用于变速器同步单元的同步环及具有该同步环的同步单元

摘要

本发明涉及一种用于变速器的同步单元的同步环，其具有锁紧环，锁紧环具有环轴线和锁紧齿部，以及具有与锁紧环同轴设置的、单独的锥形环，锥形环具有带有第一锥角的第一锥形面和具有第二锥角的径向相反的第二锥形面，第一锥形面在同步环被装入的状态下邻接于同步单元的齿轮侧的摩擦锥并且第二锥形面邻接于锁紧环的锥形的配合面，锁紧环和锥形环具有彼此相关联的止挡面，止挡面将锁紧环和锥形环在周向上耦联，锁紧环的和/或锥形环的止挡面相对于环轴线至少部分地倾斜成使得第二锥形面和锥形的配合面在锁紧环和锥形环之间作用转矩的情况下被加载成轴向彼此远离。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于变速器的同步单元的同步环以及具有这种同 步环的同步单元。

背景技术

同步单元是下述锥形摩擦离合器，所述锥形摩擦离合器在操作时产 生摩擦力矩并且只要在同步体和变速器的齿轮之间存在转速差，就由于 锁紧几何形状而轴向地阻挡换挡接合套。为了实现快速地进行转速平 衡，通常寻求，同步单元在预设的轴向的换挡力的情况下提供尽可能高 的摩擦力矩。

为了提高摩擦力矩，如今尤其在机动车的低挡位中应用多锥同步装 置，然而所述多锥同步装置相对于单锥同步装置导致同步单元的更耗费 的构造、更大的材料需求以及更高的重量。

从现有技术中已经已知的是，当减小摩擦面的锥角时，同步单元的 摩擦力矩提高。当然，锥角不能够任意地被减小，因为低于大约5°至7° 的极限之下的锥角能够造成同步单元的不期望的自锁效应。如果锥角运 行至自锁的范围中，那么不再能够在没有外部的力耗费的情况下松开摩 擦连接，这导致换挡舒适性下降以及可能甚至导致同步单元的功能损 害。

此外，为了改进换挡舒适度，小的接合力矩证实为是有利的，以便 在转速同步之后实现简单地松开同步单元，这就是说，将换挡接合套轻 便地切换到齿轮侧的换挡齿部上。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于变速器的同步单元的同步环，所述 同步环在避免自锁效应的情况下提供大的摩擦力矩以及低的接合力矩。

根据本发明，该目的通过一种用于变速器的同步单元的同步环来实 现，其具有锁紧环，所述锁紧环具有环轴线和锁紧齿部，以及具有与锁 紧环同轴设置的、单独的锥形环，所述锥形环具有带有第一锥角的第一 锥形面和带有第二锥角的径向相反的第二锥形面，其中第一锥形面在同 步环被装入的状态下邻接于同步单元的齿轮(Gangrad)侧的摩擦锥并 且第二锥形面邻接于锁紧环的锥形的配合面，其中锁紧环和锥形环具有 彼此相关联的止挡面，所述止挡面将锁紧环和锥形环在周向上耦联，并 且其中锁紧环的和/或锥形环的止挡面相对于环轴线至少部分地倾斜成 使得第二锥形面和锥形的配合面在锁紧环和锥形环之间作用转矩的情 况下被加载成轴向彼此远离。在同步环的该多件式的构造中，能够经由 第一锥角以一定的限度调整同步单元的期望的摩擦力矩，相反，第二锥 角显著地影响松开在同步环和齿轮侧的摩擦锥之间的摩擦连接。相应 地，只要对于松开摩擦连接而言决定性的第二锥角明确地位于自锁范围 之上时，为了提高摩擦力矩甚至将第一锥角下降到自锁的范围中。此外， 通过朝环轴线倾斜的止挡面来降低同步单元的接合力矩，这在成功地进 行转速同步之后在切换到期望的挡位时引起小的压力点进而引起换挡 舒适度提高。

