同步環摞以及用於構成同步環的摩擦片襯裡的方法

2023-04-29 10:45:06

專利名稱：同步環摞以及用於構成同步環的摩擦片襯裡的方法
技術領域：
本發明涉及一種同步環摞，該同步環摞包括至少兩個同步環，所述至少兩個同步環分別具有一個摩擦面，所述摩擦面可為了構成摩擦對而相互作用連接，其中，至少兩個同步環中的一個由鋼材製成，而另一個同步環由黃銅材料製成。另外，本發明還涉及一種用於形成具有兩個相互同心布置的摩擦片襯裡的同步環的摩擦片襯裡的方法。
背景技術：
在同步換檔變速器中，在換檔時要相互摩擦結合地連接的軸在建立摩擦結合之前在其速度方面被同步。出於該目的，這種變速器的各檔一重或多重同步。使用同步環來建立同步。同步環分別具有一個摩擦面，所述摩擦面為了建立希望的同步而例如作用在作為配對體的檔位齒輪上。在多次同步時，各個同步相互作用。配對體(在多次同步時例如是另一同步環)出於該目的同樣具有摩擦面。兩個元件可沿軸向相對調節。同步通過壓緊兩個形成摩擦對的摩擦面實現，具體通過建立摩擦結合實現。因為，這種同步環摞的各個元件位於油環境中，為了建立希望的摩擦結合需要突破位於摩擦對的摩擦面之間的油膜。出於該目的，摩擦對的至少一個摩擦面通常具有油槽。油槽總是沿軸向延伸。另外，在黃銅材料同步環的情況下已知具有螺紋表面的摩擦面。在DE20 2005 035 941B3中描述了一種帶有三個同步環的同步環摞。這種由外同步環、中間環和內同步環組成的同步環摞的特徵在於，外同步環和中間環分別由鋼材料製成，而內同步環由銅材料，例如黃銅材料製成。黃銅材料同步環的摩擦面可以為了形成摩擦面帶有摩擦螺紋或者摩擦片襯裡。黃銅材料同步環通過所述摩擦螺紋或摩擦片襯裡一方面與中間環的互補的摩擦面作用，另一方面在內側相對檔位齒輪作用。摩擦對的兩個摩擦面必須具有一定的摩擦係數，以便能夠按規定實現同步。鋼材料環的摩擦面出於該目的被磨削並且研磨。在此，以這樣一種類型和方式進行這些加工步驟，使得摩擦面具有一定的剩餘粗糙度。由於鋼材料摩擦面具有比黃銅材料摩擦面更高的硬度，黃銅材料同步環中的摩擦面經常配設有摩擦片襯裡。在這種同步環摞的壽命期間，這種摩擦對的摩擦係數會由於摩擦面互相平整而變低，結果使得為實現同步必須在摩擦對上施加更高的軸向力。在黃銅同步環帶有螺紋作為摩擦面並且互補的摩擦面由鋼材料同步環提供的摩擦對中，由於螺紋高度的減小以及其相互傾斜的齒面，在黃銅材料同步環的摩擦面磨損的過程中接觸面也會發生變化。這也會影響到同步過程。在帶有位於兩個外同步環之間的中間環的同步環摞中，如果中間環是由黃銅製成，該同步環摞為了構成其摩擦面而在兩側塗有摩擦片襯裡。通常通過將各個摩擦片襯裡部段粘結在同步環相應預處理的摩擦片襯裡表面上而實現這種摩擦片襯裡的布設。用於製造這種帶有兩個通過摩擦片襯裡提供的、分別配屬於不同摩擦對的摩擦面的中間環的製造費用因此相應較高
發明內容
因此，從這些討論的現有技術出發，本發明所要解決的技術問題是，這樣進一步擴展開頭所述的同步環摞，使得在這種同步環摞的壽命內，至少一個包含在其中的摩擦對不僅具有恆定的摩擦係數，而且還在壽命中具有相同的同步特性。同樣，本發明所要解決的技術問題在於，這樣地進一步擴展開頭所述的方法，使得兩側的摩擦片襯裡的布設得以簡化。