DE102005043167A1

DE102005043167A1 - Hydraulische Stellvorrichtung für die Betätigung einer Schaltstange

Info

Publication number: DE102005043167A1
Application number: DE102005043167A
Authority: DE
Inventors: Michael Schwekutsch; Andreas Hegerath; Mathias Dölling
Original assignee: Getrag Ford Transmissions GmbH
Current assignee: Getrag Ford Transmissions GmbH
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-09-10
Also published as: DE102005043167B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Stellvorrichtung (1) für die Betätigung einer Schaltstange (2) eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge, mit einem axial verschiebbaren Stellkolben (3), durch den die Schaltstange (2) geführt wird, mit einer Zylinderbuchse (5), in der der Stellkolben (3) gleitend gelagert ist, und mit einer Bohrung (6) in einem Gehäuse (7) des Schaltgetriebes, in die die Zylinderbuchse (5) eingesetzt ist, wobei Stellkolben (3), Zylinderbuchse (5) und gegebenenfalls die Bohrung (6) einen Druckraum (8) begrenzen, der mit einem Öldruck beaufschlagbar ist. Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Zylinderbuchse Mittel vorzugsweise in Form einer Nut aufweist, durch die Luft aus dem Druckraum abführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Stellvorrichtung für die Betätigung einer Schaltstange eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge.

In der DE 103 08 216 A1 ist ein automatisiertes Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge offenbart, bei dem eine Schaltstange durch zwei hydraulische Stellvorrichtungen hin und her bewegbar ist, um zwei Gänge des Schaltgetriebes einzulegen. Eine hydraulische Stellvorrichtung umfasst dabei einen axial verschiebbaren Stellkolben, der an der Schaltstange anliegt und der bei dessen axialer Verschiebung die Schaltstange führt. Des Weiteren weist die hydraulische Stellvorrichtung eine Zylinderbuchse auf, in der der Stellkolben gleitend gelagert ist. Die Zylinderbuchse ist in eine Bohrung eines Gehäuses des Schaltgetriebes eingesetzt. Der Stellkolben und die Zylinderbuchse begrenzen dabei einen Druckraum, der mit einem Öldruck beaufschlagbar ist. Wird Öl in den Druckraum geleitet, gleitet der Stellkolben axial in der Zylinderbuchse und verschiebt die an dem Stellkolben anliegende Schaltstange, so dass ein Gang des Schaltgetriebes eingelegt bzw. ausgelegt wird.

In der DE 103 08 216 A1 weit die Zylinderbuchse einen stirnseitigen Buchsenboden auf, so dass der zylindrische Druckraum stirnseitig einerseits durch den Buchsenboden und andererseits durch den verschiebbaren Stellkolben begrenzt wird. Es sind auch hydraulische Stellvorrichtungen bekannt, bei denen die Zylinderbuchse keinen stirnseitigen Buchsenboden aufweist. In diesem Fall wird der Druckraum durch den Kolben, die Zylinderbuchse und die Bohrung im Gehäuse begrenzt, wobei die Bohrung als Sacklochbohrung ausgeführt ist.

Der in der DE 103 08 216 A1 offenbarte Stellkolben weist an seiner zylindrischen Außenfläche an einem druckraumseitigen Stirnende eine innere Radialdichtung, an einem dem Druckraum abgewandten Stirnende eine äußere Radialdichtung und in axialer Richtung dazwischen liegend eine Gleitführung auf. Die innere und die äußere Radialdichtung liegen an einer Mantelinnenfläche der Zylinderbuchse an und dienen der Abdichtung des Druckraumes. Die innere Radialdichtung besteht aus mehreren Dichtwulsten und mehreren axial verlaufenden Nuten, die am Umfang der inneren Radialdichtung bzw. der Dichtwulste beabstandet angeordnet sind. Über diese Nuten lässt sich der Druckraum entlüften, soweit in diesem sich Luft- oder Gasbläschen gebildet haben. Für die Regelbarkeit der Position der Schaltstange ist es dabei von besonderer Bedeutung, dass der Druckraum komplett mit inkompressiblem Fluid bzw. Öl gefüllt ist, da Luft im Druckraum wie ein kompressibler damit schlecht regelbarer Puffer wirkt. Des Weiteren kann durch die Nuten der inneren Radialdichtung Öl zur Gleitführung und zur äußeren Radialdichtung des Stellkolbens gelangen, um Letztgenannte zu schmieren.

