DE102009001101A1

DE102009001101A1 - Getriebe mit mehreren reibschlüssigen Schaltelementen

Info

Publication number: DE102009001101A1
Application number: DE102009001101A
Authority: DE
Inventors: Peter Ziemer; Gerhard Gumpoltsberger; Mark Dr. Mohr
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2010-08-26
Also published as: JP2012518757A; WO2010097299A1; EP2401528A1; US20110290609A1; CN102333977A

Abstract

Es wird ein Getriebe (1) mit mehreren reibschlüssigen Schaltelementen (A bis C), die zur Darstellung verschiedener Übersetzungen geschlossen oder geöffnet werden, beschrieben. Die zulässige Flächenpressung ist im Bereich von miteinander in Reibeingriff bringbaren Reibflächen von Zuschaltelementen (B, C), welche bei Hochschaltung zur Darstellung einer Übersetzung geschlossen werden, kleiner als die zulässige Flächenpressung im Bereich von miteinander in Reibeingriff bringbaren Reibflächen von Abschaltelementen (A), welche bei Hochschaltung zur Darstellung von Übersetzungen jeweils nur geöffnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit mehreren reibschlüssigen Schaltelementen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der DE 102 44 023 A1 ist ein Getriebe, insbesondere ein Automatgetriebe, mit mehreren Schaltelementen und mehreren über die Schaltelemente in einen Leistungsfluss schaltbaren Zahnrädern bekannt. Zur Einstellung einer Übersetzung ist jeweils wenigstens eines der Schaltelemente geschlossen. Die Schaltelemente, welche bei Hochschaltung hinzugeschaltet werden, sind als reibschlüssige Schaltelemente ausgebildet, während die Schaltelemente, welche bei Hochschaltungen jeweils nur ein abzuschaltendes Schaltelement darstellen, als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind.
Durch den Einsatz von formschlüssigen Schaltelementen bzw. Klauenschaltelementen anstelle von Reibschaltelementen, die bei Zughochschaltungen geöffnet werden und bei keiner weiteren Zughochschaltung wieder geschlossen werden, sollen einen Wirkungsgrad des Getriebes beeinträchtigende Schleppmomente sowie durch hohe Belastungen gekennzeichnete Schlupfphasen von Schaltelementen verringert wenden und die Ansteuerung des Getriebes vereinfacht werden.
Dem Austausch von reibschlüssigen Schaltelement durch formschlüssige Schaltelemente liegt die Kenntnis zugrunde, dass im Gegensatz zu formschlüssigen Schaltelementen mit Belaglamellen ausgeführten Reibschaltelemente komfortable Schaltungen in einem Getriebe bzw. einem Automatgetriebe durch einen definiert darstellbaren Reibungskoeffizientverlauf realisierbar sind. Dieser Vorteil ist jedoch nur mit hohen thermischen Belastungen im Bereich der Belaglamellen erreichbar, die zudem auch einem eine Lebensdauer eines reibschlüssigen Schaltelementes verkürzenden Verschleiß ausgesetzt sind.
Darüber hinaus ist im Bereich der Belaglamellen von reibschlüssigen Schaltelementen von Automatgetrieben eine zulässige Flächenpressung begrenzt, womit die Reibschaltelemente mit entsprechend großen Reibflächen auszuführen sind, um die jeweils anliegenden Drehmomente übertragen zu können. Im Bereich der entsprechend groß zu dimensionierenden Reibflächen entstehen im Gegensatz zu formschlüssigen Schaltelementen im geöffneten Betriebszustand von Reibschaltelementen bekannterweise die einen Wirkungsgrad eines Getriebes beeinträchtigenden Schleppmomente.
Formschlüssige Schaltelemente sind im Gegensatz zu reibschlüssigen Schaltelementen jedoch im Wesentlichen nur nahe ihres Synchronpunktes und während wenigstens annähernd lastfreien Betriebszuständen schaltbar. Damit sind verschiedene Radsatzsysteme ohne eine zusätzliche Trennkupplung zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe nicht in gewünschtem Umfang betreibbar. Darüber hinaus sind Drehzahldifferenzen in Getrieben im Bereich von formschlüssigen Schaltelementen nicht wie mit reibschlüssigen Schaltelementen während eines Schlupfbetriebes innerhalb vordefinierter Schaltzeiten ausgleichbar. Deshalb sind formschlüssige Schaltelemente in Getrieben nur in Getriebebereichen einsetzbar, in welchen die während Schaltungen zu erzeugende Reibleistung bzw. die zu verrichtende Reibarbeit im Wesentlichen gleich Null ist, womit die Funktionalität der Getriebe mit formschlüssigen Schaltelementen nur in einem unerwünscht eingeschränkten Betriebsbereich zur Verfügung steht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe zur Verfügung zu stellen, welches mit einem hohen Wirkungsgrad betreibbar ist und dessen Funktionalität im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Getrieben in einem größeren Betriebsbereich zur Verfügung steht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist mit mehreren reibschlüssigen Schaltelementen ausgebildet, die zur Darstellung verschiedener Übersetzungen geschlossen oder geöffnet werden.
