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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lamellenschaltelement, insbesondere für ein Automatgetriebe oder ein automatisiertes Getriebe eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Das Lamellenpaket eines Lamellenschaltelementes kann nach dem Stand der Technik mehrere mit einem ersten rotierbaren Lamellenträger verbundene und axial verschiebbare Belaglamellen, mehrere mit einem zweiten rotierbaren oder feststehenden Lamellenträger verbundene axial verschiebbare Stahllamellen, wobei die Stahllamellen und die Belaglamellen axial betrachtet alternierend hintereinander angeordnet sind, einen Druckteller bzw. eine Stützscheibe als Abstützung sowie einen hydraulisch oder elektrisch betätigbaren Kolben, welcher in der Regel über eine Federlamelle bzw. Wellfeder auf das Lamellenpaket wirkt. Die Wellfeder kann auch in den Kolben integriert sein und ist oft unterhalb des Kolbens vorgesehen. Hierbei ist üblicherweise an der dem Kolben zugewandten Seite des Lamellenpakets eine Stahllamelle angeordnet. Ferner ist bekannt, die Federlamelleauf der dem Kolben abgewandten Seite des Lamellenpakets anzuordnen. Zudem sind Lamellenpakete von Lamellenschaltelementen bekannt, bei denen je eine Federlamelle zwischen den Stahllamellen angeordnet ist.
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Des weiteren ist aus dem Stand der Technik bekannt, bei Lamellenschaltelementen eine als Rückstellelement für den Kolben dienende Tellerfeder vorzusehen. Dadurch wird gewährleistet, dass der Kolben im drucklosen Zustand über dessen Reibkräfte hinweg sicher an den Anschlag zurückgeschoben wird, wobei die Feinregelbarkeit des Kolbens erhöht wird.
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Aus der
US 2008//0217133 A1 ist eine Lamellenkupplung bekannt, bei der die Pressungsverteilung im Lamellenpaket mittels Erhebungen an der dem Lamellenpaket zugewandten Seite des Kolbens sowie an der an der dem Kolben abgewandten Seite des Lamellenpakets angeordneten Endlamelle gesteuert wird.
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Um die bei Lamellenschaltelementen, d. h. bei Lamellenkupplungen und -bremsen die durch Reibleistung in das Lamellenpaket eingebrachte Wärme abtransportieren zu können, ist aus dem Stand der Technik bekannt, im Rahmen einer Innenkühlung Kühlöl zu verwenden, welches durch die Zentrifugalkräfte der drehenden Teile radial von innen nach außen geführt wird. Hierbei fließt das Kuhlöl durch Nuten in den Belaglamellen an den Stahllamellen des Lamellenpakets vorbei nach außen und führt deren Wärme ab.
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Diese Form der Kühlung des Lamellenpakets resultiert bei Lamellenbremsen in dem Nachteil, dass ab dem Moment des vollständigen Schließens der Lamellenbremse, d. h. ab dem Moment, an dem alle Elemente des Lamellenpakets zum Stillstand kommen, keine weitere Kühlung möglich ist, was in nachteiliger Weise in einer Überhitzung des Lamellenpakets resultieren kann. Dieses Problem entsteht bei Lamellenkupplungen nicht, da sich diese auch im geschlossenen Zustand drehen, wodurch das Kühlöl durch die Zentrifugalkraft radial betrachtet nach außen geführt werden kann.
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Um bei Lamellenschaltelementen einen großen Kühlstrom zu erzielen und um eine Lamellenbremse auch im geschlossenen Zustand nachkühlen zu können, sind Lamellenschaltelemente mit Außenkühlung bekannt, bei denen das Kühlöl aus einem radial betrachtet außerhalb des Lamellenpakets vorgesehenen Ring mit Druck gegen die Zentrifugalkräfte der drehenden Teile radial betrachtet nach innen durch das Lamellenpaket geführt wird.
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Um eine effektive Außenkühlung zu ermöglichen, wird ein Druck benötigt, um das Kühlöl gegen die Zentrifugalkraft radial betrachtet nach innen durch das Lamellenpaket zu fördern; um den erforderlichen Druck aufbauen zu können, muss sich in einem radial außerhalb der Lamellen vorgesehenen Ring ein dichter Druckraum befinden.
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Wenn im Lamellenpaket eines Lamellenschaltelementes mit der beschriebenen Außenkühlung zwischen dem Kolben und der ersten Stahllamelle eine Wellfeder vorgesehen ist, kann ein Teil des Kühlöls radial betrachtet von außen durch die einzelnen Hübe der Wellen der Federlamelle in nachteiliger Weise als „Bypass” am Lamellenpaket vorbei nach radial betrachtet nach innen fließen, wodurch die Kühlung des Lamellenpakets negativ beeinträchtigt wird.