优选地，如上面已经表明的那样，第一锥角的绝对值小于第二锥角。 这是有利的，因为小的第一锥角引起摩擦连接的通常期望的、高的摩擦 力矩并且位于自锁之上的相对大的第二锥角引起在没有自锁效应的情 况下松开摩擦连接。特别地，第一锥形面是锥形环的径向内侧并且第二 锥形面是锥形环的径向外侧，使得锥形环在其径向外侧上比在其径向内 侧上更强烈地变细。

尤其优选的是，对于第一锥形面的第一锥角α适用的是|α|<5°并且 对于第二锥形面的第二锥角β适用的是|β|>6°。因此，第一锥角趋势上 位于大的摩擦力矩的范围中和位于自锁的范围中，其中然而自锁效应在 通过位于自锁之上的第二锥角松开摩擦连接时被可靠地防止。相对于用 于单锥同步装置的常规的同步环能够借助所描述的、多件式的同步环实 现更高的摩擦力矩，而没有造成不期望的自锁效应。

优选地，锁紧环的锥形的配合面的锥角基本上相应于锥形环的第二 锥角。以该方式由实心的、形状稳定的锁紧环全面地支撑锥形环，这正 面地影响摩擦连接的质量和可达到的摩擦力矩的水平。

在同步环的一个实施形式中，锥形环在周向上是敞开的，其中锥形 环尤其优选地构成为具有多个单独的环段的多件式的扇形环 (Segmentring)。该切口的或多件式的结构提高锥形环的径向柔性并且 简化松开在锥形环和齿轮侧的摩擦锥之间的摩擦连接。如果锥形环因此 不再径向地由锁紧环支撑，那么为了松开摩擦连接而不仅沿轴向方向而 且也沿径向方向，锥形环能够远离摩擦锥。

优选地，锥形环的第一锥形面用摩擦衬面来覆层、通过第一锥形面 和所邻接的、齿轮侧的摩擦锥之间的有效的摩擦衬面能够进一步提高在 预设的换挡力的情况下可达到的摩擦力矩。特别地，锥形环用碳摩擦衬 面或烧结摩擦衬面来覆层，然而其中显然也能够使用其他适合的摩擦衬 面。

锁紧环优选包括具有在环周之上分布的凹部的径向的凸缘，其中每 个凹部在周向上通过相对置的止挡面来限界，所述止挡面能够分别与锥 形环的所属的止挡面共同作用。

相应地，锥形环包括在环周上分布的轴向的突起，其中每个突起具 有在周向上相反的止挡面，所述止挡面分别能够与锁紧环的所属的止挡 面共同作用。凹部和接合到凹部中的突起的构成实现将锁紧环和锥形环 在周向上制造技术简单地耦联。此外，在该构造中，凹部的或突起的止 挡面能够以低的耗费被斜切，使得有利地降低同步单元的接合力矩。

特别地，锥形环从第一轴向环端部朝第二轴向环端部锥形地变细， 其中所述锥形环的轴向的突起在第二轴向环端部上构成并且分别接合 到锁紧环的凹部中。

此外优选的是，锥形环的轴向的突起在轴向方向上朝自由端部变 细。换而言之，这表示，轴向突起的相反的止挡面彼此通向自由的突起 端部。这在制造技术方面能够简单地实现并且引起有利地降低同步单元 的接合力矩。

在同步环的另一实施形式中，锁紧环的和/或锥形环的止挡面与环轴 线围成倾斜角γ，其中适用的是：5°≤γ≤20°，尤其γ≈10°。在经由在锥形 环和齿轮侧的摩擦锥之间作用的摩擦连接进行转速同步时，在该角范围 中，通过斜切的止挡面产生的轴向力分量保持在可接受的限度内，使得 这两个环在周向上可靠地耦联。在转速同步之后，止挡面在该角范围中 的倾斜引起期望地降低接合力矩，这引起更轻便地切换同步单元进而引 起换挡舒适度提高。

