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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsanordnung eines Klauenschaltelements eines Getriebes und ein Verfahren zum Betätigen eines Klauenschaltelementes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 12 näher definierten Art.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2010 041 575 B3 ist ein Mehrganggetriebe in Planetenbauweise bekannt. Das Automatgetriebe umfasst eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, vier Planetenradsätze und fünf Schaltelemente, die in einem Getriebegehäuse angeordnet sind. Dem ersten Planetenradsatz ist eine formschlüssige Kupplung als Klauenschaltelement zugeordnet, um eine Verbindung mit dem zweiten Planetenradsatz zu schaffen. Aufgrund der hohen Sonnenrad-Drehzahlen in bestimmten Gängen ist ein Klauenschaltelement als Verbindung zwischen den Sonnenrädern zu bevorzugen. Aufgrund des begrenzten Bauraumes in dem Getriebegehäuse ist eine besonders bauraumsparende Betätigungsanordnung des Klauenschaltelementes erforderlich.
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Beim Ein- und Auslegen des Klauenschaltelementes entstehen an den axialen Flächen Reibverluste durch eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Klauenschaltelement einerseits und dem Kolbenelement andererseits sowie durch eine zur Verschiebung des Klauenschaltelementes benötigte Axialkraft. Nach dem Einlegen des Klauenschaltelementes ergeben somit unerwünschte Reibverluste. Die Relativgeschwindigkeit hängt von vorgegebenen Größen ab, nämlich einerseits vom Durchmesser der Kontaktflächen und somit vom Bauraum und andererseits von den einzelnen Bauteildrehzahlen und folglich vom Getriebeschema. Somit kann eine Reduzierung der Verluste bei einem Getriebe unabhängig von den vorgegebenen Größen durch eine Reduzierung der Anpresskraft erfolgen.
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Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Betätigungsanordnung und ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattungen vorzuschlagen, bei denen die Axialkräfte zwischen dem Klauenschaltelement und dem Kolbenelement möglichst gering sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es wird eine Betätigungsanordnung eines formschlüssigen Schaltelements bzw. eines Klauenschaltelementes eines Getriebes in Planetenbauweise, wie z. B. eines Planetengetriebes, mit zumindest einem drehfest und axial bewegbaren Kolbenelement zum Einlegen und Auslegen des rotierenden Klauenschaltelementes vorgeschlagen, wobei das Klauenschaltelement über einen Klauenfinger oder dergleichen in eine Mitnahmeausnehmung des Kolbenelementes mit vorbestimmtem Spiel zum axialen Freistellen von Kolbenelement und Klauenschaltelement eingreift.
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Somit wird eine Betätigungsanordnung vorgeschlagen, bei der durch das eingestellte Spiel zwischen dem Kolbenelement und dem Klauenschaltelement eine konstruktive Ausführung vorgeschlagen wird, bei der die Reibverluste minimiert werden.
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Im Rahmen einer ersten möglichen Ausführungsvariante der Erfindung kann dazu vorgesehen sein, dass die Mitnahmeausnehmung des Kolbenelementes mit einem vorbestimmten Gesamtspiel S ausgelegt wird, so dass nach dem Einlegen das Kolbenelement an einem vorbestimmten Kolbenanschlag gefahren wird und somit die benötigte Axialkraft nach dem Einlegen erheblich verringert wird, da sich der Klauenfinger in der Mitnahmeausnehmung von den axialen Flächen freistellt bzw. abhebt. Dies deshalb, weil das Klauenschaltelement insgesamt in der Mitnahmeverzahnung keinen Axialanschlag aufweist. Gezieltes Taumeln z. B. aufgrund von Formfehlern des Klauenschaltelementes bzw. des Klauenfingers in der Mitnahmeausnehmung des Kolbenelementes führt zum Abheben von den Wirkflächen, so dass sich auf beiden Seiten der Wirkflächen jeweils das halbe Gesamtspiel S/2 einstellen wird.
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Eine weitere mögliche Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass das Kolbenelement über ein Kolbenrückstellelement oder dergleichen beim Einlegen des Klauenschaltelementes über vordefinierte Federkräfte zurückgestellt wird, so dass sich ebenfalls in der Mitnahmeausnehmung eine Freistellung des Klauenfingers ergibt.
