CN113454370A - 用于自动变速器的换挡元件 - Google Patents

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Abstract

一种可液压操作的换挡元件(100)，包括离合器活塞(101)、快速填充活塞(102)和快速填充阀(103)、以及快速填充压力室(126)和离合器压力室(117)。快速填充阀(103)包括封闭体(132)和控制体(131)。在换挡元件(100)被操作之前，封闭体(132)处于第一换挡位置，在该第一换挡位置中快速填充压力室(126)与压力油源(108)连接，并且在换挡元件(100)被操作之后该封闭体在第二换挡位置中将该快速填充压力室(126)相对于液压系统其余部分封闭。控制体(131)具有第一压力面(A18)和第二压力面(A19)，其中在该控制体的第一换挡位置中压力油源(108)只能对第一压力面(A18)施以压力。快速填充阀(103)被设计成使得在控制体(131)的第二换挡位置中或在第一换挡位置与第二换挡位置之间除了对第一压力面(A18)之外还能够对第二压力面(A19)施以压力。

Description

用于自动变速器的换挡元件
本发明涉及一种用于自动变速器的可液压操作的换挡元件、一种具有这种换挡元件的自动变速器以及一种用于操作换挡元件的方法。
由本申请人的DE 10247702 A1已知一种自动变速器，其具有用于扭矩传递和用于建立力配合的多个摩擦配合式换挡元件。摩擦配合式换挡元件(也被称为片式离合器)包括内片支架、外片支架、片组以及离合器活塞和离合器缸，该离合器活塞可移位地布置在该离合器缸中。片组包括外片和内片，其中外片与外片支架防旋转地联接并且内片与内片支架防旋转地联接。外片和内片可相对于它们各自的支架轴向移位。外片和内片以如下方式被布置在片组内，使得它们在轴向方向上彼此交替并且因此接合到彼此之中。
为了建立摩擦力矩，借助于施以压力的离合器活塞使这些片相互压靠，从而在片之间建立摩擦配合式连接。由此，离合器可以在与外片支架防旋转地联接的变速器元件和与内片支架防旋转地联接的变速器元件之间传递扭矩。在离合器的非操作状态(即断开状态)下，当离合器活塞没有被施以压力时，这些片之间存在一定的轴向空隙，以便在操作中相关的离合器未被切换但随之空转运行时保持尽可能低的拖曳力矩。轴向空隙被理解为换挡元件在转动轴线方向上的运动自由度。除了这些片之间的轴向空隙外，离合器活塞与片组之间也存在可能的轴向空隙。还可以在离合器活塞与片组之间布置波形弹簧，该波形弹簧以很小的力互相挤压这些片，以致这些片尚不能传递任何在动力传动系中可察觉到的或者根本不足以驱动车辆的力矩。片、离合器活塞和片组之间的轴向空隙以及波形弹簧的弹簧行程加在一起是轴向运动自由度的量度，下文称之为空气间隙(Lüftspiel)。
在接通(在下文中也被称为闭合)离合器时，首先通过工作介质施加压力使离合器活塞移动到使空气间隙消除并且使片彼此贴靠的程度。当离合器活塞借助于被施以压力而移动时，离合器缸中离合器压力室的体积增大，这使得供油系统或变速器泵必须将该体积充满。只有这样，才有可能通过向离合器活塞进一步施以压力来实现片的压紧并且由此实现扭矩传递。
在上下文中，换挡元件或离合器的一般概念既包括可将两个可转动的部件相互连接的变速器离合器，也包括可将可转动的驱动元件防旋转地与变速器壳体连接的所谓的变速器制动器。下文描述的过程，尤其是为施以压力而填充离合器的过程同样适用于变速器离合器和变速器制动器。
离合器活塞具有可被施以压力的液压压力面，并且在被施以压力时，该离合器活塞会在轴向上移位空气间隙的行程，因此将为此要填充的体积(下文称之为快速填充体积)计算为液压压力面的面积与空气间隙的行程的乘积。在较短时间内填充换挡元件以补偿空气间隙的过程在下文中被称为快速填充。在上下文中，液压压力面应理解为液压活塞的下述面：向活塞或阀芯可移向的方向作用压力的面，其中该面是在该方向上的投影面。通常该面是圆形面或圆环面，因为这些构件通常被设计成圆柱形，并且这些构件的移位在轴向上，即在圆柱体轴线的方向上进行。出于自发性的原因(即为了快速变换挡位)，从用于触发传动级变换的换挡信号到相关离合器闭合并且因此置入新的传动级(也被称为挡位)的所谓换挡时间必须尽可能短。因此，必须在较短的填充时间内非常快速地填充体积。填充体积除以填充时间的商是体积流量需求，自动变速器的供油装置以及因此最终变速器泵必须提供该体积流量需求来作为输送流量。
通常被设计为排量泵
Figure BDA0003222020360000021
的变速器泵的输送流量就物理量而言是体积流量，并且被计算为泵转速与排量体积的乘积。排量泵例如是齿轮泵、叶片泵或活塞泵。排量体积是指排量泵理论上(几何理想的或有效率的)泵每转一圈所输送的体积。例如，当驱动变速器泵的内燃机以空转转速转动时，即变速器泵的转速非常低时，通常置入空挡。在行驶运行中进行的换挡过程中，虽然在传动级变换时变速器泵的转速较高，但因此填充时间应更短。变速器泵的排量体积被选择为使得达到下述体积流量：在特定转速下，该体积流量足以在特定所需时间段内填充离合器。在此，必须涵盖最不利的情况，即所需的变速器泵排量体积是要填充的体积除以所需时间段与变速器泵在填充过程中所设定的转速的乘积的最大商。
泵的直径和/或宽度随着排量体积而增大。由于排量泵的宽度在流动技术上受到限制，因此通常增大的是旋转部件的直径。除了结构空间之外，吸收力矩并且因此相应的吸收功率(Aufnamheleistung)也随着旋转部件的直径而逐渐增大。此外，除换挡以外并且因此在大部分操作时间中不需要变速器泵的高体积流量，因为当在同一传动级下行驶时，只需要用于保持离合器压力的漏损量以及一定量的冷却和润滑油。尽管如此，总体积流量(也被称为输送流量)必须达到所需的最大压力，这同样会增加变速器泵的吸收功率，并从而导致变速器效率的下降。
本申请人的未预先公开的德国专利申请102007218081.2公开了一种片式换挡元件，该片式换挡元件除了离合器活塞之外还具有快速填充活塞和用于控制快速填充的快速填充阀。快速填充阀包括控制体和封闭体。在此，当从压力油源进行的快速填充开始时，首先填充快速填充阀与快速填充活塞之间的快速填充压力室，其中快速填充压力室或快速填充活塞的体积明显小于离合器压力室的体积或离合器活塞的可被施以压力的面积。出于此原因，根据面积比，快速填充压力必须大于直接填充离合器压力室的快速填充压力。压力油源通常是布置在液压换挡装置中的压力设定装置。由变速器泵向液压换挡装置提供工作介质，通常是变速器油。
由于要在快速填充期间填充的快速填充压力室的体积以相似的比例小于离合器压力室的体积，因此要在快速填充时期由变速器泵产生的体积流量可以以相同的程度更低。因此，与直接填充离合器压力室的换挡元件相比，变速器泵在其排量体积方面可以有利地设计得更小，这促使变速器泵在整个运行范围内的功率吸收更低并且因此变速器效率更高。在快速填充完成后，快速填充阀控制对离合器压力室的填充和施压，该填充和施压在比快速填充低的压力水平下进行，因此仅需在较短的快速填充时期产生较高的快速填充压力。在快速填充后，借助于封闭体将快速填充压力室封闭，这使得增加的快速填充压力在快速填充压力室内得以保持。
然而，只有当快速填充活塞将离合器活塞压到片组上并且消除空气间隙时，快速填充压力室才可实现封闭，从而完成快速填充。为了确保这一点，封闭体必须保持很长时间。这在该现有技术中是借助于具有弹簧加载的锁定滑件的锁定装置来实现的，这些锁定滑件在径向方向上压到活塞形控制体上的斜面上并且由此产生摩擦力，该摩擦力抵抗轴向作用到控制体上的压力。自一定压力起，控制体克服锁定滑件的阻力，并且随后移位到封闭体将快速填充压力室封闭的位置。在该位置中，增加的快速填充压力被锁定在快速填充压力室中，并且控制体藉由控制边缘释放下述通道：随后通过该通道以减小的压力进行从压力油源对离合器压力室的填充和压力施加，从而可以经由片组传递力矩并且由此将换挡元件闭合。
具有弹簧加载的锁定滑件的锁定装置的问题在于，由于制造公差导致的不一致的弹簧力所引起的作用到活塞上的径向合力，以及由于制造表面和在工作时间期间在表面上出现的磨损而导致的摩擦力设定的不准确性。此外，具有所属的压缩弹簧的锁定滑件意味着装配工作量的提高和构件数量的增加，这最终意味着更高的成本。此外，伴随着锁定滑件的布置，由于锁定滑件孔的制造而增加了换挡元件的径向结构空间和制造成本。此外，由于锁定装置的额外构件中可能的磨损或损坏，整个系统的可靠性降低。
