DE102011082818A1

DE102011082818A1 - Schaltanordnung eines Getriebes

Info

Publication number: DE102011082818A1
Application number: DE102011082818A
Authority: DE
Inventors: Oliver Gloge
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung eines Automatikgetriebes, umfassend eine formschlüssige Schalteinrichtung (1) mit einer Schaltmuffe (4), welche drehfest mit einem ersten Getriebeteil (2) gekoppelt und über eine Betätigungseinrichtung gezielt axial aus einer Grundstellung in eine Schaltstellung verschiebbar ist, in der die Schaltmuffe (4) den ersten Getriebeteil (2) in Umfangsrichtung formschlüssig mit einem zweiten Getriebeteil (3) koppelt. Des Weiteren ist die Schaltmuffe (4) mittels einer Rückstelleinrichtung (11) aus der Schaltstellung in die Grundstellung zurückbewegbar, in welcher die beiden Getriebeteile (2, 3) frei zueinander verdrehbar sind. Um nun eine gute Dynamik der Schalteinrichtung (1) bei Überführung der Schaltmuffe (4) in die Schaltstellung zu erzielen und gleichzeitig eine zuverlässige Rücküberführung in die Grundstellung zu ermöglichen, ist die Rückstelleinrichtung (11) separat neben der Schalteinrichtung (1) angeordnet und verfügt über einen Rückstellkolben (12), welcher bei Betätigung der Rückstelleinrichtung (11) mit der Schaltmuffe (4) in Kontakt tritt und die Schaltmuffe (4) axial in die Grundstellung verschiebt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes, umfassend eine formschlüssige Schalteinrichtung mit einer Schaltmuffe, welche drehfest mit einem ersten Getriebeteil gekoppelt und über eine Betätigungseinrichtung gezielt axial aus einer Grundstellung in eine Schaltstellung verschiebbar ist, in der die Schaltmuffe den ersten Getriebeteil in Umfangsrichtung formschlüssig mit einem zweiten Getriebeteil koppelt, wobei die Schaltmuffe mittels einer Rückstelleinrichtung aus der Schaltstellung in die Grundstellung zurück bewegbar ist, in welcher die beiden Getriebeteile frei zueinander verdrehbar sind.
Schaltanordnungen werden im Allgemeinen bei Getrieben vorgesehen, um durch Betätigung zugehöriger Schalteinrichtungen einzelne Getriebeteile, beispielsweise eine Getriebewelle und ein hierauf drehbar gelagertes Losrad, miteinander zu koppeln und in der Folge einen Wechsel eines Übersetzungsverhältnisses des Getriebes herbeizuführen. Bei Automatikgetrieben kommen dabei neben kraftschlüssigen Schalteinrichtungen, insbesondere in Form von Lamellenkupplungen, zum Teil auch formschlüssige Schalteinrichtungen zur Anwendung, bei welchen die vorgenannte Koppelung zwischen den Getriebeteilen über ein zwischenliegendes Bauteil dargestellt wird, das dann jeweils mit den beiden Getriebeteilen einen Formschluss ausbildet. Dieses Bauteil ist dabei üblicherweise in Form einer Schaltmuffe realisiert, welche über eine Innenverzahnung drehfest und axial verschiebbar mit dem ersten Getriebeteil gekoppelt ist und bei axialer Verschiebung in eine Schaltstellung über eine Außenverzahnung mit einer hierzu korrespondierenden Verzahnung des anderen Getriebeteils in Eingriff gebracht werden kann. Neben einem zuverlässigen Überführen der Schaltmuffe in die Schaltstellung zur Koppelung der beiden Getriebeteile ist jedoch auch eine ordnungsgemäße Rücküberführung in eine Grundstellung bei Beenden der Betätigung der formschlüssigen Schalteinrichtung zu gewährleisten, da eine ungewollte formschlüssige Koppelung der beiden Getriebeteile ansonsten zu einer Überbestimmung des Radsatzes und damit zum Blockieren des Getriebes führen kann. Aus diesem Grund wird im Bereich einer Schaltanordnung mit einer formschlüssigen Schalteinrichtung üblicherweise auch eine Rückstelleinrichtung vorgesehen, welche die besagte Rücküberführung in die Grundstellung vollzieht.
