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GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentübertragungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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HINTERGRUND
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Ein typisches Mehrgang-Automatikgetriebe verwendet eine Kombination aus Drehmomentübertragungsvorrichtungen wie etwa Kupplungen, Klauenkupplungen/Synchronisierer oder Bremsen, um mehrere Vorwärts- und Rückwärtsgang-Übersetzungsverhältnisse oder Vorwärts- und Rückwärtsgang-Drehzahlverhältnisse sowie eine Neutral- und eine Parkstellung zu erzielen. Die Auswahl von Drehzahlverhältnissen erfolgt typischerweise durch ein Mikroprozessor-Getriebesteuermodul, das verschiedene Fahrzeugparameter, beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, und verschiedene Fahrereingangssignale, beispielsweise die Fahrpedalstellung, verwendet, um die geeigneten Drehzahlverhältnisse auszuwählen. Das Getriebe rückt dann eine Kombination von Drehmomentübertragungsvorrichtungen ein, um die gewünschten Drehzahlverhältnisse zu schaffen.
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Um die Drehmomentübertragungsvorrichtungen einzurücken, enthält ein typisches Automatikgetriebe ein hydraulisches Kupplungssteuersystem, das ein Hydraulikfluid verwendet, um Kolben in den Drehmomentübertragungsvorrichtungen zu betätigen. Die Betätigung eines Kolbens rückt ihrerseits die Drehmomentübertragungselemente in der Drehmomentübertragungsvorrichtung ein. Ein Kolbenentwurf, der als Doppelbereichskolben bekannt ist, enthält zwei Bereiche, die sich am Kolben befinden und hydraulisch voneinander isoliert sind. Ein Bereich wird durch das Hydraulikfluid von dem hydraulischen Kupplungssteuersystem mit Druck beaufschlagt, um einen Kolbenhub zu bewirken. Der nicht mit Druck beaufschlagte Bereich ist typischerweise mit einem Ausstoßrückfüllkreis verbunden, um die Verhinderung der Erzeugung eines Unterdrucks in dem nicht mit Druck beaufschlagten Bereich zu unterstützen, wenn der Kolben einen Hub ausführt. Falls jedoch der Ausstoßrückfüllkreis nicht auf geeignete Weise Fluid bereitstellen kann, um den nicht mit Druck beaufschlagten Bereich zu füllen, können Probleme bei der Fluiddrucksteuerung und der Luftmitnahme entstehen. Daher besteht auf dem Gebiet ein Bedarf an einer Mehrbereichskupplungsanordnung, die entworfen ist, um die Erzeugung eines Unterdrucks in dem nicht mit Druck beaufschlagten Bereich zu minimieren, um dadurch die Drucksteuerung zu verbessern und die Luftmitnahme zu verhindern, und die außerdem kostengünstig und automatisch ist.
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Die
DE 198 33 216 A1 offenbart eine Drehmomentübertragungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterer Stand der Technik ist aus der
DE 103 09 601 A1 bekannt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Drehmomentübertragungsanordnung bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die Aufgabe wird durch eine Drehmomentübertragungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine Drehmomentübertragungsanordnung enthält einen Aktor, um ein Drehmomentübertragungselement einzurücken. Mit dem Aktor ist ein Mechanismus verbunden. Der Mechanismus ist betreibbar, um eine Fluidübertragung durch ihn hindurch wahlweise zuzulassen. Der Mechanismus stellt eine Verbindung zwischen zwei getrennten Fluidräumen her, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Aktors befinden. Während der Bewegung des Aktors wird zugelassen, dass durch den Mechanismus ein Fluid zwischen den zwei getrennten Fluidräumen übertragen wird.