本发明的基本目的是提供一种用于自动变速器的换挡元件，该换挡元件在结构简单的情况下并且在功能可靠的使用寿命期间具有低体积流量需求。在此，尤其不应损害短换挡时间和自发性。
该目的通过独立权利要求1的主题来实现。
因此，可液压操作的换挡元件包括离合器活塞、快速填充活塞和阀装置、以及快速填充压力室和离合器压力室。阀装置，也被称为快速填充阀，包括封闭体和控制体。在此，封闭体在换挡元件被操作之前处于第一换挡位置，在该第一换挡位置中快速填充压力室与压力油源连接并且因此可以被该压力油源施以压力。在换挡元件被操作期间或之后，封闭体处于第二换挡位置，在该第二换挡位置中该封闭体将快速填充压力室相对于液压系统其余部分封闭。
在换挡元件被操作之前，控制体处于第一换挡位置，在该第一换挡位置中该控制体中断压力油源与液压系统其余部分并且进而中断与离合器压力室或与封闭体的液压连接。控制体具有第一压力面，在该控制体的第一换挡位置中压力油源可以对该第一压力面施以压力。在换挡元件被操作期间或之后，控制体处于第二换挡位置，在该第二换挡位置中该控制体将压力油源与离合器压力室或封闭体连接。
根据本发明，控制体具有第二压力面，其中快速填充阀被设计成：在控制体的第二换挡位置或在第一换挡位置与第二换挡位置之间，压力油源除了对第一压力面之外还可以对第二压力面施以压力。由于第一压力面小于第一压力面与第二压力面之和，所以当最初施以压力时，控制体抵抗弹簧力的力首先相对小，以致控制体尚未释放压力油源到离合器压力室或封闭体的连接。这只有自一定的较高压力起才会发生，这具有的优点是有足够的时间可以从压力油源作用于快速填充压力室，并且可以减小空气间隙。
本发明的有利设计方式由从属权利要求得出。
在本发明的一个设计方式中，控制体和封闭体可以彼此固定连接，这在零件数量和成本方面具有优势。
替代于此，控制体和封闭体可以被设计为单独的构件，这可以带来功能方面的优势。
在该替代方案中，优选的是，控制体和封闭体机械地联接并且可相对于彼此轴向移位。
在此，在一个优选的设计方式中，可以在控制体与封闭体之间布置扩张弹簧(Spreizfeder)，由此在快速填充压力室封闭时实现可靠的密封效果，因为封闭体藉由扩张弹簧的力被压靠到阀座上。该设计方式的一大优点是，在快速填充活塞的相反侧上的离合器压力室中能够建立压力之前，快速填充压力被可靠地包含在快速填充压力室中，因为控制窗口(以及由此从压力油源到离合器压力室的流入)只有在快速填充压力室封闭后才会被打开。
在控制体的第二换挡位置中，离合器压力室可以与压力油源连接，并且离合器活塞由此可以被压力油源施以压力。
控制体和封闭体可以优选地彼此同心地布置在阀孔中。由此有利地获得紧凑的、节约结构空间的布置。
在替代的设计方式中，控制体与封闭体液压联接。在上下文中，联接应被理解为液压作用连接，通过该液压作用连接例如可以传导液压力。
在这种设计方式中，控制体和封闭体也可以被布置成在空间上彼此分离。由此在控制体和封闭体在变速器中的空间布置方面具有灵活性的优点。
在上下文中，在一个优选的设计方式中，控制体在其第一换挡位置中可以将压力油源与封闭体之间的液压连接中断并且在第二换挡位置中建立压力油源与封闭体之间的液压连接，使得封闭体能够被施以压力并且能够移位到其第二换挡位置。在第二换挡位置中，封闭体将快速填充压力室封闭，其中在封闭体和控制体各自的第二换挡位置中，离合器压力室与压力油源连接。
在一个设计方式中提出，快速填充阀包括控制阀和封闭阀，其中控制阀包括控制体并且封闭阀包括封闭体。
在此，控制体可以借助于控制压缩弹簧的力被固持在其第一换挡位置中，并且在压力油源施以压力下，该控制体可移位到其第二换挡位置，在该第二换挡位置中压力油源藉由控制阀与封闭阀液压连接。
此外，封闭体可以借助于封闭压缩弹簧的力被固持在其第一换挡位置中，并且在压力油源在操作压力室中进行压力施加的条件下，该封闭体可移位到其第二换挡位置。
在控制体与封闭体液压联接的情况下有利的是，控制体的第一压力面的面积和控制压缩弹簧的力以及封闭体的压力面的面积和封闭压缩弹簧的力可以被选择为只有在快速填充压力高至使空气间隙消除时，控制体和封闭体才能够被移位到它们的第二换挡位置。
此外，在控制体与封闭体液压联接的情况下可以提出，当控制体处于其第二换挡位置时，封闭体能够离开其第一换挡位置而在操作压力室中与压力油源连接并且由此能够被施以压力。
替代于此可以提出，控制体的第一压力面的面积和控制压缩弹簧的力以及封闭体的压力面的面积和封闭体压缩弹簧的力被选择为只有在超过换挡元件能够无滑动地传递所需扭矩的同步压力值时，控制体和封闭体才能够被移位到它们的第二换挡位置。这具有以下优点：换挡元件保持可靠闭合并且不会出现导致舒适度降低的扭矩波动。当压力作用到快速填充活塞上时，要注意快速填充活塞上的面积比，以得到为了建立力配合而必须作用到离合器活塞上的同步压力值。
在控制体与封闭体机械联接的设计方式中可设想的是，控制体与封闭体的压力面的面积比和压缩弹簧的力被选择为只有在快速填充压力高至使空气间隙消除时，控制体才能够被移位到该控制体释放从压力油源到离合器压力室的连接的位置。
替代于此，控制体与封闭体的压力面的面积比和压缩弹簧的力可以被选择为只有在超过换挡元件能够无滑动地传递所需扭矩的同步压力值时，该控制体才能够被移位到该控制体释放从压力油源到离合器压力室的连接的位置。这具有上述优点，即换挡元件保持可靠闭合并且不会出现不利的扭矩波动。
控制体优选包括两个基本呈圆柱形的控制体部段，这些控制体部段具有不同的外直径并且在具有相应内直径的阶梯孔中被引导。内直径和外直径在此形成间隙配合。因此，可以通过简单的制造工序制造出两个不同的压力面。
一种用于自动变速器的可液压操作的换挡元件优选包括具有第一液压压力面的离合器活塞和多个摩擦体，其中离合器活塞的液压压力面能够在离合器压力室中被来自压力油源的离合器压力施以压力，以通过增加摩擦力矩或在摩擦副处建立静摩擦来将换挡元件闭合，或至少通过将摩擦体相互压靠来提高换挡元件的扭矩传递能力。在此，在换挡元件的非操作状态下，至少在摩擦体之间存在空气间隙。换挡元件具有用于减小空气间隙的装置，在该装置中可以产生力。该装置被布置成使得作用到摩擦体上的该力以使空气间隙减小或变为零的方式而作用于该摩擦体。在此，可由电子控制单元(ECU)操控压力油源以设定压力。
在此，空气间隙的减小或消除有利地由该装置接管并且离合器压力室不必被填充以高体积流量的工作介质，从而可以减小变速器泵的排量体积。空气间隙的“消除”应被理解为片之间不再有空隙。
在消除空气间隙之后，装置对摩擦副的力的大小优选被选择为使得换挡元件仅能传递不足以驱动车辆的扭矩。
压力油源可以被设计为包括阀装置和压力设定装置的液压换挡装置，借助于这些阀装置和压力设定装置，由变速器泵输送的体积流量被导向不同的换挡元件，并且可以设定液压换挡装置下游的压力。
在一个优选的设计方式中提出，这些摩擦体形成片组，并且用于减小空气间隙的装置具有快速填充活塞和用于固定该快速填充活塞的封闭体。在此，当换挡元件未被操作时，快速填充活塞贴靠在离合器活塞上。通过该装置可以产生朝向快速填充活塞的力，使得离合器活塞能够从快速填充活塞朝向片组移位以减少或消除空气间隙。封闭体将快速填充活塞固定(至少暂时防止被推回)在空气间隙减小或消除的位置。
在一个有利的设计方式中，可以对快速填充活塞进行液压操作并且该快速填充活塞在背离离合器活塞的一侧具有第二液压压力面，其中该第二液压压力面可以在快速填充压力室中被施以压力。快速填充活塞的第二液压压力面小于其第一液压压力面。第二液压压力面与第一液压压力面的面积比形成第一面积比。当向第二液压压力面施加压力时，快速填充活塞机械地作用到离合器活塞上并且可以使其移位以补偿空气间隙。这具有多个有利的效果：一方面，提供对快速填充活塞的液压操作，因为离合器活塞也是液压操作的。虽然快速填充活塞上的第二液压压力面小于离合器活塞上的第一液压压力面，但离合器活塞和快速填充活塞必须移位相同的行程以补偿空气间隙。因此，对快速填充压力室进行填充需要与第一面积比相对应的体积或体积流量以补偿空气间隙，该体积或体积流量小于对离合器压力室进行快速填充的情况。在此降低了对自动变速器的体积流量需求，从而使得变速器泵在其排量体积方面可以设计得更小。积极的效果是变速器泵的吸收功率较低，因此变速器效率较高，这最终表现为较低的燃料消耗或较低的CO2排放。此外，可以布置扁平的快速填充活塞以节省空间。
在上下文中，阀活塞在一端可以具有第四液压压力面并且在相反端具有第五液压压力面，这两个液压压力面可以在第一换挡位置中共同地被压力油源施以相同大小的压力，其中第四液压压力面大于第五液压压力面。