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Bei dieser Ausführungsvariante wird eine dem halben Gesamtspiel S/2 etwa entsprechende Rückstellbewegung des Kolbenelements vollzogen, so dass sich ebenfalls das vorbestimmte Gesamtspiel S zwischen dem Kolbenelement und dem Klauenschaltelement bzw. zwischen dem Klauenfinger und den Begrenzungsflächen der Mitnahmeausnehmung einstellt.
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Eine besonders bauraumsparende Anordnung der Betätigungsanordnung in dem Getriebegehäuse wird dadurch erreicht, dass die Betätigung durch ein drehendes Bauteil hindurch realisiert wird. Insbesondere beim Einsatz in einem Getriebe der eingangs beschriebenen Gattung kann als drehendes Bauteil ein Innenlamellenträger vorgesehen sein, indem eine Aussparung oder dergleichen zum axialen Durchführen des Klauenschaltelementes bzw. eines Klauenfingers des Klauenschaltelementes vorgesehen ist.
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Die Wirkverbindung zwischen Kolbenelement und Klauenschaltelement kann bevorzugt durch den Klauenfinger und der korrespondierenden Mitnahmeausnehmung des Kolbenelementes realisiert werden, wobei bevorzugt eine ringkolbenförmige Ausführung des Kolbenelementes vorgesehen ist, wobei die Mitnahmeausnehmung zum Beispiel als am Innenumfang des Kolbenelementes verlaufende Nut ausgeführt ist. Es sind aber auch andere form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen zwischen dem Kolbenelement und dem Klauenschaltelement denkbar.
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Eine bevorzugte Anwendung der vorgeschlagenen Erfindung ist bei einem als Planetengetriebe ausgeführten Getriebe mit vier Planetenradsätzen vorgesehen, wobei das zu betätigende Klauenschaltelement vorzugsweise dem ersten Planetenradsatz zugeordnet ist, um das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes über eine Welle oder dergleichen mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes zu verbinden. Es sind auch andere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betätigen eines Klauenschaltelementes gelöst, bei dem zum Einlegen des Klauenschaltelementes eine auf ein Kolbenelement wirkende Kolbenkraft Fp auf einen vorbestimmten Wert Fp1 erhöht wird, wobei das Kolbenelement gegen eine Federkraft FF eines Kolbenrückstellelementes bis zum Erreichen eines Kolbenanschlages bewegt wird. Danach wird die Kolbenkraft Fp auf einen vorbestimmten Wert Fp0 reduziert, sodass das Kolbenelement über das Kolbenrückstellelement eine axiale Rückstellbewegung ausführt, bis eine vorbestimmte Rückstellposition erreicht wird, in der zur Freistellung ein vorbestimmtes Spiel S zwischen dem Klauenschaltelement und Kolbenelement eingestellt wird.
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Auf diese Weise wird zum Einlegen des Klauenschaltelementes die auf das Kolbenelement wirkende Kolbenkraft erhöht. Das Kolbenelement kann gegen eine Federkraft des Rückstellelementes bis zum Erreichen eines Kolbenanschlages oder dergleichen bewegt werden. Danach wird die Kolbenkraft auf einen vorbestimmten Wert reduziert, der z. B. dem Anfangswert entspricht und es ermöglicht, dass das Kolbenelement über das Kolbenrückstellelement eine axiale Rückstellbewegung ausführt, bis eine vorbestimmte Rückstellposition erreicht wird, in der das Klauenschaltelement und das Kolbenelement freigestellt sind, um eine Spielaufteilung und die damit verbundene Reibverlustminimierung zu realisieren.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer ersten möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung eines Klauenschaltelementes in einem Getriebe;
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2 eine schematische Ansicht einer zweiten möglichen Ausführungsvariante der Betätigungsanordnung während des Einlegens des Klauenschaltelementes;
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3 eine schematische Ansicht der zweiten Ausführungsvariante nach dem Einlegen des Klauenschaltelementes;
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4 ein Diagramm mit dem Verlauf der auf das Kolbenelement wirkenden Kolbenkraft und der Federkraft während des Einlegens des Klauenschaltelementes;
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5 eine schematische Ansicht eines Planetengetriebes; und
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6 ein mögliches Schaltschema des Planetengetriebes gemäß 5.