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Die Drehmomentübertragungsanordnung umfasst ein Gehäuse, das einen Hohlraum definiert, einen Aktor, der in dem Hohlraum des Gehäuses gleitend angeordnet ist, wobei der Aktor eine erste Oberfläche, die mit dem Gehäuse zusammenwirkt, um einen ersten Raum zu definieren, eine zweite Oberfläche, die mit dem Gehäuse zusammenwirkt, um einen zweiten Raum zu definieren, und eine dritte Oberfläche, die mit dem Gehäuse zusammenwirkt, um einen dritten Raum zu definieren, aufweist, wobei sich der dritte Raum auf einer Seite des Aktors gegenüber dem ersten und dem zweiten Raum befindet und wobei sich in dem dritten Raum ein Fluid befindet, ein Drehmomentübertragungselement, das mit dem Gehäuse verbunden ist und durch den Aktor wahlweise eingerückt werden kann, und einen Mechanismus, der mit dem Aktor verbunden ist, um Fluid, das sich in dem dritten Raum befindet, wahlweise zwischen dem dritten Raum und dem ersten Raum zu übertragen. Das Drehmomentübertragungselement wird durch den Aktor eingerückt, wenn mit Druck beaufschlagtes Fluid in den zweiten Raum eintritt und mit der zweiten Oberfläche des Aktors in Kontakt gelangt, um den Aktor zu dem Drehmomentübertragungselement zu bewegen, wobei das Fluid in dem dritten Raum durch den Mechanismus in den ersten Raum übertragen wird, wenn sich der Aktor bewegt.
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Der Mechanismus ist ein Kugelventil, welches geschlossen ist, wenn der Aktor nicht eingerückt ist und die Übertragung von Fluid vom dritten Raum in den ersten Raum zulässt, wenn ein Druck des Fluids in dem dritten Raum einen Schwellenwert übersteigt.
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Bevorzugt sind in dem Aktor mehrere Mechanismen vorhanden und voneinander gleichmäßig beabstandet.
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Der erste Raum ist von dem zweiten Raum hydraulisch isoliert.
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Weitere Aufgaben, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf dieselbe Komponente, dasselbe Element oder dasselbe Merkmal beziehen.
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ZEICHNUNGEN
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1 ist eine diagrammartige Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform einer Mehrbereichskupplungsanordnung und eines hydraulischen Steuersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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In 1 ist eine obere Hälfte einer Mehrbereichskupplungsanordnung oder Drehmomentübertragungsanordnung allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Mehrbereichskupplungsanordnung 10 wird in der vorliegenden Ausführungsform in einem (nicht gezeigten) Getriebe eines Kraftfahrzeugs verwendet. Die Mehrbereichskupplungsanordnung 10 kann entweder eine stationäre Kupplungsanordnung oder eine rotierende Kupplungsanordnung sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Mehrbereichskupplungsanordnung 10 enthält im Allgemeinen ein Gehäuse 12, eine Nabe 14, ein Kupplungspaket 16, einen Aktor 18 und einen Schnellfüllmechanismus 19. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise ringförmig und enthält eine innere Oberfläche 20 und eine Gegenplatte 21. Die innere Oberfläche 20 und die Gegenplatte wirken zusammen, um einen mittigen Raum oder Hohlraum 22 in dem Gehäuse 12 zu definieren. Das Gehäuse 12 kann mit verschiedenen Komponenten in dem Getriebe wie beispielsweise Zahnradsätze, mit einem Drehmomentwandler, Wellen oder Kopplungselementen und einer Masse wie beispielsweise einem Getriebegehäuse oder einer anderen festen Komponente gekoppelt sein.
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Die Nabe 14 ist vorzugsweise ringförmig und enthält einen Endabschnitt 24, der sich im Gehäuse 12 radial innen befindet. Die Nabe 14 kann mit verschiedenen Komponenten in dem Getriebe wie beispielsweise Zahnradsätze, mit einem Drehmomentwandler, Wellen oder Kopplungselementen oder einer Masse wie beispielsweise einem Getriebegehäuse oder einer anderen festen Komponente gekoppelt sein. Die Nabe 14 und das Gehäuse 12 sind relativ zueinander drehbar.