Aus der DE 10 2009 026 710 A1 geht eine Schaltanordnung eines Automatikgetriebes hervor, welche eine formschlüssige Schalteinrichtung in Form einer Klauenkupplung aufweist. Diese Klauenkupplung verfügt dabei über eine Schaltmuffe, welche über eine Außenverzahnung drehfest und axial verschiebbar mit einem ersten Getriebeteil in Form eines Lagerträgers eines Stirnrades gekoppelt und damit in Umfangsrichtung gehäusefest angeordnet ist. Stirnseitig verfügt die Schaltmuffe über eine Kronverzahnung, über welche sie bei axialer Verschiebung aus einer Grundstellung in eine Schaltstellung in Zahneingriff mit einer hierzu korrespondierenden Kronverzahnung an einem Sonnenrad eines Planetenradsatzes des Automatikgetriebes gebracht werden kann. In der Schaltstellung der Schaltmuffe wird dementsprechend das Sonnenrad formschlüssig über die zwischenliegende Schaltmuffe mit dem Lagerträger gekoppelt, so dass das Sonnenrad ebenfalls am Gehäuse festgesetzt ist. Um hierbei die Überführung der Schaltmuffe in die Schaltstellung darzustellen, ist auf einer dem Sonnenrad abgewandten Seite der Schaltmuffe ein Druckmittelzylinder vorgesehen, welcher bei Druckbeaufschlagung eine Bewegung der Schaltmuffe in Richtung des Sonnenrades hervorruft und damit die besagte formschlüssige Koppelung einleitet. Auf einer entgegengesetzten Seite zum Druckmittelzylinder ist eine Rückstelleinrichtung in Form einer Rückstellfeder vorgesehen, welche nach Beendigung der Druckbeaufschlagung des Zylinders eine Bewegung der Schaltmuffe in Richtung ihrer Grundstellung bewirkt und damit den Zahneingriff der Kronverzahnungen von Schaltmuffe und Sonnenrad trennt, so dass das Sonnenrad wiederum frei gegenüber dem Lagerträger verdreht werden kann.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltanordnung eines Automatikgetriebes zur Verfügung zu stellen, bei welcher über eine Rückstelleinrichtung ein zuverlässiges Rücküberführen einer Schaltmuffe einer formschlüssigen Schalteinrichtung in eine Grundstellung darstellbar ist, diese Rückstelleinrichtung aber gleichzeitig ohne Einfluss auf ein Betätigen der formschlüssigen Schalteinrichtung bleibt.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben dabei jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß der Erfindung umfasst eine Schaltanordnung eines Getriebes eine formschlüssige Schalteinrichtung mit einer Schaltmuffe, welche drehfest mit einem ersten Getriebeteil gekoppelt und über eine Betätigungseinrichtung gezielt axial aus einer Grundstellung in eine Schaltstellung verschoben werden kann. In dieser Schaltstellung koppelt die Schaltmuffe dann den ersten Getriebeteil in Umfangsrichtung formschlüssig mit einem zweiten Getriebeteil. Ferner ist eine Rückstelleinrichtung vorgesehen, über welche die Schaltmuffe aus der Schaltstellung in die Grundstellung zurückbewegt werden kann, so dass die beiden Getriebeteile frei zueinander verdrehbar sind. Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei der formschlüssige Schalteinrichtung insbesondere um eine Klauenkupplung, bei welcher über eine Schaltmuffe in Form einer Klauenmuffe die formschlüssige Koppelung zwischen den beiden Getriebeteilen hergestellt wird. Bei dem ersten Getriebeteil handelt es sich bevorzugt um eine Getriebewelle, mit welcher über die formschlüssige Schalteinrichtung ein zweiter Getriebeteil in Form eines Losrades formschlüssig verbunden wird. Alternativ dazu kann der erste Getriebeteil allerdings auch als ein Gehäuseteil des Getriebes ausgeführt sein, an welchem über die formschlüssige Schalteinrichtung ein Element einer Planetenstufe, also ein Sonnenrad, ein Planetensteg oder ein Hohlrad, festgesetzt wird. Die Betätigungseinrichtung ist im Sinne der Erfindung insbesondere als Druckmittelzylinder ausgeführt, welcher bei Druckbeaufschlagung die Schaltmuffe in die Schaltstellung überführt.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Rückstelleinrichtung separat neben der Schalteinrichtung angeordnet ist und über einen Rückstellkolben verfügt, welcher bei Betätigung der Rückstelleinrichtung mit der Schaltmuffe in Kontakt tritt und die Schaltmuffe axial in die Grundstellung verschiebt. Mit anderen Worten ist also die Rückstelleinrichtung als von der formschlüssigen Schalteinrichtung getrennte Baueinheit vorgesehen und verfügt einen Kolben, welcher erst ab Betätigung der Rückstelleinrichtung mit der Schaltmuffe in Kontakt tritt und durch Verschieben in die Grundstellung für eine Entkoppelung der beiden Getriebeteile sorgt. Mittels einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, eine Überführung der Schaltmuffe in die Schaltstellung durchzuführen ohne hierbei gegen die Rückstelleinrichtung arbeiten zu müssen. Denn dadurch, dass die Rückstelleinrichtung als separate Baueinheit ausgeführt ist und der Rückstellkolben erst ab einer darzustellenden Rückbewegung der Schaltmuffe mit der Muffe in Kontakt tritt, kann die Muffe eine Bewegung aus der Grundstellung in die Schaltstellung ausführen, ohne hierbei gegen einen Widerstand bewegt zu werden. Dementsprechend kann eine Dynamik beim Betätigen der formschlüssigen Schalteinrichtung verbessert werden. Zugleich wird aber eine zuverlässige Rückführung der Schaltmuffe in die Grundstellung dargestellt, indem der Rückstellkolben mit der Schaltmuffe in Kontakt tritt und diese daraufhin axial in die Grundstellung überführt.