在特别有利的设计方式中，阀活塞包括控制体和封闭体，其中封闭体和控制体彼此联接，使得它们能够在两个止动位置内相对于彼此移位，其中阀活塞在阀的第一换挡位置中处于第一止动位置，在该第一止动位置中控制体和封闭体被夹在它们之间的扩张弹簧彼此压开，并且其中阀活塞在快速填充阀的第二换挡位置中处于第二止动位置，在该第二止动位置中封闭体贴靠在阀座上并且由此密闭地将快速填充压力室封闭，并且克服扩张弹簧的力而被推入到控制体中直达该控制体中的止动件。
在一个优选的设计方式中提出，第二液压压力面与第三液压压力面的第二面积比大于第六液压压力面与第四液压压力面的第三面积比。在此，这两个面积比之间的差值被选择为使得在阀活塞的第二换挡位置中，在一定的压力值下藉由第四液压压力面作用到阀活塞上的液压力大于下述各力之和：压缩弹簧和扩张弹簧的方向相反的力、以及完成后的快速填充压力和向封闭体施加的特定压力的液压力。在阀活塞的第二换挡位置中的快速填充压力由藉由第二面积比同样作用在离合器压力室中的特定压力产生，其中离合器压力室中的特定压力值足以藉由换挡元件传递扭矩。面积比的选择确保即使在离合器压力增加时也锁定快速填充压力，并且因此使快速填充活塞在空气间隙消除后保持在其位置。
在一个有利的设计方式中，快速填充阀以第一阻力阻止阀活塞离开其第一换挡位置的移位，并且只有自控制压力室中占主导的压力的特定最小压力值起才允许阀活塞在朝向第二换挡位置的方向上移位。在此，在第二控制体部段从相应的孔部段出来后而克服了第一阻力之后，另外的阻力至少小于第一阻力。
如上所述那样设计的换挡元件既可被设计为变速器制动器也可被设计为变速器离合器。
如果换挡元件被设计为变速器制动器，则可以将快速填充阀布置在变速器的固定部分中。
有利地，一种自动变速器可以具有如上所述的至少一个根据本发明的可液压操作的换挡元件。这会显著降低自动变速器的取决于第一面积比的体积流量需求，由此与现有技术相比降低了变速器泵的功率吸收并且提高了自动变速器的效率。
在用于操作如上所述的根据本发明的换挡元件的方法中，当存在用于闭合换挡元件的请求信号时，变速器电子控制装置(ECU)向液压换挡装置或向被其包括在内的压力油源输出信号以减小空气间隙，并且自应用的或测量的空气间隙被补偿的时间点起输出用于对片组施以压力的信号。在上下文中，应用值应被理解为事先在实验中确定并且存储在ECU中的特定变量的值。
该方法的另一设计方式提出，在换挡元件被操作的初始时间点时，ECU将目标压力提升到第二目标压力值，并且自由于阀活塞封闭快速填充压力室而导致实际值预期增加之前应用的第二时间点起，目标压力值朝向第三目标压力值降低，直到第三时间点为止。在等待一段应用持续时间直到在第五时间点完成对快速填充压力室的封闭之后，自该第五时间点起将目标压力从第三目标压力值朝向第四目标压力值降低，以避免压力峰值，尤其是在离合器压力室中出现的压力峰值。在第六时间点达到该第四目标压力值，使得自第六时间点起，也作用于控制压力室的离合器压力向第四目标压力值提升并且在第七时间点达到第四压力值。第四目标压力值直到应用的第八时间点之前均保持恒定，并且然后将其提升到在第九时间点达到的最后目标压力值。
给出了一种针对具有快速填充阀的换挡元件的替代方法，在该方法中，将阀活塞的压力面的面积和压缩弹簧的力选择为使得快速填充压力可以增加到超过换挡元件能够无滑动地传递所需扭矩的压力。该压力值也被称为同步压力值。在超过该同步压力值之后，控制体或阀活塞才移位到在压力油源与离合器压力室之间建立液压连接并且离合器活塞因此被施以压力的程度。这具有以下优点：换挡元件被可靠闭合并且不可能因压力波动而产生负面效果。
根据本发明的换挡元件的实施例在附图中示出并且在下面更详细地予以描述。
在附图中：
图1示出了作为变速器制动器的根据本发明的换挡元件在自动变速器的局部剖面中的设计方式，
图2示出了换挡元件的局部剖面，
图3示出了处于第一止动位置的根据本发明的换挡元件的快速填充阀的局部剖面，
图4示出了处于第二止动位置的根据本发明的换挡元件的快速填充阀的局部剖面，
图5示出了处于第一止动位置的快速填充阀的第二变体的局部剖面，
图6示出了处于第二止动位置的快速填充阀的第二变体的局部剖面，
图7示出了根据本发明的具有快速填充阀的第三变体的换挡元件的替代的设计方式，
图8示出了根据第一设计方案的用于操作快速填充阀的第一方法的时序图，以及
图9示出了根据第二设计方案的用于操作快速填充阀的第二方法的时序图。
在图1中，以自动变速器的一部分的示意性纵向剖面图示出了作为变速器制动器的根据本发明的换挡元件100的设计方式。图2以放大的局部示出了换挡元件100的元件。换挡元件100包括离合器活塞101、快速填充活塞102、至少一个快速填充阀103、片组140和多个离合器弹簧119。在图3和图4中详细地示出了快速填充阀103的示意性剖面图。
向换挡元件100供给工作介质(通常是变速器油)是从用作压力油源的液压换挡装置108进行的，在该液压换挡装置中借助于压力油源(未示出)来设定相应的压力。向液压换挡装置输送工作介质是借助于产生工作介质的压力和体积流量的变速器泵进行的。
液压换挡装置108通过管线163与连接压力室179相连接，该连接压力室布置在快速填充阀103与快速填充活塞102之间。此外，液压换挡装置108通过管线177与快速填充阀102的控制压力室176相连接。
离合器弹簧分布在离合器活塞101的周向上，但在图1的图示中仅离合器弹簧119旋转到图平面中。替代于此，多个离合器弹簧可以被设计为碟形弹簧。片组140包括波形弹簧147、五个外片141和一个外片142以及五个内片143。外片141和142防旋转地与形成在变速器壳体106上的外片支架145联接。内片143防旋转地与内片支架146联接，该内片支架形成在可转动的环齿轮162上。换挡元件100因此可以将可转动的变速器构件(即，环齿轮162)与变速器壳体106防旋转地连接，使得换挡元件100被设计为变速器制动器。
同样以纵向剖面示出的离合器活塞101布置在与变速器壳体106固定连接的壳体元件161与片组140之间。在下文中，壳体元件应理解为变速器的构造在变速器壳体上或与其固定连接的构件。离合器弹簧119布置在离合器活塞101与片组140之间。离合器活塞101以在壳体元件161上可轴向(即，在该离合器活塞的中心轴线M的方向上)移位的方式被引导。中心轴线M与变速器壳体106的转动轴线A相同，该自动变速器的轴围绕该转动轴线转动。
在图2中，在换挡元件100的局部剖面中详细示出了可将力传递到片组140上的操作元件。离合器活塞101被设计为基本上是旋转对称的并且是环形的，并且在轴向方向上中空圆柱体式地向两侧延伸。在离合器活塞101上，朝向壳体元件161的方向形成至少部分中空圆柱形的导向件112，并且朝向片组140(见图1)的方向形成至少部分中空圆柱形的压紧件113。导向件112具有内直径为di118的内轮廓118。离合器活塞101的中间件114具有内直径为di101的圆形通道115，其中离合器活塞101以通道115在壳体元件161的圆柱形径向外轮廓164上可轴向移位地被引导。离合器活塞101在轴向投影中具有环形的液压压力面A11，其内直径对应于内直径di101，并且其外直径对应于内轮廓118的内直径di118。液压压力面A11的面积被计算为A11＝π×(di118-di101)2/4。在与外轮廓164的接触点处将密封元件布置在离合器活塞101上，该密封元件在所示设计方式中被设计为O形环194。
在离合器活塞101与壳体元件161之间在轴向方向上与离合器活塞101同轴地布置有快速填充活塞102，该快速填充活塞同样以在外轮廓164上可轴向移动的方式被引导。快速填充活塞102被形成为基本上是环形的并且在轴向方向上呈阶梯形，其中快速填充活塞102根据其径向位置具有内部件121和外部件122。就该快速填充活塞102的径向位置而言，快速填充活塞布置在外轮廓164与离合器活塞101的导向件112的内轮廓118之间。
构造为密封唇192的密封元件布置在外部件122的径向外边缘上，该密封元件贴靠在离合器活塞101的内轮廓118上。环形的、中空圆柱形的内部件121以在环形槽165(其在壳体元件161中被设计为轴向凹部)中可轴向移动的方式被引导，并且在轴向投影中(即在环形的快速填充活塞102的中心轴线M的方向上)具有圆形的液压压力面A12，该液压压力面由内部件121的外直径da121和内直径计算得出。由于快速填充活塞102和离合器活塞101都在外轮廓164上被引导，因此它们具有相同的内直径di101，因此内部件121的内直径对应于内直径di101。因此液压压力面A12的面积被计算为A12＝π×(da121-di101)2/4。液压压力面A12小于液压压力面A11。液压压力面A12与A11的商是面积比a11，其中a11＝A12/A11。在实践中，有利的设计方式具有a11＝1:2.95＝0.34的面积比a11。