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Hierbei muss die Wellfeder zum Zweck des Erzielens einer besseren Schaltqualität eine zweistufige Kennlinie aufweisen, wobei im Rahmen der ersten Stufe die Kennlinie weich ist und in der zweiten Stufe die Kennlinie hart ist, so dass eine relativ große Kraft benötigt wird, um die Wellfeder flachzupressen und somit die Kühlung zu verbessern. Je größer die Kraft des Kolbens ist, die über die Wellfeder auf das Lamellenpaket wirkt, desto flacher werden die Hübe der Wellfeder, was dazu führt, dass der Bypassstrom am Lamellenpaket vorbei mit steigender Kolbenkraft reduziert wird. Da die zweistufige Kennlinie bei Lamellenschaltelementen von Getrieben bis zu Kräften von ca. 3000 N geht, ist dieser Effekt über einen breiten Anwendungsbereich des Lamellenschaltelementes vorhanden. In nachteiliger Weise wirkt sich diese Abhängigkeit des Kühlölstroms von der Kolbenkraft auf die Regelbarkeit der Kühlung negativ aus; eine gute Regelbarkeit kann bei im Wesentlichen konstanten Bypassstrom einfacher realisiert werden.
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Für den Fall, dass das Lamellenpaket des Lamellenschaltelementes eine Tellerfeder zur Rückstellung des Kolbens aufweisen soll, besteht keine Möglichkeit, die Wellfeder unterhalb des Kolbens anzubringen, da der Bereich unterhalb des Kolbens als Anlagefläche für die Tellerfeder benötigt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lamellenschaltelement, insbesondere für ein Automatgetriebe oder ein automatisiertes Getriebe eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei dem das Kühlöl zur Kühlung des Lamellenpakets aus einem radial betrachtet außerhalb des Lamellenpakets vorgesehenen Ring mit Druck radial betrachtet nach innen durch das Lamellenpaket geführt wird, bei dem der Bypassstrom des Kühlöls am Lamellenpaket vorbei im Wesentlichen unabhängig von der Kolbenkraft ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach wird ein Lamellenschaltelement, insbesondere für ein Automatgetriebe oder ein automatisiertes Getriebe eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend mehrere mit einem ersten rotierbaren Lamellenträger verbundene und axial verschiebbare Belaglamellen, mehrere mit einem zweiten rotierbaren oder feststehenden Lamellenträger verbundene axial verschiebbare Stahllamellen, wobei die Stahllamellen und die Belaglamellen axial betrachtet alternierend hintereinander angeordnet sind und axial betrachtet die erste und die letzte Lamelle des aus den Stahllamellen und den Belaglamellen gebildeten Lamellenpakets Stahllamellen sind, einen hydraulisch oder elektrisch betätigbaren Kolben, welcher auf das Lamellenpaket wirkt und einen Druckteller als Abstützung der letzten Stahllamelle der dem Kolben abgewandten Seite des Lamellenpakets, bei dem das Kühlöl zur Kühlung des Lamellenpakets aus einem radial betrachtet außerhalb des Lamellenpakets vorgesehenen Ring mit Druck radial betrachtet nach innen durch das Lamellenpaket geführt wird.
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Hierbei weist das Lamellenschaltelement eine erste und eine zweite einstufige Wellfeder auf, wobei die erste Wellfeder zwischen dem Kolben und der ersten Stahllamelle angeordnet ist und eine weiche Kennlinie aufweist, wobei die zweite Wellfeder an dem dem Kolben abgewandten Ende des Lamellenpakets zwischen einem Druckteller und einer Anlage im Getriebegehäuse angeordnet ist und eine harte Kennlinie aufweist und wobei zwischen dem Druckteller und dem Getriebegehäuse ein definiert enger Ringspalt vorgesehen ist. Die erste und die zweite Wellfeder übernehmen die Funktion der aus dem Stand der Technik bekannten zweistufigen Wellfeder bzw. Federlamelle. Die erste und/oder die zweite Wellfeder können als Federlamellen ausgeführt sein.
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Hierbei kann zwar Kühlöl per Bypass am Lamellenpaket vorbei durch die einzelnen Hübe der Wellen der Wellfedern radial betrachtet nach innen fließen, wobei die erste Wellfeder bereits bei sehr niedrigen Kräften des Kolbens komplett flachgedrückt wird, sodass durch die Hübe dieser Wellfeder kein Öl mehr fließen kann. Beispielsweise kann die erste Wellfeder derart ausgelegt sein, dass sie ab einer Kraft von ca. 300 N flachgedrückt wird, was einem Motormoment von ungefähr 20 Nm entspricht, bei dem die Wärmeentwicklung des Lamellenpakets im vernachlässigbaren Bereich liegt.
