KR20170096590A

KR20170096590A - 동기화 장치 및 동기화 방법

Info

Publication number: KR20170096590A
Application number: KR1020170019827A
Authority: KR
Inventors: 안스거 뎀 닥터; 코엘제르 마이클; 뎀펠 안드레아스; 백 오트머; 빈데르 쥬르겐
Original assignee: 호르비거 안트립스테크닉 홀딩 게엠베하
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2017-08-24
Also published as: EP3354922B1; EP3354922A1; DE102016102701A1; US20170234372A1; EP3211260A1; US10344807B2; JP2017150659A; EP3211260B1

Abstract

본 발명은 수동 변속기를 위한 동기 장치(10) 및 동기 방법에 관한 것으로, 상기 동기 장치는, 슬라이딩 슬리브 톱니(sliding sleeve teeth)(18)를 갖는 내측 톱니(internal toothing)를 포함하는 슬라이딩 슬리브(12), 변속 기어의 클러치 바디(14)―여기서 상기 클러치 바디는 상기 슬라이딩 슬리브(12)의 내측 톱니에 대하여 그 내부에서 맞물리는 다수의 클러치 바디 톱니(20)를 갖는 외측 톱니(external toothing)를 가짐―, 및 동기 유닛을 가지며, 그것의 축방향 톱니 단부들에서 상기 슬라이딩 슬리브(12)와 인접하는 상기 클러치 바디 톱니(20) 및/또는 그것의 축방향 톱니 단부들에서 상기 클러치 바디(14)와 인접하는 상기 슬라이딩 슬리브 톱니(18)의 적어도 일부는 각각 적어도 하나의 볼록한 단면(convex end face)을 포함하는데, 상기 적어도 하나의 볼록한 단면은 축방향으로 돌출되는 정점 부분(apex portion)(32)을 통해서 각 톱니(18, 20)의 톱니 플랭크(30)에 인접하는 근원 지점(root point)(28)으로부터 상기 톱니(18, 20)의 대향하는 톱니 플랭크(36)와 인접하는 근원 지점(34)까지, 또는 이웃하는 두 개의 볼록한 단면들 사이의 골 지점(valley point)까지 반지름 방향으로 각각 확장한다. 상기 정점 부분(32) 및 각각의 근원 지점(28, 34) 사이의 축방향 거리는 톱니 너비(b)의 최대 18%에 이른다.

Description

동기 장치 및 동기 방법{Synchronizer Device and Synchronization Method}

본 발명은 수동 변속기의 동기화 장치 및 동기화 방법에 관한 것이다.

수동 변속기용 잠금 동기화 장치(locking synchronizer)는 일반적으로 시프트되는 변속 기어의 클러치 본체와 슬라이딩 슬리브 사이에 차동 속도가 존재하는 한 슬라이딩 슬리브를 잠그기 위한 잠금 구조를 특징으로 한다. 슬라이딩 슬리브가 클러치 본체의 클러치 치형부 내로 미끄러지는 것을 용이하게 하기 위하여, 슬라이딩 슬리브 치형부와 클러치 본체 치형부 모두를 지시하는 것(pointing)에 의해 실현되는 맞물림 구조(meshing geometry)가 일반적으로 제공된다.

현대의 자동 수동 변속기(automated manual transmissions), 특히 듀얼 클러치 변속기에서, 전체적인 축 방향 길이를 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있다.

이러한 이유로, 클러치 본체 치형부가 슬라이딩 슬리브에 축 방향으로 인접한 그것들의 치형부 단부에서 맞물림 베벨(meshing bebel) 없이 형성되는 것이 WO 2015/180949 A1에 이미 제안되어 있다. 따라서, 지시 및 맞물림 구조는 적어도 클러치 본체의 치형부에서 완전히 생략된다. 이는 경사면과 예리한 치형부 단부를 갖는 맞물림 구조에 사용되는 전체 축 길이를 절약하게 한다.

맞물림 베벨이 없는 경우에도 클러치 본체 치형부 사이에서 슬라이딩 슬리브 치형부의 확실한 미끄러짐을 달성하기 위하여, 슬라이딩 슬리브와 클러치 본체 사이의 속도 차이는 바람직하게 속도 동기화 완료 시 다시 생성된다. 결과적으로, 슬라이딩 슬리브 치형부의 단부 면들은 클러치 본체 치형부의 단부 면들을 따라 미끄러지고, 축 이동력(axial shifting force)으로 인해 치형 공간에 도달할 때 클러치 본체 치형부 사이에 맞물린다.

본 발명의 목적은 슬라이딩 슬리브와 클러치 몸체와의 신뢰성 있는 맞물림을 보장하는 수동 변속기의 동기화 장치를 더욱 개선하는 것이며, 슬라이딩 슬리브와 클러치 몸체 사이의 작은 전체 축 길이 및 특히 낮은 원주 방향 백래시(backlash)를 수반한다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 복수의 슬라이딩 슬리브 치형부를 갖는 내측 치형부를 포함하고 변속기 축을 중심으로 회전 가능한 슬라이딩 슬리브, 변속 기어의 클러치 본체―상기 클러치 본체는 그 내부에서 맞물리는 상기 슬라이딩 슬리브의 내측 치형부를 위한 복수의 클러치 본체 치형부를 갖는 외측 치형부를 가짐―, 및 상기 슬라이딩 슬리브의 축 방향 이동을 차단하도록 적응되는 동기화 유닛을 갖는 수동 변속기용 동기화장치에 의하여 달성되고,

상기 슬라이딩 슬리브에 인접하는 상기 클러치 본체 치형부 및/또는 그것의 축 방향 치형부 단부에서 상기 클러치 본체에 인접하는 상기 슬라이딩 슬리브 치형부 중 적어도 일부는 각각 하나의 단일한 볼록한 단부 면을 포함하거나 각각 복수의 볼록한 단부 면을 포함하고,

상기 단일한 볼록한 단부 면 또는 상기 복수의 볼록한 단부 면 중 하나는 각각 상기 각각의 치형부의 치형부 플랭크(tooth flank)에 인접하는 제 1 루트 지점으로부터 제 2 루트 지점까지 축 방향으로 돌출하는 정점 부분을 통해서 원주 방향으로 연장되고, 상기 제 2 루트 지점은 하나의 단일한 볼록한 단부 면이 존재할 때에는 상기 치형부의 대향하는 치형부 플랭크에 인접하고 복수의 볼록한 단부 면이 존재할 때에는 이웃하는 볼록한 단부 면 사이의 만입부(indentation)의 골 지점(valley point)이 되며, 상기 정점 부분과 상기 각각의 루트 지점 사이의 축 방향 거리는 상기 치형부의 치형부 폭의 최대 18 %, 특히 최대 10 %에 이른다.

특히, 복수의 볼록한 단부 면이 존재하는 경우, 반경 방향 부분(radial section)을 기준으로 서로 대칭으로 위치된 정확히 2 개의 단부 면이 제공된다.

이와 관련하여, 볼록한 단부 면은 루트 지점들로부터 시작하여 외측으로 커브를 이루며 상기 정점 부분, 특히 정점을 통해 연장되는 표면을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 여기서 상기 커브는, 반경 방향에서 볼 때, 연속 곡률, 다각형 사슬 또는 그들의 혼합 형태로 형성된다.

볼록한 형상을 갖는 축 방향 치형부 단부를 갖는 클러치 본체 치형부에서, 볼록한 단부 면의 적어도 제 1 루트 지점은 클러치 본체 치형부의 치형부 플랭크에 직접 인접한다. 일반적으로 축 방향 치형부 단부의 영역에서 언더컷되고 볼록한 형상을 수반하는 치형부 단부를 갖는 슬라이딩 슬리브 치형부에서, 볼록한 단부 면의 각각의 루트 지점은 치형부 플랭크, 특히 슬라이딩 슬리브 치형부의 치형부 플랭크의 언더컷된 부분에도 인접한다. 복수의 볼록한 단부 면의 경우(특히 정확히 2개의 볼록한 단부 면의 경우), 제 1 단부 면은 이웃하는 볼록한 단부 면들 사이의 골 지점에서 종료되도록 제 1 루트 지점으로부터 진행한다. 2개의 볼록한 단부 면의 경우, 상기 골 지점은 2개의 대향하는 치형부 플랭크들 사이에 정확하게 위치된다.