Im Sinne der Erfindung kann die Rückstelleinrichtung im Falle einer Ausführung des ersten Getriebeteils als rotierendes Bauteil, wie beispielsweise als Getriebewelle, mit in den ersten Getriebeteil integriert oder aber auch außerhalb zu diesem und dementsprechend gegenüber dem ersten Getriebeteil gelagert vorgesehen sein. Des Weiteren ist es denkbar, eine Betätigung der Schaltmuffe über den Rückstellkolben nur bei bestimmten Situationen vorzunehmen, bei welchen ein sicheres Überführen der Schaltmuffe in die Grundstellung sicherzustellen ist, oder aber bei sämtlichen Rückbewegungen der Schaltmuffe den Rückstellkolben zu betätigen.
Im Unterschied zu der erfindungsgemäßen Lehre muss bei der DE 10 2009 026 710 A1 eine Überführung der Schaltmuffe in die Schaltstellung stets entgegen der als Federelement ausgeführten Rückstelleinrichtung erfolgen, was eine Dynamik der formschlüssigen Schalteinrichtung negativ beeinflusst. Da zudem über das Federelement auch eine zuverlässige Rückbewegung der Schaltmuffe bei Beendigung der Druckbeaufschlagung des Druckmittelzylinders in die Grundstellung gewährleistet werden muss, ist über das Federelement eine entsprechend große Kraft darzustellen, was die Dynamik weiter verschlechtert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Rückstelleinrichtung axial neben der Schalteinrichtung liegend platziert. Zudem verfügt der Rückstellkolben über einen axial vorstehenden Bund, über welchen er bei Betätigung der Rückstelleinrichtung stirnseitig mit einer gegenüberliegenden Stirnseite der Schaltmuffe in Kontakt tritt und die Schaltmuffe in die Grundstellung verschiebt. Eine derartige Ausgestaltung hat hierbei den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Schaltanordnung durch die axiale Platzierung der Rückstelleinrichtung neben der Schalteinrichtung in radialer Richtung kompakt baut und über den axial vorstehenden Bund des Rückstellkolbens dennoch der Kontakt mit der Schaltmuffe hergestellt werden kann. Der Bund am Rückstellkolben ist dabei in radialer Richtung derartig zu dimensionieren, dass er in den Zwischenraum zwischen den beiden Getriebeteilen einragen kann, um die Schaltmuffe aus der Schaltstellung zu bewegen, dabei aber nicht in Kontakt mit einem der beiden Getriebeteile tritt. Insbesondere muss der Bund dabei derartig weit in axialer Richtung zwischen die beiden Getriebeteile hineingeführt werden können, dass die Schaltmuffe weit genug in axiale Richtung bewegt wird, um mit ihrer Verzahnung nicht mehr im Eingriff mit einer Verzahnung am zweiten Getriebeteil zu stehen. Alternativ zu einer derartigen Ausgestaltung kann die Rückstelleinrichtung allerdings auch radial zu der Schalteinrichtung platziert sein.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Rückstellkolben über Stellmittel in eine Betätigungsposition vorgespannt, in welcher die Schiebemuffe durch den Rückstellkolben in die Grundstellung überführt ist, wobei auf einer den Stellmitteln gegenüberliegenden Seite des Rückstellkolbens Spannmittel vorgesehen sind, welche den Rückstellkolben bei Betätigung entgegen den Stellmitteln in eine Ausgangsposition überführen. Durch die Stellmittel und die Vorspannung des Rückstellkolbens in die Betätigungsposition wird dabei gewährleistet, dass der Rückstellkolben mit der Schiebemuffe in Kontakt tritt und diese in die Grundstellung überführt, sobald die Spannmittel auf der gegenüberliegenden Seite nicht mehr betätigt werden. Somit wird einerseits gewährleistet, dass bei fehlender Betätigung, beispielsweise im Falle einer Störung der Rückstelleinrichtung, es zu keinem unerwünschten Koppeln der beiden Getriebeteile über die Schaltmuffe kommen kann, da die Stellmittel den Rückstellkolben dann stets in die Betätigungsposition vorspannen. Andererseits kann hierdurch eine einfache Steuerung der Rückstelleinrichtung dargestellt werden, indem die Spannmittel so lange betätigt werden, solange sich der Rückstellkolben in der Ausgangsposition befinden soll, und dann ab einem Beenden der Betätigung automatisch eine Überführung in die Betätigungsposition über die Stellmittel erfolgt.
In Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform ist der Rückstellkolben an einer Führungsfläche eines Tragrahmens verschiebbar geführt und kann über eine Arretiervorrichtung in der Ausgangsposition im Tragrahmen festgesetzt werden. Dabei ist die Arretiervorrichtung über ein Steuersystem lösbar, so dass die Stellmittel in der Folge den Rückstellkolben in die Betätigungsposition bewegen. Dies hat den Vorteil, dass der Rückstellkolben damit über die Arretiervorrichtung im Tragrahmen in einer Art Bereitschaft gehalten wird und erst ab Lösen der Arretiervorrichtung eine Bewegung in die Betätigungsposition und damit eine Überführung der Schaltmuffe in die Grundstellung hervorgerufen wird. In diesem Fall braucht also keine kontinuierliche Betätigung der Spannmittel vorgenommen zu werden, was die Regelung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung entsprechend vereinfacht. Statt dessen müssen die Spannmittel nur noch eine Überführung des Rückstellkolbens in die Ausgangsposition darstellen, woraufhin der Rückstellkolben dann über die Arretiervorrichtung im Tragrahmen verankert wird und in der Folge für das Hervorrufen der Rückstellbewegung der Schaltmuffe zur Verfügung steht. Durch die Führung des Rückstellkolbens an der Führungsfläche des Tragrahmens wird dabei sichergestellt, dass der Rückstellkolben über seinen gesamten Stellweg präzise zur Schaltmuffe fluchtet und nur mit dieser in Kontakt tritt, so dass ein ungewollter Kontakt mit daneben liegenden Getriebeteilen, insbesondere den beiden, über die Schaltmuffe Gekoppelten verhindert wird.
In einer vorteilhaften Weiterführung der vorgenannten Ausgestaltung ist die Arretiervorrichtung durch einen Sperrbolzen und zumindest eine Sperrkugel gebildet, von welchen letztere radial zwischen Sperrbolzen und Rückstellkolben liegend in je einer Ausnehmung des Tragrahmens geführt ist. Dabei steht der Sperrbolzen in einer Arretierstellung mit der zumindest einen Sperrkugel an einem Sperrdurchmesser in Kontakt, so dass die zumindest eine Sperrkugel durch die je eine Ausnehmung über die Führungsfläche vorsteht und in eine Haltenut am Rückstellkolben einragt. Hingegen ist der Sperrbolzen über das Steuersystem in eine Freigabestellung überführbar, in welcher dann die zumindest eine Sperrkugel auf einen Freigabedurchmesser am Sperrbolzen ausweicht und unter die Führungsfläche des Tragrahmens taucht. Mittels einer derartigen Ausgestaltung lässt sich eine Arretiervorrichtung im Bereich der Rückstelleinrichtung realisieren, über welche der Rückstellkolben zuverlässig in der Ausgangsposition im Tragrahmen gehalten und erst ab Ansteuerung über das Steuersystem eine Entriegelung und damit Überführung des Rückstellkolbens in die Betätigungsposition vollzogen wird. Denn in der Arretierstellung des Sperrbolzens wird die zumindest eine Sperrkugel durch den entsprechenden Durchmesser am Sperrbolzen in eine Position bewegt, in welcher sie seitens des Rückstellkolbens aus der Führungsfläche hervorragt und den Rückstellkolben dabei über seine Haltenut im Tragrahmen festsetzt. Wird hingegen der Sperrbolzen in die Freigabeposition überführt, so kann die zumindest eine Sperrkugel in radialer Richtung eine Ausweichbewegung auf einen Freigabedurchmesser am Sperrbolzen ausführen und taucht dabei unter die Führungsfläche, so dass der Rückstellkolben in axialer Richtung nicht mehr an einer Bewegung gehindert wird. In der Folge wird der Rückstellkolben dann über die Stellmittel in die Betätigungsposition überführt. Bevorzugt umfasst die Arretiervorrichtung dabei mehrere Sperrkugeln, welche äquidistant über den Umfang zwischen Sperrbolzen und Rückstellkolben verteilt sind. Des Weiteren ist es im Sinne der Erfindung denkbar, den Sperrbolzen radial innenliegend zum Rückstellkolben oder aber auch radial außen liegend zum Rückstellkolben vorzusehen. Im ersteren Fall ist dann der Sperrdurchmesser größer als der Freigabedurchmesser am Sperrbolzen und die Haltenut vergrößert einen entsprechenden Innendurchmesser am Rückstellkolben, wobei diese Verhältnisse im zweitgenannten Fall dann umgekehrt sind.
Entsprechend einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sperrbolzen über ein Federelement in die Freigabestellung vorgespannt. Dementsprechend muss das Steuersystem nur ein Halten des Sperrbolzen in der Arretierstellung unterbrechen, wobei der Sperrbolzen dann über das Federelement automatisch in die Freigabestellung überführt wird, in welcher dann die Arretierung des Rückstellkolbens gelöst und somit mittelbar eine Überführung der Schaltmuffe in die Grundstellung bewirkt wird.
