DE102010014818B4

DE102010014818B4 - Drehmomentübertragungsvorrichtung und damit ausgestattetes Getriebe

Info

Publication number: DE102010014818B4
Application number: DE102010014818.0A
Authority: DE
Inventors: Li Chen; Chengliang Yin; Jie Shu; Jian Yao; Chunhao J. Lee; Chi-Kuan Kao; Farzad Samie; Yu Dong
Original assignee: Shanghai Jiaotong University; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: Shanghai Jiaotong University; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2018-06-07
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: CN101865218A; US8231492B2; US20100263978A1; CN101865218B; DE102010014818A1

Abstract

Drehmomentübertragungsvorrichtung (10), die umfasst:ein Gehäuse (14);mehrere Kupplungsplatten (30A, 30B);ein Rampenelement (22), das um eine Achse (A) wahlweise drehbar ist und eine Rampenoberfläche (48) definiert;ein Schneckenrad (18), das mit dem Rampenelement (22) funktional verbunden ist, um sich damit um die Achse (A) zu drehen, wobei das Rampenelement (22) bezüglich des Schneckenrads (18) axial beweglich ist;eine Schneckenwelle (36), die mit dem Schneckenrad (18) in einem kämmenden Eingriff ist, so dass eine Drehung der Schneckenwelle (36) eine Drehung des Schneckenrades (18) um die Achse (A) hervorruft;ein Wälzelement (52), das mit der Rampenoberfläche (48) in Kontakt ist;wobei die Rampenoberfläche (48) in der Weise konfiguriert ist, dass das Wälzelement (52) dann, wenn das Rampenelement (22) um die Achse (A) gedreht wird, eine Gegenkraft auf die Rampenoberfläche (48) ausübt, die das Rampenelement (22) dazu drängt, sich in einer ersten axialen Richtung zu bewegen, um dadurch die Gegenkraft an die Kupplungsplatten (30A, 30B) zu übertragen;dadurch gekennzeichnet, dassdas Wälzelement (52) an dem Gehäuse (14) montiert ist; unddas Rampenelement (22) bezüglich des Schneckenrads (18) nicht drehbar ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, die durch elektrische Betätigung einrückbar sind, und ein damit ausgestattetes Getriebe.
Eine Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in aus der DE 103 55 071 B4 bekannt geworden. Eine ähnliche Drehmomentübertragungsvorrichtung beschreibt ferner die DE 20 2005 017 525 U1 , wobei dort jedoch das Rampenelement bezüglich des Schneckenrads axial nicht beweglich ist. Ferner beschreibt die DE 10 2006 025 061 A1 ein Getriebe mit Kupplungsplatten, die mittels eines Rampenmechanismus eingerückt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Automatikgetriebe enthalten typischerweise ein Eingangselement, ein Ausgangselement, ein stationäres Element, mehrere Planetenzahnradsätze und mehrere wahlweise einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtungen. Die Drehmomentübertragungsvorrichtungen, d. h. Kupplungen und Bremsen, koppeln wahlweise verschiedene Elemente der Planetenzahnradsätze mit anderen Elementen der Planetenzahnradsätze oder mit dem stationären Element, um zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement mehrere verschiedene Übersetzungsverhältnisse zu erzielen.
In einem typischen Automatikgetriebe werden die Drehmomentübertragungsvorrichtungen hydraulisch betätigt. Das Getriebe enthält einen Hydraulikkreis, der eine Pumpe und Solenoidventile umfasst, die die Ausübung des Fluiddrucks auf jede der Drehmomentübertragungsvorrichtungen steuern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung weiterzuentwickeln und ein Getriebe mit solch einem Drehmomentübertragungsvorrichtung anzugeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt enthält eine Drehmomentübertragungsvorrichtung die Merkmale des Anspruchs 1.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 5 angegeben.
Die Rampenoberfläche ist in der Weise konfiguriert, dass das Wälzelement dann, wenn das Rampenelement um die Achse gedreht wird, eine Gegenkraft auf die Rampenoberfläche ausübt, die das Rampenelement dazu veranlasst, sich axial zu bewegen und dadurch die Gegenkraft an die Kupplungsplatten zu übertragen.