關於同步環摞的技術問題通過開頭所述的、形成類型的同步環摞解決，其中，黃銅材料同步環的摩擦面除了必要時存在的、沿軸向延伸的油槽之外是平滑的，並且黃銅材料同步環至少在其形成摩擦面的部段具有這樣一種組織，其中，在較低硬度的結晶基礎材料中摻入有較高硬度的顆粒，並且鋼材料同步環的摩擦對與該摩擦面互補的摩擦面通過由有機的粘結劑與摻入其中的填料顆粒製成的摩擦片襯裡構成，其中，填料顆粒具有比粘結劑更高的硬度。在這種同步環摞中，黃銅材料同步環和鋼材料同步環之間的摩擦對的兩個摩擦面這樣構造，使得摩擦面的與摩擦係數相關的表面特性在同步環摞的壽命內在給定的容許範圍內不變。其原因在於兩個形成摩擦對的摩擦面的、形成相應的摩擦面的部段的材料特性。 在這種同步環摞的至少一個摩擦對中，這樣設計兩個摩擦面的材料特性，使得在較軟的基礎材料中摻入較高硬度的顆粒。出於該目的，在鋼材料同步環中使用有機的摩擦片襯裡作為摩擦片襯裡，其由有機粘結劑和摻入其中的、具有較高硬度的作為填料的顆粒構成。這些顆粒優選是短纖維，尤其是碳纖維。黃銅材料同步環與該摩擦片襯裡的摩擦面共同作用的摩擦面具有摻入到較小硬度的結晶基礎材料內的較高硬度的顆粒。優選使用這種黃銅合金並且黃銅材料同步環通過相應適應的方法由該黃銅合金製成，使得在製造工藝的工程中形成作為較高硬度的顆粒的矽化物、例如Mn-Fe-矽化物和/或Ni-Co-矽化物。這些顆粒與短纖維填料一樣分散地分布在鋼材料同步環的襯裡的基礎材料中。包含在黃銅合金中並且相比基礎材料更硬的顆粒，例如前述的矽化物具有比與黃銅材料同步環的摩擦面共同作用的、通過摩擦片襯裡形成的、鋼材料同步環的摩擦面的粘結劑更高的硬度。原則上，摻入摩擦片襯裡中的較硬的填料顆粒也可以具有比用於形成黃銅材料同步環的摩擦面的基質更大硬度的黃銅合金。在摩擦對運行時，為了平衡兩個同步環的旋轉速度，由於摻入的較硬的顆粒，摩擦係數並不隨著磨損的增加而變化。而是，較硬的顆粒使得，摩擦面與已經出現的磨損無關地具有恆定的粗糙度。該粗糙度由於摻入的較硬的顆粒和包圍該顆粒並且相比該顆粒較軟的基礎材料之間的硬度對比形成。因為較硬的顆粒不僅分別在摩擦面的表面上， 而且也沿摩擦層的深度分布，所有摩擦面的前述特性在這種摩擦對的壽命內保持不變。就方法而言的技術問題按照本發明通過具有權利要求13所述的特徵的方法解決。具有三個同布環的同步環摞相宜地被這樣組裝在一起，即，其包括兩個黃銅材料同步環和一個鋼材料同步環，其中，鋼材料同步環是中間環。這種摩擦環摞的兩個摩擦對如前所述地構造。這意味著，鋼材料中間環在其在位於內部的黃銅材料環和位於外部的黃銅材料環的摩擦面之間伸出的環形部段在兩側帶有用於形成兩個摩擦面的摩擦片襯裡。兩個摩擦片襯裡優選在注塑或壓力注塑方法中布設在中間環的設計用於承載摩擦片襯裡的環形部段表面上。該同步環在其環形部段上具有中斷，使得可以僅從一側進行澆鑄。相應更簡單的是相關的模具方案。中斷部用於使輸入的可流動的、還沒有硬化的摩擦片襯裡物料通過利用由於工件的中斷部在環形部段的兩側產生的空缺到達模具的空腔中。如果中間環在其環形部段的自由端具有形式為缺口的中斷部，可以從該端側進行澆鑄。在這種澆鑄中有利的是，留下的澆鑄痕跡不在摩擦表面中。在沒有中斷部的情況下也可以從環形部段的自由端側澆鑄，然而如果環形部段的圍繞中斷部的連接件相對模具壁限定邊界，同步環在注塑或壓鑄模具中在其端側的密封更容易實現。


以下根據實施例根據

本發明。在附圖中示出圖1是舉例示出的同步環摞的單個同步環的橫截面視圖；圖2是由黃銅材料製成的外同步環的摩擦面的局部截面；圖3是圖1中的同步環在組合為同步環摞時的狀態，以及圖4是從圖3所示的同步環摞的中間環的內摩擦片襯裡的截面局部截取的放大圖。
