同步設備和同步方法與流程

本發明涉及一種用于換擋變速器的同步設備和同步方法。

背景技術：

用于換擋變速器的慣性式同步裝置通常具有用于鎖定滑動套筒的鎖定幾何結構，只要在要換擋的擋位輪的耦聯體和滑動套筒之間存在轉速差。為了使滑動套筒穿入耦聯體的耦聯齒部中，通常提出一種嚙合幾何結構，通常通過削尖滑動套筒齒和耦聯體齒來實現所述嚙合幾何結構。

在現代的自動換擋變速器中，尤其在雙離合變速器中致力于減少軸向的結構長度。

技術實現要素：

因此，本發明的目的是，實現一種用于換擋變速器的同步設備，所述同步設備具有盡可能小的軸向結構長度。

根據本發明，這借助于用于換擋變速器的同步設備實現，所述同步設備具有滑動套筒，所述滑動套筒具有帶有多個滑動套筒齒的內齒部，并且所述同步設備具有擋位輪的耦聯體，所述耦聯體具有帶有多個耦聯體齒的外齒部，滑動套筒的內齒部能夠接合到所述外齒部中。此外，設有同步單元，所述同步單元能夠阻止滑動套筒的軸向運動，其中耦聯體齒在其靠近滑動套筒齒的軸向的端部處構成為不具有嚙合斜面。因此，根據本發明，至少在耦聯體的齒部處完全地放棄削尖部和嚙合幾何結構。由此節約了用于具有斜面的嚙合幾何結構的和用于削尖齒端的軸向的結構長度。

耦聯體齒的齒端例如能夠近似方形地構成。

尤其，耦聯體齒的端面能夠基本上扁平地且垂直于軸向方向地伸展。

可能的是，為了提高耐磨性最少將齒端的角部和棱邊倒圓或斜切，然而不達到如下程度，即所述齒端具有作為嚙合輔助部的常規功能。

用作嚙合輔助部的、已知的嚙合斜面構成為具有關于軸向方向相對小的角，以便實現將軸向的力作用盡可能好地轉換為環周運動。在嚙合斜面的對稱的構成方案中，通常使用大約30-60°的角，相反在不對稱的實施方案中也使用小于30°的角。在俯視圖中，嚙合斜面通常也在齒的端側的大的部段上、通常在面積的大約30至50％上延伸。

與此相反地，根據本發明，耦聯齒的端側優選在其面積的至少60％上平坦地或必要時以相對于軸向方向大于大約60°的角略微彎曲地構成。

優選地，滑動套筒齒的齒端也盡可能扁平地構成且構成為不具有用作嚙合輔助部的斜面。例如，每個滑動套筒齒的齒端能夠具有端面，所述端面基本上扁平地且垂直于軸向方向地伸展。沿軸向方向觀察，端面例如為滑動套筒齒的橫截面的至少50％。在此情況下當然總是可能的是，將角部和棱邊倒圓或略微斜切，例如為了防止磨損，然而不必設置嚙合輔助部。

因此可能的是，耦聯體齒以及滑動套筒齒構成為不具有嚙合輔助部、尤其不具有嚙合斜面和尖部。在此，滑動套筒齒和耦聯體齒能夠構成為爪。

原則上，滑動套筒齒的和耦聯體齒的齒端能夠根據爪式離合器的方式構成。爪式離合器當前不在轎車換擋變速器中使用，因為在換擋時存在的轉速差引起噪音問題以及在負荷變化時引起沖擊。根據本發明，該問題能夠通過設置同步單元來消除，所述同步單元阻止滑動套筒的軸向運動，直至實現轉速一致。

為了同步的目的，優選至少一些滑動套筒齒在齒端處在一側上具有傾斜的鎖定面，所述鎖定面從端面起始。在一個優選的實施方式中，每個滑動套筒齒具有剛好一個鎖定面，其中鎖定面分別僅在滑動套筒齒的一側上構成。