In Weiterbildung der Erfindung umfasst das Steuersystem einen Permanentmagneten, welcher den Sperrbolzen in der Arretierstellung hält, und eine Spule, wobei die Spule bei Bestromung ein Magnetfeld des Permanentmagneten zumindest teilweise kompensiert, so dass der Sperrbolzen in die Freigabestellung überführbar ist. Eine derartige Ausgestaltung hat hierbei den Vorteil, dass der Sperrbolzen somit ohne ständige Ansteuerung des Steuersystems über den Permanentmagneten in der Arretierstellung gehalten wird und erst ab Kompensation des Magnetfeldes durch Bestromen der Spule eine Überführung des Sperrbolzens in die Freigabestellung möglich ist. In Kombination mit dem Federelement, welches den Sperrbolzen in die Freigabestellung vorspannt, kann die Spule hierbei relativ klein ausgeführt werden, da sie das Magnetfeld in diesem Fall nur zu einem bestimmten Teil abschwächen muss, so dass aufgrund der wirksamen Federkraft des Federelements bereits eine Überführung des Sperrbolzens in die Freigabestellung stattfindet. Im Sinne der Erfindung ist es jedoch auch denkbar, eine Überführung des Sperrbolzens in die Freigabestellung rein über das Bestromen einer Spule darzustellen, wobei der Sperrbolzen dann über ein entsprechendes Federelement in die Arretierstellung vorzuspannen ist. Ferner ist im Hinblick auf das Steuersystem auch denkbar, eine elektronische Schaltung derartig zu gestalten, dass die jeweilige Spule über einen Kondensator einen definierten Strom erhält, so dass in der Folge von einem zuverlässigen Überführen der Schaltmuffe in die Grundstellung ausgegangen werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Stellmittel im Bereich des Rückstellkolbens durch ein Federelement gebildet. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise eine Vorspannung des Rückstellkolbens in die Betätigungsposition dargestellt werden. Alternativ dazu ist aber auch eine Ausführung der Stellmittel in Form eines Gasdruckspeichers denkbar.
Entsprechend einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Spannmittel als Druckraum ausgestaltet, bei dessen Druckbeaufschlagung der Rückstellkolben entgegen den Stellmitteln in die Ausgangsposition überführbar ist. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise eine Verschiebung des Rückstellkolbens aus der Betätigungsposition zurück in die Ausgangsposition dargestellt werden, indem der Druckraum mit einem Fluid druckbeaufschlagt wird. Alternativ dazu könnte dies jedoch im Sinne der Erfindung auch elektromotorisch vorgenommen werden. In Weiterbildung der Erfindung steht der Druckraum mit einem Druckspeicher in Verbindung, wobei dieser Druckspeicher dann insbesondere einen Volumenstrom auf einem höheren Druckniveau zur Verfügung stellt. Hierdurch ist es insbesondere bei Ausführen der Rückstelleinrichtung ohne Arretiervorrichtung denkbar, den Rückstellkolben entgegen den Stellmitteln problemlos in der Ausgangsposition zu halten. Generell könnte hierüber auch eine Versorgung anderer Bereiche des Getriebes erfolgen, wodurch eine Auslegung einer hydraulischen Getriebehauptpumpe ggf. kleiner ausfallen könnte.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die Bezug auf die in den Zeichnungen dargestellten Figuren nimmt. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, gezeigt in einem gespannten Zustand einer Rückstelleinrichtung;
2 eine weitere schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Schaltanordnung aus 1, gezeigt in einem ausgelösten Zustand der Rückstelleinrichtung; und
3 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, gezeigt in einem gespannten Zustand einer Rückstelleinrichtung.
Aus 1 geht eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung eines Automatikgetriebes gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltungsmöglichkeit hervor. Diese Schaltanordnung umfasst hierbei eine formschlüssige Schalteinrichtung 1, über welche ein erster Getriebeteil 2, vorliegend eine Getriebewelle des Automatikgetriebes, in Umfangsrichtung formschlüssig mit einem zweiten Getriebeteil 3 in Form eines Losrades gekoppelt werden kann. Zu diesem Zweck verfügt die formschlüssige Schalteinrichtung 1 über eine Schaltmuffe 4, die über eine Innenverzahnung 5 und eine Außenverzahnung 6 am ersten Getriebeteil 2 drehfest mit dem ersten Getriebeteil 2 verbunden ist und relativ zum ersten Getriebeteil 2 in axialer Richtung verschoben werden kann. Des Weiteren verfügt die Schaltmuffe 4 auf einer radialen Außenseite über eine Außenverzahnung 7, über welche sie in Abhängigkeit der Verschiebung in axialer Richtung mit einer Innenverzahnung 8 am zweiten Getriebeteil 3 in Kontakt gebracht werden kann und in der Folge die beiden Getriebeteile 2 und 3 in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander koppelt. Vorliegend ist die Schaltmuffe 4 allerdings in einer Grundstellung dargestellt, in welcher die beiden Getriebeteile 2 und 3 frei zueinander verdrehbar sind, da sich die Außenverzahnung 7 der Schaltmuffe 4 nicht im Zahneingriff mit der Innenverzahnung 8 am zweiten Getriebeteil 3 befindet.
