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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schalt- bzw. Anfahrelement. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Getriebe, insbesondere ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, mit einem solchen Schalt- bzw. Anfahrelement.
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Lamellenschaltelemente werden in Kraftfahrzeuggetrieben, insbesondere Automatgetrieben als Kupplungen und Bremsen zum Schalten von Gängen verwendet. Die Betätigung der Schaltelemente, d. h. das Schließen und Öffnen erfolgt in der Regel hydraulisch. Beim Schließen der Lamellenschaltelemente entsteht beim Aneinanderpressen der Lamellen Wärme infolge Reibung. Die Schaltelemente müssen daher gekühlt werden, um eine Überhitzung und eine eventuelle Beschädigung der Lamellen oder Lamellenbeläge zu vermeiden. Hierzu ist es bekannt, dem Lamellenpaket der Schaltelemente Kühlöl aus einem Schmierölkreislauf durch geeignete Verteilorgane zuzuführen. Ein Problem bei der Ölkühlung der Lamellen besteht darin, dass insbesondere bei offenem Schaltelement das Kühlöl zwischen den Lamellen zu einem erhöhten Schleppmoment führt, welches den Kreislauf der Schmierölpumpe und damit auch den Getriebewirkungsgrad belastet.
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Durch die
DE 10 2005 007 685 A1 wurde eine Kühlölzuführung für ein nass laufendes Schaltelement mit einem Lamellenpaket bekannt. Dabei wird das Kühlöl in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens des Schaltelementes mechanisch gesteuert. Das Schaltelement wird in geschlossenem Zustand laufend mit Kühlöl beaufschlagt. Hierzu ist in einer innerhalb des Schalt- bzw. Anfahrelementes vorgesehenen Welle eine Radialbohrung vorgesehen, über die das Kühlöl auf das Lamellenpaket des Schalt- oder Anfahrelementes leitbar ist, wobei die Menge des auf das Lamellenpaket leitbaren Kühlöls als Funktion der Stellung des Kolbens des Schalt- oder Anfahrelementes steuerbar ist.
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Die
US 5 495 927 A offenbart eine Anordnung zum Steuern einer Zufuhr eines Kühlschmiermittels zu reibschlüssigen Komponenten einer Drehmomentübertragungsvorrichtung.
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Eine Lamellenkupplung, insbesondere für Automatgetriebe, mit einem in einem Kupplungsgehäuse angeordneten Lamellenpaket, ist aus der
DE 197 34 840 A1 bekannt.
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Eine Lamellenkupplung mit einem Lamellenpaket und einem Kolben wird durch die
DE 10 2008 008 918 A1 offenbart. Der Kolben weist eine Kuehlölzuführeinrichtung zur Zuführung von Kühlöl in einen das Lamellenpaket aufnehmenden Außenraum des Kupplungsgehäuses auf.
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Die
US 3 823 802 A offenbart eine rotierende Kupplung mit mehreren Reibscheiben. Die Kupplung umfasst ein Plattenkühl- und Schmiersystem, das die Zufuhr von Kühlflüssigkeit beim Einrücken der Kupplung maximiert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schalt- bzw. Anfahrelement zu schaffen, welches in geschlossenem Zustand effektiv gekühlt wird und in geöffnetem Zustand lediglich geringe Schleppmomente verursacht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schalt- bzw. Anfahrelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Das erfindungsgemäße Schalt- bzw. Anfahrelement, insbesondere ein Schalt- bzw. Anfahrelement eines Automatgetriebes, umfasst ein Lamellenpaket mit Innenlamellen und Außenlamellen, einen Innenlamellenträger, an welchem die Innenlamellen des Lamellenpakets axial verschiebbar angeordnet sind, einen Außenlamellenträger, an welchem die Außenlamellen des Lamellenpakets axial verschiebbar angeordnet sind und einen in einem Zylinder axial verschiebbar angeordneten Kolben. Ein Zufluss von Kühlöl zum Lamellenpaket ist in Abhängigkeit einer Position des Kolbens steuerbar. Hierzu weist der Zylinder einen in den Zylinderinnenraum mündenden Kühlölkanal und der Kolben zumindest einen Durchlass für das in dem Kühlölkanal befindliche Kühlöl auf. Bei geöffnetem Schalt- bzw. Anfahrelement ist ein Zufluss von Kühlöl aus dem Kühlölkanal zum Lamellenpaket durch den Kolben gesperrt und ein im Kühlölkanal vorherrschender Kühlöldruck wirkt auf eine Mantelfläche des Kolbens.
