CN105626713B - 用于机动车变速器的切换设备和机动车变速器用致动方法 - Google Patents

用于机动车变速器的切换设备和机动车变速器用致动方法 Download PDF

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Abstract

用于机动车变速器的切换设备和机动车变速器用致动方法。用于机动车变速器的切换设备具有：连接部件；多个变速器轴；摩擦接触环；形状匹配环；和致动体，其中，摩擦接触环的摩擦锥在形状匹配环的锥面与致动体的锥面之间延伸，在致动体的轴向起始位置变速器轴和连接部件在转动方向上解除联接，在致动体的轴向摩擦接触位置变速器轴和连接部件在转动方向上摩擦联接，并且在致动体的轴向形状匹配位置变速器轴和连接部件在转动方向上形状匹配地联接，形状匹配环在形状匹配位置与变速器轴形状匹配地连接，形状匹配环在释放位置不与变速器轴形状匹配地连接，并且形状匹配环能够在形状匹配位置和释放位置之间沿轴向移动并且被推压至释放位置。

Description

用于机动车变速器的切换设备和机动车变速器用致动方法
技术领域
本发明涉及用于机动车变速器(motor vehicle transmission)、特别是用于全自动有级式变速器(fully automatic stepped transmission)的切换设备以及机动车变速器用致动方法。
背景技术
在汽车工程领域，自动变速器、特别是具有液力变矩器和行星变速器的有级式全自动变速器用于手动档变速器之外的动力传递。
这种全自动有级式变速器起到不打断牵引力(tractive force)的动力换档变速器的作用，其中，动力流经由行星齿轮系起作用，通过联接或释放各行星齿轮系元件来使齿轮产生改变。目前，各行星齿轮系元件的联接主要是借助于多盘离合器(multidiskclutch)起效，然而，多盘离合器结构复杂、重且需要并不期望的大的安装空间。由于必须为了需要被传递的最大扭矩来设计多盘离合器，所以对于扭矩传递而言，许多个摩擦点或盘是必须的。由于该很多个摩擦点，在解除联接状态下不期望的阻力矩(drag torque)相当高，并且对变速器效率具有不利影响。
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的是提出一种用于机动车变速器的切换设备，其构造特别紧凑、能够以低成本容易地制造并且提供了特别高的变速器效率。
用于解决问题的方案
根据本发明，通过如下的切换设备实现了上述目的：该切换设备具有：连接部件；多个变速器轴；摩擦接触环；形状匹配环；和致动体，其中，摩擦接触环的摩擦锥在形状匹配环的锥面与致动体的锥面之间延伸，在致动体的轴向起始位置变速器轴和连接部件在转动方向上解除联接，在致动体的轴向摩擦接触位置变速器轴和连接部件在转动方向上摩擦联接，并且在致动体的轴向形状匹配位置变速器轴和连接部件在转动方向上形状匹配地联接，形状匹配环在形状匹配位置与变速器轴形状匹配地连接，形状匹配环在释放位置不与变速器轴形状匹配地连接，并且形状匹配环能够在形状匹配位置和释放位置之间沿轴向移动并且被推压至释放位置。在功能术语中，切换设备是利用了形状匹配接合(form-fitengagement)的锥离合器(cone clutch)，其中，待联接的部件优选被推压在解除联接起始位置处。与传统的多盘离合器相比，这种切换设备无疑被构造得更为紧凑且能够以更高效节能的方式致动。由于在切换设备的解除联接状态下待被传递的最大扭矩能够通过形状匹配接合来传递，所以与传统的多盘离合器相比需要较少的摩擦点，这导致阻力矩明显减少并因此对变速器效率具有积极影响。致动体的摩擦接触位置优选地在轴向上位于致动体的起始位置和形状匹配位置之间，并且形成一种轴向上的中间位置，在该中间位置处，致动体能够以相对较少的能耗移动。然而，对于大(numerous)负荷情况，切换设备的在切换设备的摩擦接触位置的扭矩传递能力对于扭矩传递已是足够的，所以不需要致动体向其形状匹配位置进一步移动。这也对变速器效率具有积极影响。仅仅在具有非常高的扭矩负荷的负荷情况下，致动体才会以更多的能耗移动至其形状匹配位置，以便增大切换设备的扭矩传递能力。
根据切换设备的一个实施方式，连接部件是变速器壳体，使得切换设备起到刹车的作用，该刹车能够使可转动的变速器轴减慢以及将变速器轴不能够转动地固定于壳体。
根据切换设备的可选实施方式，连接部件是另一个变速器轴或与另一个变速器轴牢固连接的变速器轴元件。特别地，这两个独立的变速器轴为不同的行星齿轮系的同轴配置的变速器轴，这些行星齿轮系通过切换设备经受速度适应(speed adaptation)。
优选地，摩擦锥包括与致动体的锥面相邻的锥状摩擦面以及与形状匹配环的锥面相邻的相反侧锥状摩擦面，其中，摩擦面和锥面形成为共轴并且基本平行。以此方式，变速器轴的转动能够以手动变速器(manually operated transmission)的多次同步的方式容易且快速地适应为连接部件的转速，其中，形成变速器壳体的连接部件具有零速度。
