DE102010017276A1

DE102010017276A1 - Anordnung zum Stabilisieren eines Planetenradträgers eines Automatikgetriebes

Info

Publication number: DE102010017276A1
Application number: DE102010017276A
Authority: DE
Inventors: Brad Ronald South Lyon Heuver
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2011-01-13
Also published as: US8128529B2; CN101949448B; CN101949448A; US20110009234A1

Abstract

Anordnung zum Stabilisieren einer Zahnradeinheit eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges, aufweisend ein erstes Bauteil (70), das gegen Verschiebung entlang einer Achse (30) festgelegt ist, einen Träger (26), der dem ersten Bauteil (70) zugewandt ist, zur Drehung um die Achse (30) abgestützt ist und Planetenräder (28, 32) daran abstützt, und Federn (96), die zwischen dem ersten Bauteil (70) und dem Träger (26) angeordnet sind und Axialkräfte erzeugen, die um die Achse (30) winklig verteilt sind und auf den Träger (26) ausgeübt werden.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die kinematische Anordnung eines Automatikgetriebes, und insbesondere die Stabilisierung eines Planetenradträgers mittels einer Vorspannkraft.
In einer Planetengetriebeeinheit des Typs, der in Automatikgetrieben für Motorfahrzeuge verwendet wird, sind Planetenräder zur Drehung an einem Träger abgestützt, der Scheiben aufweist, die im axialen Abstand voneinander angeordnet sind, um einen Raum für die Planetenräder zu bilden. Der Träger wird üblicherweise in seine korrekte Position in der Anordnung an Steuerflächen gesteuert, die an benachbarten Bauteilen ausgebildet sind.
Zum Beispiel kann eine der Trägerscheiben in Position an eine Keilwelle und die andere Scheibe an den Laufring einer Einwegkupplung (OWC) gesteuert werden. Der Laufring kann nicht völlig rund sein, und die Keilwelle kann an dem Kupplungslaufring nicht vollkommen zentriert sein.
Diese Eigenschaften entwickeln eine inhärente Unausgewogenheit in dem Träger, was bewirkt, dass der Träger an seiner Keilwelle kippt und eine große Kraft erzeugt, die bewirkt, dass der Träger dem unrunden Kupplungslaufring folgt. Wenn der Träger an unvollkommenen Berührungsflächen gesteuert wird, werden große Stoßbelastungen erzeugt, wenn der Träger durch das äußere Laufringprofil auf die Mittellinie zurückgedrückt wird. Diese Stoßbelastungen an dem Träger tendieren dazu, das Schwinghebelelement der OWC zu erschüttern, was bewirkt, dass der Schwinghebel in Eingriffsrichtung schwenkt, wenn er in eine Freilaufposition zurückkehren soll. Wenn der Träger von dem äußeren Laufring gestoßen wird, können Betätigungsfedern, die den Schwinghebel in Eingriffsrichtung drängen, zerstört werden und die Kupplungsfunktion verloren gehen.
In der Industrie besteht ein Bedarf an einer Technik, die eine Überbeanspruchung des Getriebes vermeidet und den Träger zu der Mittellinie ausgerichtet hält, wenn kein Drehmoment im Leerlauf auftritt.
Eine Anordnung zum Stabilisieren einer Zahnradeinheit eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges weist ein erstes Bauteil, das gegen Verschiebung entlang einer Achse festgelegt ist, einen Träger, der dem ersten Bauteil zugewandt ist, zur Drehung um die Achse abgestützt ist und Planetenräder daran abstützt, und Federn auf, die zwischen dem ersten Bauteil und dem Träger angeordnet sind und Axialkräfte erzeugen, die um die Achse winklig verteilt sind und auf den Träger ausgeübt werden.
Die Stabilisierungsfedern verhindern eine Überbeanspruchung des Getriebes und halten den Träger zu der Achse ausgerichtet.