Damit der Druckraum entlüftet werden kann, muss wenigstens eine Nut des Stellkolbens in einem oberen Bereich des Druckraumes liegen, damit die sich oben ansammelnde Luft durch diese Nut aus dem Druckraum gelangen kann. Durch das Vorsehen mehrerer in Umfangsrichtung verteilter Nuten in der inneren Radialführung wird in der DE 103 08 216 A1 sichergestellt, dass zumindest eine der Nuten sich im oberen Bereich des Druckraumes befindet, unabhängig davon, dass sich der Kolben um seine Längsachse in der Zylinderbuchse drehen kann. Durch die Vielzahl der Nuten, deren Einbringung grundsätzlich einen erhöhten Fertigungsaufwand bedeutet, müssen die Querschnitte der Nuten vergleichsweise klein sein, damit die Leckage über diese Nuten nicht zu groß ist. Dies birgt jedoch die Gefahr, dass aufgrund des dann zu wählenden kleinen Querschnittes die Nuten durch Schmutzpartikel oder dergleichen schnell verstopfen können.

Eine bekannte Alternative zu Möglichkeit, Nuten in der inneren Radialdichtung des Stellkolbens vorzusehen, besteht darin, eine kleine Entlüftungsbohrung im Gehäuse des Schaltgetriebes vorzusehen, die im oberen Bereich des Druckraumes endet. Dazu muss jedoch die Bohrung im Gehäuse, in die die Zylinderbuchse eingesetzt wird, problemlos erreichbar sein, um diese Entlüftungsbohrung anzubringen, was für Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge nicht immer möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Stellvorrichtung für die Betätigung einer Schaltstange eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, die einfach herstellbar bzw. montierbar ist und die eine sichere Entlüftung des Druckraumes ermöglicht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Zylinderbuchse Mittel aufweist, durch die Luft aus dem Druckraum abführbar ist. Vorzugsweise umfassen die Mittel eine Nut, die den Druckraum mit der Umgebung oder mit einem drucklosen Raum verbindet. „Druckloser Raum" soll hier bedeuten, dass der in diesem Raum herrschende Druck deutlich kleiner ist als der Druck im Druckraum.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verläuft die Nut an der Mantelaußenfläche der Zylinderbuchse. Sie kann zweckmäßigerweise eine Verbindung zwischen dem Druckraum und einem Innenraum des Schaltgetriebes herstellen. Luft, Gas oder Öl, das durch die Nut aus dem Druckraum der hydraulischen Stellvorrichtung gedrückt wird, gelangt somit nicht in die Umgebung, sondern wird durch das den Innenraum begrenzende Gehäuse des Schaltgetriebes aufgefangen. Das Öl kann dabei in einen Ölsumpf abtropfen, um von dort wieder einer Pumpe zugeführt zu werden, die mit Hilfe einer Regelung einen regelbaren Druck für hydraulische Stellvorrichtung bereitstellt.

Die Nut kann geradlinig in axialer Richtung der Zylinderbuchse verlaufen. Diese Nut kann in die Zylinderbuchse, die vorzugsweise aus Blech ist, eingepresst werden. Möglich ist es aber auch, die Nut bei einem Tiefziehprozess mitzugestalten oder nachträglich durch spanende Bearbeitung zu erzeugen. Eine Querschnittsfläche der Nut ist dabei die zu kalibrierende Größe der hydraulischen Stellvorrichtung. Über die Querschnittsfläche lässt sich die Leckage der Stellvorrichtung gezielt einstellen. Die Querschnittsfläche kann dabei 0,3 bis 0,7 mm² betragen

An einem dem Druckraum abgewandten Stirnende kann die Zylinderbuchse einen radial nach außen gerichteten Kragen aufweisen. Dieser Kragen kann dazu dienen, die Zylinderbuchse in der vorzugsweise als Sacklochbohrung ausgeführten Bohrung im Gehäuse des Schaltgetriebes axial festzulegen.

