DE102014223146A1

DE102014223146A1 - Schaltelement

Info

Publication number: DE102014223146A1
Application number: DE102014223146.9A
Authority: DE
Inventors: Philipp Notheis
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-05-19

Abstract

Es wird ein Schaltelement eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend ein Lamellenschaltelement (14), das einen ersten Lamellenträger (15) mit Lamellen (6) und einen axial verschiebbar zwischen zwei jeweils mit einer Welle (10, 11) drehfest verbundenen Synchronisierungen (9, 9‘) angeordneten zweiten Lamellenträger (7) aufweist, wobei axial betrachtet an beiden Enden des zweiten Lamellenträgers (7) jeweils ein in einem Zylinder (1) angeordneter Kolben (2) angeordnet ist, durch dessen Betätigung der zweite Lamellenträger (7) axial verschiebbar ist, wobei der zweite Lamellenträger (7) axial betrachtet an beiden Enden jeweils eine Reibfläche (3) aufweist, die einer Reibfläche (4) einer Synchronisierung (9, 9‘) zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltelement eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Automatgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassen nach dem Stand der Technik Planetenradsätze, die mittels Reibungs- bzw. Schaltelementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, geschaltet werden und üblicherweise mit einem einer Schlupfwirkung unterliegenden und wahlweise mit einer Überbrückungskupplung versehenen Anfahrelement, wie etwa einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Strömungskupplung, verbunden sind
Aus Wirkungsgradgründen wird versucht, in den Gängen von derartigen Automatgetrieben möglichst viele reinschlüssige Schaltelemente, nämlich Kupplungen und Bremsen zu schließen, da jedes offene Schaltelement Schleppmomente verursacht, welche den Wirkungsgrad des Getriebes negativ beeinflussen.
Zur Optimierung des Wirkungsgrades von Automatgetrieben werden auch formschlüssige Schaltelemente, wie z.B. Synchronisierungen eingesetzt, welche einen sehr guten Wirkungsgrad hinsichtlich der Schleppverluste aufweisen. Derartige Schaltelemente werden nach dem Stand der Technik in Fernkraftfahrzeugen eingesetzt, welche einen hohen Zeitanteil in den oberen Gängen des Getriebes fahren. Synchronisierungen können eingesetzt werden, wenn die Differenzdrehzahl und die Massenträgheit der zu verbindenden Bauteile gering sind. Dies ist jedoch bei Automatgetrieben, insbesondere bei Automatgetrieben in Planetenbauweise nicht der Fall. Durch die Planetenbauweise entsteht zwischen den zu verbindenden Bauteilen meistens eine hohe Massenträgheit und zugleich mit eine hohe Differenzdrehzahl. Des Weiteren sind in nachteiliger Weise die Durchmesser der zu verbindenden Bauteile durch die Planetenbauweise groß und verursachen dadurch eine hohe Umfangsgeschwindigkeit.
Aus der DE 102 44 523 B4 der Anmelderin ist ein Automatgetriebe für ein Fahrzeug bekannt, mit wenigstens einem Schaltelement, umfassend ein reibschlüssiges Schaltelement und eine Einfach-Synchronisierung, welches wenigstens aus einer mit einer ersten Schaltelementhälfte kraftschlüssig in Wirkverbindung bringbare zweite Schaltelementhälfte gebildet ist und deren Schaltelementhälften jeweils mit nicht drehbaren Getriebebauteilen und/oder drehbaren Getriebebauteilen verbindbar sind, wobei wenigstens zwischen der ersten Schaltelementhälfte und den damit verbindbaren Getriebebauteilen eine formschlüssige Kupplungseinrichtung vorgesehen ist, die zusätzlich mit einem reibschlüssigen Element zum Synchronisieren der Kupplungseinrichtung ausgeführt ist. Hierbei ist zum Betätigen des Schaltelementes und zur Ansteuerung der Kupplungseinrichtung ein Aktuator vorgesehen, der über eine erste Federeinrichtung auf die Kupplungseinrichtung einwirkt und eine hydraulische Kolbeneinheit aufweist, die bei Druckbeaufschlagung das Schaltelement und die Kupplungseinrichtung jeweils in Schließrichtung betätigt. Ferner weist der Aktator eine zweite Federeinrichtung auf, die bei einer Anforderung zum Öffnen des Schaltelementes die Kolbeneinheit in Öffnungsrichtung des Schaltelementes und der Kupplungseinrichtung betätigt.
