DE102007036097A1

DE102007036097A1 - Lastschaltelement

Info

Publication number: DE102007036097A1
Application number: DE102007036097A
Authority: DE
Inventors: Matthias Reisch; Bernard Hunold; Gerhard Gumpoltsberger; Manuel Dr. Götz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-02-05
Also published as: WO2009015994A1

Abstract

Es wird ein Lastschaltelement (9) vorgeschlagen, welches ein reibschlüssiges und ein formschlüssiges Schaltelement aufweist, die parallel geschaltet sind und zum Schließen des Schaltelementes (9) von einem Aktuator (3) in der Reihenfolge reibschlüssiges Schaltelement, formschlüssiges Schaltelement betätigbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lastschaltelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Lastschaltelemente werden üblicherweise in Automatgetrieben, beispielsweise in Automatgetrieben in Planetenbauweise eingesetzt.
Automatgetriebe in Planetenbauweise umfassen Planetensätze und als reibschlüssige Lamellenkupplungen und Bremsen ausgebildete Lastschaltelemente zum Schalten der Planetensätze, wobei die Schaltelemente in der Regel mittels Kolben hydraulisch betätigt werden. Die Dimensionierung der Schaltelemente, insbesondere hinsichtlich des Durchmessers und der Anzahl der Lamellen sowie der Kolben richtet sich hierbei nach den maximal zu übertragenden Drehmomenten in den verschiedenen Gängen des Getriebes.
Insbesondere bei sehr großen zu übertragenden Drehmomenten werden zum einen sehr große Durchmesser und eine große Anzahl an Lamellen benötigt. Dies ist zum einen hinsichtlich der auftretenden Schleppmomente der Schaltelemente in jenen Gängen, in denen diese nicht geschaltet sind sehr ungünstig. Zum anderen müssen die durch Öldruck und Kolbenfläche erzeugten Kolbenkräfte sehr groß sein, was sich hinsichtlich der Druckauflösung bzw. der Steuerbarkeit unterschiedlicher Reibmomente und/oder der Befüllungsgeschwindigkeit der Kolbenräume als ungünstig erweist.
Bei einigen bekannten Planetengetrieben, wie z. B. beim Getriebe gemäß EP 0 434.525 B1 oder gemäß US 4,070,927 A ist ein Schaltelement vorgesehen, welches nur im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang betätigt wird und welches speziell im Rückwärtsgang ein deutlich höheres Drehmoment abstützen muss als im ersten Vorwärtsgang. Beim Getriebe gemäß EP 0 434.525 B1 wird diese Funktion von der Bremse D übernommen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lastschaltelement anzugeben, welches klein dimensioniert werden kann, zur Übertragung von hohen Drehmomenten geeignet ist, mit geringeren Kräften ansteuerbar ist und im geöffneten Zustand geringere Schleppmomente aufweist, als die aus dem Stand der Technik bekannten Lastschaltelemente. Des weiteren soll das erfindungsgemäße Schaltelement bei Signal- oder Energieunterbrechung öffnen, so dass ein bestehendes Sicherheitskonzept im Getriebe unverändert bleiben kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Lastschaltelement vorgeschlagen, welches sowohl eine reibschlüssige als auch eine formschlüssige Wirkungsweise aufweist. Gemäß der Erfindung umfasst das Lastschaltelement ein reibschlüssiges und ein formschlüssiges Schaltelement, die parallel geschaltet sind und zum Schließen des Schaltelementes von einem Aktuator in der Reihenfolge reibschlüssiges Schaltelement, formschlüssiges Schaltelement betätigbar sind.
Das reibschlüssige Schaltelement umfasst ein Lamellenpaket, wobei das formschlüssige Schaltelement eine Klauenbaugruppe, umfassend ein axial verschiebbares und im Gehäuse des Schaltelementes geführtes Klauenelement aufweist. Erfindungsgemäß ist ein Federelement vorgesehen, welches einerseits mit einem Aktuator, der vorzugsweise als hydraulisch betätigter Kolben ausgeführt ist und andererseits mit der Endlamelle des Lamellenpakets und mit dem Klauenelement in Wirkverbindung steht.