Dabei kann der Kragen Mittel aufweisen, durch die die Zylinderbuchse in Umfangsrichtung bezogen auf das Gehäuse festgelegt werden kann. Dadurch lässt sich erreichen, dass die Nut sich im oberen Bereich des Druckraumes bzw. im oberen Bereich der Zylinderbuchse befindet, so dass im Druckraum befindliche Luft sicher durch die Nut abgeführt werden kann. Beispielsweise können die Mittel eine Öffnung oder eine Ausbuchtung im Kragen aufweisen, in die bei richtiger Lage der Zylinderbuchse ein ortsfester Vorsprung oder dergleichen greift. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich einerseits die Zylinderbuchse im Betrieb des Schaltgetriebes nicht verdreht und andererseits bereits beim Einsetzen der Zylinderbuchse in die Bohrung die richtige Lage eindeutig vorgegeben ist. Vorzugsweise wird dabei die Zylinderbuchse in die Bohrung eingepresst.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Zylinderbuchse an einem druckraumseitigen Stirnende einen Bereich mit reduziertem Außendurchmesser auf, wobei der Bereich mit reduziertem Außendurchmesser und die Bohrung einen ringförmigen Außenraum begrenzen, der mit der Nut und dem Druckraum in Verbindung steht. Der Bereich mit reduziertem Außendurchmesser kann dabei konisch ausgebildet sein. Es bildet sich somit zwischen der Mantelaußenfläche der Zylinderbuchse und einer Mantelinnenfläche der Bohrung ein ringförmiger Außenraum, der einen keilförmigen Ringquerschnitt aufweist. Eine Nut an der Mantelaußenfläche der Zylinderbuchse verläuft dabei von dem dem Druckraum abgewandten Stirnende bis zu dem Bereich mit reduziertem Außendurchmesser. Ist dieser Bereich konisch ausgebildet, läuft die Nut in diesem Bereich langsam aus und muss nicht bis zum druckraumseitigen Stirnende reichen.

Eine Kante der Mantelaußenfläche an dem druckraumseitigen Stirnende der Zylinderbuchse kann wenigstens eine Aussparung oder Zurückziehung aufweisen, die den Druckraum mit dem ringförmigen Außenraum verbindet. Eine derartige Aussparung ist vorzugsweise in Einbaulage der Zylinderbuchse oben angeordnet, so dass Luft in dem Druckraum sicher durch die Aussparung oder Zurückziehung in den ring förmigen Außenraum, von da aus in die Nut und dann beispielsweise in den Innenraum des Schaltgetriebes gelangen kann.

Vorzugsweise kann die Zylinderbuchse an dem druckraumseitigen Stirnende einen radial nach innen gerichteten Kragen aufweisen. Dieser radial nach innen gerichtete Kragen kann einen Buchsenboden bilden, der lediglich eine Öffnung für die Zuführung von Drucköl aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Druckraum nur durch die Zylinderbuchse und den Stellkolben begrenzt.

Der Stellkolben kann eine angespritzte Gummimanschette aufweisen, die der Führung in der Zylinderbuchse und der Abdichtung des Druckraumes dient. Der Stellkolben besteht dabei vorzugsweise aus zwei verschiedenen Werkstoffkomponenten. Die erste Komponente stellt dabei die angespritzte Gummimanschette dar. Die andere Werkstoffkomponente, aus der ein ein- oder zweiteiliger Topf gebildet wird, kann Blech oder Hartkunststoff sein. Bei einem Topf aus Hartkunststoff kann optional an einem dem Druckraum abgewandten Stirnende des Stellkolbens ein Metallteller eingegossen sein, so dass der Stellkolben mit diesem Metallteller an der zu führenden Schaltstange anliegt und eine erhöhte Tragfähigkeit aufweist.

Neben den oben erwähnten Funktionen der Gummimanschette (Führung des Stellkolbens in der Zylinderbuchse, Abdichtung des Druckraumes) kann die Gummimanschette eine Endposition des Stellkolbens definieren. In diesem Fall weist die Gummimanschette einen Anschlag auf, der in der Endposition des Stellkolbens an der Bohrung im Gehäuse des Schaltgetriebes oder an dem nach innen gerichteten Kragen der Zylinderbuchse anstößt.

Zwischen Zylinderbuchse und Bohrung kann ein Dichtelement angeordnet sein, das erst ab einem bestimmten Druck im Druckraum einen Fluss durch die Nut zulässt. Damit lässt sich die Leckage der Stellvorrichtung reduzieren. Wie auch beim Stellkolben kann das Dichtelement aus Gummi sein und an der Zylinderbuchse angespritzt oder anvulkanisiert sein.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße hydraulische Stellvorrichtung;

2 einen Querschnitt einer Zylinderbuchse gemäß 1;

3 eine andere Zylinderbuchse in perspektivischer Ansicht; und

4 ein Detail eines Stellkolbens sowie einer weiteren Zylinderbuchse.