内部件121在其外部面或内部面中分别具有径向向外和向内的设计为O形环191或O形环193的密封元件，这些密封元件贴靠在环形槽165的槽侧面上。内部槽侧面是壳体元件161的外轮廓164的一部分。在槽底125、槽侧面和液压压力面A12之间形成快速填充压力室126，其体积随快速填充活塞102的轴向运动而发生变化。在快速填充活塞102与离合器活塞101之间形成离合器压力室117，其体积可以在快速填充活塞102与离合器活塞101彼此轴向相对运动时而发生变化。
在换挡元件100的非操作状态下，离合器弹簧119将离合器活塞101压靠到快速填充活塞102上，并且该快速填充活塞又压靠到壳体元件161上，该离合器弹簧抵靠变速器壳体106或抵靠与该变速器壳体固定连接的变速器构件而被预张紧。因此，离合器活塞101、快速填充活塞102和壳体元件161具有直接的机械接触。快速填充压力室126和离合器压力室117的体积在该位置中分别达到它们的最小值。片组140的片141、142、143和147在换挡元件100非操作状态中在轴向上间隔开或彼此松散地贴靠，使得各个轴向间隔整体相加得到在轴向方向上测量的空气间隙L。离合器活塞101的压紧件113与片组140间隔开，或者贴靠片组但不对其施加任何显著的力。在“非操作状态”下不能传递扭矩，最多可能会由于附着在片上的工作介质的机械摩擦和/或剪切力而产生拖曳力矩。并没有压力作用到换挡元件上，或者压力低于还不允许扭矩传递操作的特定阈值，例如是预填充压力。
与离合器活塞101和快速填充活塞102相邻的是快速填充阀103，在图3和图4中以示意性而非按比例的图示详细地示出了在第一止动位置和第二止动位置中的该快速填充阀。快速填充阀103包括阀壳体、阀活塞130和压缩弹簧139。压缩弹簧139示意性地表示为双箭头。在此，壳体元件161用作阀壳体，在该壳体元件中阀孔180围绕阀孔轴线V形成为阶梯孔。
阀孔180具有四个内直径不同的孔部段181、182、183和188，其中孔部段183形成在阀孔180的一端，并且孔部段188形成在该阀孔的另一端。在此，孔部段181的内直径最大，而孔部段183的内直径di183最小。从第一孔部段181到第二孔部段182的过渡形成肩部184并且从第二孔部段182到第三孔部段183的过渡形成阀座185，该阀座也具有内直径di183。孔部段182的内直径大于内直径di183。连接压力室179在孔部段182和183之间穿过阀孔180。
第三孔部段183通过连接通道186与环形槽165相连接。连接通道186例如可以被设计为孔、铸造通道或铣削凹部。从孔部段181到孔部段188的过渡形成肩部189，该肩部被设计为径向平面中的环形面。
连接窗口134在孔部段181中从外部径向通向阀孔180中，该连接窗口与通向油箱167的管线163连接。油箱167填充有至特定液位168的工作介质，通常是变速器油。管线163的末端布置在工作介质的液位168下方。除了连接窗口134之外，控制窗口137在孔部段181的另一轴向位置处从外部径向通向阀孔中。控制窗口137通过管线151与离合器压力室117连接(见图2)。
快速填充阀103是座阀(Sitzventil)和滑阀的组合。多个快速填充阀可以沿周向分布，以扩大通向快速填充压力室126的流动横截面，从而可以通过更大的体积流量更快地填充该快速填充压力室。此外，由此可以避免快速填充压力pSF在周向上的不均匀分布。
阀活塞130(见图3和图4)包括封闭体132和控制体131。控制体131的外轮廓由两个圆柱形的控制体部段152和153形成，其中第一控制体部段152具有大于第二控制体部段153的外直径。
从第一控制体部段152到第二控制体部段153的过渡形成在径向平面中用作液压压力面A19的环形面。在控制体部段152处，在压力面A19的轴向位置处的控制体部段的外轮廓上形成控制边缘135，该控制边缘在快速填充阀103运行时与控制窗口137共同起作用。
第二控制体部段153在控制体131的端部的端面用作液压压力面A18。液压压力面A18和A19之和为液压压力面A13，即控制体131的轴向总投影面。第一控制体部段152在孔部段181中以可轴向移位的方式被引导，并且第二控制体部段153在孔部段188中以可轴向移位的方式被引导。两个控制体部段与其各自的孔部段形成间隙配合。控制体部段153从压力面A19的轴向位置开始到其端部或压力面A18的轴向位置延伸了长度X1。
控制体部段152具有环绕的控制槽154，该控制槽例如被设计为控制体部段152的外表面中的凹部或凹孔。在控制槽154和压力面A19之间的控制体131中形成有补偿通道155，该补偿通道例如可以被实施为孔或铸造通道。液压阻隔件(例如以隔挡件156的形式)可以可选地设置在补偿通道155中。该阻隔件将增加控制体131离开第一止动位置的移位阻力，并且由此限制了移位速度。替代于此，节流点或作为最简单的变体的小的孔直径也是可行的。
在控制体131的与控制体部段153相反的一侧上布置有封闭体132。在图3所示的阀活塞130的设计方式中，控制体131和封闭体132被设计为一体。圆柱形的封闭体132具有外直径da132，该外直径小于第二控制体部段153的直径。在封闭体132的端部处形成锥形尖端133。在壳体元件161中，封闭体132以在阀孔180的孔部段182中可轴向移位的方式被引导。封闭体132的外表面和孔部段182在此形成间隙配合。
在图3的图示中，阀活塞130被示出为处于第一止动位置，例如在换挡元件100被操作之前或者在换挡元件100根本没有被操作时占据该第一止动位置。在控制体131与壳体元件161之间，在朝向封闭体132的侧面，压缩弹簧139以与封闭体132同心的方式布置在弹簧室166中，在控制压力室中的压力低于特定值时该压缩弹簧将阀活塞130压至第一止动位置。弹簧室166是通风的，即该弹簧室与变速器的无压力区域195处于连接，使得弹簧室166中占主导的是至少近似环境压力p0。在阀活塞130的背离封闭体132的一侧，在控制体131与壳体元件161之间形成控制压力室176，该控制压力室根据控制体131在其沿轴向方向移位时的轴向距离而改变该控制压力室的体积。来自液压控制装置108的管线177通向控制压力室176。在第一止动位置中，控制体131以其压力面A19贴靠在壳体元件161的止动面175上。
在阀活塞130的第一止动位置中，该阀活塞的元件占据以下位置：控制体部段153以其全部长度X1穿入孔部段188中。控制体部段152封闭控制窗口137并且由此封闭通向离合器压力室117的管线151，从而在该离合器压力室中仅存在预填充压力p1。控制槽154和连接窗口134重叠，使得控制槽154通过管线163与油箱167中的工作介质相连。弹簧室166的体积最大。压缩弹簧139的预紧力呈现其最低值。封闭体132的锥形尖端133与阀座185相距最大，使得孔部段183并且因此快速填充压力室126与压力油源108相连接。因此，在第一止动位置中，当换挡元件100应被操作时，可以由压力油源108来填充快速填充压力室126。
图4示出了阀活塞130处于第二止动位置的示意图。这在下述情况中实现：封闭体132的锥形尖端133贴靠在阀座185上并且由此将快速填充压力室126相对于液压系统其余部分封闭。快速填充压力室126内所含的压力通过压力面A15作用到封闭体132上。圆形的压力面A15由孔部段183的内直径di183或阀座185的内直径计算得出。此外，还有由压力油源108设定的压力(例如离合器压力pK)通过位于阀座185径向外侧的环形的压力面A16作用到阀活塞130的锥形尖端133上。在阀活塞130的第二止动位置中，控制体131占据下述位置：在该位置中，控制压力室176具有其最大体积，因为随着控制体部段153从孔部段188退出，在压力面A19的区域中增加了额外的体积，因此现在可以通过液压换挡装置108对整个压力面A13施加作用。控制边缘135已在去往第二止动位置的途中扫过控制窗口137，因此控制体部段152不再封闭该控制窗口，并且通过快速填充压力室175和管线177将离合器压力室117与压力油源108相连接，并且离合器活塞101可以被该离合器压力室施以压力。
