CN103874864B - 用于操纵换挡元件的操纵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操纵至少一个换挡元件（3、4、5）的操纵装置，所述换挡元件能通过换挡装置（6、7、8）换挡，其中，所述换挡装置（6、7、8）具有压力腔（6a、7a、8a）以及截止阀（17），所述压力腔带有用于压力介质的供给部（26）。提出，截止阀（17）以能电控制的方式与至少一个换挡元件（3、4、5）抗相对转动地连接，并且能以无接触的方式供给用于操纵截止阀（17）的电能。

Description

用于操纵换挡元件的操纵装置
技术领域
本发明涉及一种用于操纵至少一个换挡元件的操纵装置，所述换挡元件能通过换挡装置换挡，以及涉及一种该操纵装置的应用。
背景技术
在目前的汽车变速器中、尤其是自动变速器中，行车通过构造为盘式换挡元件或牙嵌式换挡元件的换挡元件(即离合器或制动器)进行换挡。该换挡通常以液压方式进行，也就是说，通过呈活塞/缸单元形式的换挡装置进行，所述换挡装置被施加以压力油。该压力油由泵传送，并通过供油部从变速器壳体经由所谓的转动供油部引导到旋转的传动轴中，并从传动轴引导至换挡装置。通过液压循环，也就是说变速器油泵的功率、密封部位、供给管路中的压力降以及漏损产生了损耗，该损耗对变速器效率造成负担。这个发明的目的在于需将由液压循环、尤其是由该换挡导致的损耗保持得尽可能低，以便由此获得尽可能高的变速器效率。主要目的在于，在换挡元件闭合时必须持续补充(也就是说维持)在液压缸中的油压(所谓的闭合压力)，以便能够传输在换挡元件中所需的转动力矩。该压力必须由汽车马达驱动的液压泵加载，由此导致损耗。
通过申请人的DE 102 05 411 A1公知一种可液压换挡的盘状换挡元件，其在闭合的状态下，也就是说在转动力矩传输过程中以机械方式通过闭锁装置锁定。由此维持盘片之间的压紧力，而无需液压作用，由此使变速器油泵减轻负担。在未示出的变型方案中，将闭锁装置构造为截止阀，该截止阀布置在液压缸的供给区域中。因此使得缸的压力腔朝向泵封闭，并维持用于维持盘组中的压紧力所需的压力。因此，在该变型方案中也在换挡元件闭合时使变速器油泵减轻负担。
通过申请人的DE 10 2006 049 283 A1公知一种用于变速器的同步装置，其中空套齿轮能通过布置在传动轴中的、构造为缸/活塞单元的致动器换挡。该致动器的缸具有两个压力介质管路，在所述压力介质管路中布置截止阀，通过该截止阀可以维持存在于该缸中的压力，而泵无需消耗功率。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的任务在于提出开篇所述类型的具有尽可能小的损耗的操纵装置，尤其是对于在变速器中的应用。
本发明的任务通过提供一种用于操纵至少一个换挡元件的操纵装置以及该操纵装置在汽车变速器中的应用来解决。有利的设计方案被给出。
根据本发明，截止阀与至少一个换挡元件抗相对转动地连接并且能够电驱控，所述截止阀保持换挡装置的压力腔中的闭合压力，其中可以无接触的方式供给电能。无接触的能量传输优选基于感应实现，其中可以设置位置固定的初级线圈和一同旋转的次级线圈。因此，避免了用于能量供给的插塞连接和机械摩擦损耗。
根据优选实施方式，换挡装置能液压地或气动地操纵，也就是，不仅仅局限于一种压力介质。
根据另一优选实施方式，换挡装置构造为波纹管，该波纹管能用压力介质填充。波纹管构成闭合的压力腔，其中不需要密封垫。由此获得绝对密闭的优点，并通过密封元件的取消获得效率提升。波纹管中的闭合压力通过截止阀维持。
根据另一优选实施方式，至少一个换挡装置构造为活塞/缸单元，该单元能够被施加液态或气态的压力介质。
根据另一优选实施方式，所述活塞构造为环形活塞。由此，可以将由换挡装置产生的换挡装置作用力传输到换挡元件上，例如盘式离合器上。
根据另一优选实施方式，截止阀构成执行器的组件或部件，该执行器附加包括电动机和阀丝杠，该阀丝杠使得设有传动螺纹的阀门闭合件运动。通过该丝杠/螺母驱动，可以实现用于截止阀的相对较高的闭合压力。根据定义，执行器(也称为致动器)包括驱动部件(这里是电动机)和阀部件(闭合机构)，在此是具有阀丝杠的阀门闭合件。