锥面和摩擦面优选地包括锥角α，5°≤α≤15°，特别地，α≈10°，其中，锥角对应于锥的张开角度的一半。在这些锥角下，作用于切换设备的致动体的通常用于变速器液压的液压压力足以实现快速的速度适应。此外，这些锥角在自锁范围之外，从而能够实现简单且节能的解除联接，其中，特别优选地，用于使切换设备解除联接所必需的力在通常的标准弹簧的弹簧力的范围以内。
根据切换设备的另一个实施方式，连接部件包括用于致动体的轴向止挡部，轴向止挡部限定了起始位置。由于弹簧负荷作用于轴向止挡部(axial stop)，所以在起始位置不需要致动体的压力，这有助于切换设备的特别节能的运行。
优选地，致动体弹簧元件一方面支撑于连接部件另一方面支撑于致动体，特别地，致动体弹簧元件形成为盘状弹簧。盘状弹簧永久地提供大的(largely)恒定的弹簧力，这在本情况中确保了致动体的可靠的返回移动。另外，能够容易且低成本地制造盘状弹簧。
根据切换设备的另一个实施方式，变速器轴或与变速器轴牢固连接的变速器轴元件包括用于摩擦接触环的轴向止挡部，轴向止挡部限定摩擦接触环的通风位置。在通风位置，摩擦锥与形状匹配环的相邻锥面以及致动体的相邻锥面间隔开。
优选地，设置了摩擦接触环弹簧元件，其沿轴向将摩擦接触环推压至通风位置，其中，摩擦接触环能够在通风位置和摩擦接触位置之间移动。摩擦接触环弹簧元件一方面能够支撑于变速器轴另一方面能够支撑于摩擦接触环，特别地，摩擦接触环弹簧元件能够形成为盘状弹簧。如上所述，盘状弹簧永久地提供大的恒定的弹簧力，这在本情况中确保了变速器轴从连接部件可靠地解除联接。由此，通过摩擦接触环弹簧元件，至少大幅度地减小了、甚至理想地完全防止了可能导致变速器功能受损的不期望的阻力矩。
根据切换设备的另一个实施方式，连接部件包括用于形状匹配环的轴向止挡部，该轴向止挡部限定形状匹配环的释放位置。在形状匹配环的释放位置，变速器轴和形状匹配环不会形成在转动方向上的形状匹配的连接(positive connection)，另外，最好在转动方向上间接(经由摩擦接触环)联接。
优选地，设置了形状匹配环弹簧元件，其沿轴向将形状匹配环推压至释放位置，其中，形状匹配环能够在释放位置和形状匹配位置之间移动。形状匹配环弹簧元件一方面能够支撑于连接部件另一方面能够支撑于形状匹配环，特别地，形状匹配环弹簧元件能够形成为波状弹簧组(wave spring pack)或螺旋弹簧组(spiral spring pack)。借助于被强烈预张紧的波状弹簧组或螺旋弹簧组，能够容易且低成本地实现具有数千牛顿程度的高弹簧力的形状匹配环弹簧元件所期望的平弹簧特性(flat spring characteristic)。
特别优选地，致动体能够被可变的致动力沿轴向朝向致动体的形状匹配位置推压，其中，形状匹配环弹簧元件对形状匹配环施加抵抗致动力的弹簧力，该弹簧力为最大致动力(FB,max)的大约60％-90％，优选为最大致动力(FB,max)的大约70％-80％。因此，仅形状匹配环利用高致动力抵抗着形状匹配环弹簧元件的弹簧力移动至形状匹配环的形状匹配位置，使得在用于摩擦连接的控制范围内能够获得大部分的可变致动力。这导致切换设备中对滑动范围的有利的、特别灵敏的控制。
根据切换设备的另一个实施方式，第一啮合齿形成于形状匹配环，在轴向上与第一啮合齿相邻的第二啮合齿形成于变速器轴或形成于与变速器轴牢固连接的变速器轴元件，其中，两个啮合齿在形状匹配环的轴向形状匹配位置彼此接合并且使变速器轴和连接部件在转动方向上形状匹配地连接。这种变速器轴和连接部件之间经由彼此接合的啮合齿(toothing)形成的形状匹配的、特别是不可转动的连接永久地为几乎无磨损的变速器提供了大的变速器扭矩。
在本实施方式中，啮合齿可以包括沿转动方向分布的多个齿，其中，啮合齿的各齿均包括相对于轴向倾斜的两个相反的齿侧面，这两个齿侧面朝向另一啮合齿以楔状方式轴向会聚。在变速器轴和连接部件之间的形状匹配的连接的形成过程中，斜齿面有利于啮合齿的彼此接合，这有助于特别平顺且无颠簸的切换操作。另外，斜齿面还有利于形状匹配的连接在负荷下的分离。
根据切换设备的另一个实施方式，连接部件包括缸部，并且致动体被设计为活塞，其中，活塞在缸部中以能够沿轴向移位的方式受到引导。
在本实施方式中特别地，缸部和活塞限定了用于活塞的轴向位移的能够施加压力的室。例如，为了刹住变速器轴的转动或使变速器轴的转动与另一个变速器轴的转动相适应，能够对该室施加液压压力。在以其他合适的致动手段替代液压致动时，特别是切换设备的电动致动当然在替代时也是可想到的。
