CN101952615A - 能液压地或气动地操作的、形状配合的换挡元件 - Google Patents

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Abstract

提出一种能液压地或气动地操作的、形状配合的换挡元件，包括：可液压地或气动地操作的活塞(1)，活塞(1)具有活塞腔(2)，液压介质或者压力介质位于所述活塞腔(2)中；用于活塞(1)的压力介质输送机构(6)；爪齿(3)和对爪齿(4)，爪齿(3)在对入状态下嵌入对爪齿(4)中，在该换挡元件中，通过在爪齿(3)和爪齿(4)彼此处于齿搭齿位置时解除爪齿(3)与液压的或气动的体积流的联系，并且通过由与活塞(1)有效连接并且与压力介质输送机构(6)相连的液压的或气动的压力蓄能器(7)对爪齿(3)进行预紧，而提高爪齿(3)的啮入速度，其中，爪齿空隙，即爪齿(3)可以啮入其中的窗口保持得尽可能小，从而在换挡元件贴靠的状态下，爪齿(3)和爪齿(4)彼此处于齿搭齿位置的概率尽可能地高。

Description

能液压地或气动地操作的、形状配合的换挡元件
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件。
本发明特别地涉及一种能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，用于可负载换档的汽车变速器，优选用于呈行星结构形式或者呈中间轴结构形式的或者呈混合结构形式的汽车变速器，或者用于带有多个分动区的无级变速器，例如用于液静力的、机械的或者电的多分动区变速器。
背景技术
在可负载换档的汽车变速器中，一般设置有可液压操作的片式换档元件。所述片式换档元件通过液压操作的活塞受到压缩并且以这种方式加以操作，所述活塞的压力通过液压控制器来控制。在此，可以通过有针对性地调整操作力进而调整存在转速差的情况下的摩擦力矩来执行负载换档，而不会出现牵引力中断。
有缺陷的是，所述片式换档元件在打开状态下由于摩擦面之间很小的间距以及包含于其中的油或者空气-油混合物而在存在转速差的情况下具有倒拖力矩。
形状配合的换档元件或者爪齿式离合器和爪齿式制动器已由大量不同的车辆应用并且尤其是变速器应用得以公知；例如这样实施的换档元件在自动化的中间轴变速器或者可切换的横向锁销或纵向锁销中使用。在这些应用中，换档元件一般以可气动操作或可电机械操作的方式实施。
在一定的结构情况下可行的是，用形状配合的换档元件替代片式换档元件。在此，是指在加档时仅脱开的换档元件，或者是指仅在倒档时挂入的换档元件。
这种变速器例如由申请人的DE 10244023 A1提出。在此，提出如下的汽车变速器，包括多个换档元件和多个可通过换档元件接入能流(Leistungsfluss)的齿轮，其中，为了调整传动比，而闭合换档元件中的各至少一个。
在公知的变速器中，在加档时接入的换档元件实施为摩擦配合的换档元件构成，其中，表现为在加档时各仅一个要断开的换档元件的换档元件被实施为呈爪齿形式的形状配合的换档元件。按照DE 10244023 A1，所述形状配合的换档元件可以实施为可液压地或者机械地操作的换档元件。
通过使用形状配合的换档元件或者爪齿可以很大程度上避免倒拖力矩。此外，与片式换档元件相比，爪齿基于形状配合的传递而需要较小的操作力和较少的结构空间。
为了利用液压控制件对汽车变速器内的形状配合的换档元件或者爪齿进行液压操作，特别有利的是，通过已经存在的液压压力来适当地操作爪齿。
如果爪齿直接与液压系统的活塞相连，这导致的缺陷是，当处于齿搭齿位置时，由于液压系统中活塞的突然停滞，特别地在多重抵抗(Abweisen)的情况下，产生反作用。此外，当越过齿搭齿位置时，爪齿的嵌入速度有可能过低，以致不能在足够短的时间内实现足够程度地重叠承力(tragend)的爪齿面，这是因为爪齿推移速度依赖于可供使用的体积流并且进而依赖于泵设计方案和通道横截面以及活塞面。