Die Vorspannkraft, die von den Stabilisierungsfedern auf den Träger ausgeübt wird, wirkt der inhärenten Unausgewogenheit entgegen, die ein Anfangskippmoment an dem Träger bewirkt. Die Vorspannkraft der Federn übt ein größeres Moment als die Ungleichgewichtskraft auf den Träger aus, wodurch ein Kippen des Trägers verhindert wird. Durch Verhinderung dieses Kippens kann der Träger nicht dem Laufring folgen. Wenn der Laufring von dem Träger nicht mehr kontaktiert wird, werden Stoßbelastungen ausgeschlossen, und der Schwinghebel der Einwegkupplung bleibt während der Freilaufzustände zurückgezogen, wodurch Schäden an den Schwinghebelfedern verhindert werden.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1A und 1B Schnitte von Teilen der kinematischen Anordnung für ein Automatikgetriebe mit einem Ravigneaux-Radsatz;
2 einen Schnitt einer Scheibe für eine Bremsenanordnung der kinematischen Anordnung;
3 eine Vorderansicht einer Unteranordnung, die eine Reihe von Federn enthält, die in der Anordnung aus 1 angeordnet sind; und
4 einen Schnitt entlang der Ebene 4-4 in 3. Mit Bezug auf die 1A und 1B weist eine in einem Getriebegehäuse 12 angeordnete Planetengetriebeanordnung 10 des Ravigneaux-Typs ein erstes Sonnenrad 14, das über einer Keilverzahnung 16 mit einer Drehtrommel 18 verbunden ist, ein zweites Sonnenrad 20, das über eine Keilverzahnung 22 mit einer Drehtrommel 24 verbunden ist, und eine Planetenradträgeranordnung 26 auf, die zur Drehung abgestützt ist und lange Planetenräder 28 aufweist, die im Winkelabstand voneinander um eine Längsachse 30 angeordnet sind, an dem Träger 26 abgestützt sind und mit dem ersten Sonnenrad 14 in Eingriff stehen. Die Trägeranordnung 26 weist ferner einen Satz kurze Planetenräder 32 auf, die im Winkelabstand voneinander um die Achse 30 angeordnet sind, an dem Träger 26 abgestützt sind und mit dem zweiten Sonnenrad 20 und den jeweiligen langen Planetenrädern 28 in Eingriff stehen. Die Getriebeanordnung 10 weist ferner ein Hohlrad 34 auf, das mit den langen Planetenrädern 28 in Eingriff steht und koaxial zu den Sonnenrädern 14, 20 und den Planetenrädern 28, 32 angeordnet ist.
Die Trägeranordnung 26 weist eine erste Scheibe 36, die über eine Keilverzahnung 38 mit einer Welle 40 verbunden ist, eine zweite Scheibe 42, die im axialen Abstand von der ersten Scheibe 36 angeordnet ist, und eine dritte Scheibe 44 auf, die zwischen den Endscheiben 36, 42 angeordnet ist. Die Trägerscheiben 36, 42, 44 stützen Planetenradachsen 46, 48 ab, an denen die Planetenräder 28, 32 auf Lagern 50, 52 zur Drehung abgestützt sind.
Das Getriebegehäuse 12 ist an einer Innenfläche mit einer axial ausgerichteten Keilverzahnung 54 versehen, die mit einer äußeren Keilverzahnung 56 in Eingriff steht, die an dem Umfang eines Außenrings 58 einer Schwinghebel-Einweg- oder Freilaufkupplung 60 ausgebildet ist. Das US-Patent 7,383,930 , dessen gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin einbezogen ist, offenbart die Struktur und den Betrieb einer Schwinghebel-Einwegkupplung ähnlich der Kupplung 60.
Eine ringförmige Steuerausnehmung 64 an einem Innenring 62 der Kupplung 60 steht mit der Trägerscheibe 42 in Eingriff und führt die Scheibe 42 in ihrer Montageposition innerhalb des Gehäuses 12, und die Keilverzahnung 38 steuert die Trägerscheibe 38 in ihre korrekte Position innerhalb des Gehäuses 12.
Eine Scheibe 70 einer hydraulisch betätigten Reibscheibenbremstrommel 72 ist der Kupplung 60 und den Trägerscheiben 42, 44 zugewandt. Wie aus 2 ersichtlich, ist die Scheibe 70 mit einer äußeren Keilverzahnung 74 versehen, welche mit einer an der Innenfläche des Gehäuses 12 ausgebildeten Verzahnung in Eingriff steht. Eine innere Keilverzahnung 76 steht mit einer an Reibscheiben 78 einer hydraulisch betätigten Bremse 88 ausgebildeten Keilverzahnung in Eingriff. Ein Sprengring 81 sichert die Scheibe 70 gegen axiale Bewegung relativ zu dem Gehäuse 12. Die Scheibe 70 ist auch mit zylindrischen Vorsprüngen 82 versehen, die im Winkelabstand um die Achse 30 angeordnet sind.