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Bei geschlossenem Schalt- bzw. Anfahrelement hingegen überdecken sich der in dem Zylinder vorgesehene Kühlölkanal und der zumindest eine Durchlass des Kolbens zumindest teilweise, wodurch der Zufluss von Kühlöl aus dem Kühlölkanal durch den Durchlass des Kolbens zum Lamellenpaket freigegeben ist.
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Das Lamellenpaket wird bei einem Schließen des Schalt- bzw. Anfahrelements mittels des in dem Zylinder angeordneten Kolbens zusammengepresst und kommt an einer auf der dem Kolben abgewandten Seite des Lamellenpakets angeordneten Endscheibe zur Anlage. Als Endscheibe des Schalt- bzw. Anfahrelements soll gemäß der vorliegenden Erfindung ein Axialanschlag verstanden werden, an welchem das durch den Kolben zusammengepresste Lamellenpaket axial abgestützt wird. So kann eine auf der dem Kolben gegenüberliegenden Seite des Lamellenpakets angeordnete Endscheibe beispielsweise mit einem Sicherungsring, welcher in einer Nut im Außenlamellenträger angeordnet ist, in axialer Richtung gehalten werden und dadurch den Axialanschlag für das zusammengepresste Lamellenpaket bilden. Die Endscheibe kann als Endlamelle des Lamellenpakets ausgebildet sein, welche dicker ausgeführt ist, als die anderen Lamellen des Lamellenpakets. Durch die dickere Ausgestaltung der Endlamelle kann eine Durchbiegung der Endlamelle vermieden werden. Auch kann der Außenlamellenträger des Schalt- bzw. Anfahrelements derart ausgebildet sein, dass dieser zum einen die Außenlamellen des Lamellenpakets axial verschiebbar aufnimmt und zum anderen die Endscheibe, also den Axialanschlag, für das zusammengepresste Lamellenpaket bildet. Außenlamellenträger und Endscheibe können dann einstückig ausgebildet sein.
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Das Schaltelement kann beispielsweise als Lamellenkupplung oder als Lamellenbremse ausgebildet sein, während das Anfahrelement als Lamellenkupplung ausgebildet sein kann. Während bei der Lamellenkupplung beide Lamellenträger rotierend gelagert sind, hat die Lamellenbremse einen gehäusefesten Außenlamellenträger, welcher beispielsweise durch ein Kupplungsgehäuse oder ein Getriebegehäuse gebildet sein kann.
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Der zumindest eine Durchlass des Kolbens weist an einer Mantelfläche des Kolbens eine dem Kühlölkanal zugewandte Einlassöffnung und an der dem Lamellenpaket zugewandten Kolbenfläche eine Auslassöffnung für das Kühlöl auf. Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung sind also so angeordnet, dass der Zufluss des Kühlöls ausgehend von einer radialen Richtung in eine axiale Richtung umgelenkt wird. Der zumindest eine Durchlass des Kolbens kann beispielsweise als im Kolben von der Mantel- zur Kolbenfläche verlaufende Bohrung ausgebildet sein. Alternativ hierzu kann der Durchlass mittels zweier miteinander verbundene Bohrungen gebildet werden, wobei eine Bohrung von der Mantelfläche des Kolbens und die andere Bohrung von der Kolbenfläche des Kolbens ausgeht.
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Bei geöffnetem Schalt- bzw. Anfahrelement ist ein Zufluss von Kühlöl aus dem Kühlölkanal zum Lamellenpaket durch den Kolben gesperrt und ein im Kühlölkanal vorherrschender Kühlöldruck wirkt auf eine Mantelfläche des Kolbens. Durch beidseitig des Kühlkanals in dem Zylinder angebrachte Dichtringe, wird der Kolben gegen den Zylinder abgedichtet. Es wird somit gewährleistet, dass bei geöffnetem Schalt- bzw. Anfahrelement lediglich eine geringe Leckage durch den im Kolben ausgebildeten Durchlass in Richtung Lamellenpaket gelangt, wodurch bei geöffnetem Schalt- bzw. Anfahrelement durch dieses lediglich geringe Schleppmomente verursacht werden.
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Der Kolben des Schalt- bzw. Anfahrelements kann als Ringkolben und der Zylinder des Schalt- bzw. Anfahrelements entsprechend als Ringzylinder ausgebildet sein.