同步單元能夠包括同步環，所述同步環具有帶有同步環齒的外齒部，所述外齒部的設置方式與鎖定面的設置方式相匹配。在同步時，滑動套筒齒的鎖定面在滑動套筒軸向移動時碰撞到同步環齒上，所述同步環齒阻止滑動套筒的軸向的繼續移動，直至達到轉速一致。因此，能夠通過鎖定面在同步環齒的斜面上的滑動將同步環復位并且將滑動套筒嚙合到耦聯體中。

優選地，在相鄰的滑動套筒齒處的鎖定面在滑動套筒齒的不同的側上構成。以這種方式得到如下幾何結構：在所述幾何結構的情況下在齒端處在每隔一個在兩個滑動套筒齒之間形成的嚙合通道中，形成嚙合通道的齒壁基本上沿軸向方向伸展。在分別相鄰的嚙合通道中，滑動套筒齒的齒端的彼此相向的側分別具有傾斜的鎖定面，所述鎖定面相對于彼此傾斜，并且在換擋時向上或向下與同步環齒接觸。

嚙合通道的寬度有利地與耦聯體齒的齒端的寬度相匹配，使得所述嚙合通道能夠盡可能長距離無縫隙地容納在滑動套筒齒之間。無縫隙的容納直接在耦聯體齒嚙合在滑動套筒齒之間時開始。

在一個可能的實施方式中，耦聯體齒的端面用作換擋運動的端部止擋件并且貼靠于在滑動套筒齒部上構成的凸肩，以便限制滑動套筒的換擋行程。

凸肩例如能夠在兩個滑動套筒齒的相對置的側上構成，尤其分別在滑動套筒齒的與鎖定面相對置的側上構成。在此，凸肩沿軸向方向以期望的最大嚙合行程遠離滑動套筒齒的端面地安置。

優選地，所有耦聯體齒分別構成為沿軸向方向同樣長的。尤其，所有耦聯體齒能夠構成為相同的。

作為替代方案或附加方案，所有滑動套筒齒也能夠構成為沿軸向方向同樣長的。

在另一可能的實施方式中，一些滑動套筒齒的齒端構成為具有端面，所述端面沿軸向方向伸出位于之間的滑動套筒齒的端面。突出的齒端用作捕捉爪，所述捕捉爪簡化滑動套筒的嚙合。沿軸向方向突出的端面優選基本上垂直于軸向方向地定向。

根據另一可能的實施方式，耦聯體齒的端面以大約80-89°的角相對于軸向方向傾斜地定向。

可行的是，同步單元能夠構成為，使得在超過預定的最大力時取消對滑動套筒的軸向運動的阻止。在這種構成方案中，即使當通過同步單元實現的轉速一致化還未結束時，與常規已知的同步單元相反地實現將滑動套筒以力受控的方式聯接到耦聯體中。在超過最大力時，同步環例如能夠抵抗彈簧加載而移動，以便允許滑動套筒沿軸向方向繼續移動。

本發明的目的還是借助于上文所述的同步設備優化換擋過程。

這根據本發明實現，其方式在于，滑動套筒的轉速和耦聯體的轉速相一致；朝向耦聯體形成滑動套筒的軸向力；產生在滑動套筒和耦聯體之間的轉速差，使得滑動套筒齒的和耦聯體齒的端面沿著彼此滑動；以及使滑動套筒齒嚙合在耦聯體齒之間。

在齒碰撞在一起之前，在滑動套筒和耦聯體之間的小的轉速差例如能夠通過在同步之后解鎖和/或通過存在的拖曳力矩產生。

因此，首先通過同步使滑動套筒和耦聯體之間的轉速一致。在此，在施加軸向力時有利地直接進行嚙合嘗試。然而，如果滑動套筒齒的端面不位于耦聯體齒的空隙上，那么通過使扁平的端面碰撞在一起來防止嚙合。在此情況下，能夠允許或主動地促進形成小的轉速差，所述轉速差引起滑動套筒齒沿著耦聯體齒的相對旋轉。以這種方式，在適當地定向時無問題地在沒有明顯的噪音形成的情況下實現將滑動套筒齒嚙合到耦聯體齒中。在純爪式離合器中的換擋過程的缺點通過同步和轉速一致化消除。