此外，本发明还包括一种机动车变速器，其具有多个切换设备，其中的至少一个切换设备如上述设计，设置了驱动轴和从动轴，其中，各切换设备均能够切换成解除联接状态和联接状态，并且在联接状态下，至少一个切换设备能够切换至摩擦接触位置和形状匹配位置，变速器轴和连接部件与至少一个切换设备相关联，变速器轴和连接部件在解除联接状态下在转动方向上解除联接，变速器轴和连接部件在联接状态下在转动方向上要么仅摩擦联接要么摩擦且形状匹配地联接，通过切换设备的各种切换组合，能够调节驱动轴和从动轴之间的与机动车变速器的各齿轮级相关联的齿轮比，至少一个切换设备在预定的齿轮级处在切换设备的解除联接状态下，在另一个预定的齿轮级处在所述设备的摩擦接触位置，在所述机动速器的还一个齿轮级处在切换设备的形状匹配位置。与传统的机动车辆变速器相比，取决于在各齿轮级(gear stage)所需的扭矩传递能力，切换设备的联接能够在摩擦或摩擦且形状匹配之间可选择地生效。在期望的齿轮改变的情况下，机动车变速器能够以特别节能的方式致动，这最终导致特别高的变速器效率。
上述目的还通过如下方法得以解决，一种机动车变速器用致动方法，该机动车变速器包括驱动轴、从动轴和多个切换设备，其中，各切换设备均能够切换成解除联接状态和联接状态，并且在联接状态下，至少一个切换设备能够切换至摩擦接触位置和形状匹配位置，变速器轴和连接部件与至少一个切换设备相关联，变速器轴和连接部件在解除联接状态下在转动方向上解除联接，变速器轴和连接部件在联接状态下在转动方向上要么仅摩擦联接要么摩擦且形状匹配地联接。通过切换设备的各种切换组合，调节驱动轴和从动轴之间的与机动车变速器的各齿轮级相关联的齿轮比，在改变齿轮级的过程中，为了改变齿轮比，机动车变速器的至少一个切换设备从解除联接状态切换至联接状态或者从联接状态切换至解除联接状态。此外，为了改变在改变所述齿轮级的过程中处于联接状态并且在改变齿轮比时并不需要的另一个切换设备的扭矩传递能力，使另一个切换设备从摩擦接触位置切换到形状匹配位置或从形状匹配位置切换到摩擦接触位置。切换设备的在联接状态下对将要实际传递的扭矩的扭矩传递能力的适应提供了机动车变速器的特别节能的致动，并且导致特别高的变速器效率。
根据一个方法的变型，另一个切换设备在其联接状态下在相关联的变速器轴和相关联的连接部件之间传递扭矩，其中，另一个切换设备在其摩擦接触位置具有第一扭矩传递能力，在其形状匹配位置具有比第一扭矩传递能力大的第二扭矩传递能力。
优选地，在齿轮级的改变过程中超出切换设备的第一扭矩传递能力之前，在摩擦接触位置的该切换设备从摩擦接触位置切换至形状匹配位置。以此方式，在机动车变速器中以最小的能耗确保了可靠的扭矩传递。归因于变速器设计，由于各齿轮级在各切换设备处待要传递的扭矩是已知的，所以各切换设备的在摩擦接触位置和形状匹配位置之间的这种致动能够以小的消耗施加于机动车变速器的变速控制器中。
附图说明
从以下参照附图对优选实施方式的说明，能够得到本发明的其他特征和优点，其中：
图1示出了具有根据本发明的切换设备的全自动有级式变速器的传动图；
图2是根据本发明的切换设备在致动体的轴向起始位置的示意性截面图；
图3示出了根据图2的切换设备的剖面细节；
图4示出了根据本发明的切换设备在致动体的轴向摩擦位置的示意性截面图；
图5示出了根据本发明的切换设备在致动体的轴向摩擦位置的另一幅示意性截面图；
图6示出了根据本发明的切换设备在致动体的轴向摩擦接触位置的示意性截面图；
图7示出了根据本发明的切换设备在致动体的轴向形状匹配位置的示意性截面图；
图8示出了根据图2至图7的切换设备的致动体的局部剖切的立体图；
图9示出了根据图2至图7的切换设备的致动体弹簧元件的局部剖切的立体图；
图10示出了根据图2至图7的切换设备的摩擦接触环的局部剖切的立体图；
图11示出了根据图2至图7的切换设备的摩擦接触环的另一幅局部剖切的立体图；
图12示出了根据图2至图7的切换设备的摩擦接触环弹簧元件的局部剖切的立体图；
图13示出了与根据图2至图7的切换设备的与变速器轴牢固连接的变速器轴元件的局部剖切的立体图；
图14示出了根据图2至图7的切换设备的形状匹配环的局部剖切的立体图；
图15示出了根据图2至图7的切换设备的形状匹配环弹簧元件的局部剖切的立体图；和
图16示出了根据本发明的切换设备的另一个实施方式在致动体的轴向起始位置的示意性截面图。
具体实施方式
图1示出了机动车的电气液压致动全自动有级式变速器10，其具有变矩器(torqueconverter)12、四个行星变速器或行星齿轮系14和示意性示出的变速器壳体16。另外，设置了驱动轴18、从动轴20和多个变速器轴24，其中，在下文中行星齿轮承载器也被称为变速器轴24。变速器轴24与各行星齿轮系14相关联并且彼此共轴地配置。
有级式变速器10还包括切换设备26、28，能够对切换设备26、28施加液压压力，并且切换设备26、28能够使变速器轴24要么与另一个变速器轴24联接、要么与变速器壳体16联接，或者切换设备26、28能够使变速器轴24与另一个变速器轴24或变速器壳体16解除联接。
使变速器轴24与变速器壳体16联接的切换设备26也称为刹车设备，使两个变速器轴24彼此联接的切换设备28也称为联接设备。在本示例性实施方式中设置了六个切换设备26、28，其中，三个切换设备26形成为刹车设备，三个切换设备28形成为联接设备。根据图1，以示例性方式，两个刹车设备和一个联接设备处于联接状态(以阴影示出)，一个刹车设备和两个联接设备处于解除联接状态。
