시킬 때와 달리 센터링-플랜지 20를 마찰면 18에 대하여 평행하게 이동시킬 경우에는, 양철-콘 16의 과도한 약화가 방지되어, 마찰면 18의 형태 안정성이 센터링-플랜지 20 몰딩 시뿐 아니라 하중이 가해질 때에도 보장된다. 양철-콘 16은 마찰면 18에 대하여 평행하게 센터링-플랜지 20가 이동 할 때, 축에 대하여 평행하게 이동할 때와 달리 계속해서 약화되는 것이 아니기 때문에 도구 40는 센터링-플랜지 20의 몰딩 시 축 방향 30으로 더 이동되어, 센터링-플랜지 20의 보다 큰 외측지름이 실현될 수 있다. 도구 40를 전반적으로 양철-콘 16의 마찰면에 대하여 평행하게 이동시킨다는 것은 여기에서 무엇보다도 양철-콘의 콘의 각도 α 와 도구 40의 장착각도 β의 차이가 최대 2°, 선호적으로 약 0°가 되게 한다는 뜻이다.
센터링-플랜지 20의 개별 센터링-플랜지 구간 32은 각 구간 32 마다 하나의 도구 40가 배치되어 있어 모두 동시에 몰딩되거나 하나의 도구 40에 의해 차례대로 몰딩된다.
이하 소개되는 생산 과정을 통해 센터링-플랜지 구간 32은 링축 A와 원하는 간격 r을 두고 접촉면 44이 생성될 수 있도록 방사 방향 42으로 변형된다.
도 4는 싱크로나이저 허브 22 상에 조립한 상태의 싱크로나이저 링 10을 도시한다. 여기에서는 센터링-플랜지 20의 접촉면 44이 방사 방향으로 싱크로나이저 허브 22의 실린더형 접촉면 46과 방사 방향으로 접한다는 점이 명백하게 드러난다.
이 접촉면 46은 도 5에 입각해 싱크로나이저 허브 22의 속이 빈 실린더형 리세스(recess) 48의 일부이며, 싱크로나이저 링 10의 두 번째 축 방향 콘-끝 36이 뻗어나가 있는 곳이다. 싱크로나이저 링 10의 방사형 센터링을 위한 접촉면 44 외에 센터링-플랜지 구간 32 상에 추가 접촉면이 조성될 수 있는데, 예를 들어 싱크로나이저 유닛 12의 콤프레서를 위한 접촉면이 조성될 수 있다.
도 5는 기어샤프트 상에 회전되지 않게 고정된 싱크로나이저 허브 22, 싱크로나이저 허브 22에 대해서는 회전되지 않게 고정되어 있지만 축 방향으로는 이동 가능하게 배치된 클러치슬리브 50, 기어샤프트 상에서 회전 가능하지만 축 방향으로는 이동 할 수 없도록 배치된 두 개의 기어휠 52, 싱크로나이저 허브 22와 변속기어 14의 기어휠 52을 마찰연결을 통해 연결하기 위한 앞서 기술한 싱크로나이저 링 10두 개로 구성된 변속기어 14의 횡단면을 도시한다. 여기에서 말한 마찰연결은 5에 입각해 배치된 기어휠 52 상에 회전되지 않게 그리고 축방향으로 이동될 수 없게 고정되어 있으며 변속톱니 56 및 마찰면 58을 갖는 연결바디 54를 통해 달성된다.
알려진 바와 같이 변속 시 우선 싱크로나이저 허브 22와 활성화되는 기어휠 52의 회전수-싱크러나이징이 마찰면 18, 58 사이의 마찰 연결을 통해 일어나며, 이어서 기어휠 52에 배치된 변속톱니 56로 변속슬리브 50가 작용함으로써, 싱크로나이저 허브 22가 변속기어 14의 작동 시 변속슬리브 50와 연결바디 54를 통해 일체형으로 그리고 회전되지 않게 해당 기어휠 52과 연결된다.