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Die Kupplungspackung 16 befindet sich radial innerhalb des Gehäuses 12 und enthält einen ersten Satz Reaktionsscheiben 26, die mit einem zweiten Satz Reaktionsscheiben 28 verschachtelt sind. Die Reaktionsscheiben 26, 28 können verschiedene Formen annehmen, beispielsweise gegenüberliegende Stahlscheiben und Faserflächenscheiben. Der erste Satz Reaktionsscheiben 26 enthält eine radial äußere Oberfläche 30, die mit einer in der inneren Oberfläche 20 des Gehäuses 12 vorgesehenen Keilnut 32 gekoppelt ist. Der zweite Satz Reaktionsscheiben 28 enthält eine radial innere Oberfläche 34, die mit einer am Endabschnitt 24 der Nabe 14 vorgesehenen Keilnut 36 gekoppelt ist. Die Reaktionsscheiben 26, 28 sind in einer axialen Richtung längs der Keilnuten 32, 36 beweglich, wie später genauer beschrieben wird.
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Der Aktor 18 ist in dem mittigen Hohlraum 22 gleitend angeordnet und umfasst einen Kolbenarm 37, ein radial äußeres Ende 38, ein radial inneres Ende 39 und einen radial verlaufenden Abschnitt 43, der eine erste Oberfläche oder Sperrseite 40 und eine zweite Oberfläche oder Anwendungsseite 42 besitzt. Der radial verlaufende Abschnitt 43 erstreckt sich zwischen dem radial äußeren Ende 38 und dem radial inneren Ende 39. Der Kolbenarm 37 erstreckt sich durch die Gegenplatte 21 aus dem mittigen Hohlraum 22. Die radialen Enden 38, 39 sind jeweils mit der inneren Oberfläche 20 des Gehäuses 12 abgedichtet, so dass der Aktor 18 den inneren Hohlraum 22 unterteilt. Die erste Oberfläche 40 befindet sich auf einer Seite des Aktors 18 gegenüber jener der zweiten Oberfläche 42. Die zweite Oberfläche 42 enthält einen ersten Bereich 44 und einen zweiten Bereich 46. Der erste Bereich 44 ist von dem zweiten Bereich 46 durch eine Dichtung 50 zwischen dem Aktor 18 und der inneren Oberfläche 20 des Gehäuses 12 hydraulisch isoliert. Die erste Oberfläche 40, die Gegenplatte 21 und die innere Oberfläche 20 des Gehäuses 12 wirken zusammen, um einen Sperrraum 52 zu definieren. Der erste Bereich 44 der zweiten Oberfläche 42 und die innere Oberfläche 20 des Gehäuses 12 wirken zusammen, um einen ersten Anwendungsraum 54 zu definieren. Der zweite Bereich 46 der zweiten Oberfläche 42 und die innere Oberfläche 20 des Gehäuses 12 wirken zusammen, um einen zweiten Anwendungsraum 56 zu definieren. Der Sperrraum 52, der erste Anwendungsraum 54 und der zweite Anwendungsraum 56 sind durch mehrere Dichtungen 50 sämtlich voneinander hydraulisch isoliert.
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Der Aktor 18 ist in dem Hohlraum 22 zwischen einer nicht eingerückten Position, die in 1 gezeigt ist, und einer eingerückten Position axial beweglich. In dem Sperrraum 52 befindet sich zwischen der Gegenplatte 21 und dem Aktor 18 ein Vorbelastungselement 60. Das Vorbelastungselement 60 belastet den Aktor 18 in die nicht eingerückte Position vor. Das Vorbelastungselement 60 kann verschiedene Formen haben, beispielsweise jene einer Schraubenfeder oder einer Blattfeder. Wenn der Aktor 18 in der nicht eingerückten Position ist, sind die Reaktionsscheiben 26, 28 nicht reibschlüssig gekoppelt, weshalb zwischen dem Gehäuse 12 und der Nabe 14 kein Drehmoment übertragen wird. Wenn der Aktor 18 in der eingerückten Position ist, rückt der Kolbenarm 37 die Kupplungspackung 16 ein und zwingt die Reaktionsscheiben 26, 28, sich axial zu bewegen und miteinander in reibschlüssigen Eingriff zu gelangen. Daher wird zwischen dem Gehäuse 12 und der Nabe 14 über die Kupplungspackung 16 Drehmoment übertragen.