当控制体131从其第一止动位置移位到第二止动位置时，必须保证三个条件。一方面，在控制体部段152的控制边缘135释放控制窗口之前，封闭体132必须将快速填充压力室126封闭。另一方面，在控制体部段152的控制边缘135释放控制窗口之前，控制体部段153必须已离开孔部段188。因此，在第一止动位置中，控制边缘135与控制窗口137之间的轴向距离X2必须大于长度X1。
为了在第二止动位置中在压力油源108与油箱167之间没有通过补偿通道155形成的短接，控制槽154和连接窗口134的轴向延伸部分的尺寸和它们的位置被选择成使得控制体部段152在第二止动位置中以其外侧面封闭连接窗口134。这意味着补偿通道155的末端与连接窗口134之间的距离X3必须小于距离X2。
如果换挡元件100再次被断开，则借助于液压换挡装置108来降低控制压力室176中的压力，并且阀活塞130被压缩弹簧139的力推回到第一止动位置。
图5和图6示出了快速填充阀203的替代性设计方式的同样不按比例的示意图。该快速填充阀具有阀活塞230，与图3和图4中的阀活塞130相比，该阀活塞不是一体地构造的，而是其中的控制体231和封闭体232是可相对于彼此轴向移位的两个单独的构件。控制体231的设计与图3和图4中的控制体131类似，但与之不同的是具有导向孔271，封闭体232以在该导向孔中可相对于控制体231轴向移位的方式被引导。在孔底273中布置有将控制体231和封闭体232彼此压开的扩张弹簧238。在封闭体232上，在背离控制体231的端部上形成有锥形尖端233。
控制体231与控制体131一样具有第一控制体部段252和第二控制体部段253。同样与控制体131类似地，在控制体部段252上形成有控制槽154、补偿通道155和压力面A19。圆柱形的控制体部段253与控制体部段252的背离封闭体232的端部连接。快速填充阀203和103的功能在原理上相同。快速填充阀203的优点在于控制体231与封闭体232的解除联接。由此，当阀活塞230移动到图6所示的止动位置时，锥形尖端233已经可以贴靠在阀座185上，并且在控制边缘235释放控制窗口137之前将快速填充压力室126封闭。在将快速填充压力室126封闭后，控制体231在控制压力室176中被施以压力的情况下被进一步移向封闭体232，其中在该路段上控制窗口137被释放并且离合器压力室117被填充。在此，扩张弹簧238被预紧直到达到特定预紧力，或者在替代性的设计方式中，控制体231和封闭体232直接轴向接触地彼此贴靠。图6示出了处于第二止动位置下的阀活塞230，与在图5中的第一止动位置相比，在该第二止动位置中封闭体232抵抗扩张弹簧238的力被更深地推入控制体231中。
该设计方式的优点在于，在离合器压力室117被施以压力之前可靠地将快速填充压力室126封闭，而不论可能会影响控制窗口和控制边缘的位置的制造公差如何。也不需要通过如图3和图4所述的管线中的隔挡件进行协调。相比之下，缺点是由于控制体231和封闭体232的两件式设计，构件和制造工序的工作量更多。
图7以示意性图示(未按比例)示出了作为快速填充阀的另一替代性的设计方式的快速填充阀303。快速填充阀303在此由两部分构成，并且在此包括封闭阀330和控制阀350。封闭阀330包括封闭体331，并且控制阀350包括控制体351。与快速填充阀103和203不同，封闭体和控制体彼此不是机械联接的，而是液压联接的。因此，封闭阀330和控制阀350可被布置成在空间上彼此分离并且不拘束在它们的位置上。
除了封闭体331之外，封闭阀330还包括封闭压缩弹簧339。封闭阀330的阶梯活塞形的封闭体331具有圆柱形的第一封闭体部段332和圆柱形的第二封闭体部段336。第一封闭体部段332的外直径小于第二封闭体部段336的外直径。封闭体部段332和336之间的阶梯形过渡形成环形的贴靠面338，该贴靠面位于被封闭体331的中心轴线垂直穿过的径向平面内。
封闭体331可轴向移位地布置在封闭阀孔340中，该封闭阀孔被设计为阶梯孔。封闭阀孔340包括壳体元件161中的第一孔部段341和第二孔部段342。在此，这两个孔部段341和342之间的过渡形成壳体元件161中的环形的贴靠面362。在封闭体331的装入状态下，封闭压缩弹簧339被预张紧地布置在封闭体331的贴靠面338与壳体元件161的贴靠面362之间，该压缩弹簧的预紧力在朝向壳体元件161的止动面343的方向上作用到封闭体331上。操作压力室379形成在第二封闭体部段336与该贴靠面之间，该操作压力室的体积随封闭体331的轴向移位而发生变化。封闭体部段332被设计成如同图3和图4中的封闭体132那样，并且在其背离封闭体部段336的端部处具有锥形尖端333，该锥形尖端在装入状态下面向快速填充压力室126，并且一旦封闭体331处于其第二止动位置，则该锥形尖端就抵靠阀座185将快速填充压力室126密闭地封闭。
封闭阀330和控制阀350通过管线377以及管线374与管线378的组合彼此液压连接。在此，通过管线378和管线374从压力油源108并行地为快速填充压力室126和控制阀350供应工作介质。封闭阀330布置在压力油源108与快速填充压力室126之间。控制阀350通过控制窗口337和管线377与封闭阀330的操作压力室379连接。如在图3至图6中的设计方式中，封闭阀330通过控制窗口137和管线151与快速填充压力室126连接。
在图7的实施例中，封闭体部段332和336彼此固定连接或被设计为一体。替代于此也可以是两件式设计，其中在这两个封闭体部段332和336之间布置有扩张弹簧(见图5和图6)。从控制阀350进行在操作压力室379中对封闭体331施以压力以抵抗封闭压缩弹簧339的力，其中工作介质的压力作用到封闭体331的封闭体部段336的液压压力面A37上。
控制阀350包括控制阀壳体306、控制体351和控制压缩弹簧357。控制体351具有中空圆柱形的控制体部段352和圆柱形的控制体部段353，其中控制体部段353所具有的外直径比控制体部段352小。控制体部段353的外直径在轴向投影中界定圆形的压力面A38。在压力面A38与控制阀壳体306之间形成控制压力室376a，其体积随控制体351的移位而发生变化。控制体部段352和353的外直径界定压力面A39，该压力面是由从控制体部段352到控制体部段353的阶梯形过渡形成的。控制压力室376b形成在压力面A39与控制阀壳体306或止动面375之间。压力面A38和A39相加得到压力面A33。在中空圆柱形的控制体部段351内，控制压缩弹簧357布置在弹簧室358中。弹簧室358与变速器的无压力区域395连接并且因此得以通风。
在控制体部段352的圆柱形外表面中形成有环绕的控制槽354，该控制槽可以制成例如凹孔。在控制槽354与压力面A39之间形成有连续的(即向两侧开口的)补偿通道355，该补偿通道例如制成为孔。例如与图3中的补偿通道155一样，在补偿通道355中，其中也可以可选地布置有液压阻隔件。通过向压力面A38或A33施以压力，控制体351可以抵抗控制压缩弹簧357的力而在控制阀孔380中轴向移位。如图所示，控制阀壳体306被设计为单独的壳体。然而，替代于此，控制阀壳体也可以形成在壳体元件161内。
控制阀孔380被设计为阶梯孔并且具有两个孔部段381和382，控制体351以可在这些孔部段中轴向移位的方式被引导。相应的控制体部段352和353的外直径分别与指配给它们的孔部段381和382一起形成间隙配合。从孔部段381到孔部段382的阶梯形过渡形成环形的止动面375，该止动面位于被控制阀孔380的孔轴线S垂直穿过的径向平面内。压力面A39的外直径形成控制边缘359。连接窗口334和控制窗口337从外部径向通向控制阀孔380的孔部段381。连接窗口334通过管线363与油箱167连接，其中与图3中的管线163一样，管线363的末端低于油箱167的液位。
控制体351可在两个止动位置之间轴向移位。在图7中，控制体351被示出于两个止动位置之间的位置中，其中该控制体在液压力的作用下抵抗控制压缩弹簧357的力移位到使得控制体部段353刚好从孔部段382退出的程度。
在停用状态下，当设置成不操作换挡元件300并且由液压换挡装置108在管线374和378中设定的压力仅对应于预填充压力p1或环境压力p0时，控制体351在控制压缩弹簧357的预紧力下以压力面A39贴靠在控制阀壳体306的止动面375上。控制压力室376的体积由此达到其最小值。连接窗口334并且因此油箱167通过控制槽354和补偿通道355与压力面A39和止动面375之间的控制压力室376连接。