Claims (9)

  1. 링축(A)을 구비하며 전반적으로 일정한 양철두께(t)를 가진 링 모양의 양철-콘(16)으로 구성된 변속기어(14)의 싱크로나이저 유닛(12)을 위한 싱크로나이저 링으로서,
    링 모양의 양철-콘(16)이 콘 모양의 방사형 외벽과 이 외벽과 마주보는, 콘 모양의 마찰면(18)을 갖는 방사형 내벽을 구비하며,
    싱크로나이저 유닛(12)의 싱크로나이저 허브(22)를 중심으로 싱크로나이저 링(10)의 방사형 센터링을 달성하기 위해 양철-콘(16)이 방사형 외벽 상에 몰딩(moulded) 된 센터링-플랜지(20)를 구비하는 것을 특징으로 하며,
    또한 양철-콘(16)이 센터링-플랜지(20) 영역 내에서 변형되어 있으며 양철두께(t)에 비해 두께가 얇은 잔여두께(tR)를 가진 첫 번째 양철구간(24)과 최소한 양철두께(t)와 두께가 동일한 플랜지두께(tB)를 가진 두 번째 양철구간(26)을 구비하는 것을 특징으로 하며, 그리고
    양철-콘(16)의 잔여두께(tR)는 첫 번째 양철구간(24) 내에서 전반적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 싱크로나이저 링.
  2. 청구항 1에 있어서,
    링 모양의 양철-콘(16)이 링축(A) 방향으로 첫 번째 축 방향 콘-끝(34)에서부터 두 번째 축 방향 콘-끝(36)으로 갈수록 뾰족해지는데, 이때 양철-콘(16)이 첫 번째 축 방향 콘-끝(34)에서 바깥쪽을 향해 방사형으로 휘어져 있고 잠금용 톱니(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 싱크로나이저 링
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    링 모양의 양철-콘(16)이 링축(A) 방향으로 첫 번째 축 방향 콘-끝(34)에서부터 두 번째 축 방향 콘-끝(36)으로 갈수록 뾰족해지는데, 이때 첫 번째 양철구간(24)이 센터링-플랜지(20)에서부터 두 번째 축 방향 콘-끝(36)까지 축 방향으로 뻗어있는 것을 특징으로 하는, 싱크로나이저 링.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    센터링-플랜지(20)가 싱크로나이저 허브(22)를 위한 방사형 접촉면(44)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 싱크로나이저 링.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    센터링-플랜지(20)가 둘레 방향(28)으로 단절되어 있는 것을 특징으로 하는, 싱크로나이저 링.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    센터링-플랜지(20)가 둘레 방향(28)으로 간격을 두고 위치하는 다수의 센터링-플랜지 구간(32)을 포괄하는 것을 특징으로 하는, 싱크로나이저 링.
  7. 청구항 6에 있어서,
    최소 3개의 센터링-플랜지 구간(32)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 싱크로나이저 링.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    센터링-플랜지 구간(32)이 링 모양의 양철-콘(16) 둘레 상에 균일하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 싱크로나이저 링.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 싱크로나이저 링의 제조 방법으로서,
    우선 링 모양의 양철-콘(16)이 준비되는데 이 콘은 링축(A) 방향으로 첫 번째 축 방향 콘-끝(34)에서부터 두 번째 축 방향 콘-끝(36)으로 원추처럼 지름이 작아지는 형태를 띄며, 아직 센터링-플랜지(20)를 구비하지 않은 상태의 콘이며,
    그 다음으로 센터링-플랜지(20)의 몰딩을 위한 도구(40)가 두 번째 축 방향 콘-끝(36) 상에서 원하는 방사형 위치에 장착된 다음 소재의 변형이 일어나는 과정 중 전반적으로 양철-콘(16)의 마찰면(18)에 대해 평행하게 첫 번째 축 방향의 콘-끝(34)을 향해 이동되는 것을 특징으로 하는, 싱크로나이저 링의 제조 방법.
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