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Die zweite Wellfeder wird erst bei sehr hohen Kräften flachgedrückt, so dass die Hübe der Wellfeder bestehen bleiben; damit jedoch das Kühlöl zur zweiten Wellfeder gelangen kann, muss es durch den engen Ringspalt zwischen dem Druckteller und dem Getriebegehäuse fließen, welcher die eigentliche Engstelle für das Kühlöl auf dem Weg zur zweiten Wellfeder bildet, wobei dieser Ringspalt im Gegensatz zu den Hüben der zweiten Wellfeder einen kraftunabhängigen, konstanten Querschnitt aufweist.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann unterhalb des Kolbens des Lamellenschaltelementes eine Tellerfeder zur Rückstellung des Kolbens angeordnet sein; dies wird durch die Anordnung der ersten Wellfeder axial betrachtet zwischen dem Kolben und der ersten Stahllamelle ermöglicht.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figurenbeispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1: Eine schematische Schnittansicht eines gemäß dem Stand der Technik ausgeführten Lamellenschaltelementes, umfassend eine Wellfeder mit einer zweistufigen Kennlinie, wobei keine Tellerfeder vorgesehen ist;
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2: Eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Lamellenschaltelementes; und
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3: Eine weitere schematische Schnittansicht der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Lamellenschaltelemente zur Veranschaulichung der Bypassströme des Kühlöls.
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Das in 1 dargestellte Lamellenschaltelement umfasst mehrere mit einem ersten rotierbaren Lamellenträger 1 verbundene und axial verschiebbare Beleglamellen 2, mehrere mit einem zweiten rotierbaren oder feststehenden Lamellenträger 3 verbundene und axial verschiebbare Stahllamellen 4, wobei die Stahllamellen 4 und die Beleglamellen 2 axial betrachtet alternierend hintereinander angeordnet sind und axial betrachtet die erste und die letzte Lamelle des aus den Stahllamellen und den Beleglamellen gebildeten Lamellenpakets Stahllamellen sind.
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Ferner umfasst das gezeigte Lamellenschaltelement einen hydraulisch oder elektrisch betätigbaren Kolben 6, welcher auf das Lamellenpaket wirkt und einen Druckteller 5, der als Abstützung der letzten Stahllamelle der dem Kolben 6 abgewandten Seite des Lamellenpakets dient. Eine als Rückstellelement für den Kolben 6 im drucklosen Zustand dienende Tellerfeder ist nicht vorgesehen. Der Druckteller 5 weist eine definierte Kontur auf, die geeignet ist, um die bei Betätigung des Lamellenschaltelementes auftretende axiale Durchbiegung der Stahllamellen 4 zumindest weitgehend zu kompensieren und eine gleichmäßige Flächenpressung zwischen den Belag- und Stahllamellen sicherzustellen.
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Der zum Betrieb des Kolbens 6 erforderliche Druckraum und der Kolben sind entsprechend der Drehzahl des zweiten Lamellenträgers 3 rotierbar oder feststehend.
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Bei dem gezeigten Lamellenschaltelement ist eine Wellfeder 7 mit einer zweistufigen Kennlinie vorgesehen, wobei in der ersten Stufe die Kennlinie weich ist und in der zweiten Stufe die Kennlinie hart ist. Die Wellfeder 7 ist radial betrachtet unterhalb des Kolbens 6 und axial betrachtet zwischen dem Kolben und einem Stützring 8 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Kühlung dadurch, dass das Kühlöl aus einem radial betrachtet außerhalb des Lamellenpakets vorgesehenen Ring mit Druck gegen die Zentrifugalkräfte der drehenden Teile radial betrachtet nach innen durch das Lamellenpaket geführt wird.
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Wie bereits erläutert, fließt ein Teil des Kühlöls radial betrachtet von außen durch die einzelnen Hübe der Wellen der Wellfeder 7 in nachteiliger Weise als „Bypass” am Lamellenpaket vorbei nach radial betrachtet nach innen, wodurch die Kühlung des Lamellenpakets in Abhängigkeit der Kolbenkraft negativ beeinträchtigt wird. Das erfindungsgemäße Lamellenschaltelement kann beispielsweise als Anfahrschaltelement eingesetzt werden.