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An der Stelle, an der der Kühlölkanal in den Zylinderinnenraum mündet, kann an dem Zylinder eine Ringnut vorgesehen sein. Bei geöffnetem Schalt- bzw. Anfahrelement wird ein Zufluss von Kühlöl aus dem Kühlölkanal zum Lamellenpaket durch den Kolben gesperrt und ein in der Ringnut vorherrschender Kühlöldruck wirkt auf eine Mantelfläche des Kolbens, wodurch der Kolben des Schalt- bzw. Anfahrelements im Zylinder zentriert wird. Die durch den Kühlöldruck bewirkte Zentrierung des Kolbens des Schalt- bzw. Anfahrelements kann sich bei einem Schaltvorgang positiv auf die Schaltqualität auswirken. Alternativ oder zusätzlich zu der in dem Zylinder vorgesehenen Ringnut kann die an der Mantelfläche des Kolbens vorgesehene Einlassöffnung des Durchlass als Ringnut ausgebildet sein.
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Zur Optimierung der Kühlölversorgung ist vorgesehen, dass der Kolben des Schalt- bzw. Anfahrelements auf seiner dem Lamellenpaket zugewandten Kolbenfläche mit einer Ringnut versehen ist, in welcher der zumindest eine Durchlass des Kolbens mündet. Des Weiteren sind die Innenlamellen und/oder die Außenlamellen mit einem Reibbelag versehen, wobei der Reibbelag ebenfalls eine Ringnut aufweist und im Bereich der Ringnut in den Innen- und Außenlamellen jeweils wenigstens eine Durchlassöffnung angeordnet ist. Die Ringnut des Kolbens und die Ringnut des Reibbelags sind fluchtend zueinander angeordnet. Die Innen- und Außenlamellen können derart in den Innen- bzw. Außenlamellenträger eingelegt werden, dass die in den Innen- und Außenlamellen angeordneten Durchlassöffnungen entweder fluchtend zueinander oder versetzt zueinander angeordnet sind. Dann wenn die Innen- und Außenlamellen so angeordnet sind, dass ihre Durchlassöffnungen versetzt zueinander stehen, ergibt sich eine Art Labyrinthkanal, der bei geschlossenem Schalt- bzw. Anfahrelement von einem Kühlöl durchströmt wird, wodurch eine verbesserte Kühlung der Lamellen gewährleistet ist. Das Lamellenpaket wird bei dieser Ausgestaltung von innen heraus gekühlt.
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Bei einer alternativen Ausführungsform zur optimierten Kühlölversorgung kann vorgesehen sein, dass der Kolben an der dem Lamellenpaket zugewandten Kolbenfläche eine Nut aufweist, welche beispielsweise halbkreisförmig oder auch ringförmig ausgebildet sein kann. Des Weiteren weist die Kolbenfläche mehrere Kanäle auf, welche in die Nut der Kolbenfläche münden und einen Durchlass in Richtung des Verzahnungsprofils des Außenlamellenträgers bilden. Die Kanäle können beispielsweise sternförmig angeordnet sein. Bei geschlossenem Schalt- bzw. Anfahrelement gelangt das Kühlöl aus dem Kühlölkanal in die Nut des Kolbens und wird durch die in die Nut mündenden Kanäle in Richtung des Verzahnungsprofils des Außenlamellenträgers geleitet. Das Lamellenpaket wird bei dieser Ausführungsform von außen gekühlt. Bei dieser Alternative ist es nicht notwendig, dass in dem Reibbelag der Lamellen eine Ringnut und im Bereich der Ringnut Durchlassöffnungen vorgesehen sind. Die Lamellen können somit einfacher hergestellt werden.
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Zur optimierten Kühlölversorgung kann auch vorgesehen sein, dass der Kolben mehrere Durchlässe für das in dem Kühlölkanal befindliche Kühlöl aufweist. Dadurch kann das Lamellenpaket bei geschlossenem bzw. schließendem Schalt- bzw. Anfahrelement an mehreren Stellen mit Kühlöl beaufschlagt werden, wodurch eine gleichmäßige Kühlung der Lamellen erzielbar ist.
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Das erfindungsgemäße Getriebe umfasst zumindest ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Schalt- bzw. Anfahrelement. Das Getriebe ist beispielsweise als Lastschaltautomatgetriebe ausgebildet.