如果这时在启动换挡时借助于用作压力油源108的液压换挡装置的压力设定装置来使管线374和378以及快速填充压力室126和控制压力室376a中的压力增大，则该压力在控制阀350中作用到控制体351的压力面A38上并且作用到快速填充活塞102上。快速填充压力室126中的过程如已经在图3至图6以及图8和图9中描述的那样进行。
当快速填充压力pSF增加时，控制体351自特定的压力值开始抵抗控制压缩弹簧357的力而移位，同时快速填充压力室126被填充并且快速填充活塞102被施以压力并且朝向离合器活塞101移位，如图3至图6以及图8和图9中所述。只要在控制体351移出其止动位置时控制体部段353还在孔部段382内被引导，压力面A39与止动面375之间的控制压力室376b的体积就会增大。由此在控制压力室376的这部分中产生的负压通过下述方式得到补偿：通过连接窗口334、控制槽354和补偿通道355使压力面A39与止动面375之间的空间填充工作介质。
一旦控制体部段353离开孔部段382，控制压力室376a和376b就合并成控制压力室376，并且控制体351的可被施以压力的面从压力面A38增加到明显更大的压力面A33。随着压力面的增大，向控制体351的抵抗控制压缩弹簧357的力的力增大，使得控制体351移位到第二止动位置。在此运动期间，在控制体部段353从孔部段382出来后，控制体351的控制边缘359打开控制窗口337，使得控制压力室376中占主导的快速填充压力pSF可以通过管线377施加在封闭体331的操作压力室379并且因此可以施加在压力面A37上。控制槽354、控制边缘359、控制窗口337和连接窗口334的轴向位置被选择为使得在控制窗口337打开之前连接窗口334就被控制体部段352封闭。如果不以这种方式选择，则控制压力室376中的压力可能会降低，因为工作介质可能会通过补偿通道355溢出到油箱167中。
随着控制窗口337的打开和由此产生的对操作压力室379的压力施加(类似于图3和图4中的过程)，封闭体331抵抗封闭压缩弹簧339的力而移位到第二止动位置，在该第二止动位置中封闭体部段332将快速填充压力室126封闭。在去往该第二止动位置的途中或当到达第二止动位置时，封闭体部段336以其控制边缘335释放控制窗口137，并且相应改变的压力(见图8和图9)现在施加在离合器压力室117上并且因此施加在离合器活塞101上。
如在图3和图4中所描述的那样，通过对控制窗口137和封闭体331的控制边缘335的轴向位置进行选择，可以将封闭阀330调整成使得快速填充压力室126被可靠地封闭并且快速填充压力pSF被可靠地包含在内。此外，还可以通过在管线151、374、378和377中布置节流阀或隔挡件形式的液压阻隔件来进行调整。替代于此，可通过下述方式在对离合器压力室117施以压力之前实现快速填充压力室126的可靠闭合：将封闭体331类似于图5和图6那样实施成两件式的。
压力面A33的面积和控制压缩弹簧357的力被选择为使得即使在由压力油源108设定的压力在对离合器压力室117进行填充期间降低时，控制阀350的控制窗口337也保持打开。
下面参考图8和图9中的时序图并且结合图3和图4来描述快速填充如何发生以及在这种情况下在快速填充阀103中及在从压力油源108对该快速填充阀的操控中发生的过程。图8示出了用于操控快速填充的第一方法。在此，在换挡元件100操作之前的时间点t0，阀活塞130处于其第一止动位置(如图3所示)。换挡元件的操作在下文中也被称为换挡。环齿轮162仍相对于变速器壳体106(见图1)自由转动。片组140是断开的，在片与离合器活塞101之间存在轴向方向上的空气间隙L。波形弹簧147是松弛的。液压换挡装置108下游的所有压力都是无压力的或具有预填充压力值p1，该值非常低，以致不会对换挡元件传递扭矩方面产生影响，但也需足够高，以确保所有能被施以油的空间不是空的。在实践中，该压力例如为0.5巴至0.8巴。
通过操作被设计为变速器制动器的换挡元件100旨在使环齿轮162与变速器壳体106防旋转地连接。在图8中的时间点t0，未示出的电子控制单元(ECU)向液压换挡装置108输出命令，以将压力从预填充压力p1增加到目标压力值p2S。在所有以液压方式彼此连接的区域中，即在控制压力室176中以及在连接压力室179和快速填充压力室126中，均等地发生压力增加。
然而，快速填充压力pSF并未达到第二目标压力值p2S，因为在快速填充压力室126中通过对快速填充活塞102的液压压力面A12的压力施加，将快速填充活塞102压靠到离合器活塞上101并且使这二者最终抵抗离合器弹簧119的力和片组140的弹性而被挤压。快速填充活塞102和离合器活塞101相对于片组140移位了空气间隙L的行程。在快速填充活塞102开始运行时，在时间点t1，在快速填充压力室126中建立了液压换挡装置108下游的压力值p2，该压力值是由液压压力面A12、以及离合器弹簧119的力、以及理论上还有片组140和波形弹簧147的相应弹性得出的。此外，在快速填充活塞102的运动期间，快速填充压力室126的容积增加，直到空气间隙L被消除。
只有当离合器活塞101的压紧件113贴靠在现在没有空气间隙的片组140的波形弹簧147上之后，理论上所有连接区域中的压力以及因此快速填充压力室126中的快速填充压力pSF才会继续向目标压力值p2S的方向提升。直至快速填充活塞102的移位完成且空气间隙L被消除的时间点t3为止，压力恒定地对应于压力值p2。在实践中，有利的压力值p2例如是p2＝4.5巴。因此，目标压力值p2S被选择为显著高于设定的第二压力值p2，以便在液压换挡装置108中的对应压力油源中具有尽可能大的流动横截面，并且因此提供用于快速填充换挡元件的尽可能高的体积流量。
在控制压力室176中的液压压力面A18以及在连接压力室179中的阀活塞130的液压压力面A14被施以对应于压力值p2的相同压力，由此产生相反方向的压力。尽管液压压力面A18大于液压压力面A14，但阀活塞130即使在达到压力值p2的情况下仍保持在其第一止动位置。其原因在于，除了液压压力面A14的压力与压力值p2相关之外，还有压缩弹簧139的预紧力对抗液压压力面A18的压力和压力值p2。在此，压缩弹簧139的预紧力和压力面A14和A18的面积被选择为使得：在快速填充压力室126可通过连接通道186被填充并且将压力值p2水平的快速填充压力pSF施加在液压压力面A12上直到时间点t3为止的期间，在施加压力值p2时超过来自A18的压力并且阀活塞130因此保持在其第一止动位置。
在到达时间点t3之前，在时间点t2，目标压力值pS向在时间点t3达到的目标压力值p3S降低。目标压力值p3S大于快速填充时设定的压力值p2。因此旨在避免在时间点t3完成快速填充并且压力可能会突然上升到原始目标压力值p2S时的压力过冲。因此，在时间点t3设定目标压力值p3S，并且压力在时间点t3没有压力峰值地从压力值p2开始上升。在时间点t4，达到压力值p3。压力值p3对应于目标压力值p3S。在此，目标压力值p3S被选择为该目标压力值足以使阀活塞130抵抗压缩弹簧139的力和压力值p3水平的作用于液压压力面A14上的压力而朝向该阀活塞的第二止动位置的方向移位。
当阀活塞130移出其第一止动位置时，压力面A19与壳体元件161或与该阀活塞的止动面175之间所包围的空间增大，这使得该区域中的压力可能会下降到环境压力以下，由此可能会产生作用到阀活塞130上的朝向第一止动位置的方向的额外的力。为了避免这种情况，提供了补偿通道155。当压力面A19与止动面175之间的压力下降时，环境压力p0将工作介质从油箱167通过管线163、连接窗口134、控制槽154和补偿通道155转移到该增大的空间中，以使其被填充。为了能够通过环境压力p0将工作介质压入管线163，管线163的末端必须布置在液位168下方。
当阀活塞130在朝向第二止动位置的方向上移动超过长度X1时，控制体部段153离开孔部段188，使得快速填充压力pSF现在可以作用到整个压力面A13上。结果是，移位的轴向力与压力面的扩大成比例地增加，并且阀活塞130以加速的方式移位到第二止动位置，在该第二止动位置中封闭体132将快速填充压力室126封闭。在此，阀活塞130的控制体131以其控制边缘135越过控制窗口137移动，并且由此释放通过管线151与离合器压力室117的液压连接，现在可以从压力油源108填充该离合器压力室并且对其施以压力。因此，快速填充压力pSF在时间点t5向在时间点t6达到的并且对应于压力值p4的目标压力p4S降低。