在同步环装入的状态下，锥形环和锁紧环优选不仅在轴向方向上而 且在周向上能够相对彼此受限制地运动。受限的轴向的相对运动引起： 当第一锥角位于自锁范围中时，同步单元的摩擦连接也能够在没有自锁 效应的情况下松开同步单元的摩擦连接。此外，结合周向上的受限制的 相对运动，在转速同步之后实现有利地降低接合力矩。

锁紧环在此能够具有用于锥形环的轴向的止挡件，使得锥形环能够轴 向地在压紧位置和通风的止挡位置之间相对于锁紧环运动，在所述压紧位 置中锥形环的第二锥形面贴靠锁紧环的锥形的配合面，在所述止挡位置中 锥形环贴靠锁紧环的轴向的止挡件。尤其优选的是，止挡件通过锁紧环上 的压印部形成，所述压印部接合到锥形环上的凹槽中。 以该方式能够以小的结构耗费实现锁紧环和锥形环之间的受限制的轴向 的相对运动。

此外，本发明也包括变速器的同步单元，其具有同步体，所述同步体 抗转动地安置在变速器轴上并且能够围绕变速器轴线转动；换挡接合套， 所述换挡接合套相对于同步体抗转动地、但是能轴向移动地设置；上面描 述的同步环，以用于将同步体与变速器的齿轮经由摩擦连接来耦联；以及 摩擦锥，所述摩擦锥固定地与齿轮连接并且能够与同步环的锥形环处于摩 擦接触；其中锥形环的第一锥角基本上相应于摩擦锥的锥角。由此，最大 化摩擦连接的摩擦面进而也最大化摩擦连接的可达到的摩擦力矩。

附图说明

本发明的其他的特征和优点在参考附图的情况下从优选的实施形 式的下面的描述中得出。在所述附图中示出：

图1示出贯穿具有根据现有技术的常规的同步环的变速器的同步单 元的纵截面图；

图2示出在同步单元的锁紧位置中用于根据图1的同步单元的根据 本发明的同步环的两个示意纵截面细节图；

图3示出根据图2的同步环的两个示意细节图；

图4示出在同步单元的中性位置中用于根据图1的同步单元的根据 本发明的同步环的两个示意纵截面细节图；

图5示出根据图4的同步环的两个示意细节图；

图6示出在同步单元的换挡位置中用于根据图1的同步单元的根据 本发明的同步环两个示意纵截面细节图；和

图7示出根据图6的同步环的两个示意细节图。

具体实施方式

图1示出变速器12的同步单元10，其具有同步体14，所述同步体 抗转动地安置在变速器轴16上并且能够围绕变速器轴线A转动；以及 换挡接合套18，所述换挡接合套相对于同步体14抗转动地、但是能轴 向移动地设置。同步单元10还包括根据现有技术的常规的同步环20’ 用于将同步体14与变速器12的齿轮22经由摩擦连接来耦联，其中同 步环20’在周向48上与同步体14耦联，但能受限地旋转。此外，设有 摩擦锥24，所述摩擦锥固定地与齿轮22连接并且能够与同步环20’处 于摩擦接触。摩擦锥24例如是离合器体28的部分，该离合器体根据图 1除摩擦锥24之外还具有换挡齿部30。

变速器12的所示出的同步单元10是根据博格华纳原理的单锥锁紧 同步装置，其结构和功能从现有技术中已经长期已知，使得对此在下面 仅简短地说明：

同步单元10根据图1位于中性位置，在所述中性位置中换挡接合 套18通过预同步单元26轴向地相对于同步体14保持在中央。

在换挡过程开始时将轴向的换挡力施加到换挡接合套18上的情况 下，同步环20’经由通过预同步单元26轴向地压紧齿轮侧的摩擦锥24。

在同步环20’和摩擦锥24之间摩擦接触时，同步环20’相对于同步 体14旋转到锁紧位置中，在所述锁紧位置中，同步环20’的锁紧齿部 32’防止将换挡接合套18轴向地切换到换挡齿部30上。