1 zeigt eine in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete hydraulische Stellvorrichtung für die Betätigung einer Schaltstange 2 eines Schaltgetriebes (nicht dargestellt) für Kraftfahrzeuge. Die Schaltstange 2 ist dabei nur ansatzweise gezeigt und liegt an einem Stellkolben 3 an. Der Stellkolben 3 ist entlang einer Achse 4 in einer Zylinderbuchse 5 aus Blech gleitend gelagert. Die Zylinderbuchse 5 ist in einer zylindrischen Sacklochbohrung 6 in einem Gehäuse 7 des Schaltgetriebes eingesetzt. Das Gehäuse 7 ist in 1 nur ausschnittsweise dargestellt.
Der Stellkolben 3, die Zylinderbuchse 5 und die Sacklochbohrung 6 begrenzen einen Druckraum 8. Über eine Ölzuführung 9 lässt sich Drucköl in den Druckraum 8 leiten, so dass sich der Stellkolben 3 mit der Schaltstange 2 in der Darstellung der 1 nach links bewegt.
An einem dem Druckraum 8 abgewandten Stirnende 10 weist die Zylinderbuchse einen radial nach außen gerichteten Kragen 11 auf. Der Kragen 11 liegt an einer planen Fläche des Gehäuses 7 an und legt somit die axiale Position der Zylinderbuchse 5 in der Sacklochbohrung 6 fest. In einem oberen Bereich 13 der Zylinderbuchse 5 verläuft in axialer Richtung 4 eine Nut 14 von dem dem Druckraum 8 abgewandten Stirnende 10 bis zu einem druckraumseitigen Stirnende 15 der Zylinderbuchse 5. Die Nut 14 stellt dabei eine Verbindung zwischen dem Druckraum 8 und einem Innenraum 16 des Schaltgetriebes dar. Luft, die sich in dem Druckraum 8 sammeln kann, kann somit über die Nut 14 in den Innenraum 16 abgedrückt werden.
Wie der 2 zu entnehmen ist, weist der Kragen 11 im oberen Bereich 13 eine Aussparung 17 auf, durch die die Zylinderbuchse 5 in der Sacklochbohrung 6 hinsichtlich ihrer Lage in Umfangsrichtung festgelegt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Nut 14 in Einbaulage der Zylinderbuchse 5 oben liegt.
Der Stellkolben 3 weist einen Blechtopf 18 und eine an dem Blechtopf 18 angespritzte Gummimanschette 19 auf. Die Gummimanschette 19 bildet eine erste Kolbenführung 20 und eine zweite Kolbenführung 21 aus. Die Kolbenführungen 20, 21 sind zueinander axial beabstandet und sind als ringförmige Wulste oder Führungsringe ausgebildet. Durch die Verwendung von zwei beabstandeten Führungsringen erreicht man zum einen eine hohe Verkippsicherheit, zum anderen kann aufgrund der geringen Kontaktfläche zwischen Stellkolben 3 und Zylinderbuchse 5 eine zu große Reibung vermieden werden. Ein Raum 22 zwischen den Kolbenführungen 20, 21 kann im Betrieb der hydraulischen Stellvorrichtung ölbenetzt sein und somit die Reibung und auch die Differenz zwischen einer Haftreibung und einer Gleitreibung reduzieren.
Wie der 1 zu entnehmen ist, sind die Nut 14, die zur Entlüftung des Druckraumes 8 dient, und die Gummimanschette 19 voneinander getrennt. Während die Nut 14 an einer Mantelaußenfläche 23 der Zylinderbuchse 5 eingebracht ist, wirken die erste und zweite Kolbenführung 20, 21 mit einer Mantelinnenfläche 24 der Zylinderbuchse 5 zusammen. Die Nut 14 unterliegt keinerlei Verschleiß, da sie mit bewegbaren Teilen nicht in Berührung kommt.
Die Gummimanschette 19 des Stellkolbens 3 weist eine Dichtlippe 25 auf. Die Dichtlippe 25 liegt an der Mantelinnenfläche 24 der Zylinderbuchse 5 an und bildet eine kolbenseitige Begrenzung des Druckraumes 8.
Eine weitere Funktionalität, die die Gummimanschette 19 des Stellkolbens 3 ausfüllen kann, zeigt 4. 4 zeigt in einem größeren Maßstab ein Detail eines Stellkolbens 3 mit modifizierter Gummimanschette 19. Zu erkennen sind die Dichtlippe 25, die erste Kolbenführung 20 sowie ein an die Gummimanschette 19 einstückig angeformter Endanschlag 26. 4 zeigt den Stellkolben 3 in einer axialen Endposition, da der Endanschlag 26 an einem Buchsenboden 27 der Zylinderbuchse 5 anstößt. Es sei darauf hingewiesen, dass die in der 1 dargestellte Zylinderbuchse keinen derartigen Buchsenboden 27, wie er in 4 dargestellt ist, aufweist.
3 zeigt eine Zylinderbuchse 5 in perspektivischer Ansicht. An dem druckraumseitigen Stirnende 15 weist die Zylinderbuchse 5 einen Bereich 28 mit reduziertem Außendurchmesser auf. Der Bereich 28 ist dabei konisch ausgebildet, wobei sich dessen Außendurchmesser ausgehend von einer ringförmigen Absatzlinie 29 verjüngt. Aufgrund der Verjüngung des Außendurchmessers reicht die Nut 14 nicht bis zum druckraumseitigen Stirnende 15, sondern läuft in dem Bereich 28 aus. Kleine Aussparungen 30 an einer Kante 31 am druckraumseitigen Stirnende 15 der Zylinderbuchse 5 stellen sicher, dass in Einbaulage der Zylinderbuchse 5 Luft aus dem Druckraum 8 in einen ringförmigen, im Ringquerschnitt keilförmigen Außenraum gelangt, der durch den konischen Bereich 28 und durch die Sacklochbohrung 6 gebildet wird. Von dem ringförmigen Außenraum kann die Luft durch einen Kanal, der durch die Nut 14 und die Bohrung 6 begrenzt wird, zum vom Druckraum 8 abgewandten Stirnende 10 und von da aus in den Innenraum 16 des Schaltgetriebes strömen.

