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Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere für ein vollautomatisches Stufengetriebe, mit einem ersten Kopplungsbauteil, einem zweiten Kopplungsbauteil, das um eine Getriebeachse drehbar ist, einem Innenreibring, der an einer radialen Außenseite eine Konusfläche aufweist und im Wesentlichen drehfest sowie axial verschieblich mit dem ersten Kopplungsbauteil verbunden ist, einem Außenreibring, der an einer radialen Innenseite eine Konusfläche aufweist und im Wesentlichen drehfest sowie axial verschieblich mit dem ersten Kopplungsbauteil verbunden ist, und einem Zwischenreibring, der einen Reibkonus aufweist und im Wesentlichen drehfest sowie axial verschieblich mit dem zweiten Kopplungsbauteil verbunden ist, wobei sich der Reibkonus zwischen die Konusfläche des Innenreibrings und die Konusfläche des Außenreibrings erstreckt, wobei das erste Kopplungsbauteil und das zweite Kopplungsbauteil in einer axialen Ausgangsstellung des Außenreibrings in Drehrichtung entkoppelt und in einer axialen Reibschlussstellung des Außenreibrings in Drehrichtung reibschlüssig gekoppelt sind.
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Derartige Schaltvorrichtungen für Kraftfahrzeuggetriebe sind bereits aus der gattungsgemäßen
DE 198 33 397 A1 bekannt und kommen beispielsweise bei Automatikgetrieben in Planeten- und Stirnradbauart zum Einsatz. Dabei ersetzen die Schaltvorrichtungen beispielsweise herkömmliche Lamellenkupplungen, was sich vorteilhaft auf das Gewicht und den Bauraumbedarf des Kraftfahrzeuggetriebes auswirkt.
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Ferner kommt es aufgrund des Konuswinkels zwischen den Konusflächen und der Getriebeachse zu einer Kraftverstärkung, sodass die zum Reibschluss notwendige Schaltkraft gegenüber der für den Reibschluss bei einer Lamellenkupplung notwendigen Schaltkraft reduziert ist.
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Anders ausgedrückt sind bei der oben beschriebenen Schaltvorrichtung zur Übertragung vergleichbarer Momente weniger Reibflächen als bei den üblicherweise im Automatikgetriebe genutzten Lamellenkupplungen notwendig, sodass sich in vorteilhafter Weise die durch Schleppmomente verursachten Leistungsverluste verringern.
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Im Stand der Technik werden zur Synchronisation des Schaltvorgangs daher Synchronisationseinheiten verwendet. Beispiele dafür sind die
FR 28 21 652 A1 und die
DE 195 26 684 A1 . Erstere beschreibt eine Mehrfachkegel-Synchronisation, bei der der obere Ring, der Seitenring und die Zwischen- und Unterringe durch geeignete Kerben mit der Nabe drehen.
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Die Synchronisationseinheit in der
DE 195 26 684 A1 ist mit zwei Synchronringen versehen. Die drehfeste Verbindung zwischen den beiden Synchronringen erfolgt über Mitnahmeringe.
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Die
DE 10 2014 108 202 A1 beschreibt eine Synchronisationseinheit für ein Getriebe mit einem Gangrad, einem Synchronkörper, einem Synchronring, einem Innenring und einem Anpressring. Der Synchronring kann sich dabei gegenüber dem Synchronkörper um einen bestimmten Winkel verdrehen. Der Innenring und der Anpressring sind über zusammenwirkende Kraftverstärkungsflächen miteinander gekoppelt, um so eine Umfangskraft in eine Axialkraft umsetzen zu können. Dadurch soll eine Verstärkung der Reibkraft zwischen Synchronring und Innenring eintreten.