축 방향에 수직으로 연장되는 편평한 단부 면과 비교하여, 약간 볼록한 단부 면은 치형부의 맞물림을 보다 쉽게 만든다. 아울러, 마모의 징후 및 재료에 가해지는 응력 또한 단부 면과 치형부 플랭크 사이의 전이 영역에서 현저하게 감소된다. 특히, 예리한 슬라이딩 슬리브 치형부 및 클러치 본체 치형부를 갖는 종래의 동기화 장치의 그것의 순서에 따라서 원주 방향의 백래시가 있을 때, 볼록한 단부 면의 약간의 곡률을 가짐으로써, 다시 말해서, 정점 부분과 루트 지점 사이의 축 방향 거리를 치형부 폭의 약 10%로 유지함으로써 치형부의 신뢰성 있는 맞물림이 이미 보장될 수 있음이 밝혀졌다.

동기화 장치의 일 실시 예에 따르면, 반경 방향에서 볼 때, 단일한 볼록한 단부 면은 축 방향 치형부 중심선에 경면 대칭(mirror-symmetrical)이 되도록 형성된다. 이러한 방식으로, 클러치 본체와 슬라이딩 슬리브 사이의 상대적인 회전 방향에 관계없이 신뢰성 있고 안전한 맞물림이 보장된다. 반경 방향에서 볼 때, 복수의 축 방향 단부 면은 축 방향 치형부 중심선과 경면 대칭이 되도록 서로에 대해 위치된다.

바람직하게는, 슬라이딩 슬리브 치형부의 적어도 하나의 볼록한 단부 면은 원통형으로 설계된다.

보다 구체적으로, 반경 방향에서 볼 때, 적어도 하나의 볼록한 단부 면은 루트 지점에서 루트 지점까지 원기둥의 외측면의 일부분에 의해 형성될 수 있으며, 상기 원기둥의 반경은 바람직하게는 적어도 2mm이다. 단부 면과 치형부 플랭크 사이의 전이 영역에서의 과도한 마모를 방지하기 위해 루트 지점의 영역에 존재하는 모서리들이나 가장자리들은 추가로 둥글게 되거나 모따기될 수 있다.

또한, 단일한 볼록한 단부 면 또는 복수의 볼록한 단부 면은 변속기 축에 수직으로 연장되거나 변속기 축에 수직으로 연장되는 접선을 갖는 단부 면 부분을 각각 포함할 수 있다.

동기화 장치의 또 다른 실시 예에 따르면, 클러치 본체 치형부의 축 방향 치수는 최대 3mm이다. 특히, 클러치 본체는 최대 3mm의 판 두께를 갖는 클러치 디스크로서 형성될 수 있다. 클러치 본체 치형부의 지시가 생략되면, 동기화 장치가 시프트된 상태에서 슬라이딩 슬리브와 클러치 본체 사이의 토크 전달 용량을 감소시키지 않고 클러치 본체 치형부 또는 클러치 디스크 전체의 축 방향 치수를 감소시킬 수 있다. 특히, 클러치 본체가 클러치 디스크로서 구성될 때, 더 작은 판 두께는 동기화 장치의 전체 축 방향 길이를 감소시킬 뿐만 아니라 재료를 절약하게 하며, 이는 동기화 장치의 무게 및 비용에 유리한 효과를 갖는다.

바람직하게는, 슬라이딩 슬리브와 클러치 본체 사이의 원주 방향 백래시는 최대 1도, 특히 최대 0.25도에 이른다. 슬라이딩 슬리브 치형부의 평평한 단부 면과 변속기 축에 수직으로 연장되는 클러치 본체 치형부를 갖는 종래의 클로우 치형부(claw toothings)와 비교하면, 원주 방향 백래시가 이러한 방식으로 상당히 감소된다. 구체적으로, 원주 방향 백래시는 이제 슬라이딩 슬리브 치형부와 클러치 본체 치형부 모두가 지시(pointing)를 특징으로 하는 동기화 장치의 원주 방향 백래시의 순서에 따른다. 이에 반하여, 다시, 축 방향 설치 공간에 관해서도 상당한 이점이 얻어진다.

동기화 장치의 또 다른 실시 예에 따르면, 슬라이딩 슬리브 치형부의 적어도 일부는, 클러치 본체에 인접하는 그것의 치형부 단부들에서, 편평하고 변속기 축에 수직으로 연장되는 단부 면을 포함한다. 이것은 슬라이딩 슬리브를 생산하기위한 지출을 현저하게 감소시킬 수 있게 한다. 이 경우, 바람직하게는 모든 클러치 본체 치형부는 슬라이딩 슬리브에 인접하는 그것의 치형부 단부들에서 전술한 바와 같이 볼록한 단부 면을 각각 포함한다.

또한, 동기화 장치는 힘 제어 될 수 있으며, 동기화 유닛은 미리 정해진 최대 힘이 초과될 때 슬라이딩 슬리브의 축 방향 이동의 차단이 우선시(override)되도록 형성된다. 종래의 동기화 유닛과는 반대로, 이러한 타입의 설계는 동기화 유닛이 아직 속도의 매칭을 완료하지 않은 경우에도 클러치 본체와 슬라이딩 슬리브의 힘-제어된(force-controlled) 맞물림을 허용한다. 이 경우 동기화 링은 슬라이딩 슬리브가 축 방향으로 더 멀리 움직일 수 있도록 외측 치형부 없이 구현된다.

또한, 처음에 언급된 목적은 복수의 슬라이딩 슬리브 치형부를 갖는 내측 치형부를 포함하고 변속기 축을 중심으로 회전 가능한 슬라이딩 슬리브, 변속 기어의 클러치 본체―상기 클러치 본체는 그 내부에서 맞물리는 상기 슬라이딩 슬리브의 내측 치형부를 위한 복수의 클러치 본체 치형부를 갖는 외측 치형부를 가짐―, 및 복수의 동기화 링 치형부를 갖는 외측 치형부를 가지며 상기 슬라이딩 슬리브의 축 방향 이동을 차단하도록 적응되는 동기화 링을 포함하는 동기화 유닛을 갖는 동기화 장치, 특히 전술한 바와 같은 동기화 장치에 의해서도 달성되는데, 여기서 상기 슬라이딩 슬리브의 내측 치형부는 원주 방향으로 양 측면을 향하는 축 방향 치형부 단부 및 무딘 축 방향 치형부 단부를 각각 갖는 맞물림 치형부를 각각 갖는 잠금 치형부를 포함하고, 원주 방향으로 서로 직접 인접하는 복수의 잠금 치형부의 잠금 치형부 그룹들 및 원주 방향으로 서로 직접 인접하는 복수의 맞물림 치형부의 맞물림 치형부 그룹들은 원주 방향으로 교대로 배치된다.

여기에서 무딘 축 방향 치형부 단부들을 갖는 맞물림 치형부는 그것의 중립 위치와 그것의 변위 위치 사이에서 슬라이딩 슬리브의 특히 짧은 축 방향 시프팅 이동 뿐만 아니라 동기화 장치의 축 방향으로 매우 컴팩트한 설계를 허용한다. 또한, 원주 방향으로 교대로 배치되는 잠금 치형부 그룹들 및 맞물림 치형부 그룹들의 배열은 동기화 장치가 특히 높은 응력을 견딜 수 있게 한다. 특히 그룹들 내의 배열은 속도 동기화 중에 동기화 링 치형부 및 잠금 치형부에서 발생하는 치근들(tooth roots)에 대한 면압(surface pressures) 및 응력을 감소시킬 수 있다.