Um die Schaltmuffe 4 nun aus der dargestellten Grundstellung in die die beiden Getriebeteile 2 und 3 koppelnde Schaltstellung zu verschieben, ist die Schaltmuffe 4 mit einer Betätigungseinrichtung in Form eines Druckmittelzylinders und hierbei mit einem Kolben 9 verbunden, welcher in einem durch den ersten Getriebeteil 2 definierten Zylindergehäuse axial verschiebbar aufgenommen ist. Durch Druckbeaufschlagung eines stirnseitigen Druckraumes 10 des Kolbens 9 wird dieser axial verschoben und führt dabei die Schaltmuffe 4 in die Schaltstellung, in welcher dann die Außenverzahnung 7 in Zahneingriff mit der Innenverzahnung 8 gelangt.
Um die Schaltmuffe 4 nun aber aus der Schaltstellung wieder in die dargestellte Grundstellung zurückführen zu können, und damit die freie Verdrehbarkeit der beiden Getriebeteile 2 und 3 zueinander zu gewährleisten, ist axial neben der formschlüssigen Schalteinrichtung 1 eine Rückstelleinrichtung 11 vorgesehen, welche über einen Rückstellkolben 12 verfügt. Dieser Rückstellkolben 12 kann aus der in 1 dargestellten Ausgangsposition in eine, aus 2 ersichtliche Betätigungsposition überführt werden und fast in dieser Position über einen axial vorstehenden Bund 13 zwischen die beiden Getriebeteile 2 und 3. Befindet sich die Schaltmuffe 4 in der Schaltstellung, so tritt der Rückstellkolben 12 bei Bewegung in die Betätigungsposition über den vorstehenden Bund 13 stirnseitig mit einer ihm zugewandten Stirnseite der Schaltmuffe 4 in Kontakt und bewegt diese daraufhin in die Grundstellung zurück. Wie aus 2 ersichtlich ist, werden dabei die Innenverzahnung 7 und die Außenverzahnung 8 außer Eingriff gebracht, so dass die besagte Verdrehbarkeit der beiden Getriebeteile 2 und 3 gegeben ist. Der vorstehende Bund 13 ist dabei in radialer Richtung derartig dimensioniert, dass er ungefähr einer Kontur der Schiebemuffe 4 in diesem Bereich entspricht und nicht mit den beiden Getriebeteilen 2 und 3 in Kontakt tritt.
Wie des Weiteren aus 1 und auch aus 2 ersichtlich ist, ist der Rückstellkolben 12 in einem Tragrahmen 14 entlang einer Führungsfläche 15 verschiebbar geführt und über ein Federelement 16 in Richtung der Betätigungsstellung vorgespannt, so dass bei freier Beweglichkeit des Rückstellkolbens 12 eine Überführung in die in 2 zu sehende Betätigungsposition durch das Federelement 16 erzwungen wird. Vorliegend ist der Tragrahmen 14 als stillstehendes Bauteil ausgestaltet, es ist im Rahmen der Erfindung jedoch ebenso denkbar, den Tragrahmen 14 auch durch eine entsprechende Ausgestaltung des ersten Getriebeteils 2, also durch entsprechende Dimensionierung der Getriebewelle, auszubilden.
Im Bereich des Tragrahmens 14 ist ferner eine Arretiervorrichtung 17 ausgebildet, über welche der Rückstellkolben 12 in der in 1 dargestellten Ausgangsposition festgesetzt werden kann und nach deren Lösen dann über das Federelement 16 in die Betätigungsposition bewegbar ist. Diese Arretiervorrichtung 17 setzt sich dabei aus einem axial verschiebbaren Sperrbolzen 18 und mehreren Sperrkugeln 19 zusammen, wobei letztere äquidistant zueinander über den Umfang verteilt sind. Die Sperrkugeln 19 sind dabei in einer je zugehörigen Ausnehmung 20 radial zwischen Sperrbolzen 18 und Rückstellkolben 12 liegend geführt, wobei der Tragrahmen 14 hierfür über einen axial vorstehenden Steg 21 verfügt. Des Weiteren weist der Sperrbolzen 18 einen Sperrdurchmesser 22 und einen Freigabedurchmesser 23 auf, wobei letzterer kleiner ist als der Sperrdurchmesser 22. In der in der 1 dargestellten Arretierstellung des Sperrbolzens 18 führt der Sperrbolzen 18 die Sperrkugeln 19 auf dem Sperrdurchmesser 22, so dass diese seitens des Rückstellkolbens 12 über die Führungsfläche 15 vorstehen und in eine Haltenut 24 am Rückstellkolben 12 einragen. Dementsprechend wird der Rückstellkolben 12 an einer Bewegung in Richtung der Schaltmuffe 4 durch die Sperrkugeln 19 gehindert.