具體實施例方式同步環摞1在所示的實施例中由三個單獨的同步環2，3，4組成。同步環2是位於內部的同步環。同步環3是中間環。同步環4是在同步環摞1中位於外部的同步環。位於內部的同步環2和位於外部的同步環4由黃銅材料製成，具體在所示的實施例中通過鍛造過程製成。同步環2位於內部的錐形表面5通過注塑方法塗覆摩擦片襯裡6。相反，黃銅材料同步環2的外摩擦面7未塗覆。摩擦面7形成同步環摞1的第一摩擦對的摩擦面。摩擦面7與鋼材料同步環3的第一摩擦面8共同作用。鋼材料同步環3是深衝成形體，由金屬板製成。鋼材料同步環3具有錐形的環形部段9，在該環形部段縮窄的端部沿徑向朝內突出地成型有凸緣部段10。在周向可見凸緣部段10的徑向延伸不一致。環形部段9具有中斷部11，12。環形部段9的中斷部11位於朝向同步環2的自由端。中斷部11在橫截面視圖中可見。中斷部12大約構造在環形部段9的中間部分。中斷部11以相同的角間距布置在環形部段9的環周上。為了示出，在圖1中用虛線示出了另一些分散布置在環周上的中斷部11，12。環形部段9在兩側塗覆有摩擦片襯裡13，14。位於內部的摩擦片襯裡14形成前面已經描述的、帶有同步環2的第一摩擦對的摩擦面8。位於外部的摩擦片襯裡14形成位於外部的摩擦面15，該摩擦面又與外同步環4未塗覆的摩擦面16—起為構成第二摩擦對而共同作用。鋼材料同步環也可以以其它方式製造，例如通過燒結或通過車削加工。鋼材料同步環的中斷部11，12用於這樣一個目的，以便在通過注塑方法在環形部段9相互同心地布置的表面上布設摩擦片襯裡13，14時能夠從一側進行澆鑄。中斷部11， 12用於使得輸入的摩擦片襯裡物料能夠按規定流入並分布在相應的注塑模具的空腔內。因此，中斷部11，12用作分散摩擦片襯裡物料的途徑，使得注塑模塊能夠相應更簡單地構造。 此外，提供了通過模具壁構成摩擦面8，15的可能性。因此基本上不需要後續加工。如以下參照圖4所述，在摩擦面8，15中構造有跟隨同步環3縱向延伸的油槽。在設計用於構造油槽的位置上，所使用的注塑模具具有相應的連接件。因此，摩擦面的結構在製造摩擦片襯裡是通過油槽實現。在其餘區域，摩擦面8，19是平滑的。如果澆鑄從環形部段9的自由端側沿軸向進行，澆鑄痕跡不在摩擦面8或15之一上，其中澆鑄例如可以通過型芯澆鑄實現。雖然如此，也可以從外側進行澆鑄，尤其是型芯澆鑄。中斷部11，12也用於實現形成摩擦片襯裡13，14的摩擦片襯裡物料和環形部段9 或同步環3之間的形狀配合連接。摩擦片襯裡物料通過中斷部12形狀配合地沿軸向和沿旋轉方向卡緊在環形部段9上。摩擦片襯裡物料通過中斷部11沿旋轉方向形狀配合地卡緊在環形部段9上。在所示的實施例中，在凸緣部段10和環形部段9之間的內部過渡區構造有縮窄部17。該縮窄部17同樣用摩擦片襯裡物料填充。同樣有利的是，外摩擦片襯裡 14延伸至環形部段9和凸緣部段10之間的過渡區，並由此從後面接合環形部段9。通過這兩種措施，摩擦片襯裡物料或者通過該物料形成的摩擦片襯裡13，14額外沿軸向形狀配合地卡緊在鋼材料同步環3上。要明確的是，為實現沿軸向作用的形狀配合連接，構造在環形部段9中的中斷部12不是一定必需的。兩個摩擦片襯裡13，14通過位於中斷部11，12中的摩擦物料的連接確保了摩擦片襯裡物料在同步環3的環形部段9上的機械連接。這尤其適用於通過位於中斷部11中的摩擦片襯裡材料連接摩擦片襯裡13，14，由此有效地避免了摩擦片襯裡從該自由端剝落。