동기화 장치의 실시 예에 따르면, 동기화 링은, 원주 방향으로, 동기화 링 치형 부를 갖는 치형(toothed) 링 세그먼트들과 동기화 링 치형부가 없는 무치형(toothless) 링 세그먼트들을 포함하고, 슬라이딩 슬리브의 각각의 잠금 치형부 그룹은 치형 링 세그먼트에 축 방향으로 인접하게 배치되며 상기 슬라이딩 슬리브의 각각의 맞물림 치형부 그룹은 무치형 링 세그먼트에 축 방향으로 인접하게 배치된다. 속도 동기화 중 응력 피크(stress peaks)를 피하기 위해, 동기화 링은 가능한 많은 동기화 링 치형부를 포함한다. 그러나, 예를 들어 동기화 링과 함께 인덱스 탭들(index tabs) 또는 스톱 피스들(stop pieces)을 형성하기 위하여, 일반적으로 동기화 링 치형부가 없는 무치형 링 세그먼트들 또한 제공된다. 이러한 무치형 링 세그먼트는 이제 이 영역에서 슬라이딩 슬리브의 맞물림 치형부 그룹들을 배열하는데 유익한 방식으로 사용된다. 동시에, 슬라이딩 슬리브의 잠금 치형부는 동기화 링의 치형 링 세그먼트들의 영역에 배열되는데, 그에 따라 동기화 링과 슬라이딩 슬리브가 동일한 치형부 피치를 가지면서, 각각의 동기화 링 치형부는 속도 동기화 중에 슬라이딩 슬리브의 잠금 치형부에 대해서 계속해서 정지한다. 무딘 축 방향 치형부 단부를 갖는 맞물림 치형부로 인해, 동기화 장치는 결과적으로 극히 짧은 축 방향 시프팅 이동 뿐만 아니라 극히 작은 전체 축 방향 길이를 특징으로 갖는다. 동시에, 잠금 치형부와 맞물림 치형부를 그룹들로 교묘하게 배열함으로써 속도 동기화 중 바람직하지 않은 응력 피크를 피할 수 있다.

바람직하게는, 잠금 치형부의 치형부 단부들 및 맞물림 치형부의 치형부 단부들은 실질적으로 변속기 축에 수직으로 연장되는 공통 평면에 놓인다. 따라서, 축 방향으로 돌출하는 캐칭 치형부(catching teeth)는 제공되지 않으며, 동기화 링에 의한 속도 동기화로 인해, 그것들은 슬라이딩 슬리브 치형부를 클러치 본체 치형부 사이에서 맞물리게 하는데 필요하지 않다.

동기화 장치의 또 다른 실시 예에 따르면, 맞물림 치형부의 무딘 치형부 단부들은 편평하고 변속기 축에 수직으로 연장되는 단부 면이나 하나의 단일한 또는 복수의 볼록한 단부 면 중 어느 하나를 포함하고, 상기 단일한 볼록한 단부 면 또는 상기 복수의 볼록한 단부 면 중 하나는 각각 상기 각각의 치형부의 치형부 플랭크에 인접하는 제 1 루트 지점으로부터 제 2 루트 지점까지 축 방향으로 돌출하는 정점 부분을 통해서 원주 방향으로 연장되고, 상기 제 2 루트 지점은 하나의 단일한 볼록한 단부 면이 존재할 때에는 상기 치형부의 대향하는 치형부 플랭크에 인접하고 복수의 볼록한 단부 면이 존재할 때에는 이웃하는 볼록한 단부 면 사이의 만입부의 골 지점이 되며, 상기 정점 부분과 상기 각각의 루트 지점 사이의 축 방향 거리는 상기 슬라이딩 슬리브 치형부의 치형부 폭의 최대 18 %, 특히 최대 10 %에 이른다. 여기서, 상기 치형부 폭은 원주 방향으로 측정된 슬라이딩 슬리브 치형부의 치수, 즉 그것의 접선 방향 치수에 대응한다.

또한, 원주 방향으로 양 측면을 향하는 잠금 치형부의 축 방향 치형부 단부들은 최대 70도에 달하는 변속기 축과의 각도를 포함하는 잠금 베벨을 포함할 수 있다.

동기화 장치의 또 다른 실시 예에 따르면, 슬라이딩 슬리브의 내측 치형부는 원주 방향으로 잠금 치형부 그룹들과 맞물림 치형부 그룹들 사이에 각각의 전이 치형부를 포함하고, 각각의 전이 치형부의 축 방향 치형부 단부는 대략 원주 방향으로 중앙에서 나누어지고, 상기 잠금 치형부 그룹에 인접하는 측면 상의 잠금 치형부의 치형부 단부 및 상기 맞물림 치형부 그룹에 인접하는 측면 상의 맞물림 치형부의 치형부 단부와 구조적으로 대응한다. 이러한 방식으로, 슬라이딩 슬리브의 내측 치형부는 동기화 링의 외측 치형부에 대한 잠금 및 상기 클러치 본체의 외측 치형부 내부로의 맞물림을 위하여 특히 효율적으로 사용될 수 있는데, 이는 상기 슬라이딩 슬리브 치형부의 각각의 공간이 동기화 링 치형부 또는 클러치 본체 치형부와 명확하게 관련되기 때문이다.

바람직하게는, 슬라이딩 슬리브는 소결된 구성요소이다. 구조적으로 다르게 구성되는 치형부 단부들을 갖는 잠금 치형부 및 맞물림 치형부의, 원주 방향으로 교대로 배열되는 그룹들로의 배열은 성형(forming or shaping) 방법 또는 가공 공정에 의해 실현하기가 매우 복잡하다. 그러므로, 슬라이딩 슬리브를 소결된 구성요소의 형태로 제조하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 슬라이딩 슬리브를 축 방향으로 변위시키는 제 1 액추에이터 및 슬라이딩 슬리브와 클러치 본체 사이에 속도 차이를 설정하기 위한 제 2 액추에이터를 포함하는 변속기 제어기 및 전술한 바와 같은 동기화 장치를 포함하는 자동차용 수동 변속기도 포함한다.

속도 동기화 이후에, 슬라이딩 슬리브 치형부가 클러치 본체 치형부 사이에서 신뢰성 있게 맞물려 원하는 기어로 시프트할 수 있도록, 이러한 수동 변속기에서 유리한 방식으로 제 2 액추에이터에 의해 특정한 속도 차이가 다시 능동적으로 형성될 수 있다. 속도 차이를 능동적으로 발생시키기 위해, 제 2 액추에이터는 예를 들어 변속기의 샤프트 브레이크를 구동 시키고/구동 시키거나, 변속기 내의 냉각 오일 흐름을 증가 시키고/증가 시키거나, 그것과의 연결 회전(joint rotation)을 위하여 클러치 본체에 연결되지 않는 변속기의 다른 변속 기어의 동기화를 개시하거나/개시하고, 전기 모터를 구동시킨다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 도면들에 대한 참조를 수반하는 바람직한 실시 예들에 대한 다음 기술로부터 명백해질 것이다:
도 1은 종래의 수동 변속기의 동기화 장치를 통해 취해진 종단면도를 나타낸다.
도 2는 종래의 수동 변속기의 동기화 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 3은 종래의 수동 변속기의 동기화 장치를 통해 취해진 또 다른 종단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 수동 변속기의 동기화 장치의 분해 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 따른 동기화 장치의 클러치 본체를 나타낸다.
도 6은 도 5에 따른 클러치 본체의 세부를 나타낸다.
도 7a는 반경 방향에서 바라본 클러치 몸체 치형부의 변형된 실시 예를 나타낸다.
도 7b는 반경 방향에서 바라본 클러치 몸체 치형부의 또 다른 변형된 실시 예를 나타낸다.
도 8은 도 4에 따른 동기화 장치의 슬라이딩 슬리브를 나타낸다.
도 9는 도 8에 따른 슬라이딩 슬리브의 상세를 나타낸다.
도 10은 도 8 및 도 9에 따른 슬라이딩 슬리브의 잠금 치형부 및 맞물림 치형부의 반경 방향에서 바라본 축 방향 단부들을 나타낸다.
도 11은도 8 및 도 9에 따른 슬라이딩 슬리브의 맞물림 치형부의 축 방향 단부 부분에 대한 다른 변형 실시 예를 나타낸다.
도 12는 원주 방향 백래시를 설명하기 위한 본 발명에 따른 동기화 장치의 슬라이딩 슬리브 및 클러치 본체의 개략적인 상세도를 나타낸다.
도 13은 도 4에 따른 동기화 장치의 동기화 링을 나타낸다.
도 14 내지 도 17은 본 발명에 따른 동기화 장치의 시프팅 동작의 개략도를 나타낸다.

기능적으로 서로 크게 대응하는 구성요소는 이하의 설명에서 동일한 참조 번호로 표시되며, 종래 기술로부터 공지된 구성요소의 참조 번호에는 어포스트로피가 부가적으로 제공된다.