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Im Folgenden wird die Erfindung, welche mehrere Ausführungsformen zulässt, an Hand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Schalt- bzw. Anfahrelements in nicht gekühltem Zustand,
- 2 eine schematische Darstellung des Schalt- bzw. Anfahrelements in gekühltem Zustand und
- 3 eine Draufsicht auf eine Lamelle des Lamellenpaktes gemäß 1 oder 2.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schalt- bzw. Anfahrelements 1, welches sich in nicht gekühltem Zustand befindet. Das Schalt- bzw. Anfahrelement 1 umfasst ein Lamellenpaket mit Innenlamellen 2 und Außenlamellen 3. Ein Innenlamellenträger 4 weist an seiner Außenumfangsfläche ein Verzahnungsprofil 5 auf, in welchem die Innenlamellen 2 drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind. Ein Außenlamellenträger 6 weist an seiner Innenumfangsfläche ein Verzahnungsprofil 7 auf, in welchem die Außenlamellen 3 drehfest aber axial verschiebbar angeordnet sind.
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Die Innen- und Außenlamellen 2, 3 sind beispielsweise als Single-Side-Lamellen ausgeführt, was bedeutet, dass sowohl die Innen- als auch die Außenlamellen 2, 3 auf je einer Seite mit einem Reibbelag versehen sind, während die andere Seite als Stahllamelle ausgeführt ist. In einer anderen Ausgestaltung der Lamellen können die Innenlamellen 2 als Belaglamellen ausgebildet sein und an beiden Seiten einen Reibbelag aufweisen, welcher mit den Innenlamellen 2 fest verbunden ist. Die Außenlamellen 3 sind dann als Stahllamellen ausgebildet. Eine Umkehrung von Belag- und Stahllamellen wäre jedoch auch denkbar.
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In einem Zylinder 8 ist ein Ölkanal vorgesehen, durch welchen Drucköl in eine Kammer 9 führbar ist. Die Kammer 9 wird durch einen Kolben 10 und den Zylinder 8 begrenzt. Bei geöffnetem Schalt- bzw. Anfahrelement 1 wird der Kolben 10 von beispielsweise einer hier nicht gezeigten Tellerfeder in einer Ausgangsposition gehalten, wobei die Innen- und Außenlamellen 2, 3 in einem gewissen Abstand zueinander ohne Reibeingriff angeordnet sind. Da bei geöffnetem Schalt- bzw. Anfahrelement 1 keine Kühlung des Lamellenpakets erfolgt, sind durch das Schalt- bzw. Anfahrelement 1 erzeugte Schleppmomente entsprechend gering.
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Gemäß 1 ist eine Endscheibe des Schalt- bzw. Anfahrelements 1 durch den Außenlamellenträger 6 gebildet. Der hier dargestellte Außenlamellenträger 6 nimmt zum einen die Außenlamellen 3 des Lamellenpakets axial verschiebbar auf und bildet zum anderen den Axialanschlag für das zusammengepresste Lamellenpaket.
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An der Stelle, an der der Kühlölkanal 14 in den Zylinderinnenraum mündet, ist an dem Zylinder 8 eine Ringnut 13 vorgesehen. Bei geöffnetem Schalt- bzw. Anfahrelement 1 wird der Zufluss von Kühlöl aus dem Kühlölkanal 14 zum Lamellenpaket durch den Kolben 10 verhindert. In dieser Position des Kolbens 10 wirkt ein in der Ringnut 13 vorherrschender Kühlöldruck auf eine Mantelfläche des Kolbens 10, wodurch der Kolben 10 im Zylinder 8 zentriert wird.
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Zu Beginn eines Schaltvorganges, bei dem das Schalt- bzw. Anfahrelement 1 geschlossen werden soll, wird Drucköl in die Kammer 9 eingeleitet und der Kolben 10 wird unter dem Druckeinfluss des Drucköls auf das Lamellenpaket zubewegt. Die axiale Verschiebung des Kolbens 10 während der Druckbeaufschlagung bewirkt, dass der Abstand zwischen den Innenlamellen 2 und den Außenlamellen 3 verringert wird, bis es zu einem Reibeingriff der Innen- und Außenlamellen 2, 3 kommt, was in 1 dargestellt ist. Bei eintretendem Reibeingriff der Innen- und Außenlamellen 2, 3 herrscht zwischen den Innen- und Außenlamellen 2, 3 noch eine Drehzahldifferenz vor. Aufgrund der Drehzahldifferenz zwischen den Außenlamellen 3 und den Innenlamellen 2 kommt es zu Beginn des Reibeingriffes zu einer großen Wärmeentwicklung.
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Steigt der Druck des Drucköls in der Kammer 9 an, dann wird der Kolben 10 weiter in Richtung Axialanschlag bewegt, wobei die Drehzahldifferenz zwischen den Innenlamellen 2 und den Außenlamellen 3 abnimmt, bis eine kraftschlüssige Verbindung der Innen- und Außenlamellen 2, 3 vorherrscht und das Lamellenpaket auf den Axialanschlag gedrückt wird, was in der 2 dargestellt ist.