通过切换设备26、28的各种切换组合，获得了在驱动轴18和从动轴20之间的对应于有级式变速器10的各齿轮级的齿轮比。
由于从现有技术通常已知全自动有级式变速器10的一般构造和运行模式，所以将不再对此进行讨论，在下文中将仅仅详细说明根据本发明的机动车变速器用的致动方法和根据本发明的切换设备26、28的构造设计及功能。
各切换设备26、28均能够切换至解除联接状态和联接状态，在联接状态下切换设备26、28中的至少一个能够切换至摩擦接触位置和形状匹配位置，其中，变速器轴24和连接部件30与切换设备26、28中的至少一个相关联，变速器轴24和连接部件30在解除联接状态下在转动方向上解除联接并且在联接状态下在转动方向上要么仅摩擦联接要么摩擦且形状匹配(positively)地联接。
通过切换设备26、28的各种切换组合，调节驱动轴18和从动轴20之间的与有级式变速器10的各齿轮级相关联的齿轮比。在齿轮级改变的过程中，为了改变齿轮比，有级式变速器10的切换设备26、28中的至少一个、优选恰好两个被致动，使得它们从各自的解除联接状态切换至联接状态或从联接状态切换至解除联接状态。同时，为了改变处于联接状态并且在改变齿轮比时并不需要的另一个切换设备26、28的扭矩传递能力，使该另一个切换设备26、28致动，使得该另一个切换设备26、28从摩擦接触位置切换到形状匹配位置或从形状匹配位置切换到摩擦接触位置。切换设备26、28的在联接状态下的扭矩传递能力对待要实际传递的扭矩的适应提供了有级式变速器10的特别节能的致动，并且导致了特别高的变速器效率。
在联接状态下，至少一个切换设备26、28在相关联的变速器轴24和相关联的连接部件30之间传递扭矩，其中，切换设备26、28在其摩擦接触位置具有第一扭矩传递能力，在其形状匹配位置具有比第一扭矩传递能力大的第二扭矩传递能力。
根据特别有利的方法变型，在齿轮级的改变过程中超出切换设备26、28的第一扭矩传递能力之前，在摩擦接触位置的该切换设备26、28从摩擦接触位置切换至形状匹配位置。以此方式，以最小的能耗确保了有级式变速器10中的可靠的扭矩传递。
图2示出了用于根据图1的全自动有级式变速器10的切换设备26、28的一部分，切换设备26、28具有：连接部件30；变速器轴24，其均能够绕着变速器轴线A转动；摩擦接触环32，其包括摩擦锥34并且以基本上不能够转动但能够沿轴向移位的方式与变速器轴24连接；形状匹配环36，其包括锥面38并且以基本上不能够转动但能够沿轴向移位的方式与连接部件30连接；和致动体40，其包括锥面42并且以基本上不能够转动但能够沿轴向移位的方式与连接部件30连接，其中，摩擦接触环32的摩擦锥34在形状匹配环36的锥面38与致动体40的锥面42之间延伸。
致动体40被配置为能够沿轴向移位，其中，在致动体40的轴向起始位置变速器轴24和连接部件30在转动方向上解除联接，即、能够相对于彼此自由转动，在致动体40的轴向摩擦接触位置变速器轴24和连接部件30在转动方向上摩擦联接，并且在致动体40的轴向形状匹配位置变速器轴24和连接部件30在转动方向上形状匹配地联接。
根据图2至图7，连接部件30由变速器壳体16形成，使得切换设备26起到刹车设备的作用并且能够将行星齿轮系14的变速器轴24固定至变速器壳体16。
可选地，连接部件30为与另一个变速器轴24牢固连接的变速器轴元件43(还可参见图16)。接下来，切换设备28起到如下联接设备的作用：该联接设备能够使行星齿轮系14的变速器轴24与另一个行星齿轮系14的变速器轴24在转动方向上联接，使得变速器轴24的转动速度最初彼此适应，之后变速器轴24要么通过摩擦连接要么通过摩擦连接和形状匹配的连接以基本上不能够转动的方式连接。
根据图2，连接部件30包括缸部44，并且致动体40被设计为活塞，其中，该活塞在缸部44中以能够沿轴向移位的方式受到引导。缸部44和活塞限定了用于活塞的轴向位移的密封的、能够施加压力的室46。这里，致动体40被形成为具有一体成型的锥面42的活塞。然而，特别是出于制造方面的原因，还可以想到在替代方案中，将致动体40形成为两部分，并且致动体40包括活塞元件以及与活塞元件牢固连接的独立的锥面元件。
在本示例性实施方式中，为了对变速器轴24的转动产生影响、特别是进行刹车，切换设备26是全自动有级式变速器10的被电气液压致动的部分，使得室46能够被液压流体的压力加压。
替代液压致动，在变型例中当然还可以想到切换设备26、28的电动致动。
从解除联接状态继续进行，下面将参照图2至图7说明切换设备26的联接操作。
在切换设备26的根据图2和图3的解除联接状态下，变速器轴24和连接部件30在转动方向上解除联接，即、变速器轴24能够相对于连接部件30自由转动。
在解除联接状态下，形成为活塞的致动体40并未受压或者仅受到可忽略的程度的压力，并且致动体40对应地处于由形成于连接部件30的轴向止挡部48限定的其轴向起始位置(图2)。
为避免在切换设备26的解除联接状态下的不期望的阻力矩，设置了致动体弹簧元件50，其将致动体40推压至致动体40的起始位置。致动体弹簧元件50一方面支撑于致动体40另一方面支撑于连接部件30，使得致动体40被沿轴向压抵连接部件30的轴向止挡部48，并因此被切实地保持在致动体40的起始位置。