Eine Federunteranordnung 90, die in den 3 und 4 gezeigt ist, weist eine kreisförmige Platte 92 auf, die mit im Winkelabstand voneinander angeordneten Federhaltern 94 versehen ist, die sich axial von der Fläche der Platte erstrecken. Eine schraubenförmig gewundene Druckfeder 96 ist in Position an der Platte 92 an jedem Halter 94 infolge eines Reibeingriffs der Innenfläche der Feder mit der radialen Außenfläche des Halters gehalten.
Die 1A und 1B zeigen, dass die Federunteranordnung 90 derart installiert ist, dass jede ihrer Federn 96 zu den Vorsprüngen 82 an der Scheibe 70 ausgerichtet und mit diesen in Reibeingriff steht. Eine Distanzscheibe 98 in der Form einer kreisförmigen Scheibe, die zwischen der Platte 92 und einer axialen Fläche 100 der Trägerscheibe 42 eingesetzt ist, ist derart installiert, dass die Federn 96 eine Vorspannkraft erzeugen, die axial nach rechts auf ein Drucklager 101 gerichtet ist, das zwischen dem Sonnenrad 14 und der Distanzscheibe 98 angeordnet ist.
Die axial gerichtete Vorspannkraft, die von der Federunteranordnung 90 auf das Drucklager 101 ausgeübt wird, wird axial über das Sonnenrad 14, eine Platte 102, die an dem Sonnenrad 14 befestigt ist und sich mit diesem dreht, ein zweites Drucklager 104, das die Platte 102 und das Sonnenrad 20 kontaktiert, das Sonnenrad 20 und ein drittes Drucklager 106 an die Innenfläche der Trägerscheibe 36 übertragen. Diese Anordnung der Sonnenräder 14, 20 und der Drucklager 101, 104, 106 ermöglicht, dass die Federunteranordnung 90 an der Kupplungsscheibe 70 gegen Drehung gesichert bleibt und die Vorspannkraft an den drehenden Träger überträgt.
Die Vorspannkraft wirkt einer inhärenten Unausgewogenheit entgegen, die ein Anfangskippmoment an dem Träger 26 bewirkt. Damit der Träger 26 kippt, muss sich ein Spalt zwischen dem Drucklager 106 und der Trägerscheibe 36 öffnen. Die Vorspannkraft der Stabilisierungsfedern 96 schließt diesen Spalt und erfordert eine Kraft, um diesen zu öffnen. Durch Einstellen der Dicke der Distanzscheibe 98 übt die Federvorspannkraft ein größeres Moment als die Ungleichgewichtskraft auf den Träger 26 aus, wodurch verhindert wird, dass der Träger 26 aus der Ausrichtung zu der Achse 30 kippt. Durch Verhinderung dieses Kippens kann der Träger 26 nicht dem Laufring 62 der Freilaufkupplung 60 folgen. Wenn der Laufring 62 von dem Träger 26 nicht mehr kontaktiert wird, werden Stoßbelastungen ausgeschlossen. Dies ermöglicht, dass der Schwinghebel der Kupplung 60 während der Freilaufzustände zurückgezogen bleibt, und verhindert Schäden an den Schwinghebelfedern der Kupplung.
In der ganzen Beschreibung trifft die Verwendung der Begriffe „Freilaufkupplung” und „Einwegkupplung” sowohl auf eine Kupplung als auch auf eine Bremse zu. Eine Freilaufbremse rückt wechselweise ein und aus, um ein Bauteil der kinematischen Anordnung in der einen Richtung gegen Drehung relativ zu dem Gehäuse 12 zu sichern und das Bauteil zur freien Drehung in der entgegengesetzten Richtung freizugeben. Eine Freilaufkupplung rückt wechselweise ein und aus, um zwei Bauteile der kinematischen Anordnung gegen Relativdrehung in der einen Richtung zu sichern, wenn die Geschwindigkeit eines ersten Bauteils größer als die eines zweiten Bauteils ist, und die Bauteile zur Drehung relativ zueinander freizugeben, wenn die Geschwindigkeit des zweiten Bauteils größer als die des ersten Bauteils ist.
