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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines als Lamellenkupplung
oder Lamellenbremse ausgebildeten Reibschaltelements gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Die
Größe der Verlustleistung
an einer Lamellenkupplung, insbesondere einer offenen nassen Lamellenkupplung,
wird von dem Lamellendurchmesser, dem Öldurchfluss und der Relativdrehzahl der
Lamellen sowie wesentlich durch das Lüftspiel zwischen den Lamellen
bestimmt. Das so genannte Schleppmoment einer diesbezüglichen
Kupplung oder Bremse nimmt bis zu einem bestimmten Grad mit zunehmendem
Abstand zwischen den Lamellen, dem Lüftspiel, ab. Je größer das
Lüftspiel
zwischen den Lamellen ist, desto kleiner ist das Schleppmoment bzw.
der Schleppverlust der Kupplung.
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Bei
großem
Lüftspiel
bedarf es aber eines größeren Kolbenweges,
um den Kolben in den geschlossenen Zustand der Kupplung zu verschieben. Damit
muss mehr Öl
während
der Schaltung in den Betätigungszylinder
gepumpt werden, welches sich negativ auf die Spontaneität eines
Getriebeschaltvorgangs auswirken kann.
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Ein
oft gehegter Wunsch ist es, den Konflikt des Lüftspiels zwischen Schleppverlust
und Spontaneität
der Schaltung zu verringern. Hierzu soll grundsätzlich die Kupplung im offenen
Zustand mit dem maximal erforderlichen Lüftspiel gefahren und möglichst
erst unmittelbar vor einer möglichen
Schaltung der Kupplung soll der Kolben auf ein Lüftspiel positioniert werden,
welches eher ungünstig
bezüglich Schleppmoment
ist. Die sich anschließende
Schaltung kann dann aufgrund des reduzierten Kolbenwegs spontan
erfolgen. Im Falle einer nicht erfolgten Schaltung wird der Kolben
wieder in seine ursprüngliche
Position versetzt.
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Zur
Ansteuerung von Lamellenkupplungen werden häufig einseitig druckbeaufschlagte
Kolben eingesetzt. Die Rückstellung
des Kolbens erfolgt durch ein Federelement; in der Regel eine Schraubenfeder
oder eine Tellerfeder. Bei geöffneter
Kupplung steht der Kolbenkraft resultierend aus dem Druck in dem
Zylinderraum die Federkraft entgegen.
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Bislang
kann der Kolben bei druckgeregelten Systemen nur bedingt vorpositioniert
werden. Und zwar nur dann, wenn die Kolbenkraft über den Kolbenweg ansteigt,
also eine ansteigende Federkennung aufweist, die Hysterese des Systems
klein ist und der Druckregler entsprechend fein auflöst.
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Aus
der
EP 1 030 081 A1 ist
eine Vorrichtung zur Betätigung
einer Lamellenkupplung bekannt, bei der ein erster Federsatz mit
mehreren umfangsmässig
verteilten Schraubendruckfedern während der Durchfahrung des
Lüftspiels
des Kolbens (Befüllvorgang)
zur Wirkung kommt, und zwischen Kolben und Kupplungslamellen ein
zeitlich später
einsetzender, zweiter Federsatz vorgesehen ist, der zur Erzielung eines
sanften Druckanstiegs in der hydraulischen Betätigung dient. Erst nach Überwindung
der Vorspannung des zweiten Federsatzes wirkt die Kolbenkraft unmittelbar
auf die Lamellenkupplung und bestimmt deren Einrückverhalten.
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Aus
der
DE 102 40 679
B4 ist eine gattungsbildende Vorrichtung zur Betätigung einer
Lamellenkupplung bekannt, bei der eine als Schraubenfeder ausgebildete
Rückstellfeder
unmittelbar auf den Kolben einwirkt, und bei welcher eine zweite
vorgespannte Feder erst im Bereich der beginnenden Drehmomentübertragung
der Lamellenkupplung zur Wirkung kommt. Im Druckverlauf der hydraulischen Steuerung
bewirkt eine derartige Vorrichtung einen steileren, zeitlich genauer
bestimmbaren Druckanstieg nach dem Befüllen der Kupplung bzw. dem Durchfahren
des Lüftspiels.
Das aus Rückstellfeder und
zweiter vorgespannte Feder gebildete Federelement weist eine sprunghafte
Federkennung auf.
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Nachteilig
daran ist die Notwendigkeit des Einbaus von separaten Anschlagringen,
Einstellscheiben und von einer Vielzahl von Schraubendruckfedern
als zweitem Federelement, so dass durch die Menge benötigter Einzelteile
diese bekannte Vorrichtung aufwendig und teuer erscheint.