根据另一优选实施方式，该截止阀是执行器的部件，该执行器包括励磁线圈、衔铁和阀杆，该阀杆操纵阀门闭合件。因此，执行器的该实施方式如同电磁阀一样以纯粹的平移运动进行工作。由此在较低的成本下实现更高的闭合速度或者更高的阀动力。
根据另一优选实施方式，在至少一个换挡元件上固定电子控制装置(也称为电子模块)。在一同旋转的电子模块中容纳电子组件(例如用于以无接触的方式能量传输的次级线圈)，并且也容纳执行器的部件。该电子模块是在很大程度上可预先安装的单元。
根据另一优选实施方式，将功能支架与该至少一个换挡元件连接，执行器的可运动的部件容纳在所述功能支架中，并浮游地布置在液压液体中。因此，实现离心力补偿：可运动的部件例如阀丝杠、电枢轴和阀门闭合件由于液压液体而受到浮力(Auftrieb)，该浮力与离心力的作用方向相反地取向。
根据另一优选实施方式，所述可运动的部件的平均密度接近于液压液体(优选是液压油或变速器油)的平均密度。这可以例如通过空心结构形式(电枢空心轴)或轻质结构形式(塑料材料或轻金属材料)实现。
根据另一优选实施方案，在执行器和换挡元件之间的力线中设置蓄力器，该蓄力器具有补偿减弱的换挡装置作用力的功能。因此，避免了换挡元件(例如盘式离合器)的意外打滑。蓄力器可以构造为弹性件，例如构造为碟簧和/或弹性环形活塞。
根据另一优选实施方案，通过转动传输部(也就是说，用于将流体从位置固定的构件传输到旋转构件上的装置)向截止阀供给流体。在此有利地，单个的转动传输部给多个截止阀以及其所配属的换挡装置供应流体，由此降低导致摩擦损耗和漏损损耗的转动传输部的数目。因此，可以选择性地用仅一个压力调节阀和仅一个转动传输部操纵多个换挡元件。
根据另一优选实施方案，向转动传输部施加相应于润滑压力级的压力级，例如润滑压力级具有0.3bar的润滑油压。因此实现了，在压力调节阀闭合时，也就是当没有压力施加在转动传输部上时，转动传输部不引起气泡。液压系统中的气泡将影响可再现的调节性能。总之，在变速器的情况下存在有润滑压力级。
根据另一优选实施方式，为电子模块和该至少一个换挡装置配属具有位移发送器和接收器的无接触式位移测量装置。位移发送器可以优选布置在换挡装置(例如盘式离合器)的环形活塞上。此外，可以设置压力传感器或力传感器。因此可以探测换挡元件的各个工作状态(开启、闭合或中间位置)。换挡质量可以由此得到改善，并且可以识别并跟踪换挡装置中缓慢的压力损耗，而其不会导致行驶性能的改变。
根据另一优选实施方案，设置蓄压器，该蓄压器由间歇性运行的电泵充载。由此可以以恒定的压力级提供液压液体并减小液压泵的驱动功率。
总之，根据本发明的一方面，提供一种用于操纵至少一个换挡元件的操纵装置，所述操纵装置包括换挡装置，所述换挡元件能通过所述换挡装置换挡，其中，所述换挡装置具有压力腔以及截止阀，所述压力腔带有用于压力介质的供给部，其特征在于，所述截止阀以能电控制的方式与所述至少一个换挡元件抗相对转动地连接，并且能以无接触的方式供给用于操纵所述截止阀的电能，其中，所述操纵装置还包括电子控制器，所述电子控制器与所述至少一个换挡元件连接，并且所述电子控制器与所述至少一个换挡元件通过功能支架被抗相对转动地连接到传动轴。
根据本发明的另一方面，将上述的操纵装置应用于变速器，尤其是汽车自动变速器。由此可以改善变速器的整体效率。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并在下文进一步说明，其中由说明书和/或附图可以得出其它特征和/或优点。其中：
图1示出根据本发明的用于变速器的具有截止阀和换挡元件的操纵装置的轴向剖面图；
图2示出用于操纵换挡元件的液压线路图；
图3示出用于容纳执行器的电子模块；
图4示出通过具有无接触式位移测量装置的换挡元件的轴向剖面图；并且
图5示出作为本发明另一种实施例的构造为波纹管的换挡装置。
具体实施方式