控制槽154、控制窗口137和连接窗口134相对于控制边缘135的轴向位置被选择为使得控制体131在其移位期间不打开控制窗口137，直到连接窗口134被控制体部段152封闭。由此防止了控制压力室176与油箱167之间的液压短接并且因此防止了对快速填充压力pSF的影响。此外，行程X2和冲程xH应被选择为使得快速填充压力室126在离合器压力室117被施以压力之前被封闭体132封闭，否则快速填充活塞102可能再次朝其初始位置的方向移位。
理论上还可以通过下述方式来设定该时间特性：在管线151、177和/或178中布置节流阀或隔挡件形式的液压阻隔件。以此方式，可以延迟在不同的空间(例如快速填充压力室126、离合器压力室117、连接压力室179或控制压力室176)中的压力建立或压力下降。
离合器压力pK从时间点t6开始从离合器压力室中占主导的预填充压力p1向在时间点t7达到的压力值p4提升。离合器压力pK保持在压力值p4上，直到在时间点t8时ECU藉由液压换挡装置108输出挡位变换所需的压力斜坡(在该压力斜坡期间换挡元件的传递能力增加)。由于离合器压力pK经由快速填充活塞102作用到快速填充压力室126上，所以由封闭体132所围成的在这里占主导的快速填充压力pSF根据压力面A12和A17的面积比a11而增加。以该比率增加的快速填充压力pSF通过压力面A15作用到封闭体132上并且因此作用到阀活塞130上。压力面A13和A15的面积被选择为使得压力值p4足以将封闭体132压靠到阀座185上并且因此保持快速填充压力室126封闭。
图9示出了用于操控快速填充阀103的替代方法的时序图。直到时间点t4为止，该操控的走向与图8的时序图相同。与那里所示的方法不同的是，在设定压力值p3之后并不封闭快速填充压力室126，而是在时间点t5'之后，通过快速填充压力pSF的进一步增加，换挡元件的传递能力进一步增加。这通过与适用于根据图8的方法的快速填充阀的情况不同的压缩弹簧139和可能的压力面A18和A14的面积的设计来实现。在根据图9的方法中，压缩弹簧139的弹簧力高于根据图8的方法中的压缩弹簧的弹簧力。
结果是，阀活塞130或其控制边缘135在时间点t5'并未释放控制窗口137，而是快速填充活塞102将离合器活塞101压靠到片组140上。从时间点t5'开始，快速填充压力pSF斜坡式地增加，直到在时间点t6'超过同步压力值pSYN，在低于该同步压力值的情况下换挡元件100闭合并且可以通过该换挡元件无滑动地传递扭矩。换挡元件100的半部现在防旋转地相互连接。压缩弹簧139的弹簧力或压力面A18和A14的设计被选择为使得在时间点t7'才达到压力值p5，该压力值处于比同步压力值pSYN高的足够的安全距离，并且在该压力值时控制体部段153从孔部段188退出。具有压力值p5的压力现在作用到明显更大的压力面A13上，从而在快速填充压力pSF的成比例增加的压力下，阀活塞130释放控制窗口137并且移位到第二止动位置。具有压力值p5的压力现在直接作用到离合器活塞101上并且保持换挡元件100可靠地闭合。在此，离合器压力pK可以进一步向在时间点t8'达到的压力值p6提升。快速填充压力室126内所含的压力通过快速填充活塞102的面积比a11提升到压力值p7。
根据图9的方法与根据图8的方法相比具有以下优点：仅当在换挡元件半部之间建立无滑动的力配合时才对离合器活塞101施以压力，从而不能中断力配合或不能导致换挡元件100的传递能力的不希望的变化，否则可能会对驾驶舒适性产生负面影响。
理论上，根据图8的方法提供的优点是快速填充压力pSF仅在快速填充的非常短的持续时间(在实践中大约50毫秒)内提升到增加的压力值p3。由此使得变速器泵的功率需求更低，并且因此变速器的相对于现有技术的整体效率更高。
附图标记清单
100 换挡元件
101 离合器活塞
102 快速填充活塞
103 快速填充阀
106 变速器壳体
108 压力油源
112 导向件
113 压紧件
114 中间件
115 通道
117 离合器压力室
118 内轮廓
119 离合器弹簧，压缩弹簧
121 内部件
122 外部件
123 孔底
125 槽底
126 快速填充压力室
130 阀活塞
131 控制体
132 封闭体
133 锥形尖端
134 连接窗口
135 控制边缘
137 控制窗口
139 压缩弹簧
140 片组
141 外片
142 外片
143 内片
145 外片支架
146 内片支架
147 波形弹簧
151 管线
152 控制体部段
153 控制体部段
154 控制槽
155 补偿通道
156 隔挡件
161 壳体元件
162 环齿轮
163 管线
164 壳体部件的外轮廓
165 环形槽
166 弹簧室
167 油箱
168 液位
171 导向孔
175 止动面
176 控制压力室
177 管线
178 管线
179 连接压力室
180 阀孔
181 孔部段
182 孔部段
183 孔部段
184 肩部
185 阀座
186 连接通道
188 孔部段
191 O形环，密封元件(离合器活塞)
192 密封唇，密封元件
193 O形环，密封元件
194 O形环，密封元件
195 无压力的区域，通风
203 快速填充阀
230 阀活塞
231 控制体
232 封闭体
233 锥形尖端
238 扩张弹簧
252 控制体部段
253 控制体部段
271 导向孔
273 孔底
300 换挡元件
303 快速填充阀
306 控制阀壳体
330 封闭阀
331 封闭体
332 封闭体部段
333 锥形尖端
334 连接窗口
335 控制边缘
336 封闭体部段
337 控制窗口
338 贴靠面
339 封闭压缩弹簧
340 封闭阀孔
341 孔部段
342 孔部段
343 止动面
350 控制阀
351 控制体
352 控制体部段
353 控制体部段
354 控制槽
355 补偿通道
357 控制压缩弹簧
358 弹簧室
359 控制边缘
362 贴靠面
363 管线
366 弹簧室
374 管线
375 止动面
376 控制压力室
376a 控制压力室
376b 控制压力室
377 管线
378 管线
379 操作压力室
380 控制阀孔
381 孔部段
382 孔部段
a11 面积比A12/A11＝A12/A17
A 自动变速器的转动轴线
A11 液压压力面
A12 液压压力面
A13 液压压力面
A14 液压压力面
A15 液压压力面
A16 液压压力面
A17 液压压力面
A18 液压压力面
A19 液压压力面
A33 液压压力面
A37 液压压力面
A38 液压压力面
A39 液压压力面
da121 外直径
da132 外直径
di101 内直径
di118 内直径
di183 内直径
L 空气间隙
M 离合器活塞的中心轴线
p 压力
pK 离合器压力
pS 目标压力曲线
pSF 快速填充压力
pSYN 同步压力值
p2S 目标压力值
p3S 目标压力值
p4S 目标压力值
p1 预填充压力值
p2 压力值
p3 压力值
p4 压力值
p5 压力值
p6 压力值
p7 压力值
S 控制阀的孔轴线
t 时间
t0 时间点
t1 时间点
t2 时间点
t3 时间点
t4 时间点
t5 时间点
t5' 时间点
t6 时间点
t6' 时间点
t7 时间点
t7' 时间点
t8 时间点
t8' 时间点
t9 时间点
X1 长度
X2 距离
X3 距离
V 阀孔轴线

Claims (24)

1.一种可液压操作的换挡元件(100，200，300)，包括离合器活塞(101)，
快速填充活塞(102)和阀装置(103，203，303)，
以及快速填充压力室(126)，以及
离合器压力室(117)，
所述阀装置(103，203，303)包括
封闭体(132，232，331)，和
控制体(131，231，351)，
其中所述封闭体(132，232，331)在所述换挡元件(100，200，300)被操作之前处于第一换挡位置，在所述第一换挡位置中所述快速填充压力室(126)与压力油源(108)连接并且因此能够被所述压力油源施以压力，并且
在所述换挡元件(100，200，300)被操作期间或之后在第二换挡位置中将所述快速填充压力室(126)相对于液压系统其余部分封闭，