Die schraubenförmig gewundenen Druckfedern 96 können in der Federunteranordnung 90 durch eine Tellerfeder ersetzt werden, die mit der Scheibe 70 in Eingriff steht und eine axiale Vorspannkraft auf das Drucklager 101 erzeugt. Die Vorspannkraft der Tellerfeder wird axial an die drehende Trägerscheibe 36 übertragen.
Die Anordnung gemäß der Erfindung kann ein erstes Drucklager, das axial zwischen der Distanzscheibe und einem ersten Sonnenrad angeordnet ist, ein zweites Drucklager, das axial zwischen dem ersten Sonnenrad und einem zweiten Sonnenrad angeordnet ist, und ein drittes Drucklager aufweisen, das axial zwischen dem zweiten Sonnenrad und dem Träger angeordnet ist.
Ferner kann die Anordnung gemäß der Erfindung eine Freilaufkupplung aufweisen, die gegen axiale Verschiebung infolge eines Kontaktes mit dem ersten Bauteil gesichert ist und eine axial ausgerichtete Fläche, die mit dem Träger in Eingriff steht, und eine radial ausgerichtete Fläche aufweist, die den Träger kontaktiert.
Die Anordnung gemäß der Erfindung kann außerdem einen Federhalter zum Sichern der Federn in Position im gemeinsamen Abstand voneinander um die Achse derart aufweisen, dass ein erstes Ende jeder Feder das erste Bauteil kontaktiert und ein zweites Ende jeder Feder den Federhalter kontaktiert.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das erste Bauteil ferner Vorsprünge aufweisen, die im gemeinsamen Winkelabstand voneinander um die Achse angeordnet sind und sich axial in Richtung zu dem Träger erstrecken, und die Anordnung gemäß der Erfindung kann ferner eine Unteranordnung aufweisen, die zwischen dem Träger und dem ersten Bauteil angeordnet ist und im Winkelabstand voneinander angeordnete Halter aufweist, die sich jeweils in Richtung zu einem der Vorsprünge erstrecken und zu diesem ausgerichtet sind, wobei jede Feder an einem der Vorsprünge und einem der Halter abgestützt ist und derart montiert ist, dass sie eine federnde Vorspannkraft zwischen dem Träger und dem ersten Bauteil entwickelt.
Das erste Bauteil kann ferner Vorsprünge aufweisen, die im gemeinsamen Abstand voneinander um die Achse angeordnet sind und sich axial in Richtung zu dem Träger erstrecken, wobei die Anordnung gemäß der Erfindung ferner eine Unteranordnung aufweisen kann, die zwischen dem Träger und dem ersten Bauteil angeordnet ist und im Winkelabstand voneinander angeordnete Halter aufweist, die sich jeweils in Richtung zu einem der Vorsprünge erstrecken und zu diesem ausgerichtet sind, wobei jede Feder an einem der Vorsprünge und einem der Halter abgestützt ist, und wobei die Anordnung gemäß der Erfindung eine Platte aufweisen kann, die in einem axialen Abstand zwischen der Unteranordnung und dem Träger derart eingesetzt ist, dass jede Feder eine federnde Vorspannkraft zwischen dem Träger und dem ersten Bauteil entwickelt.
Gemäß der Erfindung kann die Feder eine gewickelte Schraubenfeder oder eine Tellerfeder sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7383930 [0015]

Claims

Anordnung zum Stabilisieren einer Zahnradeinheit eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges, aufweisend: ein erstes Bauteil (70), das gegen Verschiebung entlang einer Achse (30) festgelegt ist; einen Träger (26), der dem ersten Bauteil (70) zugewandt ist, zur Drehung um die Achse (30) abgestützt ist und Planetenräder (28, 32) daran abstützt; und Federn (96), die zwischen dem ersten Bauteil (70) und dem Träger (26) angeordnet sind und Axialkräfte erzeugen, die um die Achse (30) winklig verteilt sind und auf den Träger (26) ausgeübt werden.