Ferner gehen aus der DE 103 04 050 A1 der Anmelderin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Schaltelementes eines Stufenautomatikgetriebes hervor. Hierbei ist ein Schaltelement mit einem reibschlüssigen Element und einem formschlüssigen Element ausgeführt, wobei bei einem Zuschalten dieses Schaltelementes zuerst eine Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Elementes eingestellt wird und bei Vorliegen eines synchronen Zustandes des formschlüssigen Elementes das formschlüssige Element geschlossen wird. Bei dem bekannten Verfahren ist vorgesehen, dass bei geschlossenem formschlüssigen Element eine Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Elementes reduziert wird, wobei, wenn eine Anforderung zum Abschalten des Schaltelementes vorliegt, vor einem Öffnen des formschlüssigen Elementes unter Last die Übertragungsfähigkeit des reibschlüssigen Elementes derart angehoben wird, dass ein Kraftfluss, welcher über das geschlossene formschlüssige Element des Schaltelementes geführt wird, beim Öffnen des formschlüssigen Elementes über das reibschlüssige Element führbar ist. Zur Durchführung des Verfahrens ist ein gemeinsamer Aktuator vorgesehen.
Aus der US 5735767 A ist ein Schaltelement bekannt, umfassend eine Kombination aus einer Lamellenkupplung mit einem Synchronring und einer Klaue, wobei die Betätigung des Schaltelementes über eine Schaltgabel erfolgt.
Des Weiteren ist aus der DE 103 31 370 A1 der Anmelderin ein Automatgetriebe für ein Fahrzeug, mit wenigstens einem hydraulisch betätigbaren und als Getriebebremse oder Getriebekupplung ausgebildetem Schaltglied bekannt. Das Schaltglied umfasst einen Innenlamellenträger und einen Außenlamellenträger, auf denen drehfest und axial verschieblich Innenlammelen beziehungsweise Außenlamellen angeordnet sind, die wechselweise hintereinander angeordnet ein Lamellenpaket bildend von einem ersten Aktuator mittels eines ersten Kolbens zum Schließen des Schaltgliedes mit einer axialen Betätigungskraft beaufschlagbar sind. Hierbei ist ein Lamellenträger mit nichtdrehbaren oder drehbaren Getriebebauteilen verbunden und der andere Lamellenträger über eine Synchronisationsvorrichtung mit drehbaren Getriebebauteilen verbindbar, wobei die Synchronisationsvorrichtung mittels eines zweiten Aktuators und eines zweiten Kolbens betätigbar ist und ein formschlüssiges Element und/oder ein kraftschlüssiges Element umfasst, wobei das kraftschlüssige Element als Synchronring ausgebildet sein kann, der mit einem Synchronisierungsbereich an einem der beiden Lamellenträger in Wirkverbindung bringbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltelement eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs anzugeben, mittels dessen der Wirkungsgrad des Getriebes optimiert wird und welches bei Getrieben in Planetenbauweise eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Schaltelement eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welches ein Lamellenschaltelement mit einem mit einer Welle drehfest verbundenen ersten Lamellenträger mit Lamellen und einem axial verschiebbar zwischen zwei Synchronisierungen angeordneten zweiten Lamellenträger mit Lamellen aufweist, die ein Lamellenpaket bilden, wobei axial betrachtet an beiden Enden des zweiten Lamellenträgers jeweils ein Kolben angeordnet ist, durch dessen Betätigung der zweite Lamellenträger axial verschiebbar ist, wobei der zweite Lamellenträger axial betrachtet an beiden Enden jeweils eine Reibfläche aufweist, die einer Reibfläche einer Synchronisierung zugeordnet ist. Vorzugsweise und bezugnehmend auf die beigefügte Figur ist der zweite Lamellenträger der Innenlamellenträger des Lamellenschaltelementes, wobei der erste Lamellenträger der Außenlamellenträger ist.
Zum Schließen des Schaltelementes wird einer der Kolben mit einem der Schaltkraft einer Synchronisierung entsprechenden Druck beaufschlagt, wodurch einerseits der zweite Lamellenträger axial verschoben und mit einer Reibfläche axial gegen die Reibfläche dieser Synchronisierung gedrückt wird und andererseits das Lamellenpaket in Schlupf versetzt wird, wobei nach erfolgtem Reibschluss die Klaue der Synchronisierung formschlüssig eingerückt wird.
Nach abgeschlossener Klauenschaltung werden beide Kolben derart mit Druck beaufschlagt, dass das Lamellenschaltelement das Sollmoment übertragen kann, wobei aufgrund der Anordnung beider Kolben sich die Druckkräfte in vorteilhafter Weise aufheben und nicht auf angrenzende Bauteile und Lager übertragen werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur, welche eine schematische Schnittansicht eines gemäß der Erfindung ausgeführten Schaltelementes darstellt, beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