轉速差的產生例如能夠通過利用變速器的或離合器的拖曳力矩、動力傳動系的松開或也能夠通過特殊地、尤其主動地操縱離合器實現。輕微的轉速差已經是足夠的，因為所述轉速差僅須引起基本上相對運動了滑動套筒齒的或耦聯體齒的齒寬度，直至實現成功的嚙合。

能通過控制單元監控嚙合過程，所述可控制單元在嚙合嘗試失敗時在預定的時間間隔之后安排下一嚙合嘗試。控制單元也能夠監控和/或控制所施加的軸向力，以便例如不會由于將滑動套筒齒的和耦聯體齒的端面過強地按壓在一起而阻止滑動套筒和耦聯體之間的相對轉速的產生。

附圖說明

在下文中，根據多個實施例以及參照附圖詳細描述本發明。在附圖中示出：

圖1示出換擋變速器的常規的同步設備的示意剖視圖；

圖2示出常規的同步設備的示意立體視圖；

圖3示出換擋變速器的常規的同步設備的示意側視圖；

圖4至7示出在根據本發明的同步設備中的嚙合過程的示意圖；

圖8示出圖4至7中的同步設備的示意圖；

圖9示出在第二實施方式中的根據本發明的同步設備在完全嚙合的狀態中的示意圖；

圖10示出在第三實施方式中的根據本發明的同步設備在同步之前的示意圖；

圖11示出在第四實施例中的根據本發明的同步設備在同步之前的示意圖；

圖12示出在第五實施例中的根據本發明的同步設備在同步之前的示意圖；以及

圖13示出在第六實施方式中的根據本發明的同步設備在同步之前的示意圖。

具體實施方式

圖1至3示出換擋變速器的已知的同步設備10，所述同步設備具有沿軸向方向A可移動的滑動套筒12，所述滑動套筒與未詳細示出的軸抗扭地一起旋轉，以及所述同步設備具有與擋位輪14固定連接的耦聯體16。擋位輪14作為空轉輪安置在軸上并且與所述軸經由滑動套筒12抗扭地連接。

滑動套筒12具有帶有滑動套筒齒18的內齒部，而耦聯體16具有帶有耦聯體齒20的外齒部。

為了執行轉速同步及其隨后的嚙合過程——其中滑動套筒齒18嚙合到耦聯體齒20之間的間隙中，設有同步單元，所述同步單元以已知的方式具有同步環22，所述同步環具有帶有同步環齒24的外齒部。沿徑向方向被彈簧加載的球體用作為預同步單元26。

已知例如根據博格華納系統的這種同步設備10的工作方式。在滑動套筒12的軸向運動開始時，預同步單元26將力沿著軸向方向A施加到同步環22上，其中同步環22與耦聯體16上的摩擦面接觸進而在同步環22具有轉速差的情況下沿環周方向移動。由此，同步環22的和滑動套筒12的鎖定齒沿環周方向相對于彼此定位，從而所述齒被鎖定用于轉速的隨后發生的一致化。在同步過程中使轉速一致化期間，同步齒24阻止滑動套筒12，使得防止滑動套筒齒18嚙合在耦聯體齒20之間。在轉速一致時，同步環22才被復位并且實現嚙合到耦聯體齒部中。

圖4至8示出根據第一實施方式的根據本發明的同步設備100。

圖4示出換擋過程開始之前的狀態。滑動套筒112的齒118的齒端128與同步環齒124以及與耦聯體齒120的齒端130隔開。

如在常規的同步設備10中，滑動套筒112與軸一起轉動，而固定有耦聯體的擋位輪松動地一起轉動。預同步單元126的球體接合到在滑動套筒112的內側上的溝槽132中，如這在圖2中在右下方的區域中表明的。