Hierbei sind das reibschlüssige und das formschlüssige Schaltelement mittels des Kolbens bzw. des Aktuators über das Federelement derart betätigbar, dass zuerst das reibschlüssige Schaltelement zur Erzeugung eines Reibmomentes (und auch zum Synchronisieren) und ab einer definierten Kolben- bzw. Aktuatorkraft das formschlüssige Schaltelement betätigt wird, wodurch das Klauenelement in eine korrespondierende Klauenverzahnung eines Lamellenträgers des Lamellenpakets eingerückt wird, so dass eine formschlüssige Verbindung hergestellt wird.
Gemäß der Erfindung ist das Klauenelement mit einer ersten Seite des Schaltelements in ständiger drehfester Wirkverbindung und mit der zweiten Seite des Schaltelements in zuschaltbarer drehfester Wirkverbindung, wobei die zuschaltbare Wirkverbindung eine beliebige Klauen- oder Schiebeverzahnung sein kann. Zudem kann das Klauenelement auch über die Endlamelle des Lamellenpakets mit der ersten Seite drehfest verbunden sein.
Der Aktuator kann auch als Magnet, Elektromotor, Piezo-Aktuator mit dazwischenliegender mechanischer Übertragungsstrecke ausgebildet sein. Des weiteren kann das reibschlüssige Schaltelement als Lamellenkupplung, Lamellenbremse oder als Konuskupplung ausgeführt sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement als Tellerfeder mit nicht-linearer Kennlinie (z. B. progressiv oder degressiv) oder als Spiralfeder ausgebildet, wobei auch prinzipiell jede andere mechanische Feder als Federelement geeignet ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1: Eine schematische Schnittansicht einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung; und
2: Ein Kraft-Weg-Diagramm der Tellerfeder am Klauenelement beim in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltelement.
Bezugnehmend auf 1 umfasst das erfindungsgemäße Lastschaltelement 9 ein reibschlüssiges Schaltelement, umfassend ein Lamellenpaket 1 und ein formschlüssiges Schaltelement, das eine Klauenbaugruppe mit einem Klauenelement bzw. einer verschiebbaren und im Gehäuse 10 geführten Klauenmuffe 6 aufweist.
Des weiteren ist eine Tellerfeder 4 vorgesehen, die einerseits mit einem hydraulisch betätigten Kolben 3, der als Aktuator dient, und andererseits mit der Endlamelle 2 des Lamellenpakets und mit der Klauenmuffe 6 in Wirkverbindung steht. Gemäß der Erfindung ist die Feder 4 so ausgelegt, dass sie sich bei geöffnetem Schaltelement 9 vollständig an der Endlamelle 2 über einen definierten Hebelarm abstützt. Die Feder 4 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einer Nut 11 des Klauenelementes 6 angeordnet.
Bei Verschiebung des Kolbens 3 zum Schließen des Schaltelementes drückt dieser auf die Tellerfeder 4, welche wiederum sowohl auf die Endlamelle 2 des Lamellenpakets 1 zur Erzeugung eines Reibmoments als auch auf die Klauenmuffe 6 drückt. Ab einer definierten Kraft des Kolbens 3 hat sich nun die Feder 4 so weit in ihrer Form geändert, dass die Klauenverzahnung 5 der Klauenmuffe 6 mitgenommen wird und in eine Verzahnung 8 auf dem Innenlamellenträger 7 des Lamellenpakets 1 einrückt, wodurch ein Formschluss hergestellt wird.
Erfindungsgemäß ist das Kraft-Weg-Verhältnis der Feder 4 derart gestaltet, dass sich die Feder 4 bei niedriger Kraft verformt und erst bei einer deutlichen Erhöhung der Kraft keine Verformung mehr möglich ist, so dass die Klauenverzahnung 5 von der Feder mitgenommen bzw. verschoben wird, um in die Gegenverzahnung 8 einzurücken. In vorteilhafter Weise weist das Kraft-Weg-Verhältnis der Feder 3 am Klauenelement einen degressiven Verlauf auf, wie anhand 2 veranschaulicht.