Die Rampenoberfläche ist in der Weise konfiguriert, dass das Wälzelement dann, wenn das Rampenelement um die Achse gedreht wird, auf die Rampenoberfläche eine Gegenkraft ausübt, die das Rampenelement dazu veranlasst, sich in einer ersten axialen Richtung zu bewegen und dadurch die Gegenkraft an die Kupplungsplatten zu übertragen.
Die Drehmomentübertragungsvorrichtungen, die hier offenbart sind, sind durch einen elektrischen Aktuator wie etwa einen Elektromotor einrückbar, weshalb sie keine Verbindung mit einem Hydraulikkreis für ihre Betätigung erfordern.
Die obigen Merkmale und Vorteile oder andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen ohne Weiteres aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten für die Ausführung der Erfindung hervor, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische perspektivische Teilansicht einer Drehmomentübertragungsvorrichtung;
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Drehmomentübertragungsvorrichtung von 1;
3 ist ein schematisches Diagramm eines Abschnitts der Drehmomentübertragungsvorrichtung von 1;
4 ist eine schematische Seitenschnittansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung von 1;
5 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht einer alternativen Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß der beanspruchten Erfindung; und
6 ist eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeuggetriebes, das die Drehmomentübertragungsvorrichtung von 1 enthält.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 ist schematisch eine wahlweise einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 dargestellt. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 14, ein Schneckenrad 18, ein Rampenelement 22, ein Ausübungselement (z. B. einen Ausübungsring 26), eine erste Mehrzahl von Kupplungsplatten 30A und eine zweite Mehrzahl von Kupplungsplatten 30B. Ein elektrischer Aktuator, der in der dargestellten Ausführungsform ein Elektromotor 34 ist, ist in Bezug auf das Gehäuse 14 montiert und betreibbar, um den Ausübungsring 26 gegen die Kupplungsplatten 30A, 30B zu drängen, um die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 über einen Drehmoment-in-Schub-Mechanismus einzurücken.
Genauer ist der Elektromotor 34 mit einer Schneckenwelle 36 funktional verbunden und konfiguriert, um wahlweise eine Drehung der Schneckenwelle 36 hervorzurufen, indem er auf sie ein Drehmoment ausübt. Das Schneckenrad 18 ist dadurch ausgezeichnet, dass sie eine Umfangsoberfläche 40 mit mehreren Zähnen 44 besitzt. Die Schneckenwelle 36 ist in einem kämmenden Eingriff mit den Zähnen 44, so dass eine Drehung der Schneckenwelle 36 eine Drehung des Schneckenrades 18 um die Achse A hervorruft.
Das Rampenelement 22 ist mit dem Schneckenrad 18 etwa über Keilnuten funktional verbunden, um sich damit um die Achse A zu drehen. D. h., dass das Rampenelement 22 in Bezug auf das Schneckenrad 18 nicht drehbar ist, sondern wahlweise axial in Bezug auf das Schneckenrad 18 in einer ersten Richtung D1 und in einer zweiten, entgegengesetzten axialen Richtung D2 beweglich ist. Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, definiert das Rampenelement 22 wenigstens eine Rampenoberfläche 48, die in die erste axiale Richtung D1 weist.
In Bezug auf das Gehäuse 14 ist ein Wälzelement 52 drehbar montiert und mit der Rampenoberfläche 48 in Kontakt. Die Rampenoberfläche 48 ist durch Abschnitte 56, 60 ausgezeichnet. Der Abschnitt 56 der Rampenoberfläche 48 ist zu den Abschnitten 60 axial versetzt angeordnet, so dass sich der Abschnitt 56 weiter in der zweiten Richtung D2 als die Abschnitte 60 befindet. In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die zwei Abschnitte 60 auf jeweiligen Seiten des Abschnitts 56.