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Schließlich ist
aus der
DE 199 32
614 A1 ein Stufenautomatgetriebe für Kraftfahrzeuge bekannt, mit
einer Anzahl von Kupplungen und Bremsen, die zumindest teilweise
als nasslaufende Lamellenkupplungen ausgebildet sind, mit inneren
und äußeren Lamellenträgern, die
jeweils mit einem Lamellensatz versehen sind, wobei der Lamellensatz
eines inneren Lamellenträgers
zusammen mit einem zugeordneten Lamellensatz des äußeren Lamellenträgers eine Kupplung
bildet, und wobei jeder Kupplung ein hydraulischer Kolben zum Einrücken bzw.
Ausrücken der
Kupplung zugeordnet ist. Dabei ist dem Kolben der Kupplung eine
Stauscheibe für
ein Hydraulikfluid derart zugeordnet, dass ein zusätzlicher
Druckraum gebildet ist, der so ausgestaltet ist, dass der Gesamthub
des Kolbens nicht behindert wird.
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Vor
diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der gattungsgemäßen Art
zu schaffen, die hinsichtlich des Einrückverhaltens auch unter Berücksichtigung
herstellungsbedingter Toleranzen besser beherrschbar ist, und die
aus möglichst
wenigen Teilen besteht.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs,
während
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den
Unteransprüchen
entnehmbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die gestellte
Aufgabe auf überraschend einfache
Art und Weise dadurch lösen
lässt,
dass das Federelement eine spezielle Tellerfeder aufweist, welche
den Druckraum begrenzt.
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Demnach
geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zum Betätigen eines
als Lamellenkupplung oder Lamellenbremse ausgebildeten Reibschaltelements,
beispielsweise für
Automatgetriebe in Kraftfahrzeugen, mit einem in einem Zylinder
verschiebbar geführten
Kolben, der einen hydraulisch beaufschlagbaren Druckraum begrenzt,
wobei der Kolben unter Zwischenschaltung wenigstens eines Federelements
die Lamellen der Lamellenkupplung bzw. Lamellenbremse beaufschlagt,
wobei der Kolben an den genannten Lamellen angreift und wobei ein
auf den Kolben wirkendes vorgespanntes Federelement im Bereich der
beginnenden Drehmomentübertragung
der Lamellenkupplung bzw. Lamellenbremse zur Wirkung kommt, wobei
das Federelement eine sprunghafte Federkennung aufweist. Zur Lösung der
gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass das als Kolbenrückstellelement
wirkende Federelement eine Tellerfeder mit abgeknickter Federkennung
aufweist.
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Ist
das Schaltelement, in dem das erfindungsgemäße Federelement vorgesehen
ist, eine Lamellenkupplung mit einem dynamischen Druckausgleich,
weist dieses Federelement vorzugsweise eine im Druckraum der Lamellenkupplung
zwischen dem Kolben und eine für
den dynamischen Druckausgleich vorgesehene und den Druckraum begrenzende
Stauscheibe angeordnete Tellerfeder mit abgeknickter Federkennung
auf.
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Die
Erfindung kombiniert in diesem Fall also die Vorteile eines durch
die Stauscheibe beispielsweise begrenzten Kolbenhubs mit den Vorteilen
eines vorgespannten Federelements mit sprunghafter Federkennung,
wobei die Verwendung einer Tellerfeder als Federelement zu einer
besonders kompakten und aus wenigen Teilen aufgebauten Anordnung führt.
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Außerdem kann
vorgesehen sein, dass die Tellerfeder eine geschlitzte Tellerfeder
ist, welche sich mit dem radial inneren geschlitzten Bereich axial gegen
den Kolben abstützt.
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In
einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass die Stauscheibe wenigstens eine Auflagefläche für den radial äußeren Bereich
der Tellerfeder aufweist, wobei es auch im Rahmen der Erfindung
liegt weiter vorzusehen, dass die Auflagefläche in einem radial oberen
Bereich der Stauscheibe angeordnet ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein,
dass die Stauscheibe zwei Auflageflächen aufweist, welche jeweils
als Drucknasen ausgebildet sind, wo bei die zwei Auflageflächen bevorzugt
radial hintereinander angeordnet sind.
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Alternativ
dazu ist es aber auch möglich
und liegt im Rahmen der Erfindung, dass eine zweite Tellerfeder
als Rückstellfeder
wirkt, wobei die zweite Tellerfeder ebenfalls an den Kolben angreift.