도 1 내지 도 3은 변속기 축(A)을 따라 이동 가능하고 보다 상세히 도시되지 않은 샤프트와 함께 회전하는 슬라이딩 슬리브(12')를 갖는 수동 변속기의 알려진 동기화 장치(10')를 도시한다. 동기화 장치 (10')는 클러치 디스크로서 형성되고 수동 변속기의 변속 기어(16')와 견고하게 연결되는 클러치 본체(14')를 더 포함한다. 변속 기어(16')는 회전을 위하여 아이들러(idler) 기어로서 샤프트에 안착되고, 샤프트와의 연결 회전(joint rotation)을 위하여 슬라이딩 슬리브(12')에 의해 샤프트와 연결될 수 있다.

슬라이딩 슬리브(12')는 슬라이딩 슬리브 치형부(sliding sleeve teeth)(18')를 갖는 내측 치형부(internal toothing)를 포함하고, 클러치 본체(14')는 클러치 본체 치형부(clutch body teeth)(20')를 갖는 외측 치형부(external toothing)를 갖는다.

슬라이딩 슬리브 치형부(18')가 클러치 본체 치형부(20') 사이의 공간으로 맞물리는 속도 동기화 및 그에 따른 맞물림 프로세스를 수행하기 위하여, 복수의 동기화 링 치형부(24')를 갖는 외측 치형부를 포함하는 동기화 링(22')을 공지된 방식으로 포함하는 동기화 유닛이 제공된다. 반경 방향으로 스프링 바이어스된(spring-biased) 볼(ball)은 사전 동기화 유닛으로서 기능하는 스러스트 피스(thrust piece)(26')의 일부이다.

보그-워너(Borg-Warner) 원리에 따라 작동하는 이러한 동기화 장치(10')는 일반적으로 알려져 있다. 슬라이딩 슬리브(12')의 축 방향 이동의 시작에서, 사전 동기화 유닛은 동기화 링(22')에 축력을 가하고, 동기화 링(22')은 도 1에서 두 부분으로 구성되는 클러치 본체(14')의 마찰면과 접촉하게 되고, 속도 차이가 존재할 때 이러한 방식으로 원주 방향으로 조정된다. 이것은 속도의 정합이 있을 때까지 슬라이딩 슬리브(12')의 축 방향 이동을 차단하도록 동기화 링 치형부(24') 및 슬라이딩 슬리브 치형부(18')가 서로에 대하여 위치되도록 한다. 속도 동기화 중에, 동기화 링 치형부(24')는 슬라이딩 슬리브(12')를 차단하여, 클러치 본체 치 형부(20') 사이의 슬라이딩 슬리브 치형부(18')의 맞물림이 방지된다. 오직 속도 동기화 이후에만 동기화 링(22')은 원주 방향으로 복귀될 수 있고 클러치 본체 치 형부(20') 사이에서 슬라이딩 슬리브 치형부(18')의 맞물림을 허용한다.

도 4는 복수의 슬라이딩 슬리브 치형부(18)를 갖는 내측 치형부를 포함하고 변속기 축(A)을 중심으로 회전 가능한 슬라이딩 슬리브(12)와 변속 기어의 클러치 본체(14)를 포함하는 자동차용 수동 변속기를 위한 본 발명에 따른 동기화 장치(10)를 나타내는데, 상기 클러치 본체(14)는 클러치 디스크로서 구성되고, 슬라이딩 슬리브(12)의 내측 치형부에 의해 그 내부에서 맞물리도록 복수의 클러치 본체 치형부(20)를 갖는 외측 치형부를 갖는다. 동기화 장치(10)는 복수의 동기화 링 치형부(24)를 갖는 외측 치형부를 가지며 슬라이딩 슬리브(12)의 축 방향 이동을 차단할 수 있는 동기화 링(22)을 갖는 동기화 유닛을 더 포함한다.

보그-워너(Borg-Warner)에 따른 일반적인 구조 및 작동 원리는 종래 기술로부터 이미 일반적으로 알려져 있다. 이와 관련하여, 도 1 내지 도 3과 관련하여 전술된 설명이 추가로 참조되고, 유리한 차이점이 아래에 주로 논의될 것이다.

슬라이딩 슬리브(12)와 클러치 본체(14) 사이의 특히 작은 원주 방향 백래시가 수반되는, 짧은 축 방향 시프팅 이동의 구현을 수반하는 동기화 장치(10)의 특히 작은 전체적인 축 방향 길이를 가능하게 하기 위하여, 그것의 축 방향 치형부 단부들에서 슬라이딩 슬리브(12)에 인접하는 클러치 본체 치형부(20) 및/또는 그것의 축 방향 치형부 단부들에서 클러치 본체(14)에 인접하는 슬라이딩 슬리브 치 형부(18) 중 적어도 일부는 각각 볼록한 단부 면(convex end face)을 포함하는데, 그것의 형상은은 이하에서 더 상세하게 논의될 것이다.

도 5는 도 4에 따른 동기화 장치(10)의 클러치 본체(14)의 사시도를 도시한다. 클러치 본체 치형부(20)는 그것들의 축 방향 치형부 단부들에서 종래의 예리한 맞물림 구조(meshing geometry)를 갖지 않는 것이 이 도면과 같이 일찍이 명백해진다.

지시(pointing)가 생략된다는 사실에 기초하여, 클러치 본체 치형부(20)의 축 방향 치수는 감소될 수 있고, 전형적으로 최대 3mm에 이른다. 물론 요구되는 축 방향 치수는 클러치 본체 치형부(20)에 의해 전달되는 토크에 좌우되는데, 3 mm의 축 방향 톱니 길이는 일반적으로 사용되는 수동으로 작동되는 차량 변속기들에 충분한 토크 전달 용량을 제공한다.

본 실시 예에서, 클러치 본체(14)는 구체적으로 클러치 디스크 형태이다. 클러치 본체 치형부(20)의 축 방향 치수가 보다 작아지면, 클러치 디스크의 전체적인 축 방향 치수 또한 3mm의 최대 판 두께에 따라서 당연히 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 전체적인 축 방향 길이 뿐만 아니라 필요한 재료 및 동기화 장치(10)의 중량 또한 유리한 방식으로 감소될 수 있다.

도 6은 클러치 본체 치형부(20)의 영역에서의 도 5에 따른 클러치 본체(14)의 상세를 도시한다. 본 실시 예에서 각각의 클러치 본체 치형부(20)가 슬라이딩 슬리브(12)에 인접하는 그것의 축 방향 치형부에서 볼록한 단부 면을 갖는다는 것이 이 도면으로부터 확인될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 볼록한 단부 면들의 상이한 변형 실시 예들을 갖는, 반경 방향에서 바라본 클러치 본체 치형부(20)를 나타낸다. 도 7a에 따른 실시 예들에서, 하나의 단일한 볼록한 단부 면은 전체 면측(face side)을 정의하고, 도 7b에서는 두 개의 볼록한 단부 면이 전체 면측을 정의한다. 도 7a에서, 단일한 볼록한 단부 면은 각각 축 방향으로 돌출하는 정점 부분(32)(특히 정점)을 통해서 클러치 본체 치형부(20)의 측방 치형부 플랭크(lateral tooth flank)(30)에 인접하는 제 1 루트 지점(28)으로부터 원주 방향으로 연장하는데, 이는 클러치 본체 치형부(20)의 대향하는 치형부 플랭크(36)에 인접하는 제 2 루트 지점(34)에 이르기까지, 치형부(20)의 축 방향으로 가장 맨 앞 지점이 된다. 또한, 정점 부분(32)(특히 정점)과 루트 지점(28, 34)의 각각 사이의 축 방향 거리(a)는 클러치 본체 치형부(20)의 치형부 폭(b)의 최대 18%, 특히 최대 10%에 이른다. 여기서, 치형부 폭은 원주 방향으로 측정되는 클러치 본체(20)의 치수, 즉 접선 치수에 대응하고, 바람직하게는 약 2 mm 정도이다.

본 출원과 관련하여, 볼록한 단부 면은 일반적으로 루트 지점(28, 34)으로부터 시작하여 축 방향 외측으로 돌출하고 정점 부분(32)(특히 정점)을 통해서 연장되는 커브면을 의미하는 것으로 이해되어야 하는데, 여기서 상기 커브는 반경 방향에서 보았을 때 연속 곡률(도 7a, 왼쪽 도면 참조), 다각형 사슬(도 7a, 오른쪽 도면 참조) 또는 그 혼합 형태(도 7a, 중앙 도면 참조)로 형성되거나 근사될 수 있다.