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Während dieser Axialbewegung des Kolbens 10 kommen der im Zylinder 8 vorgesehene Kühlölkanal 14 bzw. die am Zylinder 8 vorgesehene Ringnut 13 und der zumindest eine Durchlass 11 des Kolbens 10 zunächst teilweise in Überdeckung, wodurch ein noch reduzierter Kühlölstrom durch das Lamellenpaket freigegeben wird. Bei geschlossenem Schalt- bzw. Anfahrelement 1 überdecken sich der in dem Zylinder 8 vorgesehene Kühlölkanal 14 bzw. die am Zylinder 8 vorgesehene Ringnut 13 und die Einlassöffnung des zumindest einen Durchlass 11 des Kolbens 10 vollständig, wodurch ein maximaler Kühlölstrom aus dem Kühlölkanal 14 durch den Durchlass 11 des Kolbens 10 und das Lamellenpaket freigegeben ist. Dadurch kann nach einer Schaltung bzw. bei geschlossenem Schalt- bzw. Anfahrelement die in dem Lamellenpaket gespeicherte Wärme wieder abgeführt werden.
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Der Kolben 10 ist mit einer Ringnut 12 versehen. Die Innen- und Außenlamellen 2, 3 sind hier auf je einer Seite mit einem Reibbelag versehen, während die andere Seite als Stahllamelle ausgeführt ist. Der Reibbelag weist ebenfalls eine Ringnut auf, wobei im Bereich der Ringnut in den Innen- und Außenlamellen jeweils wenigstens eine Durchlassöffnung angeordnet ist. Die Ringnut 12 des Kolbens 10 und die Ringnut des Reibbelags sind fluchtend zueinander angeordnet. Die Innen- und Außenlamellen 2, 3 sind hier derart in den Innen- bzw. Außenlamellenträger 4, 6 eingelegt, dass die in den Innen- und Außenlamellen 2, 3 angeordneten Durchlassöffnungen versetzt zueinander angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine Art Labyrinthkanal 15, der bei geschlossenem Schalt- bzw. Anfahrelement 1 von einem Kühlöl durchströmt wird. Das durch das Lamellenpaket geführte Kühlöl wird durch zumindest eine in dem Außenlamellenträger 6 bzw. dem Axialanschlag vorgesehene Ausnehmung 16 wieder dem Kühlölreservoir zugeführt.
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Als Kühlöl kann beispielsweise das Drucköl für das Schalt- bzw. Anfahrelement verwendet werden. Dann wird lediglich ein Medium für die Betätigung und die Kühlung des Schalt- bzw. Anfahrelements benötigt.
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Bezug nehmend auf 3 ist eine Innenlamelle 2 des Schaltpakets schematisch dargestellt. An dem inneren Durchmesser der Innenlamelle 2 ist eine hier nur schematisch angedeutete Lamellenmitnahmeverzahnung vorgesehen, mittels welcher die Innenlamelle 2 auf dem Innenlamellenträger 4 geführt ist. Auf der Innenlamelle 2 ist der Reibbelag angeordnet, wobei eine Reibfläche des Reibbelages aus zwei Belagringen 18, 19 ausgebildet ist.
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Zwischen dem inneren Belagring 18 und dem äußeren Belagring 19 ist eine Ringnut 20 ausgebildet. Im Bereich der Ringnut 20 sind Durchlassöffnungen 17 angeordnet, welche beispielsweise als Bohrungen ausgebildet sind. Somit wird das in das Innere des Lamellenpaketes eingebrachte Kühlöl über die Ringnut 20 und die Durchlassöffnungen 17 verteilt, womit eine gleichmäßige Kühlung des Lamellenpakets gewährleistet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schalt- bzw. Anfahrelement
- 2
- Innenlamellen
- 3
- Außenlamellen
- 4
- Innenlamellenträger
- 5
- Verzahnungsprofil des Innenlamellenträgers
- 6
- Außenlamellenträger
- 7
- Verzahnungsprofil des Außenlamellenträgers
- 8
- Zylinder
- 9
- Kammer
- 10
- Kolben
- 11
- Durchlass im Kolben
- 12
- Nut im Kolben
- 13
- Ringnut im Zylinder
- 14
- Kühlölkanal
- 15
- Labyrinthkanal
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Durchlassöffnung
- 18
- Belagring
- 19
- Belagring
- 20
- Ringnut