用於塗覆位於內部的同步環的摩擦片襯裡13，14以及摩擦片襯裡6的注塑或壓力注塑本身的過程優選通過在DE102007041218.7中描述的方法實現，其中，通過由於參考了申請人的這一較早的專利申請，也將其公開內容完全作為本申請說明書的主題。用於形成摩擦片襯裡13，14的摩擦片襯裡物料是有機天然物質。其包括有機的粘結劑，例如熱固性塑料，其中作為填料包含有短纖維。短纖維具有比基質材料更高的硬度。 通常使用通常由研磨產生的碳短纖維作為填料。在所示的實施例中，碳短纖維具有0. Imm 的平均長度。黃銅材料同步環2的摩擦片襯裡6具有相應的組成。使用短纖維作為填料顆粒以及必要時存在的其它填料在通過注塑或壓力注塑方法布設摩擦片襯裡時是相宜的。在使用短纖維作為填料顆粒時，原則上也可以使用其它長度。黃銅材料同步環4的摩擦面16以局部截取的形式在圖2中詳細示出。該視圖示出，在結晶的基質(基礎材料)中存在以黑色表示的顆粒P，基礎材料的結晶結構可通過各個結晶K的描繪看出。顆粒P的硬度高於形成基礎物料的結晶K的硬度。在所示的實施例中，顆粒是Mn-Fe-矽化物，顆粒如圖2所示分散摻入基質中。為了實現這種組織結構，使用 CuZn37Mn3A12PbSi類型的黃銅合金，並且為建立所示的同步環4的組織而加工，使得顆粒 P (在此是Mn-Fe-矽化物)形成沉積相。在此設計為，矽化物的面積比例大於2%，尤其大於3%，並且優選不大於10%。在所示的實施例中，顆粒P佔據約3. 9%的面積比例。根據所使用的黃銅合金，除了 Mn-Fe-矽化物之外或替代Mn-Fe-矽化物也可以形成其它矽化物， 例如Ni-Co-矽化物。圖3示出了帶有按規定相互嵌套布置的同步環2、3、4的同步環摞1。該視圖示出， 內同步環2(黃銅材料)的外摩擦面7和中間環3(鋼材料)的內摩擦面8形成第一摩擦對， 而中間環3的摩擦面15與外同步環4(黃銅材料)的摩擦面16形成第二摩擦對。由圖可見，同步環摞1構造為Smith同步裝置。同樣由圖3可見，在為形成鋼材料同步環3的摩擦片襯裡13，14從環形部段9的自由端側澆鑄摩擦片摞物料的情況下，不影響在該端側18可能存在的澆鑄痕跡，並因此在澆鑄過程之後也不必消除所述痕跡。每個摩擦對的兩個摩擦面7，8或15，16在同步環摞1中在其特性方面如前所述地在其組織特性方向相同地構造。摩擦對的兩個摩擦面由具有較小硬度的基礎物料和摻入其中的、具有比基礎物料的硬度更高的硬度的顆粒。通過選擇顆粒和/或其在摩擦面結構上的比例可以以簡單的措施設定摩擦係數。因此，可以在較大的變化範圍設定摩擦係數。此外，摩擦對的兩個摩擦面由於所述的特性「自鋒利化」，因為在摩擦面相對彼此旋轉運動的過程中，即便不可避免地要磨損，但是由於分別另一摩擦面加工出通常較硬的顆粒。因此， 摩擦係數在同步環或同步摞1的壽命中保持恆定。尤其不需擔心在使用同步環摞1的過程中一個摩擦面會將另一摩擦面磨光並因此持續降低一個或兩個摩擦對的摩擦係數。圖4示出了同步環3的位於內部的摩擦片襯裡13放大的局部截取視圖。為了形成油中斷的結構使摩擦片襯裡13的表面通過微結構構造。該微結構基本上可以無需再加工地按前述方法製造。如果前述微結構經過去除材料的再加工工序，則會形成尖銳的邊稜。 在這種情況下，微結構以一定的默認值成型並接著，例如通過車削加工去除材料。在圖4中示出了第二摩擦體19上從右邊看的其原始延伸，沒有後續去除材料的加工步驟。應理解為，在這些步驟中，用於形成摩擦體的摩擦片襯裡的形狀沒有精確的輪廓，因此可以設計較大半徑的邊稜。