도시된 각각의 예시적인 실시 예에서, 볼록한 단부 면은 원통형 형상, 보다 정확하게는 원통형 기준면으로서 구현되지만, 반경 방향으로 약간의 곡률을 갖는 것 또한 고려될 수 있으며, 그로 인하여 이중 곡률을 갖는 표면이 획득된다.

도 7a에 도시된 바와 같은 클러치 본체 치형부(20)의 변형된 실시 예들 각각에서, 반경 방향에서 바라본 단일한 볼록한 단부 면은 축 방향 치형부 중심선(X)에 경면 대칭이 되도록 형성된다. 그 결과 원주 방향으로 대칭이 된다.

또한, 볼록한 단부 면은, 변속기 축(A)에 수직으로 연장하거나(도 7a 참조, 중앙 및 오른쪽 도면) 변속기 축(A)에 수직으로 연장되는 접선(40)을 갖는(도 7a 참조, 왼쪽 도면) 단부 면 부분(38)을 원주 방향 중심에서 각각 포함한다.

보다 구체적으로, 반경 방향으로 바라볼 때, 볼록한 단부 면은 루트 지점(28)에서 루트 지점(34)까지 원통의 측면의 일부분에 의해 형성될 수 있는데, 원통의 반경은 적어도 2 mm에 이른다.

도 7b에 따른 실시 예에서, 인접하는 2개의 볼록한 단부 면들(32)이 제공된다. 제 1 (좌측) 단부 면은 이미 앞서 언급된 제 1 루트 지점(28)에서 시작하여, 예를 들어 치형부 중심선(X)에 정확히 위치되는 제 2 루트 지점(34')까지의 둥근 부분으로서 연장한다. 이 루트 포인트(38')는 볼록한 단부 면들 사이의 만입부(indentation)의 곡 지점(valley point)이다. 제 2 단부 면(32)(우측)은 제 2 루트 지점(38 ')에서 대향하는 치형부 플랭크 상의 상기 루트 지점(34)까지 연장된다. 만입부는 연속적으로 만곡 된 볼록면이다.

여기서 치형부 플랭크들은 중앙으로부터, 서로로부터 반경 방향 외측으로 멀어지도록 연장되는데, 이는 또한 도 7a에 따른 실시 예들의 경우일 수 있다.

도 7a에 따른 실시 예와 관련하여 앞서 언급된 다양한 단부 면들의 형상 및 치수와 관련하여, 특히 정점 부분(32)(특히 정점) 및 각각의 루트 지점들(28, 34) 사이의 축 방향 거리는 도 7b에 따른 변형 예에서도 이용될 수 있다는 점이나 도 7b에 따른 실시 예는 이에 따라 가변적이라는 점이 인식되어야 한다. 특정 경계 조건들에 따라서, 적어도 하나의 볼록한 단부 면이, 반경 방향에서 바라볼 때, 축 방향 치형부 중심선(X)에 대하여 비대칭이 되도록 형성되는 변형된 실시 예들 또한 도 7a 및 도 7b에 따른 변형 예들에 대하여 대안적으로 고려될 수 있다. 이러한 경우에도, 볼록한 단부 면 또는 2개의 볼록한 단부 면들은 변속기 축(A)에 수직으로 연장되거나 변속기 축(A)에 수직으로 연장되는 접선(40)을 갖는 단부 면 부분(38)을 포함할 수 있으며, 이 단부 면 부분(38)은 바람직하게는 치형부 중심선(X)에 대하여 원주 방향으로 편심되어 배치되어 있다.

도 8은도 4에 따른 동기화 장치(10)의 슬라이딩 슬리브(12)의 사시도를 나타내고, 도 9는 슬라이딩 슬리브(12)의 내측 치형부의 영역의 상세를 도시한다.

여기서, 슬라이딩 슬리브(12)의 내측 치형부는 원주 방향으로 양 측면을 향하는 축 방향 치형부 단부들 및 무딘 축 방향 치형부 단부들을 갖는 맞물림 톱니(44)를 갖는 잠금 치형부(42)를 포함한다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 원주 방향으로 서로 직접 인접하는 복수의 잠금 치형부 (42)를 각각 갖는 잠금 치형부 그룹들(46) 및 원주 방향으로 서로 직접 인접하는 복수의 맞물림 치형부(44)를 각각 갖는 맞물림 치형부 그룹들(48)이 원주 방향으로 교대로 배치되는 것 또한 알 수 있다.

또한, 도시된 실시 예에서, 슬라이딩 슬리브(12)의 내측 치형부는 원주 방향으로 잠금 치형부 그룹들(46) 및 맞물림 치형부 그룹들(48) 사이에 개별적인 전이 치형부(50)를 포함하고, 각각의 전이 치형부(50)의 축 방향 치형부 단부는, 원주 방향으로 대략 중앙에서 나누어지고 잠금 치형부 그룹(46)에 인접하는 측면 상의 잠금 치형부(42)의 치형부 단부와 구조적으로 대응하며 맞물림 치형부 그룹(48)에 인접하는 측면 상의 맞물림 치형부(44)의 치형부 단부와 대응한다.

각각 구조적으로 다른 치형부 단부들을 갖는 잠금 치형부(42), 맞물림 치형부(44) 및 전이 치형부(50)의 배열로 인해, 절단 또는 비절단 성형 공정에 의한 슬라이딩 슬리브(12)의 생산이 상당히 관련되어 있으므로, 슬라이딩 슬리브(12)는 소결된 부품의 형태로 실현된다. 그러나, 슬라이딩 슬리브(12)를 밀링된(milled) 부품 또는 성형된(formed or shaped) 부품으로서 강철로 제조하는 것도 일반적으로 가능할 수 있다.

여기에서 잠금 치형부(42)의 축 방향 치형부 단부들 및 맞물림 치형부(44)의 축 방향 치형부 단부들은 변속기 축(A)에 수직으로 연장되는 공통 평면(E)에 실질적으로 놓인다.

이는 또한 도 10에 나타나 있는데, 도 10은 도 8 및 도 9에 따른 슬라이딩 슬리브(12)의 잠금 치형부(42) 및 맞물림 치형부(44)의 축 방향 단부 부분을 반경 방향에서 본 도면이다.

도 10에 따르면, 원주 방향으로 양 측면을 향하는 잠금 치형부 (42)의 축 방향 치형부 단부들은 변속기 축(A)과 함께 최대 60도의 각도(α)를 포함하는 잠금 베벨들(52)을 포함한다. 따라서 2개의 잠금 베벨들(52)은 β = 2α 인 지붕 각(β)을 갖는 지붕 모양을 형성한다.

또한, 여기서 2개의 잠금 베벨들(52)의 교차점과 인접하는 치형부 플랭크(36)를 갖는 잠금 베벨(52)의 교차점 사이의 축 방향 거리는 명백하게 각각의 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 치형부 폭(b)의 18 % 보다 크다.

도 10에 따르면, 잠금 치형부(42)와는 달리, 맞물림 치형부(44)의 무딘 치형부 단부는 변속기 축(A)에 수직으로 연장되는 편평한 단부 면을 갖는다.

맞물림 치형부(44)의 이 단순하고 완전히 편평한 단부 면 구성에서, 슬라이딩 슬리브(12)와 클러치 본체(14) 사이의 작은 원주형 백래시는 전술한 바와 같이 클러치 본체 치형부(20)가 볼록한 단부 면을 갖기 때문에 가능하다.

도 11은 슬라이딩 슬리브(12)의 맞물림 치형부(44)에 대한 다른 변형 실시 예를 도시하는데, 여기서 맞물림 치형부(44)의 무딘 치형부 단부는 각각 볼록한 단부 면을 가지며, 각각의 볼록한 단부 면은 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 치형부 플랭크(30)에 인접하는, 보다 구체적으로는 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 대향하는 치형부 플랭크(36)에 인접하는 루트 지점(34)까지 축 방향으로 돌출하는 정점 부분(32)을 통해서, 치형부 플랭크(30)의 언더컷 부분(31)에 인접하는, 보다 구체적으로는 치형부 플랭크(36)의 언더컷 부분(37)에 인접하는 루트 지점(28)으로부터 원주 방향으로 확장한다. 여기서, 정점 부분(32)과 각 루트 지점 (28, 34) 사이의 축 방향 거리(a)는 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 치형부 폭(b)의 최대 18%, 특히 최대 10%인데, 치형부 폭(b)은 원주 방향에서 측정될 때 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 접선 방향 치수에 상응하며 약 2mm 정도이다.