Wenn die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 ausgerückt ist, ist das Rampenelement 22 in der Weise positioniert, dass das Wälzelement 52 mit dem Abschnitt 56 der Rampenoberfläche in Kontakt ist, wie in den 1 und 2 gezeigt ist. Eine (nicht gezeigte) Feder belastet das Rampenelement 22 in die erste axiale Richtung D1 vor und belastet daher auch die Rampenoberfläche 48 in die erste axiale Richtung D1 vor, um den Kontakt zwischen dem Wälzelement 52 und der Rampenoberfläche 48 aufrecht zu erhalten.
Wie in 3 gezeigt ist, übt der Motor 34, der über die Schneckenwelle 36 und das Schneckenrad 18 wirkt, eine Kraft F_m auf das Rampenelement 22 aus. Wenn sich das Rampenelement 22 dreht, bewegt sich die Rampenoberfläche 48 relativ zu dem Wälzelement, so dass sich das Wälzelement 52 vom Abschnitt 56 über die Rampenoberfläche 48 zum Abschnitt 60 bewegt. Die Neigung der Rampenoberfläche 48 bewirkt, dass die Oberfläche 48 eine Kraft auf das Wälzelement 52 ausübt, das seinerseits eine Gegenkraft F_R auf die Rampenoberfläche 48 ausübt. Die Gegenkraft F_R enthält eine Komponente F_C in der zweiten axialen Richtung D2, die das Rampenelement 22 in die zweite axiale Richtung D2 drängt. Daher umfassen die Rampe 48 und das Wälzelement 52 einen Drehmoment-in-Schub-Mechanismus, der das durch den Elektromotor gelieferte Drehmoment in Schub umsetzt, der über den Ausübungsring 26 auf die Kupplungsplatten 30A, 30B ausgeübt wird.
Das Rampenelement 22 überträgt die Komponente F_C der Gegenkraft F_R auf den Ausübungsring 26, der seinerseits die Komponente F_C auf die Kupplungsplatten 30A, 30B überträgt, wodurch die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 eingerückt wird. Durch das Selbstverstärkungsprinzip eines Keilmechanismus kann eine kleine Kraft F_m in eine große axiale Kraft F_C erhöht werden. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 kann durch Drehen des Rampenelements 22 in einer von zwei Drehrichtungen eingerückt werden, weil die Rampenoberfläche 48 in der ersten axialen Richtung D1 auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Abschnitts 56 geneigt ist, wie in 2 gezeigt ist.
Wie wiederum in 1 gezeigt ist, sind die Schneckenwelle 36 und das Schneckenrad 18 selbstverriegelnd, weshalb der Eingriff der Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 bei minimaler Leistung, die vom Motor 34 ausgeübt wird, aufrechterhalten werden kann. Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl in den 1-4 nur eine Rampenoberfläche 48 und ein Wälzelement 52 gezeigt sind, eine oder mehrere Rampenoberflächen 48 und Walzen 52 verwendet werden könnten. In der dargestellten Ausführungsform definiert das Rampenelement 22 drei Rampenoberflächen 48, die um das Rampenelement 22 beabstandet sind und jeweils mit einem entsprechenden Wälzelement in Bezug auf das Gehäuse 14 in Eingriff sind.
In 4, worin sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten wie in den 1-3 beziehen, ist die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 gezeigt, die mit einem drehbaren Element 68 funktional verbunden ist. Das Element 68 ist eine Welle, die mit einem Element eines Planetenzahnradsatzes funktional verbunden ist, um sich mit ihm um eine Achse A zu drehen. Eine Nabe 72 ist am Element 68 montiert, um sich mit ihm zu drehen. An der Nabe sind Reibplatten 30B über Keilnutverbindungen angebracht, um sich mit ihr zu drehen, sie sind jedoch in Bezug auf die Nabe 72 wahlweise axial beweglich. Kupplungsplatten 30B sind über eine Keilnutverbindung mit dem Gehäuse 14 verbunden, so dass die Platten 30B in Bezug auf das Gehäuse 14 drehfest sind, jedoch in Bezug auf das Gehäuse 14 wahlweise axial beweglich sind.