Erfindungsgemäß ist die zulässige Flächenpressung im Bereich von miteinander in Reibeingriff bringbaren Reibflächen von Zuschaltelementen, welche bei Zughochschaltungen zur Darstellung einer Übersetzung geschlossen werden, kleiner als die zulässige Flächenpressung im Bereich von miteinander in Reibeingriff bringbaren Reibflächen von Abschaltelementen, welche bei Hochschaltungen zur Darstellung von Übersetzungen jeweils nur geöffnet werden.
Die Abschaltelemente, welche bei Hochschaltungen zur Darstellung von Übersetzungen jeweils nur geöffnet werden, sind im Betrieb des Getriebes geringen thermischen Belastungen ausgesetzt. Dies resultiert aus der Tatsache, dass während Hochschaltungen, besonders während Zughochschaltungen, die Abschaltelemente ohne Beeinträchtigung eines Schaltkomforts schlupffrei innerhalb kürzester Zeit offenbar sind. Aus diesem Grund ist der im Bereich der Abschaltelemente darzustellende Reibverlauf für den Schaltablauf einer Hochschaltung bzw. einer Zughochschaltung von untergeordneter Bedeutung.
Dadurch bietet sich die Möglichkeit, im Bereich der Reibflächen der Abschaltelemente eine höhere zulässige Flächenpressung vorzusehen und die zur Übertragung eines jeweils anliegenden Drehmomentes erforderlichen Reibflächen der Abschaltelemente im Vergleich zu den Zuschaltelementen kleiner zu dimensionieren und einen Bauraumbedarf der Abschaltelemente sowie des Getriebes zu reduzieren. Die kleineren Reibflächen führen wiederum dazu, dass im Betrieb des Getriebes im Bereich der als reibschlüssige Schaltelemen te ausgeführten Abschaltelemente geringe Schleppmomente vorliegen und das Getriebe mit hohem Wirkungsgrad betreibbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe besteht im Bereich der Abschaltelemente im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Getrieben, welche als formschlüssige Schaltelemente ausgeführte Abschaltelemente aufweisen, zusätzlich die Möglichkeit, über die Abschaltelemente trotzdem eine betriebszustandsabhängige Synchronisierung durchzuführen. Dies resultiert aus der Tatsache, dass im Gegensatz zu formschlüssigen Schaltelementen im Bereich der reibschlüssigen Abschaltelemente ein Schlupfbetrieb darstellbar ist und Drehzahldifferenzen im Getriebe im Bereich der Abschaltelemente bedarfsweise wenigstens annähernd ausgleichbar sind. Damit ist eine Funktionalität des Getriebes im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Getrieben über einen größeren Betriebsbereich darstellbar.
So besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Abschaltelemente als belaglose Reibschaltelemente auszuführen, welche im Vergleich zu Reibschaltelementen mit Belaglamellen mit einem deutlich größeren Lüftspiel ausbildbar sind, welches bekannterweise einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die im Bereich eines reibschlüssigen Schaftelementes auftretenden Schleppmomente hat.
Aufgrund der im Vergleich zu den Zuschaltelementen wesentlich geringeren thermischen Belastung im Bereich der Abschaltelemente sind die mit den Reibflächen ausgeführten Bauelemente der Abschaltelemente bauraum- und kostengünstig mit geringeren Bauteildicken und auch mit einem geringen Bauteilgewicht ausführbar.
Aufgrund der im Vergleich zu den Zuschaltelementen geringeren thermischen Belastungen kann in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles im Bereich der Abschaltelemente auch auf einen definierten Öldurchfluss im Bereich der Abschaltelemente verzichtet werden, womit eine Getriebeölpumpe einen geringeren Hydraulikfluidvolumenstrom zur Verfügung zu stellen hat und daher ebenfalls mit einer geringeren Aufnahmeleistung betreibbar ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Getriebes nach der Erfindung sind die Abschaltelemente als Lamellenschaltelemente ausgebildet und Außenlamellen jeweils in ihrem äußeren Randbereich sowie Innenlamellen jeweils in ihrem inneren Randbereich zumindest abschnittsweise tellerfederartig ausgeführt. Damit werden die Innen- bzw. die Außenlamellen der Abschaltelemente auf konstruktiv einfache Art und Weise im geöffneten Betriebszustand der Abschaltelemente auf Distanz zueinander gehalten und im geöffneten Betriebszustand der Abschaltelemente auftretende Schleppmomente auf ein Minimum herabgesetzt.
Die tellerfederartigen Randbereiche der Innen- und der Außenlamellen der Abschaltelemente überkragen die Reibflächen der Innen- und der Außenlamellen bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Getriebes nach der Erfindung jeweils in unterschiedlicher axialer Richtung, womit eine Montage des Getriebes bzw. der Abschaltelemente auf einfache Art und Weise vereinfacht ist.