最後，在這種設計構造中，僅通過去除後續的摩擦片襯裡的加工步驟調節邊稜的尖銳程度。微結構通過各個摩擦體19形成，其背離環形部段9的上側是平滑的並且其中，連接摩擦體19的表面形成摩擦片襯裡13的摩擦面8。摩擦體19沿周向以相互間相同的角間距分散布置。因為摩擦片襯裡13是位於內部的襯裡，摩擦體19的上側凹地彎曲，具體以相應於位於內部的同步環2的摩擦面7的曲率的半徑彎曲。形成摩擦體13的上側的邊稜用於這一目的，即，在建立與同步環2的同步過程中去除位於摩擦面7，8之間的油膜。摩擦片襯裡13的厚度在所示的實施例中為0.8mm。摩擦體的寬度為0. 3mm。同步環3位於外部的摩擦片襯裡14的摩擦面15以相同的方式構造有用於去油目的的微結構。由鋼材料同步環的描述可知，可沒有較大成本開銷地製造尤其帶有兩個摩擦片襯裡和用於形成摩擦面的結構的鋼材料同步環。本發明的描述表明，實施形式不僅限於在說明書中具體說明的組成，而是替代通過例子描述的填料，在摩擦片襯裡中還可以使用其它具有相同特性的填料。同樣，可以替代所述的矽化物，也產生其它的沉積相作為摻入物。此外明確的是，針對摩擦對描述的均勻磨損的特性在不改變參與其中的摩擦表面的特性的情況下也適用於其它摩擦對。附圖標記列表1同步環摞2同步環(黃銅材料)3同步環(鋼材料)4同步環(黃銅材料)5 表面6摩擦片襯裡7摩擦面8摩擦面9環形部段10凸緣部段
11中斷部
12中斷部
13摩擦片襯裡
14摩擦片襯裡
15摩擦面
16摩擦面
17縮窄部
18端側
19摩擦體
K結晶
P顆粒
權利要求
1.一種同步環摞，該同步環摞包括至少兩個同步環0，3，4)，所述至少兩個同步環0， 3,4)分別具有一個摩擦面(7，8，15，16)，所述摩擦面可為了構成摩擦對而相互作用連接， 其中，至少兩個同步環⑶中的一個由鋼材製成，而另一個同步環(2，4)由黃銅材料製成， 其特徵在於，黃銅材料同步環0，4)的摩擦面(7，16)除了必要時存在的、沿軸向延伸的油槽之外是平滑的，並且黃銅材料同步環(2，4)至少在其形成摩擦面(7，16)的部段具有這樣一種組織，其中，在較小硬度的結晶基礎材料中摻入有較高硬度的顆粒(P)，並且鋼材料同步環⑶的摩擦對的與該摩擦面(7，16)互補的摩擦面(8，15)通過由有機粘結劑與摻入其中的填料顆粒製成的摩擦片襯裡(13，14)構成，其中，填料顆粒具有比粘結劑更高的硬度。
2.如權利要求1所述的同步環摞，其特徵在於，所述填料顆粒是短纖維，尤其是碳纖維。
3.如權利要求2所述的同步環摞，其特徵在於，所述短纖維具有約0.Imm的平均長度。
4.如權利要求1至3之一所述的同步環摞，其特徵在於，摻入較小硬度的基礎材料中的、較高硬度的顆粒(P)在黃銅材料同步環(2，4)的摩擦面(7，16)中具有大於2%，尤其大於3%的摩擦面(7，16)面積的面積比例。
5.如權利要求4所述的同步環摞，其特徵在於，摻入較小硬度的基礎材料中的較高硬度的顆粒(P)的面積比例不大於所述摩擦面(7，16)的10%。
6.如權利要求1至5之一所述的同步環摞，其特徵在於，摻入較小硬度的基礎材料中的較大硬度的顆粒(P)是矽化物、例如Mn-Fe-矽化物。