在切换设备26的解除联接状态下，摩擦接触环32处于“通风位置”，即、形状匹配环36的锥面38或致动体40的锥面42与摩擦接触环32的摩擦锥34分隔开的轴向上的位置(还可参见图3)。
根据图2，提供了与变速器轴24牢固连接的变速器轴元件52，其中，通过形成于变速器轴元件52的轴向止挡部54限定了摩擦接触环32的通风位置。
类似于致动体40，因为摩擦接触环32也被切实地保持在其通风位置，所以在切换设备26的解除联接状态下防止了不期望的阻力矩。出于此目的，设置了摩擦接触环弹簧元件56，其沿轴向将摩擦接触环32推压至由轴向止挡部54限定的通风位置。摩擦接触环弹簧元件56一方面沿轴向经由变速器轴元件52支撑于变速器轴24另一方面支撑于摩擦接触环32，使得摩擦接触环32被压抵变速器轴元件52的轴向止挡部54，并因此被切实地保持在其通风位置。
在切换设备26的解除联接状态下形状匹配环36处于根据图2的轴向上的释放位置，其中，在形状匹配环36的释放位置，变速器轴24和形状匹配环36彼此在转动方向上并不形成形状匹配的连接，而是至多经由摩擦接触环32在转动方向上间接联接。
根据图2和图3，连接部件30包括用于形状匹配环36的例如由肩部形成的轴向止挡部58，其中，通过轴向止挡部58限定形状匹配环36的释放位置。
为防止形状匹配环36和与变速器轴24牢固连接的变速器轴元件52之间的不经意的形状匹配的接合，设置了形状匹配环弹簧元件60，其将形状匹配环36推压至释放位置。形状匹配环弹簧元件60一方面支撑于连接部件30另一方面支撑于形状匹配环36，使得形状匹配环36被压抵轴向止挡部58，并因此被切实地保持在其释放位置。
图3示出了在摩擦锥34的区域中的根据图2的切换设备26的细节。能够清楚地看到摩擦锥34在径向内侧和径向外侧均覆盖了摩擦衬垫62。摩擦接触环32的摩擦锥34由此包括与致动体40的锥面42相邻的锥状摩擦面64以及与形状匹配环36的锥面38相邻的相反侧摩擦面66，其中，摩擦面64、66和锥面38、42形成为共轴并且基本平行。以此方式，能够在联接操作期间实现大的摩擦力，这导致对变速器轴24的转动速度的快速影响。
特别优选地，锥面38、42和摩擦面64、66包括锥角α，5°≤α≤15°，特别地，α≈10°。在该角度范围内，利用室46中的通常用于传动液压的液压压力，在变速器轴24和变速器轴元件52之间能够实现摩擦力矩，该摩擦力矩导致足够快速的速度适应。此外，在锥角α的该范围内，还确保了致动体弹簧元件50和摩擦接触环弹簧元件56的弹簧力充足，从而根据需要再次可靠地释放摩擦连接并使致动体40移动至其轴向起始位置、将摩擦接触环32移动至其通风位置。
图4示出了变速器轴24和连接部件30之间的处于开始摩擦联接的状态下的切换设备26。
作为室46的加压的结果，形成为活塞的致动体40已经从其根据图2的起始位置在轴向上释放至如下的程度：致动体40的锥面42已经与摩擦接触环32的摩擦面64形成了第一摩擦接触。因此，根据图4的致动体40已经处于轴向摩擦位置。
然而，与图2和图3相比，就摩擦接触环32和形状匹配环36的轴向位置而言，还没有任何改变。
根据图5，由于室46中的液压压力的增大，致动体40在轴向上已经移动得比图4更加远离其起始位置并且现在处于摩擦接触位置。由于致动体40的这种轴向上的进一步移动，摩擦接触环32现在也已经在轴向上移动远离其轴向止挡部54。相应地，摩擦接触环32不再处于根据图2至图4的其轴向通风位置，而是处于轴向摩擦接触位置，在该轴向摩擦接触位置摩擦锥34的摩擦面66也与形状匹配环36的锥面38形成摩擦接触。在与摩擦接触环32的该第一摩擦接触的情况下，形状匹配环36继续处于其根据图2至图4的释放位置。
通过进一步增大室46中的液压压力，根据图6的致动体40已经移动到甚至再进一步远离其轴向起始位置，但是仍然处于其摩擦接触位置。作为致动体40的进一步移动的结果，形状匹配环36现在也已经抵抗形状匹配环弹簧元件60的力在轴向上从其释放位置释放，并且形状匹配环36位于即将与变速器轴元件52形状匹配地接合的位置处。因此，在如图6所示的切换设备26的状态下发生变速器轴24和连接部件30之间的最大摩擦力矩传递。相应地，切换设备26在联接状态的该摩擦接触位置具有第一扭矩传递能力。
图7最终示出了切换设备26的形状匹配的联接状态，其中，致动体40处在形状匹配位置，该形状匹配位置对应于致动体40从其根据图2的起始位置的最大轴向挠曲。由于致动体40的额外轴向移动，形状匹配环36也已经相比图6在轴向上进一步移动远离其根据图2至图4的释放位置，并且形状匹配环36已经到达形状匹配位置，在该形状匹配位置形状匹配环36和变速器轴元件52在转动方向上彼此形状匹配地接合。在联接状态的该形状匹配位置，切换设备26具有比第一扭矩传递能力大的第二扭矩传递能力。