Zumindest die Reibflächen der Abschaltelemente sind bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes aus Werkstoffen mit hohem Reibkoeffizient, wie Stahl, Streusinter, Molybdän, Keramik, Aluminium oder dergleichen herstellt, um im Bereich der Abschaltelemente jeweils gewünscht hohe zulässige Flächenpressung darstellen zu können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Getriebes nach der Erfindung ist wenigstens eines der lamellenförmig ausgeführten Abschaltelemente konisch ausgebildet, bei welcher die zur Verfügung stellbaren Reibmomente im Vergleich zu eben ausgeführten Reibflächen bei gleich großer Reibfläche höher sind. Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, die miteinander in Eingriff bringbaren Reibflächen eines Abschaltelementes bei gleicher Übertragungsfähigkeit weiter zu reduzieren und die den Wirkungsgrad eines Getriebes beeinträchtigenden Schleppmomente weiter herabzusetzen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei zugunsten der Übersichtlichkeit in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele für bau- und funktionsgleiche Bauteile jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:
1 eine schematisierte Teillängsschnittansicht eines Getriebes mit mehreren reibschlüssigen Schaltelementen;
2 eine alternative Ausführungsform eines Abschaltelementes des Getriebes gemäß 1; und
3 eine Einzelansicht einer Außen- und einer Innenlamelle des Abschaltelementes gemäß 2.
1 zeigt ein Getriebe 1 mit mehreren reibschlüssigen Schaltelementen A, B und C, die zur Darstellung verschiedener Übersetzung geschlossen oder geöffnet werden. Die reibschlüssigen Schaltelemente A bis C sind vorliegend als Lamellenschaltelemente ausgebildet, wobei das Schaltelement A ein Abschaltelement darstellt, welches bei Hochschaltungen, insbesondere während Zughochschaltungen, zur Darstellung von Übersetzungen jeweils nur geöffnet wird und bei keiner weiteren Zughochschaltung geschlossen wird. Die Schaltelemente B und C stellen Zuschaltelemente des Getriebes 1 dar, welche zur Darstellung einer Übersetzung des Getriebes 1 auch bei Hochschaltungen, insbesondere bei Zughochschaltungen, zur Darstellung einer Übersetzung geschlossen werden.
Zusätzlich ist das Abschaltelement A bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Getriebes 1 sowohl mit belaglosen Innenlamellen 2 als auch mit belaglosen Außenlamellen 3 ausgebildet, während die Zuschaltelemente B und C in an sich bekannter Art und Weise mit Belaglamellen ausgeführt sind. Damit bestehen die in Reibeingriff miteinander bringbaren Reibflächen der Innenlamellen 2 der Außenlamellen 3 aus demselben Material wie die restlichen Bereiche der Innenlamellen 2 und der Außenlamellen 3, die vorliegend aus Stahl hergestellt sind.
Die im Bereich der miteinander in Reibeingriff bringbaren Reibflächen des Abschaltelementes A zulässige Flächenpressung ist höher als die zulässige Flächenpressung im Bereich der miteinander in Reibeingriff bringbaren Reibflächen der Zuschaltelemente B und C. Das Abschaltelement A ist bei gleicher Übertragungsfähigkeit kleiner dimensionierbar als bei einer Ausführung mit Belaglamellen und verursacht in geöffnetem Betriebszustand somit geringere Schleppmomente.
In 2 ist eine zu 1 alternative Ausführungsform des Abschaltelementes A dargestellt, bei welcher die Innenlamellen 2 jeweils in ihrem inneren Randbereich 4 und die Außenlamellen 3 jeweils in ihrem äußeren Randbereich 5 zumindest abschnittsweise tellerfederartig ausgeführt sind. Die tellerfederartigen Randbereiche 4, 5 der Innen- und der Außenlamellen 2, 3 des Abschaltelementes A gemäß 2 überkragen die Reibflächen der Innen- und der Außenflächen 2, 3 jeweils in unterschiedlichen axialen Richtungen, um eine beliebige Montage der Innen- und Außenlamellen 2, 3 des Abschaltelementes A zu ermöglichen.
Die inneren Randbereiche 4 der Innenlamellen 2 und die äußeren Randbereiche 5 der Außenlamellen 3 sind in der in 3 näher dargestellten Art und Weise mit Mitnahmezähnen 6, 7 ausgebildet, welche in der in 2 näher dargestellten Art und Weise vorzugsweise abwechselnd in axialer Richtung in die eine und in die dazu entgegengesetzte axiale Richtung ausgestellt sind, um die Innenlamellen 2 bzw. die Außenlamellen 3 jeweils zueinander auf Distanz zu halten und in geöffnetem Betriebszustand des Abschaltelementes A ein gewünschtes Lüftspiel aufrechtzuerhalten.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist beispielsweise mit in der DE 102 44 023 A1 näher beschriebenen Radsätzen ausführbar. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Getriebe als Lepelletier-basierendes Getriebe oder auch als stufenloses Mehrbereichsgetriebe mit synchroner Bereichsumschaltung mit reibschlüssigen Zuschaltelementen und reibschlüssigen Abschaltelementen auszubilden.