Wird nun allerdings der Sperrbolzen 18 in die, aus 2 ersichtliche Freigabestellung überführt, so können die Sperrkugeln 19 auf den kleineren Freigabedurchmesser 23 ausweichen und tauchen dabei unter die Führungsfläche 15. In der Folge wird dadurch der Rückstellkolben 12 frei verschiebbar gegenüber dem Tragrahmen 14 und kann über das Federelement 16 in die Betätigungsposition überführt und damit in Kontakt mit der Schaltmuffe 4 gebracht werden. Um den Sperrbolzen 18 nun in diese Freigabestellung überführen zu können, ist axial benachbart zum Tragrahmen 14 ein Steuersystem 25 vorgesehen, welches sich aus einem Permanentmagneten 26 und einer Spule 27 zusammensetzt. Über den Permanentmagneten 26 wird der Sperrbolzen 18 in einem unbestromten Zustand der Spule 27 in der Arretierstellung gemäß 1 gehalten. Wird nun allerdings die Spule 27 bestromt, so kompensiert sie ein Magnetfeld des Permanentmagneten 26 zumindest zum Teil, so dass der Sperrbolzen 18 bewegt werden kann. Diese Bewegung wird dann durch ein zwischen Tragrahmen 14 und Sperrbolzen 18 vorgesehenes Federelement 28 hervorgerufen, welches den Sperrbolzen 18 in die Freigabestellung entsprechend 2 vorspannt. Bei der zumindest teilweisen Kompensation des Magnetfeldes des Permanentmagneten 26 über die Spule 27 wird also durch das Federelement 28 die entsprechende Bewegung des Sperrbolzens 18 hervorgerufen.
Um den Rückstellkolben 12 aus der in 2 dargestellten Position wieder in die Ausgangsposition zurückbewegen zu können, ist auf einer dem Federelement 16 entgegengesetzten Seite des Rückstellkolbens 12 ein Druckraum 29 ausgestaltet, über welchen bei Druckbeaufschlagung die besagte Rückbewegung des Rückstellkolbens 12 hervorgerufen werden kann. Im Zuge dieser Rückstellbewegung wird dann das Federelement 16 wiederum gespannt. Nach erfolgter Rückstellung des Rückstellkolbens 12 in die Ausgangsposition ist dann auch der Sperrbolzen 18 wieder in die Arretierstellung zu bewegen, so dass die Sperrkugeln 19 wiederum den Rückstellkolben 12 arretieren.
Aus 3 geht eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Schaltanordnung hervor. Im Unterschied zu der im Vorfeld beschriebenen Variante wird der Rückstellkolben 12 in diesem Fall nicht in der Ausgangsposition arretiert, sondern durch permanente Druckbeaufschlagung des Druckraumes 29 gehalten. Sobald jedoch der Druck im Druckraum 29 abfällt, erfolgt eine Überführung des Rückstellkolbens 12 in die Betätigungsposition, in welcher dann erneut eine Überführung der Schaltmuffe 4 in die Grundstellung stattfindet. Um für das permanente Halten des Rückstellkolbens 12 in der Ausgangsposition ein ausreichendes Druckniveau zur Verfügung zu stellen, ist der Druckraum 29 dabei mit einem separaten Druckspeicher 30 verbunden, welcher ein Volumenstrom auf hohem Druckniveau zur Verfügung stellt. Zwar muss im Falle der zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung permanent eine Druckbeaufschlagung des Druckraumes 29 erfolgen, um den Rückstellkolben 12 in der Ausgangsposition zu halten, der weitere Aufbau der Rückstelleinrichtung 11 ist aber durch Wegfall einer Arretiervorrichtung entsprechend vereinfacht.
Mittels den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen einer Schaltanordnung ist es somit möglich, zum einen die Dynamik bei der Überführung einer Schaltmuffe 4 in die Schaltstellung zu verbessern und gleichzeitig aber über eine Rückstelleinrichtung 11 für eine zuverlässige Rückführung der Schaltmuffe 4 in eine Grundstellung bei Deaktivierung der formschlüssigen Schalteinrichtung 1 zu sorgen. Dementsprechend kann eine ungewollte formschlüssige Koppelung der beiden Getriebeteile 2 und 3 zuverlässig ausgeschlossen werden.