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Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung
eines Ausführungsbeispiels
beigefügt.
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In
dieser zeigt
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1 einen
Teilschnitt durch eine beispielhafte erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Betätigen einer
Lamellenkupplung,
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2a bis 2c jeweils
ein Detail aus 1 in verschiedenen Betätigungssituationen
der Vorrichtung und
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3 in
einer Grafik eine abgeknickte Federkraft bzw. Rückstellkraft eines Federelements über den
Weg eines Kolbens der Vorrichtung.
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Demnach
ist in 1 im Teilschnitt eine Vorrichtung 1 zum
Betätigen
einer offenen nassen Lamellenkupplung 2 eines nicht näher dargestellten
Automatgetriebes dargestellt. Die Vorrichtung 1 zur hydraulischen
Kupplungsbetätigung
weist einen im Teilquerschnitt hutförmigen Kolben 3 auf,
der axial ver schiebbar in einem Zylinder 4 und unter Zwischenschaltung
von Ringdichtungen 5, 6 gelagert ist. Der Zylinder 4 bildet
dabei einen Teil eines Kupplungsgehäuses.
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Der
Kolben 3 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel mit einem radial
außen
liegenden Ringflansch 7 unmittelbar auf eine erste Lamelle 8 der
Lamellenkupplung 2. Er kann aber auch auf einen axial verschiebbaren
Anschlagring des Lamellenpaketes wirken, welches hier nicht dargestellt
ist.
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Ein
innerer Radialabschnitt 9 des Kolbens 3 wirkt
mit einem Federelement 10 in noch zu beschreibender Weise
zusammen. Das Federelement 10 ist mit einem inneren radialen
Abschnitt 11 gegen den Radialabschnitt 9 des Kolbens 3 gerichtet,
während sich
ein äußerer radialer
Abschnitt 12 an einer Stauscheibe 13 abstützt.
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Die
Stauscheibe 13 ist dem Kolben 3 baulich derart
zugeordnet, dass in der Vorrichtung 1 ein zusätzlicher
Druckraum 14 gebildet ist, welcher so ausgestaltet ist,
dass der Gesamthub des Kolbens 3 nicht behindert wird.
Bei Schaltvorgängen
mit geringem Drehmomentbedarf, also bei Schaltungen mit geringer
Last oder bei Ausrollschaltungen ohne Last, wird sowohl der verbleibende
Kolbenraum 15 als auch der durch die Stauscheibe 13 abgetrennte Druckraum 14 mit
gleichem Fluiddruck versorgt. Die Stauscheibe 13 ist durch
eine Ringdichtung 16 gegen den Kolben 3 abgedichtet.
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Der
durch den Kolben 3 begrenzte ringförmige Kolbenraum 15 ist über nicht
näher dargestellte Kanäle mit einem
Hydraulikmedium der hydraulischen Kupplungssteuerung des automatischen
Getriebes befüllbar
und mit Druck beaufschlagbar. Wird der Kolbenraum 15 mit
einem Hydraulikfluid befüllt, bewegt
sich der Kolben 3 in 1 nach rechts
und gelangt nach Überwindung
des Lüftspiels
in den Einwirkungsbereich der Kupplungslamellen 8. Dabei
bewirkt das Federelement 10 eine gegen den Kolben 3 gerichtete
Rückstellkraft.
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In
den 2a bis 2c ist
das Federelement 10 im Detail, entsprechend dem Kreis A
der 1, in verschiedenen Betätigungspositionen näher dargestellt.
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Das
Federelement 10 ist eine Tellerfeder 17, welche
sich mit seinem radial innen geschlitzten Bereich 11 gegen
den in den 2a bis 2c nicht dargestellten
Kolben 3 abstützt.
Der radial äußere und
nicht geschlitzte Bereich 12 der Tellerfeder 17 stützt sich
gegen die Stauscheibe 13 ab, welche eine Auflagefläche 18 für den radial äußeren Bereich 12 der
Tellerfeder 17 hat. Die Auflagefläche weist dabei zwei im Wesentlichen
axial ausgerichtete Drucknasen 19 und 20 auf.