根據本發明，所有耦聯體齒120的端面134基本上扁平地構成并且垂直于軸向方向A伸展。因此，不設有嚙合斜面，即不設有尖部或斜面作為嚙合輔助部。端面134能夠完全平坦地構成或例如徑向向外略微倒圓地或球形地成形，其中能夠將側面的棱邊和角部在制造公差之內倒圓或斜切，例如以0.5mm的半徑倒圓或斜切。所有耦聯體齒120在此是同樣長的并且通常能夠相同地成形。

所有滑動套筒齒118的端面136同樣基本上扁平地且垂直于軸向方向A伸展地構成。在齒端128的俯視圖中，端面136在此占據垂直于軸向方向A的橫截面的大約一半。

端面136也能夠如耦聯體齒120的端面134那樣完全平坦地或徑向向外略微倒圓或球形地構成，其中在此能夠將角部和棱邊略微傾斜或倒圓地構成。

所有滑動套筒齒118在所述實施方式中是同樣長的。

在滑動套筒齒118的各一側上構成傾斜的鎖定面138，所述鎖定面從端面136起始。然而，端面136占據滑動套筒齒118的橫截面的總面積的至少50％。

鎖定面138分別在滑動套筒齒118的彼此相向的側上構成。以這種方式在兩個相鄰的滑動套筒齒118之間交替地在齒端128上形成嚙合通道140，或者兩個彼此相向的鎖定面138設置在齒端128上。

在齒端128中的嚙合通道140的寬度d、即滑動套筒齒118的側面的距離與耦聯體齒120的端面134的直徑相匹配并且在此僅選擇為不明顯大于所述耦聯體齒120的端面134的直徑，使得在已嚙合的狀態中(參見圖5和6)存在耦聯體齒120和相鄰的滑動套筒齒118之間的盡可能小的間隙。

在圖4中示出的狀態中，滑動套筒112經過的換擋行程S₀還是0。如果滑動套筒112沿軸向方向A由軸向力F朝向耦聯體移動，那么預同步單元126作用到同步環122上并且將所述同步環按壓到耦聯體116的摩擦面上。由此，同步環122在其鎖定位置中定位。滑動套筒齒118按壓到同步環齒124上，并且實現轉速一致化。如果使轉速一致，那么滑動套筒112朝向耦聯體116的繼續軸向前移是可能的。在此，滑動套筒齒118在同步環齒124之間的間隙中沿著滑動。所述運動通過在同步環齒124上的兩側的斜面142來支撐，所述同步環齒與在滑動套筒齒118上的鎖定面138接觸并且能夠沿著所述鎖定面滑動，以便將同步環齒124引入在滑動套筒齒118之間的間隙中。

所述狀態在圖5中示出。滑動套筒112經過第一換擋行程S₁。在滑動套筒112中的溝槽132滑過預同步單元126的球體(分別在圖4至7的下部示出)。

在示出的實例中，耦聯體的和滑動套筒112的端面134、136直接碰撞在一起，以至于耦聯體齒120不可能嚙合到滑動套筒齒118之間的嚙合通道140中。

在此情況下，必須重新產生在耦聯體和滑動套筒112之間的小的轉速差。轉速差能夠是最小的，因為僅須沿環周方向產生移位，所述移位用于使耦聯體120的端面134碰撞到滑動套筒齒118之間的嚙合通道140中。

轉速差例如能夠通過簡單地等待預定的時間間隔實現，其中例如能夠利用變速器的拖曳力矩或驅動器的松開，當消除在同步環和耦聯體的摩擦面之間的接觸時所述變速器的拖曳力矩或驅動器的松開在慣性滑行階段強制性引起轉速差。當然也可能的是，有針對性地操縱離合器或者設置控制裝置，所述控制裝置產生轉速差(未示出)。

如果達到期望的位置，如這在圖6中示出的，那么能夠通過將軸向力F進一步施加到耦聯體116上來推動滑動套筒112，其中滑動套筒齒118嚙合在耦聯體齒120之間并且耦聯體齒120的端面134安置在滑動套筒齒118之間。所述嚙合在滑動套筒的換擋行程S₂中進行。