1: Getriebe
2: Innenlamellen
3: Außenlamellen
4: innerer Randbereich der Innenlamellen
5: äußerer Randbereich der Außenlamellen
6, 7: Mitnahmezähne
A: Abschaltelement
B, C: Zuschaltelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10244023 A1 [0002, 0031]

Claims

Getriebe (1) mit mehreren reibschlüssigen Schaltelementen (A, B, C), die zur Darstellung verschiedener Übersetzungen geschlossen oder geöffnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zulässige Flächenpressung im Bereich von miteinander in Reibeingriff bringbaren Reibflächen von Zuschaltelementen (B, C), welche bei Hochschaltungen zur Darstellung einer Übersetzung geschlossen werden, kleiner ist als die zulässige Flächenpressung im Bereich von miteinander in Reibeingriff bringbaren Reibflächen von Abschaltelementen (A), welche bei Hochschaltungen zur Darstellung von Übersetzungen jeweils nur geöffnet werden.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltelemente (A) als Lamellenschaltelemente ausgebildet sind und Außenlamellen (3) jeweils in ihrem äußeren Randbereich (5) sowie Innenlamellen (2) in ihrem inneren Randbereich (4) zumindest bereichsweise tellerfederartig ausgeführt sind.
Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die tellerfederartigen Randbereiche (4, 5) der Innen- und der Außenlamellen (2, 3) die Reibflächen der Innen- und der Außenlamellen (2, 3) jeweils in unterschiedlicher axialer Richtung überkragen.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Reibflächen der Innen- und Außenlamellen (2, 3) der Abschaltelemente (A) aus Stahl hergestellt sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Reibflächen der Innen- und Außenlamellen der Abschaltelemente aus Streusinter hergestellt sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Reibflächen der Innen- und Außenlamellen der Abschaltelemente aus Molybdän hergestellt sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Reibflächen der Innen- und Außenlamellen der Abschaltelemente aus Keramik hergestellt sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Reibflächen der Innen- und Außenlamellen der Abschaltelemente aus Aluminium hergestellt sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der lamellenförmig ausgeführten Abschaltelemente konisch ausgebildet ist.