图1示出用于汽车自动变速器的根据本发明的操纵装置，该自动变速器具有传动轴1，在该传动轴上抗相对转动地布置具有旋转轴线a的所谓功能支架2。通过功能支架2将一共三个换挡元件连接，即第一盘式离合器3、第二盘式离合器4、以及牙嵌式离合器5。可液压操纵的换挡装置(构造为活塞/缸单元6、7、8)配属给换挡元件3、4、5。换挡装置6、7分别具有呈环形的构造为压力腔6a、7a的环形缸，所述压力腔布置在功能支架2中。换挡元件3、4、5在驱动侧通过公共的组合的盘式/牙嵌式支架9连接，该支架基于第一盘式离合器9构造为外部盘支架9a，基于第二盘式离合器4构造为内部盘支架9a，并且就牙嵌式离合器5而言构造为牙嵌式支架9c。第一盘式离合器3的从动侧具有内部盘支架3a，该内部盘支架与呈圆筒状的从动件10连接。牙嵌式离合器5与另一个呈圆筒状的从动件11连接。第二盘式离合器4具有外部盘支架4a，该外部盘支架构成第三从动件12。第一盘式离合器3通过第一环形活塞13操纵，并且第二盘式离合器4通过第二环形活塞14操纵，而牙嵌式离合器5通过多个布置在功能支架2的周长上的换挡臂15进行操纵。组合的盘式/牙嵌式支架9与功能支架2通过连接元件16抗相对转动地连接，以使得三个换挡元件3、4、5的驱动侧通过功能支架2与传动轴1连接。功能支架2因此也是换挡元件3、4、5的支架。
根据本发明，在包括两个彼此连接的主体2a、2b的功能支架2中布置截止阀17，所述截止阀监控向换挡装置7的压力腔7a的压力油供给。在示意性示出的变速器壳体18和传动轴1之间设置所谓的转动供油部19，也称为转动传输部，也就是说，压力油从相对壳体固定的管道20转送到在传动轴1中的环形槽21中。从那里，压力油通过径向钻孔22、轴向钻孔23和另一个径向钻孔24到达功能支架2的油管道25中，并从那里到达截止阀17中。压力油管道26从截止阀17引导至压力腔7a中。向换挡装置6、8的其它压力腔6a、8a的压力油供给部分地用虚线示出，配套的截止阀在该剖面图中不可见，因为它们在周向方向上错开地布置。原则上，各个换挡装置6、7、8配备有截止阀，这也可以从下文对图2的解释看出。
截止阀17以电动方式操纵，在所示的实施例中通过布置在构造成环状的电子控制器28(也称为电子模块28)中的电动机27操纵。还具有其它功能的电子模块28是申请人的另外同时提交的专利申请(内部案号ZF 003896)的主题。该同时申请的主题全部纳入本申请的公开内容中。截止阀17结合电动机27构成执行器，也称为致动器。该截止阀17具有转动轴17a、以及与其通过传动螺纹连接的阀门闭合件17b。转动轴17a与空心轴17c连接，在该空心轴上布置电动机27的未设有附图标记的电枢。执行器的可运动的部件，例如转动轴17a和空心轴17c(它们平行于旋转轴线a布置)在旋转的功能支架2的情况下承受离心力作用，并且因此浮游地布置在压力油中，由此产生与离心力相反取向的浮力。该离心力可以通过可移动的阀组件在形式和材料方面的构造而得到补偿。电子模块28、尤其是电动机27基于感应获得其电能以及其信号用于闭合和开启截止阀17：为此一方面设置在壳体侧的、也就是说相对位置固定的初级线圈29，并且另一方面设置布置在旋转的电子模块28中的次级线圈30。电子模块28的其它细节将结合对图3的说明进行解释。
操纵装置优选地具有蓄力器，该蓄力器布置在执行器或者说截至阀17以及换挡元件4之间(并且同样在其它执行器与换挡元件之间)的力线中，并且在盘组中对于减弱的压紧力充当能量储备。优选地，蓄力器可以构造为弹性件，例如构造为碟簧，其中该碟簧也可以整合到环形活塞14中。
图2示出用于根据图1的换挡装置6、7、8的液压接线图区段，所述换挡装置6、7、8配属给根据图1的换挡元件3、5、7。根据图1的截止阀17配属给换挡装置，也就是活塞/缸单元7。截止阀31、32分别配属给换挡装置6、8。相应于图1，用附图标记19表示转动供油部(也称为转动传输部)，也就是说从壳体到旋转的传动轴中的油转送。电动式间歇性驱动的变速器油泵33(简称为泵33)将压力油传送到蓄压器34中，从该蓄压器出发将压力油通过压力调节阀35、36供给至转动输油器19和另一个转动输油器37。换挡装置6通过自己的转动供油部37进行供应，而，两个换挡装置7、8在转动输油器19之后平行地联接，也就是说，两个换挡装置7、8具有公共的转动输油器19，由此可以节省另一个带来损耗的转动输油器。因此每个换挡装置6、7、8由自己的截止阀31、17、32监控，以使得当离合器闭合时可以在压力腔中维持闭合压力，而无需将蓄压器34分接或者使泵33分出功率。