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In den 1 bis 3 sind verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung eines Klauenschaltelementes 1 in einem Getriebegehäuse 2 dargestellt. Die Betätigungsanordnung umfasst einen an einer Zwischenplatte 3 drehfest und axial bewegbar bzw. verschiebbar angeordnetes Kolbenelement 4 zum Einlegen und Auslegen des rotierenden Klauenschaltelementes 1. Mit dem Klauenschaltelement 1 werden im eingelegten Zustand zwei Getriebeelemente miteinander drehfest verbunden. Bei den beispielhaft dargestellten Ausführungsvarianten werden letztendlich zwei Sonnenräder von unterschiedlichen Planetenradsätzen RS1, RS2 eines beispielhaft in 5 dargestellten Planetengetriebes verbunden.
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Das Klauenschaltelement 1 umfasst einen Klauenfinger 5, der in eine Mitnahme Ausnehmung 6 des Kolbenelementes 4 eingreift. Beispielhaft ist das Kolbenelement 4 etwa ringscheibenförmig ausgeführt, wobei die Mitnahmeausnehmung 6 als am Innenumfang des Kolbenelementes 4 verlaufende Nut oder dergleichen ausgeführt ist. Um die Reibverluste zu minimieren, ist vorgesehen, dass der Klauenfinger 5 des Klauenschaltelementes 1 mit vorbestimmtem Spiel S zum axialen Freistellen von Kolbenelement 4 und Klauenschaltelement 1 in der Mitnahmeausnehmung 6 angeordnet ist.
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In 1 ist der eingelegte Zustand des Klauenschaltelementes 1 im Rahmen einer ersten Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung dargestellt, bei der ein Kolbenanschlag 7 zum Festlegen einer bei der Betätigung vorgesehenen axialen Endstellung bzw. -position des Kolbenelementes 4 vorgesehen ist, in der das Kolbenelement 4 fixierbar ist, um den rotierenden Klauenfinger 5 mittels Taumelbewegungen axial in der Mitnahmeausnehmung 6 freizustellen. Da die Mitnahmeverzahnung 8 des Klauenelementes keinen axialen Anschlag aufweist, kann sich der Klauenfinger 5 von den Wirkflächen der Mitnahmeausnehmung 6 entsprechend abheben, so dass sich an beiden Wirkflächen jeweils das halbe Gesamtspiel S/2 einstellt, wie dies in 1 dargestellt ist.
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In 2 und 3 ist eine zweite Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung in verschiedenen Betätigungszuständen dargestellt. Bei dieser Ausführungsvariante ist dem Kolbenelement 4 ein Kolbenrückstellelement 9 zur axialen Rückstellung des Kolbenelementes 4 nach Erreichen eines Kolbenanschlages 7 zugeordnet, wie in 2 angedeutet. Das Kolbenrückstellelement 9 ist über ein Federelement 10, welches als Schraubenfeder oder auch als Tellerfeder ausgeführt sein kann, federbelastet. Ferner ist das Kolbenrückstellelement 9 einem Rückstellanschlag 11 zum Begrenzen der axialen Rückstellbewegung des Kolbenelementes 4 zugeordnet. Das Erreichen des Kolbenanschlages 7 durch das Kolbenelement 4 ist in 2 dargestellt, während in 3 der Zustand gezeigt ist, bei dem das Kolbenrückstellelement 9 nach erfolgter axialer Rückstellbewegung den Rückstellanschlag 11 erreicht hat. Das Kolbenrückstellelement 9 weist einen mit dem Kolbenelement 4 in Wirkverbindung stehenden Vorsprung 12 auf, der eine axiale Länge aufweist, die in etwa dem halben Gesamtspiel S/2 zwischen dem Klauenfinger 5 und der Mitnahmeausnehmung 6 entspricht. Infolgedessen bildet sich an jeder Wirkfläche der Mitnahmeausnehmung 6 jeweils das halbe Gesamtspiel S/2 zwischen dem Klauenfinger 5 und der Mitnahmeausnehmung 6.