并且其中所述控制体(131，231，351)在所述换挡元件(100，200，300)被操作之前处于第一换挡位置，其中所述控制体(131，231，351)具有第一压力面(A18，A38)，所述第一压力面能够在所述第一换挡位置中被所述压力油源(108)施以压力，
并且其中所述控制体(131，231，351)在所述换挡元件(100，200，300)被操作期间或之后处于第二换挡位置，
其特征在于，所述控制体(131，231，351)具有第二压力面(A19，A39)，并且所述阀装置(103，203，303)被设计成在所述控制体(131，231，351)的所述第二换挡位置中或在所述第一换挡位置与所述第二换挡位置之间除了对所述第一压力面(A18，A38)之外还能够对所述第二压力面(A19，A39)施以压力。
2.根据权利要求1所述的换挡元件，其特征在于，控制体(131)和封闭体(132)彼此固定连接。
3.根据权利要求1所述的换挡元件，其特征在于，控制体(231，351)和封闭体(232，331)被设计为单独的构件。
4.根据权利要求3所述的换挡元件，其特征在于，控制体(231)和封闭体(232)机械联接并且能够相对于彼此轴向移位。
5.根据权利要求4所述的换挡元件，其特征在于，在所述控制体(231)与所述封闭体(232)之间布置有扩张弹簧(238)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的换挡元件，其特征在于，在所述控制体(131，231)的第二换挡位置中，所述离合器压力室(117)与所述压力油源(108)连接，并且因此所述离合器活塞(101)能够被所述压力油源(108)施以压力。
7.根据权利要求3所述的换挡元件，其特征在于，控制体(351)与封闭体(331)液压联接。
8.根据权利要求7所述的换挡元件，其特征在于，所述控制体(351)在其第一换挡位置中将所述压力油源(108)与所述封闭体(331)之间的液压连接中断，并且在第二换挡位置中建立所述压力油源(108)与所述封闭体(331)之间的液压连接，使得所述封闭体(331)能够被施以压力并且能够移位到其第二换挡位置，在所述第二换挡位置中所述封闭体将所述快速填充压力室(126)封闭，其中在封闭体(331)和控制体(351)各自的第二换挡位置中，所述离合器压力室(117)与所述压力油源(108)液压连接。
9.根据权利要求7或8所述的换挡元件，其特征在于，控制体(351)和封闭体(331)被布置成在空间上彼此分离。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的换挡元件，其特征在于，所述控制体(351)和所述封闭体(331)分别借助于控制压缩弹簧(357)的力和封闭压缩弹簧(339)的力被固持在它们的第一换挡位置中，并且在所述压力油源(108)的压力施加作用下分别能够移位到它们的第二换挡位置。
11.根据权利要求10所述的换挡元件，其特征在于，当所述控制体(351)处于其第二换挡位置时，所述封闭体(331)离开其第一换挡位置而在操作压力室(379)中与所述压力油源(108)连接并且由此能够被施以压力。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的换挡元件，其特征在于，所述控制体(351)的第一压力面(A38)的面积和所述控制压缩弹簧(357)的力以及所述封闭体的压力面(A37)的面积和所述封闭压缩弹簧(339)的力被选择为只有在所述快速填充压力(pSF)高至使所述空气间隙(L)消除时，所述控制体(351)和所述封闭体(331)才能够移位到它们的第二换挡位置。
13.根据权利要求7至11中任一项所述的换挡元件，其特征在于，所述控制体(351)的第一压力面(A38)的面积和所述控制压缩弹簧(357)的力以及所述封闭体的压力面(A37)的面积和所述封闭体压缩弹簧(339)的力被选择为只有在超过所述换挡元件能够无滑动地传递所需扭矩的同步压力值(pSYN)时，所述控制体(351)和所述封闭体(331)才能够移位到它们的第二换挡位置。
14.根据权利要求1至6中任一项所述的换挡元件，其特征在于，控制体(131，231)与封闭体(132，232)的压力面(A18，A19，A14)的面积比和所述压缩弹簧(139)的力被选择为只有在所述快速填充压力(pSF)高至使所述空气间隙(L)消除时，所述控制体(131，231)才能够移位到所述控制体释放从所述压力油源(108)到所述离合器压力室(117)的连接的位置。
15.根据权利要求1至6中任一项所述的换挡元件，其特征在于，控制体(131，231)与封闭体(132，232)的压力面(A18，A19，A14)的面积比和所述压缩弹簧(139)的力被选择为只有在超过所述换挡元件(100)能够无滑动地传递所需扭矩的同步压力值(pSYN)时，所述控制体(131，231)才能够移位到所述控制体释放从所述压力油源(108)到所述离合器压力室(117)的连接的位置。
16.根据前述权利要求中任一项所述的换挡元件，其特征在于，所述控制体(131，231，351)借助于压缩弹簧(139，357)的力被固持在其第一换挡位置中，并且在所述压力油源(108)施以压力下能够移位到其第二换挡位置。
17.根据前述权利要求中任一项所述的换挡元件，其特征在于，控制体(131，231)和封闭体(132，232)彼此同心地布置在阀孔(180)中。
18.根据前述权利要求中任一项所述的换挡元件，其特征在于，所述控制体(131，351)包括两个基本呈圆柱形的控制体部段(152，153，352，353)，所述控制体部段具有不同的外直径。
19.根据前述权利要求中任一项所述的换挡元件(100，300)，其特征在于，所述换挡元件(100，300)被设计为变速器制动器。
20.根据权利要求19所述的换挡元件(100，300)，其特征在于，所述快速填充阀(303)被布置在所述变速器的固定的壳体元件(161)中。
21.一种自动变速器，所述自动变速器具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的可液压操作的换挡元件(100，300)。
22.一种用于操作根据权利要求1至20中任一项所述的可液压操作的换挡元件的方法，其特征在于，当存在用于闭合所述换挡元件(100，300)的信号时，从所述ECU向所述压力油源(108)输出信号以减小所述空气间隙，
并且自应用或测定的所述空气间隙(L)被补偿的时间点起，输出用于对所述离合器活塞(101，301)施以压力并且因此对所述片组(140)施以压力的信号。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，在换挡元件(100)被操作的初始时间点(t0)，ECU将所述快速填充压力(pSF)的目标压力(pS)提升到第二目标压力值(p2S)，
并且自由于所述阀活塞(131)对所述快速填充压力室(126)的封闭而导致实际值预期增加之前应用的第二时间点(t2)起，所述目标压力朝向第三目标压力值(p3S)降低，直到第三时间点(t3)为止，
其中在等待一段应用持续时间直到第五时间点(t5)完成对所述快速填充压力室(126)的封闭之后：
自该第五时间点起将所述目标压力(pS)从所述第三目标压力值(p3S)朝向第四目标压力值(p4S)降低，以避免在所述离合器压力室(117)中出现压力峰值，
直到在第六时间点(t6)到达所述第四目标压力值，
使得自所述第六时间点(t6)起，还作用于所述控制压力室(176)的离合器压力(pK)上升到所述第四目标压力值(p4S)，
并且在第七时间点(t7)达到第四压力值(p4)，
其中所述第四目标压力值(p4S)保持恒定，直到应用的第八时间点(t8)为止，
并且随后朝向在第九时间点(t9)达到的第五目标压力值(p5S)升高。
24.一种用于操作根据权利要求1至20中任一项所述的可液压操作的换挡元件的方法，其特征在于，当存在用于闭合所述换挡元件(100，300)的信号时，从所述ECU向所述压力油源(108)输出信号以减小所述空气间隙；并且所述快速填充压力室(126)被施以快速填充压力(pSF)，通过考虑所述快速填充活塞(102)上的面积比(a11)来将所述快速填充压力提升到超过所述换挡元件(100，300)能够无滑动地传递所需扭矩的同步压力值(pSYN)。
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