當經過最大換擋行程S_M時，在圖7中示出完全嚙合的狀態。耦聯體齒120現在位于其在滑動套筒齒118之間的最大推入深度中。

圖9示出同步設備200的第二實施方式，其中在每個滑動套筒齒218上在背離鎖定面138的側上構成有凸肩244，所述凸肩用作為在最大的換擋行程S_M的情況下用于耦聯體齒220的端面234的止擋面。在所述實例中，每隔一個耦聯體齒220與兩個凸肩244接觸，所述凸肩在相對置的側上支撐所述耦聯體齒。其余的實施方案與第一實施方式相同。

原則上已經從之前的實施方式中已知的構件的附圖標記總是增加100。這也適用于在下文中描述的其他實施方式。

圖10示出同步設備300的第三實施方式。與第一實施方式相反，滑動套筒312的每隔一個滑動套筒齒318的齒端328在所述其橫截面的大約一半上構成有端面336’，所述端面沿軸向方向A伸出位于其之間的滑動套筒齒318的端面136”幾毫米。端面336’在此基本上垂直于軸向方向A伸展。

以這種方式，滑動套筒齒318的伸出的部段形成捕捉爪，所述捕捉爪簡化在耦聯體316的耦聯體齒320之間的嚙合。

在滑動套筒齒318上的鎖定面338連同突出的端面136’在與其余的滑動套筒齒318上的鎖定面338相同的軸向高度上起始。

耦聯體316和同步環322與第一實施方式相同地構成。

圖11示出同步設備400的第四實施方式。在此，每個耦聯體齒420的端面434平坦地構成，然而以大約80-89°的角α相對于軸向方向A傾斜地定向。角α尤其在84-89°之間。在示出的實例中，所有端面434沿相同的方向關于環周方向傾斜。

滑動套筒412和同步環422在此與第一實施方式相同地構成。

圖12示出同步設備500的第五實施方式。在此，所有耦聯體齒520的端面534略微球形地構成，使得其外輪廓是倒圓的并且端面534至少部分彎曲地伸展。然而，曲率相對于軸向方向A保持在大約60°的角并且不用作嚙合輔助部，而僅用于減少磨損。

在此，滑動套筒齒518的齒端528在背離鎖定面538的側上分別具有斜面546，所述斜面與鎖定面538相比以相對于軸向方向更小的角伸展。在鎖定面538和斜面546之間設有垂直于軸向方向A定向的端面536。

圖13示出同步設備600的第六實施方式，其中滑動套筒齒618構成為尖的。在此，斜面646直接連接于鎖定面638。在所述實例中，斜面646的傾斜角選擇為大致與鎖定面638同樣大。

斜面646在此同樣用作用于同步環622的鎖定面，其中所述同步環設有同步環齒624，其數量是在第一實施方式中設有的同步環齒的數量的兩倍。

在此，耦聯體齒620的齒端630與在第一實施方式中相同地構成。

各個描述的實施方式的特征能夠在本領域技術人員的判斷下自由地相互組合或者相互替換。

在描述的同步設備100-600中，鎖定功能與嚙合功能分開。為了鎖定，如通常已知的，使用在滑動套筒齒118-618和同步環齒124之間的鎖定面138。然而，至少盡可能棄用具有滑動套筒齒118-418的尖部的嚙合幾何結構以及完全棄用在耦聯體116-616上的耦聯體齒120-620的尖部，并且耦聯體齒120-620以及滑動套筒齒118-518能夠基本上構成為爪。

因此，當在換擋的情況下相對于常規的同步設備10保持不變的重疊時，軸向的安裝空間能減少大約2mm。這在典型的變速器布置的情況下實現變速器總長度減少多達8mm。

滑動套筒112-612的換擋行程S_M也減少了通過尖部節省的軸向的結構空間。作為替代方案，以這種方式能夠在軸向安裝空間保持不變的情況下實現滑動套筒112-612和耦聯體116-616的齒部的較大的重合。