Der Schaltablauf des erfindungsgemäßen Schaltelementes gemäß 1 sieht wie folgt aus: Nach der Befüllung des Kolbenraumes und dem Anlegen des Kolbens 3 über die Feder 4 an das Lamellenpaket 1 wird der Kolbendruck erhöht, so dass im Lamellenpaket 1 ein Reibmoment erzeugt wird. Hierbei kann das Reibmoment im Lamellenpaket 1 durch Modulation des Drucks geregelt bzw. gesteuert werden. Des weiteren kann nach Abschluss der Schaltung der Druck auf einen ersten Haltedruck erhöht werden, wobei das formschlüssige Schaltelement noch nicht geschaltet ist.
Eine weitere Erhöhung des Öldrucks im Kolbenraum bewirkt ab einer definierten Kolbenkraft bzw. ab einem definierten Weg des Kolbens 3 das Einrücken der Klauenverzahnung 5 der Klauenmuffe 6 in die Verzahnung 8 auf dem Innenlamellenträger 7 des Lamellenpakets 1, wodurch eine formschlüssige Verbindung hergestellt wird. Das Einlegen der Klaue erfolgt hierbei vorzugsweise in definierten Gängen und bei einer geforderten Haltefunktion.
Im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen Klauenverzahnung 5 der Klauenmuffe 6 und der Verzahnung 8 auf dem Innenlamellenträger 7 kann so lange gewartet werden, bis eine Differenzdrehzahl im Schaltelement auftritt und die Zähne auf Lücken treffen. Zudem können die Zähne der Verzahnungen wie bereits erläutert flach, abgerundet oder angespitzt ausgebildet sein.
Durch Abbau des Drucks wird zuerst die Klaue ausgelegt, wobei eine Momentübertragung durch das Lamellenpaket 1 weiterhin erfolgt; durch weiteren Abbau des Drucks wird das Lamellenpaket 1 ins Rutschen gebracht, wobei unterhalb eines Schwellenwertes für den Druck der Kolben 3 in seine Ausgangsposition gebracht und das Schaltelement 9 geöffnet wird.
Gemäß der Erfindung können die Klauen des formschlüssigen Schaltelementes bzw. der Klauenmuffe beliebige Formen aufweisen und als Stirnklauen, Rundklauen oder Spitzklauen ausgeführt sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Klauen direkt die Mitnahmeverzahnung auf den Lamellenträgern bilden. Bei einem Blech-Lamellenträger kann auf der Außenseite die Lamellenlaufbahn und auf der Innenseite die Klauenverzahnung liegen und vice versa.
Des weiteren weisen die Klauen eine ausreichend große Lücke auf, damit die Klauen mit möglichst hoher Wahrscheinlichkeit eingelegt werden; auch können die Klauen axial konisch geformt sein, so dass sie in der Einspurposition eine möglichst große Lücke und in der Endposition kein Spiel mehr aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein (nicht dargestellter) Rückstellmechanismus vorgesehen, welcher dazu führt, dass beim Öffnen des Schaltelementes der Kolben 3 bzw. der Aktuator und die Klauenmuffe 6 in die Ausgangsposition zurückgestellt werden und das Schaltelement schnell vollständig geöffnet wird. Hierbei kann der Rückstellmechanismus auf die Endlamelle 2 des Lamellenpakets 1 und/oder die Feder 4 und/oder den Kolben 3 bzw. den Aktuator wirken.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird ein Lastschaltelement zur Verfügung gestellt, welches kostengünstig herstellbar und montierbar ist und im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Schaltelementen klein dimensioniert ist und mit geringeren Kräften ansteuerbar ist. Des weiteren weist es im geöffneten Zustand geringe Schleppmomente auf.
Das erfindungsgemäße Schaltelement kann bei beliebigen automatischen Getriebesystemen, wie z. B. bei Planetengetrieben, Vorgelege-Lastschaltgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben oder bei stufenlosen Getrieben insbesondere in der Vorwärts/Rückwärts-Gruppe von Umschlingungs-Getrieben eingesetzt werden. Des weiteren kann es in der Bereichsgruppe von leistungsverzweigten Mehrbereichs-Reibradgetrieben, stufenlos-hydrostatischen Getrieben oder Mehrbereichs-elektrisch-leistungsverzweigten Getrieben eingesetzt werden.
Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Bauteile des erfindungsgemäßen Schaltelementes an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des Schaltelementes, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.