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Wie
eine Zusammenschau der 1 bis 3 zeigt,
geschieht bei einer Betätigung
des Kolbens 3 nun Folgendes: Der Kolben 3 wird
von dem Druckmittel im Zylinder 4 zunächst nach rechts bewegt, bis
er das Lüftspiel
der Lamellenkupplung 2 weitgehend überwunden hat. Dabei kann sich
der Kolben 3 gegen die Federkraft einer nicht dargestellten
und gegen diesen pressenden Rückstellfeder
in Form einer zweiten Tellerfeder stemmen, oder die dargestellte
Tellerfeder 17 übernimmt
gleichzeitig die Funktion dieser Rückstellfeder. In diesem Fall
wäre die
Tellerfeder 17 so im Druckraum 14 angeordnet, dass
deren radial innere Bereich 11 bereits in der Ausgangsstellung
des Kolbens 3 auf diesen mit einer Kraft einwirkt.
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Bei
einer ersten Bewegung des Kolbens 3 in Richtung zur Stauscheibe 13 bzw.
in Richtung zu den Lamellen 8 der Lamellenkupplung 2 wird
die Tellerfeder 17 von dem Kolben 3 axial entgegen
ihrer vorgespannten Richtung gedrückt. Diese Situation ist in 2a dargestellt,
wobei die Tellerfeder 17 mit ihrem radial oberen Abschnitt 12 an
der radial äußeren Drucknase 19 der
Stauscheibe 13 anliegt. In dieser das Lüftspiel der Kupplung weitgehend überwindenden
Betätigungsphase
des Kolbens 3 wirkt auf diesen durch die Tellerfeder 17 eine
Rückstellkraft
bzw. Federkraft „Y" über den Kolbenweg „X", deren Verlauf „a" in 3 schematisch
dargestellt ist. Der Endpunkt des Kolbenweges in diesem Betätigungsverlauf „a" markiert auch denjenigen
Punkt, ab dem ein stark ansteigender Schleppmomentverlust an der Kupplung
feststellbar ist.
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In 2b ist
die Situation dargestellt, in welcher der Kolben 3 axial
weiter als in 2a in Richtung zu den Lamellen 8 verschoben
ist. Die Tellerfeder 17 hat sich wegen der axialen Kraftbeaufschlagung
durch den Kolben 3 dabei soweit verformt, dass sich deren
radialer Abschnitt 12 nun axial an den beiden Drucknasen 19 und 20 abstützt. In
dieser Phase der Kolbenbetätigung
verursacht die Tellerfeder 17 eine Rückstellkraft „Y" entsprechend dem Kraft-Weg-Verlauf „b" gemäß 3 auf
den Kolben 3, der bei einem geringen Kolbenweg „X" einen sprunghaften
Anstieg der Betätigungskraft „Y" zeigt. Dieser kurze
Kolbenweg „X" reicht aus, um die
Kupplung so weit zu schließen,
dass das Lüftspiel
vollständig überwunden
ist und von dieser ein antriebsrelevantes Drehmoment übertragen
wird.
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2c zeigt
die Situation, in der nach einem vorbestimmten Kolbenweg gemäß dem Kraft-Weg-Verlauf „b" die Tellerfeder 17 konstruktionsbedingt überdrückt und
umgeklappt ist. Dabei stützt
sich die Tellerfeder 17 axial nur noch gegen die radial
innere Drucknase 20 der Stauscheibe 13 ab, so
dass bei einer weiteren Axialbewegung des Kolbens 3 zunächst nur
ein vergleichsweise geringer Anstieg der Betätigungskraft für den Kolben 3 zu
verzeichnen ist. Dieses Betätigungsverhalten
ist in 3 durch den Kraft-Weg-Verlauf „c" dargestellt und veranschaulicht den
Vorgang des vollständigen Schließens der
Kupplung.
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Die
Tellerfeder 17 wird gemäß der Erfindung also
ganz bewusst in ihrer Eigenschaft als Membranfeder genutzt, so dass
das in der Neutralstellung vorhandene Potential einer abgeknickten
Federkennung eingesetzt wird, während
sonst in Lamellenkupplungen Tellerfedern nicht überdrückt werden.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Lamellenkupplung
- 3
- Kolben
- 4
- Zylinder
- 5
- Ringdichtung
- 6
- Ringdichtung
- 7
- Ringflansch
- 8
- Lamelle
- 9
- Radialabschnitt
- 10
- Federelement
- 11
- Unterer
radialer Abschnitt
- 12
- Oberer
radialer Abschnitt
- 13
- Stauscheibe
- 14
- Druckraum
- 15
- Kolbenraum
- 16
- Ringdichtung
- 17
- Tellerfeder
- 18
- Auflagefläche
- 19
- Drucknase
- 20
- Drucknase
- A
- Kreis
- X
- Kolbenweg
- Y
- Rückstellkraft
der Tellerfeder 17