具体地，第一啮合齿68(还可参见图14)形成于形状匹配环36，在轴向上与第一啮合齿68相邻的第二啮合齿70(还可参见图13)形成于变速器轴元件52，其中，根据图7的啮合齿68、70在致动体40和形状匹配环36的轴向形状匹配位置彼此接合，并且啮合齿68、70使变速器轴24和连接部件30在转动方向上形状匹配地连接。
由于切换设备26的联接操作，变速器轴24因而减慢到速度零并且在转动方向上被形状匹配地固定于由变速器壳体16形成的连接部件30。
如果连接部件30可选地被形成为与另一个变速器轴24牢固连接的变速器轴元件43，则由于切换设备28的联接操作实现速度同步以及在转动方向上的对变速器轴24的形状匹配的连接。
图8示出了致动体40的局部剖切的图，致动体40在本示例性实施方式中被形成为简单成形的钣金部。致动体40形成为活塞并且根据图8包括弯向径向外侧的齿72，齿72与连接部件30的对应引导槽74接合并且确保以基本上不能够转动但能够沿轴向移位的方式与连接部件30连接。然而，特别是出于制造方面的原因，还可以想到在替代方案中，将致动体40形成为两部分，并且致动体40包括活塞元件以及与活塞元件牢固连接的独立的锥面元件。
图9示出了致动体弹簧元件50的局部剖切的图，该致动体弹簧元件50沿轴向将致动体40推压至致动体40的根据图2和图3的起始位置。根据图9，致动体弹簧元件50形成为盘状弹簧，并且具有平弹簧特性，理想地为略微倾斜的弹簧特性。形成致动体弹簧元件50的盘状弹簧被设计为根据图9的径向开槽式，使得获得了在转动方向上特别均匀的致动体40的轴向加压。
图10示出了摩擦接触环32的局部剖切的图，摩擦接触环32在本示例性实施方式中被形成为简单成形的钣金部。根据图10，摩擦接触环32具有弯向径向内侧的齿76，齿76与变速器轴元件52的对应引导槽78接合并且确保以基本上不能够转动但能够沿轴向移位的方式与变速器轴24连接。
图11示出了在用于支撑摩擦接触环弹簧元件56的区域中的摩擦接触环32的另一幅局部剖切的图。在本示例性实施方式中，为了将摩擦接触环32推压至其通风位置，将绕着摩擦接触环32的周向均匀分布的多个冲切承载片(stamped-out bearing tab)80设置为支撑摩擦接触环弹簧元件56的承载件。
图12示出了摩擦接触环弹簧元件56的局部剖切的图，摩擦接触环弹簧元件56沿轴向将摩擦接触环32推压至摩擦接触环32的根据图2和图3的通风位置。根据图12，摩擦接触环弹簧元件56形成为盘状弹簧，并且具有平弹簧特性，理想地为略微倾斜的弹簧特性。形成摩擦接触环弹簧元件56的盘状弹簧被设计为根据图12的径向开槽式，使得获得了在转动方向上特别均匀的变速器轴元件52的轴向加压。
图13示出了与变速器轴24牢固连接的变速器轴元件52的局部剖切的图，变速器轴元件52在本示例性实施方式中被形成为简单成形的钣金部。
能够清楚地看到引导槽78，为了使摩擦接触环32经由变速器轴元件52以基本上不能够转动但能够沿轴向移位的方式与变速器轴24连接，使摩擦接触环32的齿76接合在引导槽78中。在图示实施方式中，变速器轴元件52的轴向止挡部54出于制造方面的原因是通过绕着变速器轴元件52的周向分布的单独的止挡部夹具81形成的，止挡部夹具81被特别地设计为弹簧钢夹具并且被牢固地与变速器轴元件52连接，特别是与变速器轴元件52闩锁或夹紧。
此外，能够看到第二啮合齿70，为了使变速器轴24与连接部件30在转动方向上形状匹配地连接，第二啮合齿70能够与形状匹配环36的第一啮合齿68接合(还可参见图6和图7)。
图14示出了形状匹配环36的局部剖切的图，形状匹配环36在本示例性实施方式中形成为两部分并且包括具有第一啮合齿68的啮合齿元件77和具有锥面38的锥面元件79，其中，啮合齿元件77和锥面元件79形成为简单冲切或成形的钣金部。此外，还示出了啮合齿元件77的第一啮合齿68的细节。
根据图14，形状匹配环36的啮合齿元件77和形状匹配环36的锥面元件79包括弯向径向外侧的齿86，齿86与连接部件30的对应引导槽88接合并且确保以基本上不能够转动但能够沿轴向移位的方式与连接部件30连接。
在机动车变速器的可选的设计变型中，形状匹配环36被形成为由钣金部形成的单件并且包括第一啮合齿68、锥面38和齿86。
观看图13和图14，显然啮合齿68、70包括沿转动方向分布的多个齿82，其中，第一啮合齿68的各齿82均包括相对于轴向倾斜的两个相反的齿侧面84，这两个齿侧面84朝向在轴向上相邻的第二啮合齿70以楔状方式会聚。类似地，第二啮合齿70的各齿82均包括相对于轴向倾斜的两个相反的齿侧面84，这两个齿侧面84朝向第一啮合齿68以楔状方式轴向会聚。
图15示出了形状匹配环弹簧元件60局部剖切的图，形状匹配环弹簧元件60在本示例性实施方式中被形成为波状弹簧组。被强烈预张紧的波状弹簧组装入切换设备26中，并且在夹紧状态下具有平弹簧特性，优选地具有数千牛顿的弹簧力，特别优选地具有大约5kN程度的弹簧力。
最终，图16示出了切换设备28，其与上述参照图2至图7的切换设备26的区别仅仅在于连接部件30不是变速器壳体16，而是另一个变速器轴24或与另一个变速器轴24牢固地连接的变速器轴元件43。