In der beigefügten Figur ist ein erfindungsgemäßes Schaltelement dargestellt, welches ein Lamellenschaltelement 14 umfasst, wobei das Lamellenschaltelement 14 einen mit einer Welle 5 drehfest verbundenen oder mit der Welle 5 einstückig ausgeführten Außenlamellenträger 15 mit Außenlamellen 6 und einen axial verschiebbar zwischen zwei Synchronisierungen 9, 9‘ angeordneten Innenlamellenträger 7 mit Innenlamellen 8 aufweist, die ein Lamellenpaket bilden.
Gemäß der Erfindung ist axial betrachtet an beiden Enden des Innenlamellenträgers 7 jeweils ein in einem Zylinder 1 angeordneter pneumatisch oder hydraulisch betätigbarer Kolben 2 angeordnet, durch dessen Betätigung der Innenlamellenträger 7 axial verschiebbar ist, wobei der Innenlamellenträger 7 axial betrachtet an beiden Enden jeweils eine Reibfläche 3 aufweist, die einer Reibfläche 4 einer Synchronisierung 9, 9‘ zugeordnet ist. Die Synchronisierungen 9, 9‘ sind jeweils mit einer Welle 10, 11 drehfest verbunden. Die Zylinder 1 können sich an einem Gehäuse oder am Innenlamellenträger 7 abstützen. Wenn keiner der Kolben 2 betätigt ist, ist zwischen den Reibflächen 3 des Innenlamellenträgers 7 und den Reibflächen 4 der Synchronisierungen 9, 9‘ ein Spiel vorhanden, so dass kein Reibschluss entstehen kann.
In der Figur sind mit dem Bezugszeichen 12 Sicherungsringe bezeichnet, welche die axiale Bewegung des Innenlamellenträgers 7 und der Reibflächen 4 der Synchronisierungen 9, 9‘ begrenzen, wobei die Reibflächen 4 der Synchronisierungen 9, 9‘ jeweils gegen die Kraft eines vorzugsweise als Tellerfeder ausgeführten Federelementes 13 zum Einrücken der Klaue 16, 16‘ der Synchronisierungen 9, 9‘ axial verschiebbar sind. Ferner sind mit dem Bezugszeichen 17 Axiallager für die Kolben 2 bezeichnet.
Zum Schließen des erfindungsgemäßen Schaltelementes wird einer der Kolben 2 mit einem der Schaltkraft einer Synchronisierung 9, 9‘ entsprechenden Druck beaufschlagt, wodurch der Innenlamellenträger 7 axial verschoben und mit einer Reibfläche 3 axial gegen die Reibfläche 4 der mit der zu verbindenden Welle 10, 11 drehfest verbundenen Synchronisierung 9, 9‘ gedrückt wird. Gleichzeitig wird durch die axiale Verschiebung des Innenlamellenträgers 7 das Lamellenpaket des Lamellenschaltelementes 14 in Schlupf versetzt, wodurch die Differenzdrehzahl reduziert wird.
Nach erfolgtem Reibschluss zwischen der Reibfläche 3 des Innenlamellenträgers 7 und der Reibfläche 4 der Synchronisierung wird die Klaue 16 der Synchronisierung formschlüssig eingerückt, wobei anschließend beide Kolben 2 derart mit Druck beaufschlagt werden, dass das Lamellenschaltelement 14 das Sollmoment übertragen kann, wobei aufgrund der Anordnung beider Kolben 2 an den beiden Enden des Innenlamellenträgers 7 sich die Druckkräfte in vorteilhafter Weise aufheben und nicht auf angrenzende Bauteile und Lager übertragen werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Schaltelementes kann die mit dem Außenlamellenträger 15 drehfest verbundene Welle 5 wahlweise mit einer der Wellen 10, 11 drehfest verbunden werden, die jeweils mit einer der Synchronisierungen 9, 9‘ drehfest verbunden sind. Hierbei entstehen keine unerwünschten Schleppmomente, da das Lamellenschaltelement 14 unabhängig davon, welche Synchronisierung geschlossen ist, ebenfalls geschlossen ist.
Durch die Kombination des Lamellenschaltelementes 14 mit den Synchronisierungen 9, 9‘ kann das erfindungsgemäße Schaltelement auch in Automatgetrieben in Planetenbauweise eingesetzt werden, da dadurch die Massenträgheit, Differenzdrehzahl und Umfangsgeschwindigkeit der zu verbindenden Bauteile reduziert werden. Die Massenträgheit besteht lediglich aus dem Innenlamellenträger 7 und dessen Lamellen 8, wobei sich die Reibflächen 4 der Synchronisierungen 9, 9‘ auf einem kleineren Durchmesser befinden und eine geringere Umfangsgeschwindigkeit aufweisen, wenn die Differenzdrehzahl nicht zu hoch ist, wobei die Differenzdrehzahl reduziert wird, indem das Lamellenschaltelement 14 während des Schaltvorgangs in Schlupf versetzt wird, wie bereits erläutert.
Bezugszeichenliste