1: Hydraulische Stellvorrichtung
2: Schaltstange
3: Stellkolben
4: Achse
5: Zylinderbuchse
6: Sacklochbohrung
7: Gehäuse
8: Druckraum
9: Zuführung
10: Stirnende
11: Kragen
12: Fläche
13: Oberer Bereich
14: Nut
15: Stirnende
16: Innenraum
17: Aussparung
18: Blechtopf
19: Gummimanschette
20: Erste Kolbenführung
21: Zweite Kolbenführung
22: Zwischenraum
23: Mantelaußenfläche
24: Mantelinnenfläche
25: Dichtlippe
26: Endanschlag
27: Buchsenbohrung
28: Bereich
29: Absatzlinie
30: Aussparung
31: Kante

Claims

Hydraulische Stellvorrichtung (1) für die Betätigung einer Schaltstange (2) eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge, mit einem axial verschiebbaren Stellkolben (3), durch den die Schaltstange (2) geführt wird, mit einer Zylinderbuchse (5), in der der Stellkolben (3) gleitend gelagert ist, und mit einer Bohrung (6) in einem Gehäuse (7) des Schaltgetriebes, in die die Zylinderbuchse (5) eingesetzt ist, wobei Stellkolben (3), Zylinderbuchse (5) und gegebenenfalls die Bohrung (6) einen Druckraum (8) begrenzen, der mit einem Öldruck beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbuchse Mittel vorzugsweise in Form einer Nut aufweist, durch die Luft aus dem Druckraum abführbar ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14) an einer Mantelaußenfläche (23) der Zylinderbuchse (5) vorgesehen ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14) eine Verbindung zwischen dem Druckraum (8) und einem Innenraum (16) des Schaltgetriebes herstellt.
Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (14) geradlinig in axialer Richtung (4) der Zylinderbuchse (5) verläuft.
Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem dem Druckraum (8) abgewandten Stirnende (10) die Zylinderbuchse (5) einen radial nach außen gerichteten Kragen (11) aufweist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (11) Mittel (17) aufweist, durch die die Zylinderbuchse (5) in Umfangsrichtung bezogen auf das Gehäuse (7) festlegbar ist.
Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an einem druckraumseitigen Stirnende (15) die Zylinderbuchse (5) einen Bereich (28) mit reduziertem Außendurchmesser aufweist, wobei der Bereich (28) mit reduziertem Außendurchmesser und die Bohrung (6) einen ringförmigen Außenraum begrenzen, der mit der Nut (14) und dem Druckraum (8) in Verbindung steht.
Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (28) mit reduziertem Außendurchmesser konisch ausgebildet ist.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kante (31) der Zylinderbuchse (5) an dem druckraumseitigen Stirnende (15) wenigstens eine Aussparung oder Zurückziehung (30) aufweist, die den Druckraum (8) mit dem ringförmigen Außenraum verbindet.
Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem druckraumseitigen Stirnende (15) die Zylinderbuchse (5) einen radial nach innen gerichteten Kragen aufweist.
Stellvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (3) eine angespritzte Gummimanschette (19) aufweist, die der Führung in der Zylinderbuchse (5) und der Abdichtung des Druckraumes (8) dient.
Stellvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummimanschette (19) einen Endanschlag (26) aufweist, der in einer Endposition des Stellkolbens (3) an der Bohrung (6) oder an dem nach innen gerichteten Kragen der Zylinderbuchse (5) anstößt.