换言之，这意味着室46绕变速器轴线A随着在室46中出现的液压流体转动。由于液压流体的转动，在室46中产生离心力，除了别的以外，该离心力沿轴向抵抗致动体弹簧元件50的力对致动体40施加压力，并且在另一个变速器轴24的高转动速度下能够导致摩擦接触环32和致动体40之间的不期望的摩擦接触。因此，为了补偿该离心力设置了分隔壁90，分隔壁90在变速器轴元件43的缸部44中形成了另一个室92，致动体弹簧元件50容纳在室92中。在另一个变速器轴24静止的情况下另一个室92被很大程度上没有压力的液压流体填充，使得在另一个变速器轴24的转动过程中仅离心力产生作用。由室46、92中的液压流体的离心力导致的、在形成为活塞的致动体40上的轴向力基本上彼此抵消了，使得在活塞上没有受到不期望的、由液压流体的离心力导致的与速度相关的轴向力。

Claims (24)

1.一种用于机动车变速器的切换设备，所述切换设备包括：
连接部件(30)，
多个变速器轴(24)，其均能够绕着变速器轴线(A)转动，
摩擦接触环(32)，其包括摩擦锥(34)并且以基本上不能够转动但能够沿轴向移位的方式与变速器轴(24)连接，
形状匹配环(36)，其包括锥面(38)并且以基本上不能够转动但能够沿轴向移位的方式与所述连接部件(30)连接，和
致动体(40)，其包括锥面(42)并且以基本上不能够转动但能够沿轴向移位的方式与所述连接部件(30)连接，
其中，所述摩擦接触环(32)的所述摩擦锥(34)在所述形状匹配环(36)的锥面(38)与所述致动体(40)的锥面(42)之间延伸，
在所述致动体(40)的轴向起始位置所述变速器轴(24)和所述连接部件(30)在转动方向上解除联接，在所述致动体(40)的轴向摩擦接触位置所述变速器轴(24)和所述连接部件(30)在转动方向上摩擦联接，并且在所述致动体(40)的轴向形状匹配位置所述变速器轴(24)和所述连接部件(30)在转动方向上形状匹配地联接，
所述形状匹配环(36)在形状匹配位置与所述变速器轴(24)形状匹配地连接，所述形状匹配环(36)在释放位置不与所述变速器轴(24)形状匹配地连接，并且
所述形状匹配环(36)能够在所述形状匹配位置和所述释放位置之间沿轴向移动并且被推压至所述释放位置。
2.根据权利要求1所述的切换设备，其特征在于，所述切换设备是用于全自动有级式变速器(10)的切换设备。
3.根据权利要求1所述的切换设备，其特征在于，所述连接部件(30)是变速器壳体。
4.根据权利要求1所述的切换设备，其特征在于，所述连接部件(30)是另一个变速器轴(24)或与所述另一个变速器轴(24)牢固连接的变速器轴元件(43)。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的切换设备，其特征在于，所述摩擦锥(34)包括与所述致动体(40)的锥面(42)相邻的锥状摩擦面(64)以及与所述形状匹配环(36)的锥面(38)相邻的相反侧锥状摩擦面(66)，其中，所述摩擦面(64、66)和所述锥面(38、42)形成为共轴并且基本平行。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的切换设备，其特征在于，所述连接部件(30)包括用于所述致动体(40)的轴向止挡部(48)，所述轴向止挡部(48)限定了所述起始位置。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的切换设备，其特征在于，设置了致动体弹簧元件(50)，所述致动体弹簧元件(50)沿轴向将所述致动体(40)推压至所述起始位置。
8.根据权利要求7所述的切换设备，其特征在于，所述致动体弹簧元件(50)一方面支撑于所述连接部件(30)另一方面支撑于所述致动体(40)。
9.根据权利要求1-4中的任一项所述的切换设备，其特征在于，所述变速器轴(24)或与所述变速器轴(24)牢固连接的变速器轴元件(52)包括用于所述摩擦接触环(32)的轴向止挡部(54)，所述轴向止挡部(54)限定所述摩擦接触环(32)的通风位置。
10.根据权利要求1-4中的任一项所述的切换设备，其特征在于，设置了摩擦接触环弹簧元件(56)，所述摩擦接触环弹簧元件(56)沿轴向将所述摩擦接触环(32)推压至通风位置。
11.根据权利要求10所述的切换设备，其特征在于，所述摩擦接触环弹簧元件(56)一方面支撑于所述变速器轴(24)另一方面支撑于所述摩擦接触环(32)。
12.根据权利要求1-4中的任一项所述的切换设备，其特征在于，所述连接部件(30)包括用于所述形状匹配环(36)的轴向止挡部，该轴向止挡部限定所述形状匹配环(36)的释放位置。
13.根据权利要求1-4中的任一项所述的切换设备，其特征在于，设置了形状匹配环弹簧元件(60)，所述形状匹配环弹簧元件(60)一方面支撑于所述连接部件(30)另一方面支撑于所述形状匹配环(36)，并沿轴向将所述形状匹配环(36)推压至所述释放位置。