Bezugszeichenliste

1: Schalteinrichtung
2: erster Getriebeteil
3: zweiter Getriebeteil
4: Schaltmuffe
5: Innenverzahnung
6: Außenverzahnung
7: Außenverzahnung
8: Innenverzahnung
9: Kolben
10: Druckraum
11: Rückstelleinrichtung
12: Rückstellkolben
13: Bund
14: Tragrahmen
15: Führungsfläche
16: Federelement
17: Arretiervorrichtung
18: Sperrbolzen
19: Sperrkugeln
20: Ausnehmungen
21: Steg
22: Sperrdurchmesser
23: Freigabedurchmesser
24: Haltenut
25: Steuersystem
26: Permanentmagnet
27: Spule
28: Federelement
29: Druckraum
30: Druckspeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009026710 A1 [0003, 0009]

Claims

Schaltanordnung eines Getriebes, insbesondere eines Automatikgetriebes, umfassend eine formschlüssige Schalteinrichtung (1) mit einer Schaltmuffe (4), welche drehfest mit einem ersten Getriebeteil (2) gekoppelt und über eine Betätigungseinrichtung gezielt axial aus einer Grundstellung in eine Schaltstellung verschiebbar ist, in der die Schaltmuffe (4) den ersten Getriebeteil (2) in Umfangsrichtung formschlüssig mit einem zweiten Getriebeteil (3) koppelt, wobei die Schaltmuffe (4) mittels einer Rückstelleinrichtung (11) aus der Schaltstellung in die Grundstellung zurückbewegbar ist, in welcher die beiden Getriebeteile (2, 3) frei zueinander verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung (11) separat neben der Schalteinrichtung (1) angeordnet ist und über einen Rückstellkolben (12) verfügt, welcher bei Betätigung der Rückstelleinrichtung (11) mit der Schaltmuffe (4) in Kontakt tritt und die Schaltmuffe (4) axial in die Grundstellung verschiebt.
Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung (11) axial neben der Schalteinrichtung (1) liegend platziert ist, wobei der Rückstellkolben (12) über einen axial vorstehenden Bund (13) verfügt, über welchen er bei Betätigung der Rückstelleinrichtung (11) stirnseitig mit einer gegenüberliegenden Stirnseite der Schaltmuffe (4) in Kontakt tritt und die Schaltmuffe (4) in die Grundstellung verschiebt.
Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstellkolben (12) über Stellmittel in eine Betätigungsposition vorgespannt ist, in welcher die Schiebmuffe (4) durch den Rückstellkolben (12) in die Grundstellung überführt ist, wobei auf einer den Stellmitteln gegenüberliegenden Seite des Rückstellkolbens (12) Spannmittel vorgesehen sind, welche den Rückstellkolben (12) bei Betätigung entgegen den Stellmitteln in eine Ausgangsposition überführen.
Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstellkolben (12) an einer Führungsfläche (15) eines Tragrahmens (14) verschiebbar geführt und über eine Arretiervorrichtung (17) in der Ausgangsposition im Tragrahmen (14) festsetzbar ist, wobei die Arretiervorrichtung (17) über ein Steuersystem (25) lösbar ist, so dass die Stellmittel den Rückstellkolben (12) in die Betätigungsposition bewegen.
Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (17) durch einen Sperrbolzen (18) und zumindest eine Sperrkugel (19) gebildet ist, von welchen letztere radial zwischen Sperrbolzen (18) und Rückstellkolben (12) liegend in je einer Ausnehmung (20) des Tragrahmens (14) geführt ist, wobei der Sperrbolzen (18) in einer Arretierstellung mit der zumindest einen Sperrkugel (19) an einem Sperrdurchmesser (22) in Kontakt steht, so dass die zumindest eine Sperrkugel (19) durch die je eine Ausnehmung (20) über die Führungsfläche (15) vorsteht und in eine Haltenut (24) am Rückstellkolben (12) einragt, und wobei der Sperrbolzen (18) über das Steuersystem (25) in eine Freigabestellung überführbar ist, in welcher die zumindest eine Sperrkugel (19) auf einen Freigabedurchmesser (23) am Sperrbolzen (18) ausweicht und unter die Führungsfläche (15) taucht.
Schaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrbolzen (18) über ein Federelement (28) in die Freigabestellung vorgespannt ist.
Schaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem (25) einen Permanentmagneten (26), welcher den Sperrbolzen (18) in der Arretierstellung hält, und eine Spule (27) umfasst, wobei die Spule (27) bei Bestromung ein Magnetfeld des Permanentmagneten (26) zumindest teilweise kompensiert, so dass der Sperrbolzen (18) in die Freigabestellung überführbar ist.
Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel durch ein Federelement (16) gebildet sind.
Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel als Druckraum (29) ausgestaltet sind, bei dessen Druckbeaufschlagung der Rückstellkolben (12) entgegen den Stellmitteln in die Ausgangsposition überführbar ist.
Schaltanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (29) mit einem Druckspeicher (30) in Verbindung steht.