也有可能出现这些情况，其中，在一定的速度差下速度不足以能够在碰到空隙时以足够程度将爪齿对入(einrücken)，以确保足够程度的重叠。
为了解决这个问题，可以把爪齿空隙增大；另选地或者附加地可以改变爪齿的倾斜度。在爪齿空隙增大的情况下，负载变换时换档元件上的转换余隙增大，有缺陷的是，这对行驶舒适度和噪音产生有不利的影响。
在改变爪齿的倾斜度的情况下，产生轴向作用的抵抗力，由此，爪齿总是被压力阻住；此外，所述轴向力作用于相关轴向轴承，伴随有对于寿命和效率相应不利的影响。
发明内容
本发明基于如下任务，即，提供一种可液压地或者气动地操作的、形状配合的换档元件，所述换档元件适于用在可负载换档的汽车变速器中或者用在无级变速器中，其中，由现有技术公知的、所提及的缺点得以避免。特别是，换档元件的爪齿的啮入速度应当提高并且应当保证足够程度地重叠承力的爪齿齿面。
该任务通过权利要求1的特征得以解决。其他按本发明的构造方案和优点由从属权利要求得出。
据此，提出一种可液压地或者气动地操作的、形状配合的换档元件，包括：可液压地或气动地操作的活塞，该活塞具有活塞腔，液压介质或者压力介质位于所述活塞腔中；带有爪齿啮合部的爪齿；以及对爪齿，所述爪齿啮合部在对入的情况下嵌合到对爪齿中，在所述换档元件中，通过在爪齿与对爪齿彼此处于齿搭齿位置时解除爪齿与液压的或气动的体积流的联系，并且通过由与活塞有效连接(in Wirkverbindung stehend)的液压的或气动的压力蓄能器对爪齿进行预紧，来提高爪齿的啮入速度。
按照本发明的改进方案，爪齿空隙，也就是爪齿可以啮入其中的窗口保持得尽可能地小，从而在换档元件贴靠的状态下，齿搭齿位置的概率尽可能地高。在此，在限定的转速窗口内，留有足够的时间，以便足够多地补充体积流并且在液压的或者气动的压力蓄能器中蓄积由此产生的能量。当爪齿碰到空隙时，按照本发明，爪齿通过所蓄积的能量而得到非常强烈的加速，由此，确保足够程度地重叠爪齿齿面。
优选的是，液压的或气动压力蓄能器位于换档元件的活塞的附近，其中，换档元件的活塞优选直接与爪齿相连。例如液压或者气动压力蓄能器可以布置在换档元件的壳体中，布置在压力油或者压缩空气输送机构中或者居中地布置在旋转的轴中。
另外，还设置有弹簧，用于回推(对于无压力状态下换档元件的状态为打开的情况)或者对入(对于无压力状态下换档元件的状态为闭合的情况)换档元件的爪齿，其中，当所述活塞被液压地操作时，弹簧起到对抗活塞的作用。
附图说明
下面，结合附图以举例的方式详细阐述本发明。其中：
图1示出按照本发明的形状配合的换档元件的优选实施方式在分离状态下的示意截面图；
图2示出图1中的按照本发明的形状配合的换档元件在贴靠状态下的示意截面图；
图3示出图1中的按照本发明的形状配合的换档元件在预紧状态下的示意截面图；以及
图4示出图1中的按照本发明的形状配合的换档元件在嵌入状态下的示意截面图；
具体实施方式
在图1中示出按照本发明的可液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件的一种示例性组装方案。
所述换档元件包括可液压地或气动地操作的活塞1，活塞1具有活塞腔2，液压介质或者压力介质位于所述活塞腔2中，所述换档元件还包括爪齿3和对爪齿4，爪齿3在对入状态下嵌入对爪齿4中。
所述换档元件还包括用作分离弹簧(Ausrückfeder)的弹簧5，用于对爪齿3进行回推(对于无压力状态下换档元件的状态为打开的情况，这相应于所示的实施方式)或者对入(对于无压力状态下换档元件的状态为闭合的情况)，其中，当活塞1被液压地或气动地操作时，弹簧5起到对抗活塞1的作用。对于换档元件在无压力状态下被闭合或者被对入的情况(常闭布置方案(normally-closed-Anordnung))，活塞腔2和弹簧5相互交换。在图1示出的示例中，换档元件在无压力状态下打开，从而当所述活塞1向右推移时，弹簧5起到对抗活塞1的作用。优选的是，弹簧5直接作用于活塞1。