7.如權利要求1至6之一所述的同步環摞，其特徵在於，所述同步環摞(10包括三個同步環0，3，4)，其中，所述鋼材料同步環(3)是中間環，而其它同步環(2，4)同樣是黃銅材料同步環，其摩擦面(7，16)除了必要時存在的、沿軸向延伸的油槽之外是平滑的，並且黃銅材料同步環(2，4)至少在其形成摩擦面(7，16)的部段具有這樣一種組織，其中，在較小硬度的結晶基礎材料中摻入有較高硬度的顆粒(P)，並且鋼材料同步環(3)具有與該另一摩擦對的摩擦面(7，16)互補的摩擦面，其通過由有機粘結劑與摻入其中的填料顆粒製成的摩擦片襯裡(13，14)構成，其中，填料顆粒具有比粘結劑更高的硬度。
8.如權利要求7所述的同步環摞，其特徵在於，所述鋼材料同步環(3)在其伸入黃銅材料同步環(2，4)之間的、承載用於兩個摩擦對的摩擦片襯裡(13，14)的環形部段(9)的區域內具有中斷部(11，12)。
9.如權利要求8所述的同步環摞，其特徵在於，所述中斷部(11)通過設置在環形部段 (9)的自由端上的缺口形成。
10.如權利要求8或9所述的同步環摞，其特徵在於，所述缺口(1 布置在所述環形部段(9)的內部。
11.如權利要求1至10之一所述的同步環摞，其特徵在於，所述鋼材料同步環(3)在環形部段(9)和成型在環形部段上的、徑向延伸的部段(10)之間的內部過渡區的範圍內具有縮窄部(17)。
12.如權利要求1至11之一所述的同步環摞，其特徵在於，所述鋼材料同步環(3)是深衝環形體。
13.一種用於形成具有兩個相互同心布置的摩擦片襯裡(13，14)的同步環(3)的摩擦片襯裡的方法，其特徵在於，為形成摩擦片襯裡(13，14)使用能注塑和/或能壓力注塑的塑料物料，並且所述塑料物料藉助於塑料注塑或壓力注塑方法從要塗覆的環形部段(9)的一側進行，並且所述摩擦片襯裡物料通過同步環(3)的環形部段(9)中的中斷部(11，12)從澆鑄側偏轉和/或引導到設計用於形成摩擦面(13，14)的一個或兩個環形部段面上。
14.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述摩擦片襯裡物料的澆鑄通過位於外部的環形部段面實現。
15.如權利要求13所述的方法，其特徵在於，所述摩擦片襯裡物料的澆鑄通過環形部段的自由端面進行。
16.如權利要求13至15之一所述的方法，其特徵在於，通過所述方法塗覆鋼材料同步環(3)，以形成其摩擦面(8，15)，所述鋼材料同步環(3)如權利要求7至12之一設計。
全文摘要
一種同步環摞，包括至少兩個同步環(2，3，4)。所述至少兩個同步環(2，3，4)分別具有一個摩擦面(7，8；15，16)，所述摩擦面可為了構成摩擦對相互作用連接。兩個同步環中的至少一個由鋼材製成，而另一個同步環由黃銅材料製成。黃銅材料同步環具有這樣一種組織，其中，在較小硬度的結晶基礎材料中摻入有較高硬度的顆粒P。鋼材料同步環(3)的摩擦對的與該摩擦面互補的摩擦面(8，15)通過由有機的粘結劑與摻入其中的填料顆粒製成的摩擦片襯裡(13，14)構成，其中，填料顆粒具有比粘結劑更高的硬度。一種用於形成具有兩個相互同心布置的摩擦片襯裡(13，14)的同步環(3)的摩擦片襯裡的方法，其中規定，使用能注塑和/或能壓力注塑的塑料物料，並且所述塑料物料藉助於塑料注塑或壓力注塑方法從要塗覆的環形部段(9)的一側進行，並且所述摩擦片襯裡物料通過環形部段(9)中的中斷部(11，12)從澆鑄側偏轉到設計用於形成摩擦面(13，14)的一個環形部段面上。
文檔編號F16D23/02GK102575723SQ200980161636
公開日2012年7月11日 申請日期2009年9月24日 優先權日2009年9月24日
發明者H.格默特, H-J.雷克特恩, J.芒斯特 申請人:奧託福克斯兩合公司