규정된 맞물림 치형부(44)의 치형부 단부의 볼록한 윤곽은 그에 따라 도 7에 기초하여 이미 기술된 바와 같이 클러치 본체 치형부(20)의 치형부 단부의 볼록한 윤곽에 상응하므로, 전술한 설명들에 대한 참조가 이루어질 수 있다.

도 7a 및 도 7b에 따른 클러치 본체 치형부(20)의 볼록하게 형성되는 단부 면들에 대하여 대안적으로 또는 부가적으로, 도 11에 따른 맞물림 치형부(44)의 단 부 면 또한 볼록한 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는 클러치 본체 치형부(20)의 치형부 단부들 또는 맞물림 치형부(44)의 치형부 단부들 중 어느 하나가 볼록형 단면을 갖는다면 슬라이딩 슬리브(12)와 클러치 본체(14) 사이의 작은 원주 방향 백래시가 이미 실현될 수 있다.

만약 클러치 본체 치형부(20)의 치형부 단부들과 맞물림 치형부(44)의 치형부 단부들 모두가 볼록한 단부 면을 갖도록 형성되면 비교적 작은 정도로만 원주 방향 백래시를 유리하게 감소시킬 수 있다. 도 12는 최대 1도, 특히 최대 0.25도에 이르는 슬라이딩 슬리브 치형부(18)와 클러치 본체 치형부(20) 사이의 원주 방향 백래시를 나타낸다. 현재 일반적으로 사용되는 슬라이딩 슬리브(12) 및 클러치 본체(14)의 직경에 대해, 이 원주 방향 백래시는, 라디안으로, 접선 간격 t

0.2 mm에 대응한다.

예리한 치형부 단부들을 갖는 종래의 동기화 장치와 비교하여, 클러치 본체 치 형부(20) 및/또는 맞물림 치형부(44)의 볼록한 단부 면들은 추가로 동기화 장치(10)의 전체 축 길이를 상당히 감소시킨다.

도 4에 따른 예시적인 실시 예에서, 동기화 장치(10)는 허브(58)를 포함하고 동기화 유닛은 사전 동기화를 위한 스러스트 피스(26)를 포함하고, 허브(58)는 허브 플랜지(60) 및 허브 웹(62)을 포함한다. 여기서 구체적으로 도시된 스러스트 피스(26)는 큰 방사상 치수를 가지며 허브 플랜지(60)로부터 허브 웹(62)까지 연장된다. 물론, 반경 방향으로 특히 컴팩트한 디자인을 가지며 허브 플랜지(60)에만 수용되어 허브 웹(62) 내로 연장되지 않는 스러스트 피스(26)를 사용하는 것도 본 발명과 관련하여 생각할 수 있다. 예를 들어, 그러한 스러스트 피스(26)는 EP 1 715 210 B1에 개시되어 있으며, 허브 웹의 축 방향 치수가 감소될 수 있도록 허브(58)의 허브 웹(62)의 보다 낮은 약화를 초래한다. 이러한 방식으로, 필요하다면 반경 방향으로 특히 컴팩트한 스러스트 피스(26)의 사용은 동기화 장치(10)의 전체 축 길이를 더욱 감소시킬 수 있다.

도 13은 도 4에 따른 동기화 장치(10)의 동기화 링(22)의 사시도를 나타낸다.

원주 방향에서 볼 때, 동기화 링(22)은 동기화 링 치형부(56)를 갖는 치형 링 세그먼트들(54) 및 동기화 링 치형부(24)를 갖지 않는 무치형 링 세그먼트들(56)을 포함한다. 도 13에 따르면, 동기화 링(22)의 제한된 상대 회전을 정의하기 위한 소위 인덱스 탭들 또는 시프팅 이동을 제한하기 위한 축 방향 멈춤부들(stops) 또는 축 방향 멈춤부 요소들(elements)(57)을 위한 리세스들이 동기화 링(22)과 함께 통합적으로 형성되는 장소들에 무치형 링 세그먼트들(56)이 제공된다.

동기화 장치(10)의 조립된 상태에서, 슬라이딩 슬리브(12) 및 동기화 링(22)은 원주 방향으로 서로에 대해 배향되어 슬라이딩 슬리브(12)의 각각의 잠금 치형부 그룹(46)은 치형 링 세그먼트(54)에 축 방향으로 인접하게 배치되고 슬라이딩 슬리브(12)의 각각의 맞물림 치형부 그룹(48)은 동기화 링(22)의 무치형 링 세그먼트(56)에 축 방향으로 인접하게 배치된다. (도 4 또한 참조)

도 14 내지 도 17은 동기화 장치(10)의 시프팅 프로세스 및 그러한 동기화 장치 (10)를 갖는 변속기를 시프팅하기 위한 동기화 방법을 도시한다. 슬라이딩 슬리브(12)의 잠금 치형부 그룹(46) 및 동기화 링(22)의 축 방향으로 인접하는 치형 링 세그먼트(54)의 영역 내의 동기화 장치(10)의 각각의 전개도가 좌측에 도시되어 있고, 슬라이딩 슬리브(12)의 맞물림 치형부 그룹(48) 및 동기화 링(22)의 축 방향으로 인접하는 무치형 링 세그먼트(56)의 영역 내의 동기화 장치(10)의 각각의 전개도가 우측에 도시되어 있다.

도 14는 슬라이딩 슬리브(12)의 축 방향 중앙 중립 위치에서 시프팅 프로세스가 시작되기 전의 상태를 나타낸다. 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 축 방향 치형부 단부는 동기화 링 치형부(24) 및 클러치 본체 치형부(20) 모두로부터 축 방향으로 이격되어 있다.

종래의 동기화 장치(10')에서와 같이, 슬라이딩 슬리브(12)는 샤프트와 함께 회전하지만, 클러치 본체(14)가 부착되는 변속 기어는 슬라이딩 슬리브(12)와는 다른 속도를 갖는다. 도 14의 하부 영역에 표시된 바와 같이, 스러스트 피스(26)의 볼(ball)은 슬라이딩 슬리브(12) 내부의 홈(64)에 맞물린다.

도 7을 참조하여 이미 기술한 바와 같이, 예시된 실시 예에서, 모든 클러치 본체 치형부(20)의 단부 면들은 볼록한 형상을 갖는다. 단부 면들과 치형부 플랭크들(30, 36) 사이의 예리한 전이를 피하기 위해, 루트 지점들(28, 34)의 영역에 존재하는 모서리들이나 가장자리들은 제조 허용오차 내에서 둥글게 되거나 모따기될 수 있다.

여기서 모든 클러치 본체 치형부(20)는 축 방향으로 동일한 길이를 갖고, 보다 구체적으로는 동일하도록 설계된다.

슬라이딩 슬리브 치형부(18)는 또한 축 방향으로 동일한 길이를 가지며, 잠금 치 형부(42), 맞물림 치형부(44) 또는 전이 치형부(50)의 형태로 되어 있는데, 잠금 치 형부(42)는 원주 방향으로 양 측면상에서 예리한 축 방향 치형부 단부를 각각 갖는다. 맞물림 치형부(44)는 각각 무딘 축 방향 치형부 단부를 가지며, 본 실시 예에서 무딘 치형부 단부들의 단부 면은 특히 변속기 축(A)에 대해 수직으로 확장되고 편평하다.

그러나 대안적으로, 도 11을 참조하여 이미 기술된 바와 같이, 맞물림 치형부(44)의 단부 면들이 볼록하게 형성되는 것도 고려될 수 있다. 단부 면들과 치형부 플랭크들(30, 36) 사이의 예리한 전이를 피하기 위해, 루트 지점들(28, 34)의 영역에 존재하는 모서리들이나 가장자리들은 여기에서도 제조 허용오차 내에서 둥글게 되거나 모따기될 수 있다.