转动输油器19、37在压力调节阀闭合时被施加润滑油压力，因此转动输油器19、37不吸入气泡。约1.5bar大小的润滑油压存在于变速器中。
图3以立体视图示出作为单独的结构单元的电子模块28，其中以剖面图示出两个截止阀(图1中所示的截止阀17以及另一个相同的截止阀38)。电子模块28具有构造成环状的壳体39，该壳体通过盖板40向外封闭。在壳体39内部布置电动机27的定子(其对于相同的部件使用与图1中相同的附图标记)。在壳体39上成形接合套管41，通过该接合套管将电子模块28与功能支架2的主体2a(参见图1)连接。同时，通过O型密封圈42实现壳体39相对于功能支架2的主体2a中的油腔的密封。在该附图中，可以看到四个截止阀，两个具有附图标记17、38，另外两个没有附图标记。也就是说总体上，可以在电子模块28的周长上布置六个截止阀。如以上所述，转动轴17a和空心轴17c在油中运行：它们一方面承受离心力作用，并且另一方面受到浮力，该浮力通过排走的油量的重量确定。为了实现尽可能大的浮力，将电枢轴17c构造成空心。附加的是，优选使用具有小比重的材料，以便将离心力作用保持低位。由附图看出，空心轴17c被双重支承。代替用于产生转动运动的电动机27，也可以根据磁阀的类型使用与阀杆连接的磁体。那么阀杆的平移运动直接传输到闭合件上。如以上所述，基于感应进行电能的传输：为此在电子模块28内部在径向上位于内部的区域中布置二次绕组30，该二次绕组与此处未示出的一次绕组(参见图1)处于作用连接。
关于电子模块28的构型和工作方式的其它细节将参见如上所述的、申请人的具有内部案号ZF 003896的同时提交的申请。
图4示出穿过功能支架2和换挡元件3、4的另一个轴向剖面图(对于相同的部件使用与图1中相同的附图标记)。在电子模块28上布置无接触式位移测量装置43，该位移测量装置根据差动变压器的方法工作。位移测量装置43包括在换挡元件3的环形活塞13上固定的发送器栓柱44、以及布置在电子模块28上的构造成杯形的接收器部件45，发送器栓柱44进入到所述接收器部件中。可以在电子模块28的周长上布置多个上述位移测量装置。
此外，还可以附加地设置压力传感器和/或力传感器(未示出)，所述传感器的信号被电子控制装置28接收。
图5示出具有盘组47的换挡元件46作为本发明的另一个实施例，其通过波纹管48获得转动力矩传输所需的压紧力。波纹管48(其一侧支撑在盘组47上并且另一侧支撑在换挡元件46的壳体上)的内部通过供给管49用压力介质(压力油或压力空气)填充。在供给管49的区域中布置根据本发明的截止阀(未示出)，该截止阀在离合器闭合时维持波纹管48中的闭合压力，并因此负责恒定转动力矩的传输。在波纹管的情况下有利的是，不需要呈活塞环或O型密封圈形式的密封元件并且不发生漏损。此外，可以将波纹管48直接安置在换挡元件46中，由此取消了在功能支架2中的压力腔和环形活塞(参见图1)。
如上所述，将功能支架构造为多功能支架，并因此还可以承担其它功能，例如容纳冷却油阀和润滑油阀，所述冷却油阀和润滑油阀用于针对盘状换挡元件控制冷却油流，所述盘状换挡元件因此可以被按需冷却。布置在功能支架中的润滑油阀是申请人的具有内部案号ZF003895的同时提交的专利申请的主题，其在此全部纳入本申请的公开内容中。
附图标记列表
1 传动轴
2 功能支架
2a 主体
2b 主体
3 第一换挡元件
3a 内部盘支架
4 第二换挡元件
4a 外部盘支架
5 第三换挡元件
6 换挡装置
6a 压力腔
7 换挡装置
7a 压力腔
8 换挡装置
8a 压力腔
9 盘式/牙嵌式支架
9a 外部盘支架
9b 内部盘支架
9c 牙嵌式支架
10 从动件
11 从动件
12 从动件
13 第一环形活塞
14 第二环形活塞
15 换挡臂
16 连接元件
17 截止阀
17a 转动轴
17b 闭合件
17c 空心轴
18 变速器壳体
19 转动供油部
20 油管道
21 环形槽
22 径向钻孔
23 轴向钻孔
24 径向钻孔
25 油管道
26 油管道
27 电动机
28 电子模块
29 初级线圈
30 次级线圈
31 截止阀
32 截止阀
33 液压泵
34 压力油贮存器
35 压力调节阀
36 压力调节阀
37 转动输油器
38 截止阀
39 壳体(电子模块)
40 盖板