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Der Schnellfüllmechanismus 19 ist mit dem Aktor 18 verbunden, um eine wahlweise Fluidübertragung zwischen dem Sperrraum 52 und dem ersten Anwendungsraum 54 zuzulassen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schnellfüllmechanismus 19 mit dem radial verlaufenden Abschnitt 43 des Aktors 18 verbunden. Der Schnellfüllmechanismus 19 enthält einen ersten Anschluss 64, der mit einem zweiten Anschluss 66 in einer wahlweisen Fluidverbindung steht. Der erste Anschluss 64 steht mit dem Sperrraum 52 in einer Fluidverbindung, während der zweite Anschluss 66 mit dem ersten Anwendungsraum 54 in einer Fluidverbindung steht. Der Schnellfüllmechanismus 19 ist ein Kugelventil, das eine Ventilkugel besitzt, um eine Übertragung zwischen dem ersten Anschluss 64 und dem zweiten Anschluss 66 wahlweise zuzulassen. Weiterhin können die Größe und die Kapazität des Schnellfüllmechanismus 19 der vorliegenden Erfindung variieren, in einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch der Schnellfüllmechanismus 19 ein 4 mm-Kugelventil. Der Schnellfüllmechanismus 19 ist in einem normalerweise geschlossenen Zustand, so dass dann, wenn der Aktor 18 in der nicht eingerückten Position ist, Hydraulikfluid nicht durch den Schnellfüllmechanismus 19 übertragen werden kann. Wie jedoch später genauer beschrieben wird, lässt der Schnellfüllmechanismus 19 die Übertragung von Fluid von dem Sperrraum 52 zu dem ersten Anwendungsraum 54 zu, wenn der Druck des Fluids in dem Sperrraum 52 einen Schwellenwert übersteigt. Obwohl in 1 nur ein Schnellfüllmechanismus 19 dargestellt ist, sollte darüber hinaus anerkannt werden, dass in dem Aktor 18 mehrere Schnellfüllmechanismen 19 vorhanden sein können. In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich in dem Aktor 18 vier Schnellfüllmechanismen 19, die gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
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Die Mehrbereichskupplungsanordnung 10 wird durch ein hydraulisches Steuersystem 100 gesteuert. Das mit der Mehrbereichskupplungsanordnung 10 verwendete hydraulische Steuersystem 100 kann verschiedene Konfigurationen haben und umfasst im Allgemeinen mehrere Fluidübertragungskanäle, Elektromagneten und Ventile, die arbeiten, um die Mehrbereichskupplungsanordnung 10 zu betätigen. Beispielsweise enthält das hydraulische Steuersystem 100 eine Ventilanordnung 102, die mit einer Versorgungsleitung oder einen Versorgungskanal 104 und mit einem ersten Fluidübertragungskanal 106 in Verbindung steht. Die Versorgungsleitung 104 steht mit einem (nicht gezeigten) Pumpensystem in einer Fluidverbindung und liefert eine Strömung von mit Druck beaufschlagtem Fluid zu der Ventilanordnung 102. Die Strömung von mit Druck beaufschlagtem Fluid kann irgendein Hydraulikfluid wie beispielsweise ein Öl enthalten. Die Ventilanordnung 102 enthält vorzugsweise ein bewegliches Ventil und mehrere Fluidanschlüsse, obwohl verschiedene andere Arten von Ventilanordnungen verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Ventilanordnung 102 ist betreibbar, um wahlweise zuzulassen, dass die von dem Versorgungskanal 104 gelieferte Strömung von mit Druck beaufschlagtem Fluid durch die Ventilanordnung 102 in den ersten Fluidkanal 106 übertragen wird. Der erste Fluidkanal 106 steht mit dem zweiten Anwendungsraum 56 der Mehrbereichskupplungsanordnung 10 in einer Fluidverbindung.