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Da die Synchronringe sich funktionsbedingt sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung relativ zu einer Nabe verstellen müssen und nicht gewährleistet werden kann, dass sich die Synchronringe unkontrolliert bewegen, beschreibt die
DE 10 2014 103 172 A1 eine ähnliche Synchronisationseinheit mit Druckstücken. Diese Druckstücke liegen an einem Zentrieransatz des Synchronrings an und können damit den Synchronring auch bei höheren Drehzahlen in einer möglichst definierten Position halten.
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Insbesondere bei hohen Getriebedrehzahlen hat sich allerdings herausgestellt, dass die Schleppmomente nicht in dem zu erwartenden Umfang zurückgehen, sondern nach wie vor zu unerwünscht großen Leistungsverlusten im Kraftfahrzeuggetriebe führen Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer besonders leichten und kompakten Schaltvorrichtung für Kraftfahrzeuggetriebe, die auch bei hohen Drehzahlen nur geringe Leistungsverluste aus Schleppmomenten aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher der Zwischenreibring in Umfangsrichtung umlaufend einen C-förmigen Ringquerschnitt aufweist, mit einem radial äußeren, linearen Konusschenkel, der den Reibkonus bildet und zwei im Wesentlichen parallele, konische Reibflächen umfasst, sowie einem radial inneren, linearen Axialschenkel, der durch einen radialen Steg einstückig mit dem Konusschenkel verbunden ist.
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Aufgrund des umlaufend C-förmigen Querschnitts des Zwischenreibrings mit einem radial inneren, linearen Axialschenkel ergibt sich eine besonders exakte Axialführung des Zwischenreibrings am zweiten Kopplungsbauteil.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Verbindung des Zwischenreibrings mit dem zweiten Kopplungsbauteil gemäß der
DE 198 33 397 A1 aufgrund einer unzureichenden Axialführung zu einem unerwünschten „Taumeln” des Zwischenreibrings führt, insbesondere bei hohen Getriebedrehzahlen. Aus dieser Taumelbewegung des Zwischenreibrings resultieren Schleppmomente und damit einhergehende Leistungsverluste des Kraftfahrzeuggetriebes.
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Die nachveröffentlichte Offenlegungsschrift
DE 10 2014 117 194 A1 offenbart ebenfalls eine gattungsgemäße Schaltvorrichtung. Analog zur
DE 198 33 397 A1 ist jedoch auch in dieser Patentanmeldung kein Zwischenreibring gezeigt, der in Umfangsrichtung umlaufend einen C-förmigen Ringquerschnitt mit einem radial inneren, linearen Axialschenkel aufweist. Statt des linearen Axialschenkels ist an der radialen Innenseite des Zwischenreibrings ein abgewinkelter Schenkel mit einem Axialabschnitt sowie einem Radialabschnitt vorgesehen, wobei der Radialabschnitt radial einwärts ragende Fortsätze oder Zähne zur drehfesten und axial verschieblichen Verbindung mit dem zweiten Kopplungsbauteil aufweist.
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Demgegenüber wird der Zwischenreibring der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung in radialer Richtung durch eine radiale Innenseite des Axialschenkels begrenzt. Mit anderen Worten erstreckt sich der Axialschenkel somit linear vom radialen Steg des Zwischenreibrings in axialer Richtung zu einem freien axialen Ende, an dem insbesondere keine radial einwärts ragenden Fortsätze vorgesehen sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Schaltvorrichtung ist das erste Kopplungsbauteil ein Getriebegehäuse oder eine mit dem Getriebegehäuse drehfest verbundene, axial verschiebliche Betätigungshülse. Die Schaltvorrichtung wirkt damit als Bremse, welche das drehbare zweite Kopplungsbauteil abbremsen und drehfest am Gehäuse arretieren kann.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das erste Kopplungsbauteil eine Getriebewelle oder ein mit der Getriebewelle fest verbundenes Getriebewellenelement. Die beiden Kopplungsbauteile erfahren in diesem Fall durch die Schaltvorrichtung eine Drehzahlangleichung und sind insbesondere koaxial ausgerichtet sowie unterschiedlichen Planetenradsätzen des Kraftfahrzeuggetriebes zugeordnet.