Wenn die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 eingerückt ist, d. h. wenn der Ausübungsring 26 in die Richtung D2 gedrängt wird, um die Platten 30A und 30B gegeneinander zu drängen, verriegelt die Reibung zwischen den Platten 30A, 30B das Element 68 in Bezug auf das Gehäuse 14. In der dargestellten Ausführungsform ist das Gehäuse 14 an einem stationären Element wie etwa dem Getriebegehäuse 80 montiert, weshalb das Einrücken der Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 eine Drehung des Elements 68 verhindert.
In 5, worin sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten wie in den 1-4 beziehen, ist schematisch eine alternative Drehmomentübertragungsvorrichtung 10A dargestellt. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10A umfasst ein Gehäuse 14, ein Schneckenrad 18A, ein Rampenelement 22A, einen Ausübungsring 26 und Kupplungsplatten 30A, 30B. Die Umfangsoberfläche 40A des Schneckenrades 18A definiert Zähne 44 in Eingriff mit der Schneckenwelle 36. Die innere Oberfläche 82 des Schneckenrades 18A definiert Vertiefungen 84.
Das Rampenelement 22A enthält axiale Vorsprünge 88 (wovon in 5 nur einer gezeigt ist). Die axialen Vorsprünge 88 definieren Rampen 48 und erstrecken sich in eine Entsprechende der Vertiefungen 84. Die Wechselwirkung zwischen den Vorsprüngen 88 und den die Vertiefungen 84 definierenden Wänden verhindert eine relative Drehung zwischen dem Schneckenrad 18A und dem Rampenelement 22A um die Achse A, sie lässt jedoch eine axiale Bewegung des Rampenelements 22A relativ zu dem Schneckenrad 18A zu. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10A umfasst außerdem einen Haltering 92 und eine Tellerfeder 96. Die Feder 96 belastet das Rampenelement 22A in die erste Richtung D1, d. h. zum Gehäuse 14 und weg von den Kupplungsplatten 30A, 30B, vor, so dass die Oberfläche 48 in einen Kontakt mit dem Wälzelement 52 in Bezug auf das Gehäuse 14 gedrängt wird.
In 6, worin sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten wie in den 1-5 beziehen, ist schematisch ein Kraftfahrzeuggetriebe 100 dargestellt. Das Getriebe 100 umfasst ein Eingangselement 104, ein Ausgangselement 108 und ein stationäres Element wie etwa ein Getriebegehäuse 112. Das Eingangselement 104 und das Ausgangselement 108 sind mit dem Zahnradsatz 116 funktional verbunden. Der Zahnradsatz 116 umfasst mehrere Planetenzahnradsätze, wovon in 6 nur einer bei 120 gezeigt ist. Das Getriebe 100 umfasst ferner mehrere Drehmomentübertragungsvorrichtungen, d. h. Kupplungen und Bremsen, die konfiguriert sind, um verschiedene Elemente der Planetenzahnradsätze mit anderen Elementen der Planetenzahnradsätze oder mit dem Gehäuse 112 wahlweise zu koppeln, um zwischen dem Eingangselement 104 und dem Ausgangselement 108 mehrere verschiedene Übersetzungsverhältnisse zu erzielen, wie für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich ist. Die Drehmomentübertragungsvorrichtungen umfassen die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10.
Der beispielhafte Planetenzahnradsatz 120 umfasst ein Sonnenrad 124, ein Hohlrad 126 und mehrere Planetenritzel 130 sowie einen Planetenträger 134. Jedes der Planetenritzel 130 ist an dem Planetenträger 134 drehbar montiert und mit dem Hohlrad 126 sowie mit dem Sonnenrad 124 in einem kämmenden Eingriff. Das Gehäuse 14 der Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 ist am Getriebegehäuse 112 montiert. Kupplungsplatten 30B sind in Bezug auf das Hohlrad 126 montiert, um sich damit über eine Nabe zu drehen. Wenn daher der Motor 34 betätigt wird, gelangen die Kupplungsplatten 30A, die an dem Getriebegehäuse 112 montiert sind, mit Kupplungsplatten 30B in Eingriff, wodurch das Hohlrad 126 mit dem Gehäuse 112 gekoppelt wird.