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Wie insbesondere aus den 1 bis 3 ersichtlich ist, wird der Klauenfinger 5 des Klauenschaltelementes durch eine Aussparung 13 axial durchgeführt. Als Bauteil ist beispielhaft ein Innenlamellenträger 14 des Getriebes dargestellt. Das Klauenelement 4 ist axial neben dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 des in 5 schematisch dargestellten Getriebes angeordnet.
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Anhand der in 4 dargestellten Verläufe der auf das Kolbenelement 4 wirkenden Kolbenkraft Fp und der auf das Kolbenrückstellelement 9 wirkenden Federkraft FF ist eine mögliche Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betätigen des Klauenschaltelementes 1 in einem Getriebe beispielhaft dargestellt. Zum Einlegen des Klauenschaltelementes 1 wird die auf das Kolbenelement 4 wirkende Kolbenkraft von dem Wert Fp0 auf den Wert Fp1 erhöht, um das Kolbenelement 4 axial zu bewegen, bis das Kolbenelement 4 den Kolbenanschlag 7 erreicht. Hierbei wird das Federelement 10 des Kolbenrückstellelementes 9 zusammengepresst, so dass das Kolbenrückstellelement 9 in einer Bohrung, die sich in der Kolbenanschlagfläche befindet, eintauchen kann. Die Kolbenkraft ist hierbei größer als die Rückstellkraft FF1 des Federelementes 10. Wenn die Kolbenkraft nach dem Einlegen des Klauenschaltelementes 1 wieder auf den Wert Fp0 reduziert wird, bewegt das Federelement 10 das Kolbenelement 4 über das Kolbenrückstellelement 9 genau um den Wert S/2 zurück, da das Kolbenrückstellelement 9 den Rückstellanschlag 11 erreicht, wobei der über die Anschlagsfläche vorstehende Vorsprung 12 des Kolbenrückstellelementes 9 an dem Kolbenelement 4 anliegt und somit das gewünschte Gesamtspiel S zwischen Kolbenelement 4 und Klauenschaltelement 1 eingestellt wird. In diesem Zustand stellt sich die Federkraft FF0 ein. Die Federkraft FF0 ist größer als die Kolbenkraft Fp0, so dass das Kolbenelement 4 in dieser Position eingespannt ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass keine oder nur geringe Axialkräfte auf das Klauenschaltelement 1 wirken. Ferner ist eine Hysterese in dem Diagramm gemäß 4 angedeutet.
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Das beispielsweise als Einsatzzweck der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung in 5 dargestellte Planetengetriebe umfasst eine Antriebswelle An, eine Abtriebswelle Ab, vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 eine reibschlüssig schaltbare Bremse A, eine formschlüssig schaltbare Klauenkupplung B und drei reibschlüssig schaltbare Kupplungen C, D, E. Die formschlüssig schaltbare Klauenkupplung B entspricht dem Klauenschaltelement 1 der Betätigungsanordnung. Somit wird das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 über eine Welle und das Klauenschaltelement 1 bzw. die Klauenkupplung B sowie über eine weitere Welle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Bezüglich der weiteren Beschreibung wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen. Dies gilt auch für das in 6 beispielhaft dargestellte Schaltschema.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klauenschaltelement
- 2
- Getriebegehäuse
- 3
- Zwischenplatte
- 4
- Kolbenelement
- 5
- Klauenfinger
- 6
- Mitnahmeausnehmung
- 7
- Kolbenanschlag
- 8
- Mitnahmeverzahnung
- 9
- Kolbenrückstellelement
- 10
- Federelement
- 11
- Rückstellanschlag
- 12
- Vorsprung
- 13
- Aussparung
- 14
- Innenlamellenträger
- RS1
- erster Planetenradsatz
- RS2
- zweiter Planetenradsatz
- RS3
- dritter Planetenradsatz
- RS4
- vierter Planetenradsatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010041575 B3 [0002]