도 14에 도시된 중립 위치에서, 슬라이딩 슬리브(12)에 의해 커버되는 시프팅 이동(S)은 여전히 0과 동일하다. 슬라이딩 슬리브(12)가 축 방향 이동력(F)에 의해 클러치 본체(14)를 향해 축 방향으로 변위될 때, 사전 동기화 장치는 동기화 링(22)에 작용하여 동기화링(22)을 변속 기어 측의 마찰면에 대하여 가압한다. 이 과정에서, 슬라이딩 슬리브(12)는 시프팅 이동(S₁)을 커버하고, 동기화 링(22)은 도 15에 따른 그것의 잠금 위치로 이동된다. 잠금 위치에서, 슬라이딩 슬리브(12)의 잠금 치형부(42)는 동기화 링 치형부(24)를 가압하고, 슬라이딩 슬리브(12)와 클러치 본체 사이의 속도 정합이 수행된다. 일단 속도가 동기화되면, 잠금 치형부(42)가 동기화 링 치형부(24) 사이의 공간 내로 미끄러지면서 슬라이딩 슬리브 (12)가 클러치 본체 (14)를 향하여 보다 더 축 방향으로 변위될 수 있다. 이러한 이동은 동기화 링 치형부(24)의 양 측면 상에 있는 경사면들(66)에 의해 보조되는데, 이 경사면들(66)은 잠금 치형부(42)의 잠금 베벨들(52)에 실질적으로 평행하도록 구성되며 동기화 링 치형부(24)를 잠금 치형부(42) 사이의 치형부 공간 내로 가이드하도록 그것들과 함께 미끄러질 수 있다.

슬라이딩 슬리브(12)의 내측 치형부가 동기화 링(22)의 외측 치형부에 맞물린 후의 동기화 상태가 도 16에 도시되어 있다. 슬라이딩 슬리브(12)는 이제 시프팅 이동(S₂)을 커버하고, 슬라이딩 슬리브(12)의 홈(64)은 스러스트 피스(26)의 볼 위로 미끄러진다.

맞물림 치형부 그룹들(48)이 동기화 링(22)의 무치형 링 세그먼트들(56)에 축 방향으로 인접하고 그에 따라 동기화 링 치형부(24)와 협동하지 않기 때문에, 슬라이딩 슬리브(12)의 맞물림 치형부(44)는 속도 동기화 중 기능을 갖지 않는다.

그러나 도 16(우측)에 따르면, 동기화 이후에는 맞물림 치형부(44)의 무딘 치형부 단부들과 클러치 본체 치형부(20)의 볼록한 단부 면이 직접 만날 수 있으므로, 클러치 본체 치형부(20) 사이에서 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 맞물림은 불가능하다. 여기서 슬라이딩 슬리브(12)는 축 방향 시프팅 힘(F)에 의해 클러치 본체(14)에 대해 가압된다.

이 경우, 슬라이딩 슬리브(12)와 클러치 본체(14) 사이의 작은 차동 속도가 다시 형성되어야 한다. 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 단부 면들이 클러치 본체 치형부(20) 사이의 치형부 공간과 만나는 것을 보장하는 원주 방향으로의 오프셋을 생성하는 것만이 요구되므로 속도 차이는 최소일 수 있다.

본 예시적인 실시 예에서, 속도 차이는 다음의 조치 중 적어도 하나를 취함으로써 능동적으로 설정된다.

- 변속기 내에서 냉각 오일 흐름을 증가시킴

- 클러치 본체(14)에 연결되지 않은 변속기의 추가의 변속 기어를 그것과 함께 연결 회전시키기 위한 동기화를 개시함

- 변속기의 샤프트 브레이크를 구동함

- 전기 모터를 구동함

냉각 오일 흐름이 증가함에 따라 드래그 토크(drag torques)가 활발히 증가하므로 속도 차이가 빠르게 도달될 것이다.

시프트될 기어 단계와는 관련 없이 변속기에 제공되는 변속 기어의 동기화의 단시간의 개시 또한 속도 차이가 매우 빠르게 이루어지게 한다. 변속기의 샤프트 브레이크의 구동에 대해서도 마찬가지인데, 이 구동 시에는 하우징 고정 요소(housing-fixed component)와의 마찰 연결에 의해 속도가 감소된다.

전기 모터의 구동은 특히 어떻게든 전기 모터가 제공되는 하이브리드 자동차의 경우에 특히 중요하다. 이 경우, 내연 기관은 변속기로부터 분리되며, 원하는 기어가 시프트될 때까지 전기 모터는 속도 동기화를 위해 단시간에 연결된다. 그 후, 전기 모터는 다시 분리될 수 있고 내연 기관은 변속기에 다시 연결될 수 있다.

이러한 조치들을 수행하기 위해, 수동 변속기는 동기화 장치(10), 그리고 슬라이딩 슬리브(12)의 축 방향 변위를 위한 제 1 액추에이터 및 슬라이딩 슬리브(12)와 클러치 본체(14) 사이의 속도 차이를 설정하기 위한 제 2 액추에이터를 포함하는 변속기 제어기를 포함한다.

슬라이딩 슬리브(12) 및 클러치 본체(14) 사이의 속도 차이로 인하여, 슬라이딩 슬리브 치형부(18), 특히 맞물림 치형부(44)의 단부 면들이 클러치 본체(14)의 외측 치형부의 치형부 공간에 축 방향으로 인접하고 시프팅 힘(F)에 기초하여 클러치 본체 치형부(20) 사이에서 맞물릴 수 있을 때까지, 슬라이딩 슬리브 치형부(18) 및 클러치 본체 치형부(20)의 단부 면들은 서로를 따러서 원주 방향으로 미끄러진다.

도 17은 최대 시프팅 이동(S_max)이 커버될 때 완전히 맞물린 상태를 나타낸다. 클러치 본체 치형부(20)는 이제 슬라이딩 슬리브 치형부(18) 사이에서 그것들의 최대 삽입 깊이에 있게 된다.

여기서 본 발명은 동기화 장치(10)의 특정한 예시적인 실시 예에 기초하여 논의되었지만, 예를 들어 EP 2 137 423 B1, WO 2011/054494 A1, WO 2012/028316 A1 또는 EP 0 812 398 B1에 기재된 바와 같이, 본 발명의 기본 사상은 다른 동기화 시스템들에도 쉽게 전달될 수 있음이 이해되어야 한다.

특히, 동기화 장치(10)가 힘 제어되는 동기화 시스템에 본 발명을 적용하는 것 또한 고려될 수 있고, 그에 따라서, 미리 정해진 최대 힘이 초과될 때 슬라이딩 슬리브(12)의 축 방향 이동의 차단이 우선시되도록 동기화 유닛이 설계된다.