在同步体14和齿轮22之间转速同步之后，从所施加的轴向的换挡 力中得出的接合力矩才足以在同步环20’旋转的情况下将换挡接合套18 的齿部轴向地移动经过同步环20’的锁紧齿部32’并且随后切换到离合 器体28的换挡齿部30上。

在同步单元10的换挡位置中，然后经由换挡接合套18将同步体14 形状配合地并且基本上抗转动地与齿轮22连接。

为了在松开同步环20’和摩擦锥24之间的摩擦连接时防止自锁效 应，至今为止同步环20’的或摩擦锥24的锥角不应当低于大约5°至7° 的极限角。因为预设的换挡力的在转速同步时达到的摩擦力矩随着锥角 的变小而上升，所以锥角至今为止大多被选择几乎位于极限角之上，以 便一方面防止自锁效应并且另一方面提供用于转速同步的尽可能高的 摩擦力矩。

为了在可靠地防止自锁的情况下进一步提高摩擦力矩并且此外实 现同步单元10的尽可能小的接合力矩，下面，通过根据图2至7的根 据本发明的同步环20取代根据图1的从现有技术已知的同步环20’。同 步单元10的原理结构和功能不由此改变，使得在这方面明确地参考图1 的实施方案并且在下面仅深入说明结构上的和功能上的区别。

图2和3示出在同步单元10的锁紧位置中用于变速器12的同步单 元10的同步环20的视图，其中图2a和2b分别示出贯穿同步环20的 示意截面图，并且图3a或3b分别示出同步环20的所属的示意的细节 图。

相应地，在图4和5中示出处于同步单元10的中性位置的同步环 20，并且在图6和7中示出在同步单元10的换挡位置中的同步环20， 其中在图4a和4b或6a和6b中分别示出贯穿同步环20的示意截面图， 并且在图5a和5b或7a或7b中分别示出同步环20的所属的、示意细 节图。

同步环20包括锁紧环34，所述锁紧环具有与变速器轴线A相同的 环轴线A和锁紧齿部32，以及具有与锁紧环34同轴设置的、单独的锥 形环36，所述锥形环具有带有第一锥角α的第一锥形面38和带有第二 锥角β的径向相反的第二锥形面40，其中第一锥形面38在同步环20 被装入的状态下邻接于同步单元10的齿轮侧的摩擦锥24并且第二锥形 面40邻接于锁紧环34的锥形的配合面42。

锁紧环34和锥形环36在周向48上的耦联在图2a和3a、4a和5a 以及6a和7a中示出。

根据图3a、5a和7a，锁紧环34和锥形环36具有彼此关联的止挡 面44，所述止挡面将锁紧环34和锥形环36在周向48上耦联，其中锁 紧环34的和/或锥形环36的止挡面44、46相对于环轴线A至少部分地 倾斜成使得第二锥形面40和锥形的配合面42在锁紧环34和锥形环36 之间作用转矩的情况下被加载成轴向彼此远离。

锁紧环34在当前的实施例中包括具有在环周之上均匀分布的凹部 52的径向的凸缘50，其中每个凹部52在周向48上通过相对置的止挡 面44来限界，所述止挡面能够分别与锥形环36的所属的止挡面46共 同作用。相应地，锥形环36包括在环周上均匀分布的轴向的突起54， 其中每个突起在周向48上具有相反的止挡面46，所述止挡面分别能够 与锁紧环34的所属的止挡面44共同作用。

从图2a、4a和6a中得出：锥形环36从第一轴向环端部56朝第二 轴向环端部58锥形地变细，其中锥形环36的轴向的突起54在第二轴 向环端部58上构成并且分别接合到锁紧环34的凹部52中。