Claims

Drehmomentübertragungsvorrichtung (10), die umfasst: ein Gehäuse (14); mehrere Kupplungsplatten (30A, 30B); ein Rampenelement (22), das um eine Achse (A) wahlweise drehbar ist und eine Rampenoberfläche (48) definiert; ein Schneckenrad (18), das mit dem Rampenelement (22) funktional verbunden ist, um sich damit um die Achse (A) zu drehen, wobei das Rampenelement (22) bezüglich des Schneckenrads (18) axial beweglich ist; eine Schneckenwelle (36), die mit dem Schneckenrad (18) in einem kämmenden Eingriff ist, so dass eine Drehung der Schneckenwelle (36) eine Drehung des Schneckenrades (18) um die Achse (A) hervorruft; ein Wälzelement (52), das mit der Rampenoberfläche (48) in Kontakt ist; wobei die Rampenoberfläche (48) in der Weise konfiguriert ist, dass das Wälzelement (52) dann, wenn das Rampenelement (22) um die Achse (A) gedreht wird, eine Gegenkraft auf die Rampenoberfläche (48) ausübt, die das Rampenelement (22) dazu drängt, sich in einer ersten axialen Richtung zu bewegen, um dadurch die Gegenkraft an die Kupplungsplatten (30A, 30B) zu übertragen; dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzelement (52) an dem Gehäuse (14) montiert ist; und das Rampenelement (22) bezüglich des Schneckenrads (18) nicht drehbar ist.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Elektromotor (34) umfasst, der mit der Schneckenwelle (36) funktional verbunden ist und konfiguriert ist, um darauf wahlweise Drehmoment auszuüben.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Feder (96) umfasst, die das Rampenelement (22) in eine zweite axiale Richtung entgegengesetzt zu der ersten axialen Richtung vorbelastet.
Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner ein Ausübungselement (26) umfasst, das mit dem Rampenelement (22) funktional verbunden ist, um die Gegenkraft aufzunehmen, und wahlweise axial beweglich ist, um mit wenigstens einer der Kupplungsplatten (30A, 30B) in Kontakt zu gelangen.
Getriebe (100), das umfasst: ein Eingangselement (104); ein Ausgangselement (106); ein stationäres Element (112); einen Zahnradsatz (116), der mit dem Eingangselement (104) und mit dem Ausgangselement (106) funktional verbunden ist und konfiguriert ist, um zwischen dem Eingangselement (104) und dem Ausgangselement (106) wahlweise mehrere Übersetzungsverhältnisse herzustellen; wobei der Zahnradsatz (116) einen Planetenzahnradsatz (120) mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Element (124, 126, 134) enthält; und eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (10), die umfasst: ein Gehäuse (14), das in Bezug auf das stationäre Element (112) montiert ist, eine erste Mehrzahl von Kupplungsplatten (30A), die mit dem Gehäuse (14) funktional verbunden sind, eine zweite Mehrzahl von Platten (30B), die mit dem ersten Element (126) des Planetenzahnradsatzes (120) funktional verbunden sind, ein Rampenelement (22), das um eine Achse (A) wahlweise drehbar ist und eine Rampenoberfläche (48) definiert, ein Schneckenrad (18), das mit dem Rampenelement (22) funktional verbunden ist, um sich damit um die Achse (A) zu drehen, wobei das Rampenelement (22) bezüglich des Schneckenrads (18) axial beweglich, jedoch nicht drehbar ist, eine Schneckenwelle (36), die mit dem Schneckenrad (18) in einem kämmenden Eingriff ist, so dass die Drehung der Schneckenwelle (36) eine Drehung des Schneckenrades (18) um die Achse (A) hervorruft, und ein Wälzelement (52), das an dem Gehäuse (14) montiert ist und mit der Rampenoberfläche (48) in Kontakt ist; wobei die Rampenoberfläche (48) in der Weise konfiguriert ist, dass das Wälzelement (52) dann, wenn das Rampenelement (22) um die Achse (A) gedreht wird, eine Gegenkraft auf die Rampenoberfläche (48) ausübt, die das Rampenelement (22) dazu drängt, sich in einer axialen Richtung zu bewegen und dadurch die Gegenkraft an die erste und an die zweite Mehrzahl von Kupplungsplatten (30A, 30B) zu übertragen.