14.根据权利要求13所述的切换设备，其特征在于，所述致动体(40)能够被可变的致动力(FB)沿轴向朝向所述致动体(40)的形状匹配位置推压，其中，所述形状匹配环弹簧元件(60)对所述形状匹配环(36)施加抵抗所述致动力(FB)的弹簧力(FF)，该弹簧力为最大致动力(FB,max)的60％-90％。
15.根据权利要求14所述的切换设备，其特征在于，该弹簧力为最大致动力(FB,max)的70％-80％。
16.根据权利要求1-4中的任一项所述的切换设备，其特征在于，第一啮合齿(68)形成于所述形状匹配环(36)，在轴向上与所述第一啮合齿(68)相邻的第二啮合齿(70)形成于所述变速器轴(24)或形成于与所述变速器轴(24)牢固连接的变速器轴元件(52)，其中，两个所述啮合齿(68、70)在所述形状匹配环(36)的轴向形状匹配位置彼此接合并且使所述变速器轴(24)和所述连接部件(30)在转动方向上形状匹配地连接。
17.根据权利要求16所述的切换设备，其特征在于，所述啮合齿(68、70)均包括沿转动方向分布的多个齿(82)，其中，所述啮合齿(68、70)的各所述齿(82)均包括相对于轴向倾斜的两个相反的齿侧面(84)，这两个齿侧面(84)朝向另一啮合齿(70、68)以楔状方式轴向会聚。
18.根据权利要求1-4中的任一项所述的切换设备，其特征在于，所述连接部件(30)包括缸部(44)，并且所述致动体(40)被设计为活塞，其中，所述活塞在所述缸部中以能够沿轴向移位的方式受到引导。
19.根据权利要求18所述的切换设备，其特征在于，所述缸部(44)和所述活塞限定了用于所述活塞的轴向位移的能够施加压力的室(46)。
20.一种机动车变速器，其具有多个切换设备，其中，至少一个所述切换设备(26、28)是根据前述权利要求中的任一项设计的，其特征在于，设置了驱动轴(18)和从动轴(20)，
其中，各所述切换设备均能够切换成解除联接状态和联接状态，并且在所述联接状态下，至少一个所述切换设备(26、28)能够切换至摩擦接触位置和形状匹配位置，
变速器轴(24)和连接部件(30)与至少一个所述切换设备(26、28)相关联，所述变速器轴(24)和所述连接部件(30)在所述解除联接状态下在转动方向上解除联接，所述变速器轴(24)和所述连接部件(30)在所述联接状态下在转动方向上要么仅摩擦联接要么摩擦且形状匹配地联接，
通过所述切换设备的各种切换组合，能够调节所述驱动轴(18)和所述从动轴(20)之间的与所述机动车变速器的各齿轮级相关联的齿轮比，
至少一个所述切换设备(26、28)在预定的齿轮级处在所述切换设备的解除联接状态下，在另一个预定的齿轮级处在所述切换设备的摩擦接触位置，在所述机动车变速器的还一个齿轮级处在所述切换设备的形状匹配位置。
21.一种机动车变速器用致动方法，该机动车变速器包括驱动轴(18)、从动轴(20)和多个根据前述权利要求中的任一项的切换设备(26、28)，
其中，各所述切换设备均能够切换成解除联接状态和联接状态，并且在所述联接状态下，至少一个所述切换设备(26、28)能够切换至摩擦接触位置和形状匹配位置，
变速器轴(24)和连接部件(30)与至少一个所述切换设备(26、28)相关联，所述变速器轴(24)和所述连接部件(30)在所述解除联接状态下在转动方向上解除联接，所述变速器轴(24)和所述连接部件(30)在所述联接状态下在转动方向上要么仅摩擦联接要么摩擦且形状匹配地联接，
通过所述切换设备的各种切换组合，调节所述驱动轴(18)和所述从动轴(20)之间的与所述机动车变速器的各齿轮级相关联的齿轮比，
在改变所述齿轮级的过程中，为了改变所述齿轮比，所述机动车变速器的至少一个所述切换设备从所述解除联接状态切换至所述联接状态或者从所述联接状态切换至所述解除联接状态，并且
为了改变在改变所述齿轮级的过程中处于联接状态并且在改变齿轮比时并不需要的另一个切换设备(26、28)的扭矩传递能力，使所述另一个切换设备(26、28)从所述摩擦接触位置切换到所述形状匹配位置或从所述形状匹配位置切换到所述摩擦接触位置。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述机动车变速器是全自动有级式变速器。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述另一个切换设备(26、28)在其联接状态下在相关联的变速器轴(24)和相关联的连接部件(30)之间传递扭矩，其中，所述另一个切换设备(26、28)在其摩擦接触位置具有第一扭矩传递能力，在其形状匹配位置具有比所述第一扭矩传递能力大的第二扭矩传递能力。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，在所述齿轮级的改变过程中超出切换设备(26、28)的第一扭矩传递能力之前，在所述摩擦接触位置的该切换设备(26、28)从所述摩擦接触位置切换至所述形状匹配位置。
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