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Bei dem in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgeführten Lamellenschaltelementes, weist das Lamellenschaltelement eine erste und eine zweite einstufige Wellfeder 9, 10 auf, wobei die erste Wellfeder 9 zwischen dem Kolben 6 und der ersten Stahllamelle axial verschiebbar angeordnet ist und eine weiche Kennlinie aufweist. Erfindungsgemäß ist die zweite Wellfeder 10 an dem dem Kolben 6 abgewanden Ende des Lamellenpakets zwischen dem Druckteller 5 und einer Anlage 13 im Getriebegehäuse angeordnet und weist eine harte Kennlinie auf; zwischen dem Druckteller 5 und der Anlage 13 im Getriebegehäuse ist ein definiert enger Ringspalt vorgesehen, der in 3 mit dem Bezugszeichen 12 versehen ist. Gemäß der Erfindung übernehmen die erste und die zweite Wellfeder 9, 10 die Funktion der aus dem Stand der Technik, beispielsweise gemäß 1, bekannten zweistufigen Wellfeder bzw. Federlamelle 7. Die erste und die zweite Wellfeder 9, 10 sind als Federlamellen ausgeführt.
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Demnach bildet die zweite Wellfeder 10 den Anschlag des Drucktellers 5; der Druckteller 5 stützt sich bei Betätigung des Lamellenschaltelementes unmittelbar axial an der zweiten Wellfeder 10 ab.
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Ferner ist bei dem in 2 und 3 gezeigten Beispiel eine Tellerfeder 11 als Rückstellelement für den Kolben 6 im drucklosen Zustand vorgesehen, welche radial betrachtet unterhalb des Kolbens 6 angeordnet ist. Anstelle einer Tellerfeder kann ein weiteres geeignetes Federelement vorgesehen sein.
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Analog zu der in 1 gezeigten Ausführung erfolgt die Kühlung dadurch, dass das Kühlöl aus einem radial betrachtet außerhalb des Lamellenpakets vorgesehenen Ring mit Druck radial betrachtet nach innen durch das Lamellenpaket geführt wird.
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Da die erste Wellfeder 9 eine weiche Kennlinie aufweist und bereits bei sehr niedrigen Kräften des Kolbens komplett flachgedrückt wird, kann im Betrieb des Lamellenschaltelementes im Wesentlichen durch die Hübe dieser Wellfeder kein Öl mehr fließen. Beispielsweise kann die erste Wellfeder derart ausgelegt sein, dass sie ab einer Kraft von ca. 300 N flachgedrückt wird, was einem Motormoment von ungefähr 20 Nm entspricht, bei dem die Wärmeentwicklung des Lamellenpakets im vernachlässigbaren Bereich liegt, so dass die Kühlung des Lamellenschaltelementes nicht beeinträchtigt wird. Der Weg des Öls bei nicht flachgedrückter erster Wellfeder 9 ist in 3 durch den Pfeil A angedeutet.
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Die zweite Wellfeder 10 wird erst bei hohen Kräften flachgedrückt, sodass die Hübe der zweiten Wellfeder 10 im Betrieb im Wesentlichen bestehen bleiben, was das Fließen eines Bypassstrom des Kühlöls durch die einzelnen Hübe der Wellen der zweiten Wellfeder 10 ermöglicht. Das zur zweiten Wellfeder 10 fließende Kühlöl muss durch den engen Ringspalt 12 zwischen dem Druckteller 5 und dem Getriebegehäuse fließen, der eine Engstelle mit einem definierten, kraftunabhängigen und konstanten Querschnitt für das Kühlöl auf dem Weg zur zweiten Wellfeder 10 bildet. Der entsprechende Weg des Öls bei nicht flachgedrückter zweiter Wellfeder 10 ist in 3 durch die Pfeile B angedeutet.
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Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird ein Lamellenschaltelement zur Verfügung gestellt, bei dem der Bypassstrom des Kühlöls am Lamellenpaket vorbei unabhängig von der Kraft des Kolbens ist, wodurch eine effektivere Kühlung und eine bessere Regelung der Kühlung erzielt werden kann. Zudem wird Bauraum für eine Tellerfeder zur Rückstellung des Kolbens zur Verfügung gestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Lamellenträger
- 2
- Belaglamelle
- 3
- zweiter Lamellenträger
- 4
- Stahllamelle
- 5
- Druckteller
- 6
- Kolben
- 7
- zweistufige Wellfeder
- 8
- Stützscheibe
- 9
- erste Wellfeder
- 10
- zweite Wellfeder
- 11
- Tellerfeder
- 12
- Ringspalt
- 13
- Anlage
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008//0217133 A1 [0004]