在另一未示出的实施方式的范畴内，设有另一个力腔来代替弹簧5，从而对爪齿3的回推(对于无压力状态下换档元件的状态为打开的情况)或者分离(对于无压力状态下换档元件的状态为闭合的情况)通过构建作用于活塞1的对抗压力而以液压的方式进行。
用6在图中标示活塞1的压力介质输送机构，压力介质输送机构6与活塞腔2相连。
按照本发明，设置有与压力介质输送机构6相连的液压的或气动的压力蓄能器7，当爪齿3和4彼此处于齿搭齿位置时，所述压力蓄能器7使蓄积由体积流产生的能量成为可能。当爪齿3在继续转动时碰到对爪齿4的空隙时，该能量被释放。即通过压力蓄能器使得当爪齿3和4彼此处于齿搭齿位置上时维持体积流成为可能。
如从图1得知地，压力蓄能器7实施为活塞蓄能器并且包括蓄能器活塞8和蓄能器弹簧9。当爪齿3和4彼此处于齿搭齿位置时并且进而在活塞1停住时(活塞1直接与爪齿3相连)，通过体积流活塞8被对抗弹簧的力地推移；能量作为弹簧能得以蓄积，并且接着当活塞1能够继续运动，这种情况下就是当爪齿3碰到对爪齿4的空隙时，该能量作为液压能量传递到活塞1上，用以闭合换档元件。
此外按照本发明设置为，爪齿空隙保持得尽可能小，从而在换档元件处于贴靠状态下，爪齿3和4彼此处于齿搭齿位置的概率尽可能地高。
在图2中示出在贴靠的状态下的、图1所示的按照本发明的换档元件，其中，爪齿3和对爪齿4的彼此相对位置是齿搭齿位置；压力蓄能器7的弹簧9尚未被预紧。
当体积流被维持时，在齿搭齿位置的情况下，活塞1不能继续朝向最大位置的方向运动(即，在图中向右)，从而如图3所示地，使弹簧9被压缩并且被预紧。蓄能器活塞8在所示的示例中推移到最大位置。
当爪齿3在继续转动时碰到对爪齿4的空隙，活塞1进而还有与该活塞相连的爪齿3通过蓄积在弹簧9中的、转化为液压能的能量而非常强烈地加速并且进而快速地对入，由此，确保了足够程度地重叠换档元件的承力的爪齿齿面。对入状态下的按照本发明的换档元件是图4的主题。
按照本发明，弹簧5可以实施为单个的螺旋弹簧、螺旋弹簧组件、盘形弹簧、盘形弹簧组件或者其他机械弹簧。压力蓄能器7可以实施为呈带有活塞的螺旋弹簧蓄能器形式的或者呈带有活塞的盘形弹簧蓄能器形式的液压蓄能器或气动蓄能器，压力蓄能器7或者实施为气压蓄能器或者实施为任意合适的液压压力蓄能器或气动压力蓄能器。
此外，可以使用油、空气或者其他合适的压力介质作为用于操作换档元件活塞1的压力介质。
此外，爪齿啮合部既可以构造为轴向爪齿，也可以构造为径向爪齿或者构造为任意形状配合的、适用于传递扭矩的机构。在作为爪齿式离合器使用中，也就是当两侧转动时，可以以具有优点的方式设置有附加的旋转平衡件(Rotationsausgleich)，该旋转平衡件例如可以布置在分离弹簧5的腔内。
不言而喻地，每个结构性构造方案，特别是按照本发明的换档元件的构件自身的或者彼此间的并且就此而言技术上有意义的每个空间布置方案都落在这里的权利要求的保护范围内，即便这些构造方案没有详细地在图中或者在说明书中表达，也不影响到如在这里的权利要求中给出的换档元件功能。
附图标记
1 活塞
2 活塞腔
3 爪齿
4 对爪齿
5 弹簧
6 压力介质输送机构
7 压力蓄能器
8 蓄能器活塞
9 蓄能器弹簧

Claims (13)

1.能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，包括：能液压地或气动地操作的活塞(1)，所述活塞(1)具有活塞腔(2)，液压介质或者压力介质位于所述活塞腔(2)中；用于所述活塞(1)的压力介质输送机构(6)；爪齿(3)和对爪齿(4)，所述爪齿(3)在对入状态下嵌入所述对爪齿(4)中，其特征在于，通过在所述爪齿(3)和(4)彼此处于齿搭齿位置时解除所述爪齿(3)与液压的或气动的体积流的联系，并且通过由与所述活塞(1)有效连接的并且与所述压力介质输送机构(6)相连的液压或气动压力蓄能器(7)对所述爪齿(3)进行预紧，来提高所述爪齿(3)的啮入速度。