1: Zylinder
2: Kolben
3: Reibfläche
4: Reibfläche
5: Welle
6: Außenlamelle
7: Innenlamellenträger, zweiter Lamellenträger
8: Innenlamelle
9, 9‘: Synchronisierung
10: Welle
11: Welle
12: Sicherungsring
13: Federelement
14: Lamellenschaltelement
15: Außenlamellenträger, erster Lamellenträger
16: Klaue
16‘: Klaue
17: Axiallager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10244523 B4 [0005]
DE 10304050 A1 [0006]
US 5735767 A [0007]
DE 10331370 A1 [0008]

Claims

Schaltelement eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Lamellenschaltelement (14), das einen mit einer Welle (5) drehfest verbundenen oder mit einer Welle (5) einstückig ausgeführten ersten Lamellenträger (15) mit Lamellen (6) und einen axial verschiebbar zwischen zwei jeweils mit einer Welle (10, 11) drehfest verbundenen Synchronisierungen (9, 9‘) angeordneten zweiten Lamellenträger (7) mit Lamellen (8) aufweist, wobei axial betrachtet an beiden Enden des zweiten Lamellenträgers (7) jeweils ein in einem Zylinder (1) angeordneter pneumatisch oder hydraulisch betätigbarer Kolben (2) angeordnet ist, durch dessen Betätigung der zweite Lamellenträger (7) axial verschiebbar ist, wobei der zweite Lamellenträger (7) axial betrachtet an beiden Enden jeweils eine Reibfläche (3) aufweist, die einer Reibfläche (4) einer Synchronisierung (9, 9‘) zugeordnet ist, wobei zum Schließen des Schaltelementes einer der Kolben (2) mit einem der Schaltkraft einer Synchronisierung (9, 9‘) entsprechenden Druck beaufschlagbar ist, wodurch der zweite Lamellenträger (7) axial verschoben und mit einer Reibfläche (3) axial gegen die Reibfläche (4) der mit der zu verbindenden Welle (10, 11) drehfest verbundenen Synchronisierung (9, 9‘) gedrückt wird und das Lamellenschaltelement (14) in Schlupf versetzt wird, wobei nach erfolgtem Reibschluss zwischen der Reibfläche (3) des ersten Lamellenträgers (7) und der Reibfläche (4) der Synchronisierung (9, 9‘) eine Klaue (16) der Synchronisierung (9, 9‘) formschlüssig eingerückt wird, wobei anschließend beide Kolben (2) derart mit Druck beaufschlagbar sind, dass das Lamellenschaltelement (14) das Sollmoment übertragen kann, wobei aufgrund der Anordnung beider Kolben (2) sich die Druckkräfte aufheben und nicht auf angrenzende Bauteile und Lager übertragen werden.
Schaltelement eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Lamellenträger (7) der Innenlamellenträger des Lamellenschaltelementes (14) ist, wobei der erste Lamellenträger (15) der Außenlamellenträger des Lamellenschaltelementes (14) ist.
Schaltelement eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zylinder (1) an einem Gehäuse oder am zweiten Lamellenträger (7) abstützen.