Claims

수동 변속기용 동기화 장치에 있어서,
복수의 슬라이딩 슬리브 치형부(18)를 갖는 내측 치형부를 포함하고 변속기 축(A)을 중심으로 회전 가능한 슬라이딩 슬리브(12),
변속 기어의 클러치 본체(14)―상기 클러치 본체는 그 내부에서 맞물리는 상기 슬라이딩 슬리브(12)의 내측 치형부를 위한 복수의 클러치 본체 치형부(20)를 갖는 외측 치형부를 가짐―, 및
상기 슬라이딩 슬리브(12)의 축 방향 이동을 차단하도록 적응되는 동기화 유닛을 포함하고,
그것의 축 방향 치형부 단부에서 상기 슬라이딩 슬리브(12)에 인접하는 상기 클러치 본체 치형부(20) 및/또는 그것의 축 방향 치형부 단부에서 상기 클러치 본체(14)에 인접하는 상기 슬라이딩 슬리브 치형부(18) 중 적어도 일부는 각각 하나의 단일한 볼록한 단부 면을 포함하거나 복수의 볼록한 단부 면을 포함하고,
상기 단일한 볼록한 단부 면 또는 상기 복수의 볼록한 단부 면 중 하나는 각각 상기 각각의 치형부(18, 20)의 치형부 플랭크(30)에 인접하는 제 1 루트 지점(28)으로부터 축 방향으로 돌출하는 정점 부분(32)을 통해서 제 2 루트 지점(34)까지 원주 방향으로 연장되고,
상기 제 2 루트 지점은 하나의 단일한 볼록한 단부 면이 존재할 때에는 상기 치형부(18, 20)의 대향하는 치형부 플랭크(36)에 인접하고, 복수의 볼록한 단부 면이 존재할 때에는 이웃하는 볼록한 단부 면 사이의 만입부(indentation)의 골 지점(valley point)이 되고,
상기 정점 부분(32)과 상기 각각의 루트 지점(28, 34) 사이의 축 방향 거리(a)는 상기 치형부(18, 20)의 치형부 폭(b)의 최대 18 %에 이르는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 정점 부분(32)과 상기 각각의 루트 지점(28, 34) 사이의 축 방향 거리(a)는 상기 치형부(18, 20)의 치형부 폭(b)의 최대 10 %에 이르는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
반경 방향에서 볼 때, 상기 단일한 볼록한 단부 면은 축 방향 치형부 중심선(X)에 경면 대칭(mirror-symmetrical)이 되도록 형성되고, 반경 방향에서 볼 때, 상기 복수의 축 방향 단부 면은 축 방향 치형부 중심선(X)과 경면 대칭이 되도록 서로에 대해 위치되는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 볼록한 단부 면은 원통형인 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
반경 방향에서 볼 때, 적어도 하나의 볼록한 단부 면은 루트 지점(28)에서 루트 지점(34)까지 원기둥의 외측면의 일부분에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 단일한 볼록한 단부 면 또는 복수의 볼록한 단부 면은 변속기 축(A)에 수직으로 연장되거나 변속기 축(A)에 수직으로 연장되는 접선(40)을 갖는 단부 면 부분(38)을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 클러치 본체 치형부(20)의 축 방향 치수는 최대 3mm에 이르는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 슬라이딩 슬리브(12)와 상기 클러치 본체(14) 사이의 원주 방향 백래시는 최대 1도에 이르는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 적어도 일부는, 상기 클러치 본체(14)에 인접하는 그것의 치형부 단부들에서, 편평하고 변속기 축(A)에 수직으로 연장되는 단부 면을 포함하는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 동기화 장치(10)는 힘 제어되며, 상기 동기화 유닛은 미리 정해진 최대 힘이 초과될 때 상기 슬라이딩 슬리브(12)의 축 방향 이동의 차단이 우선시(override)되도록 형성되는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
동기화 링(22)은 복수의 동기화 링 치형부(24)를 갖는 외측 치형부를 가지고,
상기 슬라이딩 슬리브(12)의 상기 내측 치형부는 원주 방향으로 양 측면을 향하는 축 방향 치형부 단부 및 무딘 축 방향 치형부 단부를 각각 갖는 맞물림 치형부(44)를 각각 갖는 잠금 치형부(42)를 포함하고,
원주 방향으로 서로 직접 인접하는 복수의 잠금 치형부(42)의 잠금 치형부 그룹들(46) 및 원주 방향으로 서로 직접 인접하는 복수의 맞물림 치형부(44)의 맞물림 치형부 그룹들(48)은 원주 방향으로 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
수동 변속기용 동기화 장치에 있어서,
복수의 슬라이딩 슬리브 치형부(18)를 갖는 내측 치형부를 포함하고 변속기 축(A)을 중심으로 회전 가능한 슬라이딩 슬리브(12),
변속 기어의 클러치 본체(14)―상기 클러치 본체는 그 내부에서 맞물리는 상기 슬라이딩 슬리브(12)의 내측 치형부를 위한 복수의 클러치 본체 치형부(20)를 갖는 외측 치형부를 가짐―, 및
상기 슬라이딩 슬리브(12)의 축 방향 이동을 차단하도록 적응되는 동기화 유닛을 포함하고,
복수의 동기화 링 치형부(24)를 갖는 외측 치형부를 가지며 상기 슬라이딩 슬리브(12)의 축 방향 이동을 차단하도록 구성되는 동기화 링(22)을 포함하는 동기화 유닛을 포함하고,
상기 슬라이딩 슬리브(12)의 상기 내측 치형부는 원주 방향으로 양 측면을 향하는 축 방향 치형부 단부 및 무딘 축 방향 치형부 단부를 각각 갖는 맞물림 치형부(44)를 각각 갖는 잠금 치형부(42)를 포함하고,
원주 방향으로 서로 직접 인접하는 복수의 잠금 치형부(42)의 잠금 치형부 그룹들(46) 및 원주 방향으로 서로 직접 인접하는 복수의 맞물림 치형부(44)의 맞물림 치형부 그룹들(48)은 원주 방향으로 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 동기화 링(22)은, 원주 방향으로, 동기화 링 치형부(24)를 갖는 치형 링 세그먼트들(54)과 동기화 링 치형부(24)가 없는 무치형 링 세그먼트들(56)을 포함하고, 상기 슬라이딩 슬리브(12)의 각각의 잠금 치형부 그룹(46)은 치형 링 세그먼트(54)에 축 방향으로 인접하게 배치되며 상기 슬라이딩 슬리브(12)의 각각의 맞물림 치형부 그룹(48)은 무치형 링 세그먼트(56)에 축 방향으로 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 잠금 치형부(42)의 치형부 단부들 및 상기 맞물림 치형부(44)의 치형부 단부들은 실질적으로 변속기 축(A)에 수직으로 연장되는 공통 평면(E)에 놓이는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 맞물림 치형부(44)의 무딘 치형부 단부들은 편평하고 변속기 축(A)에 수직으로 연장되는 단부 면이나 하나의 단일한 또는 복수의 볼록한 단부 면 중 어느 하나를 포함하고, 상기 단일한 볼록한 단부 면 또는 상기 복수의 볼록한 단부 면 중 하나는 각각 상기 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 치형부 플랭크(30)에 인접하는 제 1 루트 지점(28)으로부터 축 방향으로 돌출하는 정점 부분(32)을 통해서 제 2 루트 지점(34)까지 원주 방향으로 연장되고, 상기 제 2 루트 지점은 하나의 단일한 볼록한 단부 면이 존재할 때에는 상기 치형부(18, 20)의 대향하는 치형부 플랭크(36)에 인접하고 복수의 볼록한 단부 면이 존재할 때에는 이웃하는 볼록한 단부 면 사이의 만입부의 골 지점이 되고, 상기 정점 부분(32)과 상기 각각의 루트 지점(28, 34) 사이의 축 방향 거리(a)는 상기 슬라이딩 슬리브 치형부(18)의 치형부 폭(b)의 최대 18 %에 이르는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
원주 방향으로 양 측면을 향하는 잠금 치형부(42)의 축 방향 치형부 단부들은 최대 70도에 달하는 변속기 축(A)과의 각도(α)를 포함하는 잠금 베벨(52)을 포함하는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 슬라이딩 슬리브(12)의 내측 치형부는 원주 방향으로 잠금 치형부 그룹들(46)과 맞물림 치형부 그룹들(48) 사이에 각각의 전이 치형부(50)를 포함하고, 각각의 전이 치형부(50)의 축 방향 치형부 단부는 원주 방향으로 대략 중앙에서 나누어지고, 상기 잠금 치형부 그룹(48)에 인접하는 측면 상의 잠금 치형부(44)의 치형부 단부 및 상기 맞물림 치형부 그룹(46)에 인접하는 측면 상의 맞물림 치형부(42)의 치형부 단부와 구조적으로 대응하는 것을 특징으로 하는
수동 변속기용 동기화 장치.
제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 동기화 장치(10)를 갖는 변속기의 시프팅을 위한 동기화 방법에 있어서,
(a) 슬라이딩 슬리브(12) 및 클러치 본체(14)의 속도를 매칭시키는 단계;
(b) 상기 클러치 본체(14)를 향하는 상기 슬라이딩 슬리브(12)의 축 방향 힘(F)을 만드는 단계;
(c) 슬라이딩 슬리브 치형부(18) 및 클러치 본체 치형부(20)의 단부 면들이 서로를 따라 원주 방향으로 미끄러지도록 슬라이딩 슬리브(12)와 클러치 본체(14) 사이에 속도 차이를 설정하는 단계, 여기서 상기 속도 차이는 다음 조치 중 적어도 하나에 의해 설정되고,
- 변속기 내에서 냉각 오일 흐름을 증가시킴;
- 클러치 본체(14)에 연결되지 않은 변속기의 추가의 변속 기어를 그것과 함께 연결 회전시키기 위한 동기화를 개시함;
- 변속기의 샤프트 브레이크를 구동함;
- 전기 모터를 구동함;
(d) 슬라이딩 슬리브 치형부(18)가 클러치 본체 치형부(20) 사이에 결합되게하는 단계를 포함하는
동기화 방법.