Anordnung nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Drucklager (101, 104, 106), das zwischen dem Träger (26) und den Federn (96) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein erstes Drucklager (101), das axial zwischen den Federn (96) und einem ersten Sonnenrad (14) angeordnet ist; ein zweites Drucklager (104), das axial zwischen dem ersten Sonnenrad (14) und einem zweiten Sonnenrad (20) angeordnet ist; und ein drittes Drucklager (106), das axial zwischen dem zweiten Sonnenrad (20) und dem Träger (26) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Freilaufkupplung (60), die gegen axiale Verschiebung infolge eines Kontaktes mit dem ersten Bauteil (70) gesichert ist und eine axial ausgerichtete Fläche, die mit dem Träger (26) in Eingriff steht, und eine radial ausgerichtete Fläche aufweist, die den Träger (26) kontaktiert.
Anordnung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Federhalter (94) zum Sichern der Federn (96) in Position im gemeinsamen Abstand voneinander um die Achse (30) derart, dass ein erstes Ende jeder Feder (96) das erste Bauteil (70) kontaktiert und ein zweites Ende jeder Feder (96) den Federhalter (94) kontaktiert.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei: das erste Bauteil (70) ferner Vorsprünge (82) aufweist, die im gemeinsamen Winkelabstand voneinander um die Achse (30) angeordnet sind und sich axial in Richtung zu dem Träger (26) erstrecken; und ferner aufweisend eine Unteranordnung (90), die zwischen dem Träger (26) und dem ersten Bauteil (70) angeordnet ist und im Winkelabstand voneinander angeordnete Halter (94) aufweist, die sich jeweils in Richtung zu einem der Vorsprünge (82) erstrecken und zu diesem ausgerichtet sind, wobei jede Feder (96) an einem der Vorsprünge (82) und einem der Halter (94) abgestützt ist und derart montiert ist, dass sie eine federnde Vorspannkraft zwischen dem Träger (26) und dem ersten Bauteil (70) entwickelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das erste Bauteil (70) ferner Vorsprünge (82) aufweist, die im gemeinsamen Abstand voneinander um die Achse (30) angeordnet sind und sich axial in Richtung zu dem Träger (26) erstrecken; und ferner aufweisend eine Unteranordnung (90), die zwischen dem Träger (26) und dem ersten Bauteil (70) angeordnet ist und im Winkelabstand voneinander angeordnete Halter (94) aufweist, die sich jeweils in Richtung zu einem der Vorsprünge (82) erstrecken und zu diesem ausgerichtet sind, wobei jede Feder (96) an einem der Vorsprünge (82) und einem der Halter (94) abgestützt ist; und eine Distanzscheibe (98), die in einem axialen Abstand zwischen der Unteranordnung (90) und dem Träger (26) derart eingesetzt ist, dass jede Feder (96) eine federnde Vorspannkraft zwischen dem Träger (26) und dem ersten Bauteil (70) entwickelt.
Vorrichtung zum Stabilisieren einer Zahnradeinheit eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges, aufweisend: ein Gehäuse (12); ein erstes Bauteil (70), das an dem Gehäuse (12) gegen Verschiebung entlang einer Achse (30) festgelegt ist; einen Träger (26), der dem ersten Bauteil (70) zugewandt ist, zur Drehung um die Achse (30) abgestützt ist und Planetenräder (28, 32) daran abstützt; Federn (96), die zwischen dem ersten Bauteil (70) und dem Träger (26) angeordnet sind; und eine Distanzscheibe (98), die in einem axialen Abstand zwischen den Federn (96) und dem Träger (26) derart eingesetzt ist, dass jede Feder (96) zwischen dem Träger (26) und dem ersten Bauteil (70) eine federnde Vorspannkraft entwickelt, die den Träger (26) in Ausrichtung zu der Achse (30) drängt.
Anordnung nach Anspruch 8, ferner aufweisend ein Drucklager (101, 104, 106), das zwischen dem Träger (26) und der Distanzscheibe (98) angeordnet ist.
Anordnung zum Stabilisieren einer Zahnradeinheit eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges, aufweisend: ein erstes Bauteil (70), das gegen Verschiebung entlang einer Achse (30) festgelegt ist; einen Träger (26), der dem ersten Bauteil (70) zugewandt ist, zur Drehung um die Achse (30) abgestützt ist und Planetenräder (28, 32) daran abstützt; und Federn (96), die zwischen dem ersten Bauteil (70) und dem Träger (26) angeordnet sind und eine Axialkraft erzeugen, die auf den Träger (26) ausgeübt wird.