图3a、5a和7a从“下方”、即关于环轴线A径向从内向外观察分 别示出图2a、4a或6a的耦联区域。在此变得显著的是，锥形环36的 轴向突起54在轴向方向60上朝突起54的自由端部62变细。换而言之， 每个轴向突起54的相反的止挡面46彼此通向其自由的突起端部62。为 了将在锁紧环34和锥形环36之间的转矩情况下的面挤压保持得小，锁 紧环34的止挡面44分别平行于锥形环36的邻接的止挡面46构成。此 外，锁紧环34的止挡面44和锥形环36的止挡面44与环轴线A围成倾 斜角γ，其中适用的是：5°≤γ≤20°，尤其γ≈10°。当仅锁紧环34的止挡 面44或仅锥形环36的止挡面46与环轴线A围成倾斜角γ，而相应的 另外的止挡面46或44平行于环轴线A伸展，那么对于同步环20的期 望的功能，这是足够的。

在当前的实施例中，锁紧环34的凹部52的和锥形环36的轴向的 突起54的几何形状选择成，使得锁紧环34和锥形环36在没有轴向地 相对彼此运动的情况下沿周向48形状配合地并且根据轴向的相对位置 尽可能抗转动地彼此耦联。

然而只要可以在锁紧环34和锥形环36之间进行轴向的相对运动， 那么彼此相关联的止挡面44、46在于锁紧环34和锥形环36之间作用 转矩时沿着彼此滑动，由此锁紧环34的凸缘50轴向地远离锥形环36 并且相对于锥形环36在周向48上稍微旋转。由此，锥形环36不再被 径向向外支撑并且能够与摩擦锥24松开。

作用于锁紧环34和锥形环36之间的转矩尤其是同步单元10的所 谓的“惯性滑行阶段”中的拖曳力矩或者是通过换挡力引起的接合力矩， 通过所述接合力矩相对于齿轮侧的摩擦锥24旋转同步环20。

由于锁紧环34的和锥形环36的倾斜的止挡面44、46，同步单元 10能够在转速同步之后通过锁紧环34和锥形环36之间的相对运动而松 开，使得得到尤其小的接合力矩。

在止挡面44、46轴向对齐的情况下、即倾斜角γ＝0°的情况下，既 不通过拖曳力矩也不通过接合力矩形成轴向力分量，所述轴向力分量将 锁紧环34与锥形环36松开并且消除锥形环36的径向支撑。相应地， 为了通过相对于齿轮22旋转同步环20来松开同步单元10，必须克服锥 形环36和齿轮侧的摩擦锥24之间的自锁。为此所需的接合力矩相对于 具有倾斜的止挡面44、46的实施方案被显著提高，这负面地影响同步 单元10的换挡舒适性。

图2b、4b和6b类似于图2a、4a或6a分别示出贯穿同步环20的 示意纵截面图，当然，在轴向的止挡件64的区域中示出示意纵截面图， 所述轴向的止挡件将锁紧环34和锥形环36之间的轴向相对运动限制在 可预设的程度s。

相应地，图3b、5b和7b类似于图3a、5a或7a从“下方”、即关 于环轴线A径向从内向外观察地示出同步环20在图2b、4b或6b的剖 面区域中的视图。

轴向的止挡件64限制锁紧环34和锥形环36之间的相对运动，使 得在根据图1的同步环20装入的状态下，锥形环36和锁紧环34在轴 向方向60和周向48上能够相对彼此仅受限制地运动。

根据图2b、4b和6b，通过锁紧环34上的压印部形成轴向的止挡件 64，使得锥形环36能够相对于锁紧环轴向地在压紧位置和通风的止挡 位置之间运动，在所述压紧位置中锥形环36的第二锥形面40贴靠锁紧 环34的锥形的配合面42(图2b)，在所述通风的止挡位置中锥形环36 贴靠锁紧环34的轴向的止挡件64(图4b和6b)。在所示出的实施例中， 锥形环36在第一轴向环端部56上具有凹槽66，锁紧环34的用作为轴 向的止挡件64的压印部接合到所述凹槽中(图3b、5b和7b)。