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Das hydraulische Steuersystem 100 enthält ferner einen zweiten Fluidübertragungskanal 108 mit einem ersten Zweig oder Abschnitt 110 und einem zweiten Zweig oder Abschnitt 112. Der erste Abschnitt 110 steht mit dem Sperrraum 52 der Mehrbereichskupplungsanordnung 10 in einer Fluidverbindung, während der zweite Abschnitt 112 mit dem ersten Anwendungsraum 54 der Mehrbereichskupplungsanordnung 10 in einer Fluidverbindung steht. In einer alternativen Ausführungsform wird der zweite Abschnitt 112 über einen (nicht gezeigten) Hydraulikaktor wahlweise mit Druck beaufschlagt, falls eine höhere Drehmomentkapazität erforderlich ist, um die Kupplungspackung 16 unter Bedingungen eines hohen Drehmoments am Rutschen zu hindern. Der hydraulische Aktor befindet sich in einer Position, in der der zweite Fluidübertragungskanal 108 mit dem zweiten Abschnitt 112 während des Einrückens des Aktors 18 gekoppelt ist. In dem Sperrraum 52 und in dem ersten Anwendungsraum 54 befindet sich ein Hydraulikfluid wie etwa ein Öl.
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Während des Betriebs betätigt das hydraulische Steuersystem 100 die Mehrbereichskupplungsanordnung 10 unter Verwendung der Strömung von mit Druck beaufschlagtem Fluid, um den Aktor 18 zu betätigen. Um beispielsweise die Mehrbereichskupplungsanordnung 10 einzurücken, öffnet das Ventil 102 und ermöglicht, dass die Strömung von mit Druck beaufschlagtem Fluid durch das Ventil 102 und durch den ersten Fluidübertragungskanal 106 in den zweiten Anwendungsraum 56 geleitet wird. Die Strömung von mit Druck beaufschlagtem Fluid gelangt mit dem zweiten Bereich 46 des Aktors 18 in Kontakt und bewegt den Aktor 18 entgegen der Feder 60 in die eingerückte Position. Wie oben erwähnt, rückt der Kolbenarm 37 dann, wenn der Aktor 18 in der eingerückten Position ist, die Kupplungspackung 16 ein und zwingt die Reaktionsscheiben 26, 28 dazu, sich axial zu bewegen und in einen reibschlüssigen gegenseitigen Eingriff zu gelangen. Daher wird zwischen dem Gehäuse 12 und der Nabe 14 über die Kupplungspackung 16 Drehmoment übertragen. Wenn der Aktor 18 in die eingerückte Position gedrängt wird, nimmt das Volumen des Sperrraums 52 ab, während die Volumina des ersten und des zweiten Anwendungsraums 54, 56 zunehmen. Wenn daher das Volumen des Sperrraums 52 abnimmt, wird das in dem Sperrraum 52 befindliche Hydraulikfluid aus dem Sperrraum und in den ersten Abschnitt 110 des zweiten Fluidübertragungskanals 108 gedrängt. Ein Teil des Hydraulikfluids, das sich in den zweiten Abschnitt 112 des zweiten Fluidübertragungskanals bewegt, wird in den expandierenden ersten Anwendungsraum 54 geliefert. Weiteres Hydrauliköl, das sich in dem Sperrraum 52 befindet, bewegt sich durch den Schnellfüllmechanismus 19 direkt in den ersten Anwendungsraum 54, wenn der Druck des Hydraulikfluids einen Schwellenwert, der ausreicht, um den Schnellfüllmechanismus 19 zu öffnen, übersteigt. Dadurch wird verhindert, dass in dem ersten Anwendungsraum 54 ein Unterdruck herrscht, wenn die Strömung von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikfluid den Aktor 18 in die eingerückte Position drängt.