2.按照权利要求1所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，爪齿空隙，即所述爪齿(3)能够啮入其中的窗口保持得尽可能小，从而在所述换档元件贴靠的状态下，所述爪齿(3)和(4)彼此处于齿搭齿位置的概率尽可能地高。
3.按照权利要求1或者2所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，所述液压或气动压力蓄能器(7)为了对所述爪齿(3)进行预紧而被实施为呈带有活塞的螺旋弹簧蓄能器形式的或者呈带有活塞的盘形弹簧蓄能器形式的压力蓄能器，或者实施为气压蓄能器或者实施为任意合适的液压或气动压力蓄能器。
4.按照权利要求1、2或者3所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，所述液压或气动压力蓄能器(7)被实施为活塞蓄能器，包括：蓄能器活塞(8)和蓄能器弹簧(9)，其中，在所述爪齿(3)和(4)彼此处于齿搭齿位置并且因此在所述活塞(1)停住时，通过体积流，所述活塞(8)对抗所述弹簧(9)的力地被推移，从而能量作为弹簧能被蓄积，其中，当所述活塞(1)能够继续运动时，这种情况就是当所述爪齿(3)碰到所述对爪齿(4)的空隙时，所述能量作为液压能传递到所述活塞(1)上，用以闭合所述换档元件，由此，确保了足够程度地重叠承力的爪齿齿面。
5.按照权利要求1、2、3或者4所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，设置有弹簧(5)，用于对所述爪齿(3)进行回推(对于在无压力的状态下所述换档元件的状态为打开的情况)或者进行对入(对于在无压力的状态下所述换档元件的状态为闭合的情况)，其中，当所述活塞(1)被液压地或气动地操作时，所述弹簧(5)起到对抗所述活塞(1)的作用。
6.按照权利要求5所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，所述分离弹簧(5)直接作用于所述活塞(1)。
7.按照权利要求5或6所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，设置有另外的压力腔来替代所述弹簧(5)，从而对所述爪齿(3)进行的回推(对于在无压力状态下所述换档元件的状态为打开的情况)或者分离(对于在无压力状态下所述换档元件的状态为闭合的情况)，通过构建作用于所述活塞(1)的对抗压力而以液压的方式来进行。
8.按照前述权利要求5或6之一所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，所述弹簧(5)被实施为单个螺旋弹簧、螺旋弹簧组件、盘形弹簧、盘形弹簧组件或者其他机械弹簧。
9.按照前述权利要求之一所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，所述液压或气动压力蓄能器(7)布置在所述换档元件的所述活塞(1)的附近。
10.按照权利要求9所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，所述液压或气动压力蓄能器(7)在所述换档元件的壳体中，布置在压力油输送机构或压缩空气输送机构中或者居中地布置在转动的轴中。
11.按照前述权利要求之一所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，所述活塞(1)直接与所述爪齿(3)相连。
12.按照前述权利要求之一所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，爪齿啮合部既被构造为轴向爪齿，也被构造为径向爪齿，或者说被构造为任意的形状配合的、适用于传递扭矩的爪齿。
13.按照前述权利要求之一所述的能液压地或气动地操作的、形状配合的换档元件，其特征在于，对于所述换档元件的两侧均转动的情况，设置有旋转平衡件。
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