在根据图4和5的同步单元10的中性位置中，锥形环36能够相对 于锁紧环34在压紧位置和通风的止挡位置之间轴向自由地运动以及在 周向48上受限制地旋转，其中可旋转性与轴向的相对位置相关。因此， 锥形环36和锁紧环34相对于压紧位置而在通风的止挡位置中具有在周 向48上更大的间隙(见图5a和7a)，在所述压紧位置中它们几乎不能 够旋转而是优选近似抗转动地连接(见图3a)。

在根据图2和3的同步单元10的锁紧位置中，锁紧环34和锥形环 36被所施加的轴向的换挡力加载到压紧位置中，在所述压紧位置中它们 经由凹部52的和突起54的彼此相关联的止挡面44、46沿周向48相互 支撑，使得同步环20的锁紧齿部32对换挡接合套18到离合器体28的 换挡齿部30上的切换进行锁紧(见图3a)。

如上面已经描述，同步单元10在成功进行转速同步之后能够通过 锁紧环34和锥形环36之间的相对运动而松开。彼此关联的止挡面44、 46始于同步环20的压紧位置到同步单元10的锁紧位置中沿着彼此滑 动，直到锁紧环34和锥形环36占据根据图6和7的通风的止挡位置。 在该位置中，锥形环36能够与齿轮侧的摩擦锥24松开，使得同步环20 相对于齿轮22旋转并且将换挡套筒18能够切换到齿轮侧的离合器齿部 30中。同步单元10然后位于其所谓的换挡位置中。

观察图2、4和6发现，锥形环36的第一锥角α小于第二锥角β。 因为第一锥形面38形成锥形环36的径向内侧并且第二锥形面40形成 锥形环36的径向外侧，锥形环36在其径向外侧比在其径向内侧更强烈 地变细，使得得到楔形的环横截面。

优选地，对于第一锥形面38的第一锥角α适用的是|α|<5°、尤其 |α|≈3°并且对于第二锥形面40的第二锥角β适用的是|β|>6°，尤其 |β|≈10°。

此外，锥形环36的第一锥角α基本上相应于齿轮侧的摩擦锥24的 锥角，而锥形环36的第二锥角β基本上相应于锁紧环34的锥形的配合 面42的锥角。

锥形环36是金属件，例如板环，其中板环的朝向摩擦锥24的锥形 面用环形的摩擦衬面68、尤其碳摩擦衬面或烧结摩擦衬面来覆层，以便 最大化可达到的摩擦力矩。锥形环36的第一锥形面38在该情况下由摩 擦衬面68的邻接于齿轮侧的摩擦锥24的锥形面形成。因此，不同的锥 角α、β能够具体地通过板环的楔形的环横截面(见图2a和2b)和/或 摩擦衬面68的楔形的环横截面实现。

为了能够在需要时更加简单地松开锥形环36和摩擦锥24之间的摩 擦连接，锥形环36构成为在周向48上敞开的C形环或者构成为具有多 个单独的环段的多件式的扇形环。锁紧环34相反是在周向48上闭合的 稳定的金属环。

参考同步单元10的根据图1阐明的功能，通过根据图2至7的同 步环20得到下述优点：

锥形环36的第一锥角α能够选择得极其小并且尤其位于自锁的范 围中，由此显著地提高同步单元10的可达到的摩擦力矩。

尽管第一锥角α可能位于自锁的范围中，在松开锥形环36和摩擦 锥24之间的摩擦连接时没有出现不期望的自锁效应。也就是说，通过 锁紧环34和锥形环36之间的相对运动松开摩擦连接。在此，第二锥形 面40以第二锥角β在锁紧环34的锥形的配合面42上滑动，其中第二 锥角β不位于自锁的范围内。

最后，由于锁紧环34的和/或锥形环36的倾斜的止挡面44、46在 变速器轴16和齿轮22之间的转速平衡之后得到同步单元10的尤其小 的接合力矩，这引起变速器12的尤其高的换挡舒适性。