1: Lamellenpaket
2: Endlamelle
3: Kolben
4: Federelement, Tellerfeder
5: Klauenverzahnung
6: Klauenmuffe, Klauenelement
7: Innenlamellenträger
8: Verzahnung
9: Schaltelement
10: Gehäuse
11: Nut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0434525 B1 [0005, 0005]
- US 4070927 A [0005]

Claims

Lastschaltelement (9), dadurch gekennzeichnet, dass es ein reibschlüssiges und ein formschlüssiges Schaltelement aufweist, die parallel geschaltet sind und zum Schließen des Schaltelementes (9) von einem Aktuator (3) in der Reihenfolge reibschlüssiges Schaltelement, formschlüssiges Schaltelement betätigbar sind.
Lastschaltelement (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das reibschlüssige Schaltelement ein Lamellenpaket (1) aufweist und dass das formschlüssige Schaltelement ein Klauenelement (6) aufweist, welches mit einer ersten Seite des Schaltelements (9) in ständiger drehfester Wirkverbindung und mit der zweiten Seite des Schaltelements (9) in zuschaltbarer drehfester Wirkverbindung ist, wobei die zuschaltbare Wirkverbindung eine Klauen- oder Schiebeverzahnung ist.
Lastschaltelement (9) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klauenelement (6) über die Endlamelle (2) des Lamellenpakets (1) mit der ersten Seite drehfest verbunden ist.
Lastschaltelement (9) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das reibschlüssige Schaltelement ein Lamellenpaket (1) und das formschlüssige Schaltelement eine Klauenbaugruppe, umfassend ein axial verschiebbares und im Gehäuse (10) geführtes Klauenelement (6) aufweist, wobei ein Federelement (4) vorgesehen ist, welches einerseits mit dem Aktuator (3) und andererseits mit der Endlamelle (2) des Lamellenpakets (1) und mit dem Klauenelement (6) in Wirkverbindung steht und wobei das reibschlüssige und das formschlüssige Schaltelement mittels des Aktuators (3) über das Federelement (4) derart betätigbar sind, dass bei einer axialen Verschiebung des Aktuators (3) zum Schließen des Schaltelementes (9) zuerst das reibschlüssige Schaltelement und ab einer definierten Kolben- bzw. Aktuatorkraft das formschlüssige Schaltelement betätigt wird, wodurch die Klauenverzahnung (5) des Klauenelementes (6) in eine korrespondierende Klauenverzahnung (8) eines Lamellenträgers (7) des Lamellenpakets (1) eingerückt wird, so dass eine formschlüssige Verbindung hergestellt wird.
Lastschaltelement (9) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) als Tellerfeder mit nicht-linearer Kennlinie oder als Spiralfeder ausgebildet ist.
Lastschaltelement (9) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Tellerfeder (4) derart ausgelegt ist, dass sie sich bei geöffnetem Schaltelement (9) vollständig an der Endlamelle (2) über einen definierten Hebelarm abstützt, wobei die Tellerfeder in einer Nut (11) des Klauenelementes (6) angeordnet ist.
Lastschaltelement (9) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (3) als hydraulisch betätigter Kolben, Magnet, Elektromotor oder Piezo-Aktuator mit dazwischenliegender mechanischer Übertragungsstrecke ausgebildet ist.
Lastschaltelement (9) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reibschlüssige Schaltelement als Lamellenkupplung, Lamellenbremse oder als Konuskupplung ausgeführt ist.
Lastschaltelement (9) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauen des formschlüssigen Schaltelementes als Stirnklauen, Rundklauen oder Spitzklauen ausgeführt sind.
Lastschaltelement (9) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauen des formschlüssigen Schaltelementes direkt die Mitnahmeverzahnung auf den Lamellenträgern des Lamellenpakets (1) des reibschlüssigen Schaltelementes bilden, wobei bei einem Blech-Lamellenträger auf der Außenseite die Lamellenlaufbahn und auf der Innenseite die Klauenverzahnung vorgesehen ist und vice versa.
Lastschaltelement (9) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückstellmechanismus vorgesehen ist, welcher dazu führt, dass beim Öffnen des Schaltelementes (9) der Aktuator (3) und das Klauenelement (6) in die Ausgangsposition zurückgestellt werden.
Lastschaltelement (9) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstellmechanismus auf die Endlamelle (2) des Lamellenpakets (1) und/oder auf das Federelement (4) und/oder auf den Aktuator (3) wirkt.