41 接合套管
42 O型密封圈
43 位移测量装置
44 位移发送器(发送器栓柱)
45 接收器
46 换挡元件
47 盘组
48 波纹管
49 压力管路
a 旋转轴线

Claims (19)

1.一种用于操纵至少一个换挡元件(3、4、5)的操纵装置，所述操纵装置包括换挡装置(6、7、8；48)，所述换挡元件能通过所述换挡装置(6、7、8；48)换挡，其中，所述换挡装置(6、7、8；48)具有压力腔(6a、7a、8a)以及截止阀(17)，所述压力腔带有用于压力介质的供给部(26；49)，
其特征在于，所述截止阀(17)以能电控制的方式与所述至少一个换挡元件(3、4、5)抗相对转动地连接，并且能以无接触的方式供给用于操纵所述截止阀(17)的电能，
其中，所述操纵装置还包括电子控制器(28)，所述电子控制器(28)与所述至少一个换挡元件(3、4、5)连接，并且
所述电子控制器(28)与所述至少一个换挡元件(3、4、5)通过功能支架(2)被抗相对转动地连接到传动轴(1)。
2.根据权利要求1所述的操纵装置，其特征在于，所述换挡装置(6、7、8)能液压操纵。
3.根据权利要求1所述的操纵装置，其特征在于，所述换挡装置(48)能气动操纵。
4.根据权利要求2或3所述的操纵装置，其特征在于，所述换挡装置构造为波纹管(48)。
5.根据权利要求2或3所述的操纵装置，其特征在于，所述换挡装置构造为活塞/缸单元(6、7、8)。
6.根据权利要求5所述的操纵装置，其特征在于，所述活塞构造为环形活塞(13、14、15)。
7.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，所述截止阀(17)是执行器的部件，并且所述执行器包括电动机(27)和阀丝杠(17a)。
8.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，所述截止阀(17)是执行器的部件并且构造为电磁阀。
9.根据权利要求1所述的操纵装置，其特征在于，在所述电子控制器(28)中能容纳执行器的部件(27)。
10.根据权利要求7所述的操纵装置，其特征在于，执行器的能运动的部件(17a、17b、17c)容纳在与所述至少一个换挡元件(3、4、5)抗相对转动地连接的所述功能支架(2)中，并且浮动地布置在液压液体中。
11.根据权利要求10所述的操纵装置，其特征在于，执行器的所述能运动的部件(17a、17b、17c)的平均密度通过合适的材料选择和/或几何设计而接近于液压液体的密度。
12.根据权利要求7所述的操纵装置，其特征在于，在执行器和换挡元件(3、4、5)之间的力线中布置作为蓄力器的弹性件。
13.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，能通过转动传输部(19)向所述截止阀(17)以及所配属的换挡装置(7)供给流体，并且
至少另一个换挡装置(8)或者说所配属的截止阀(32)能接合在相同的转动传输部(19)上。
14.根据权利要求13所述的操纵装置，其特征在于，能向所述转动传输部(19)供给具有相应于润滑压力级的压力级的液压液体。
15.根据权利要求1或9所述的操纵装置，其特征在于，所述电子控制器(28)具有带有位移发送器(44)和接收器(45)的无接触式位移测量装置(43)。
16.根据权利要求15所述的操纵装置，其特征在于，所述位移发送器(44)固定在所述换挡元件(3)的环形活塞(13)上。
17.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，至少一个换挡装置(6、7、8)配属有用于探测换挡操作压力的压力传感器。
18.根据权利要求1至3之一所述的操纵装置，其特征在于，通过蓄压器(34)提供用于操纵所述换挡元件(3、4、5)的液压液体，所述蓄压器能由间歇性输送的电泵(33)填充。
19.一种根据上述权利要求之一所述的用于操纵至少一个换挡元件(3、4、5)的操纵装置在汽车变速器中的应用，所述换挡元件能通过换挡装置(6、7、8；48)换挡。
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