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Der Innenreibring und/oder der Außenreibring der Schaltvorrichtung sind bevorzugt umgeformte Blechteile.
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Ferner kann auch der Zwischenreibring ein im Querschnitt C-förmig umgeformtes Blechteil sein. Die Herstellung möglichst vieler Komponenten der Schaltvorrichtung aus Blech führt verglichen mit gesinterten Komponenten zu einem geringeren Fertigungsaufwand, einem geringeren Gewicht sowie einer besonders kompakten Konstruktion der Schaltvorrichtung.
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Gemäß einer Ausführungsform der Schaltvorrichtung weist der Axialschenkel des Zwischenreibrings radial innenseitig eine Innenverzahnung auf, welche sich über die gesamte axiale Länge des Axialschenkels erstreckt. Eine solche Innenverzahnung gewährleistet eine exakte Axialführung des Zwischenreibrings auf dem zweiten Kopplungsbauteil, sodass auch bei hohen Getriebedrehzahlen ein unerwünschtes Taumeln des Zwischenreibrings zuverlässig verhindert wird.
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Das zweite Kopplungsbauteil ist in dieser Ausführungsform bevorzugt eine Schaltwelle, die eine mit der Innenverzahnung des Zwischenreibrings in Eingriff stehende Außenverzahnung aufweist. Das zweite Kopplungsbauteil und der Zwischenreibring weisen somit einen axial langgestreckten Verzahnungseingriff auf, der abgesehen von einer weitgehend spielfreien Axialführung auch eine besonders hohe Drehmomentübertragungskapazität der Verbindung sicherstellt.
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Im Übrigen kann ein Federelement vorgesehen sein, welches den Innenreibring und den Außenreibring axial in eine Lüftungsstellung beaufschlagt. Durch das Federelement findet keine Entkopplung von Außen- und Innenring statt. Beide Bauteile sind nach wie vor über ihre Außenverzahnungen mit dem Kopplungsbauteil in Drehrichtung gekoppelt. Sinn des Federelements ist es, durch die axiale Beabstandung von Außen- und Innenring ein Lüftspiel zu realisieren, wodurch sich der Zwischenring in Drehrichtung (leichter) entkoppeln kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Schaltvorrichtung bilden der Innenreibring, der Außenreibring sowie der Zwischenreibring einen ersten Reibringsatz, wobei ein zweiter Reibringsatz umfassend einen weiteren Innenreibring, einen weiteren Außenreibring sowie einen weiteren Zwischenreibring vorgesehen ist. Durch den Einsatz mehrerer Reibringsätze lässt sich mit geringem konstruktiven Aufwand die Anzahl der Reibkontakte erhöhen, wodurch die Drehmomentübertragungskapazität zwischen den Kopplungsbauteilen ansteigt.
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Vorzugsweise sind in dieser Ausführungsform der erste Reibringsatz und der zweite Reibringsatz spiegelsymmetrisch ausgebildet, wobei die Getriebeachse senkrecht zu einer Symmetrieebene der Reibringsätze verläuft. Falls die Kopplungsbauteile besonders große Drehmomente übertragen sollen ist selbstverständlich auch denkbar, dass mehr als zwei Reibringsätze vorgesehen sind, wobei zwei axial aneinander angrenzende Reibringsätze jeweils spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Aufgrund der spiegelsymmetrischen Ausführung der Reibringsätze sind zur Erhöhung der Drehmomentübertragungskapazität keine konstruktiv veränderten Bauteile notwendig, da alle Reibringsätze baugleiche Komponenten aufweisen.
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Vorzugsweise sind der Innenreibring und der weitere Innenreibring in dieser Ausführungsform der Schaltvorrichtung jeweils im Querschnitt umlaufend L-förmig ausgeführt und weisen jeweils einen Konusschenkel sowie einen vom Konusschenkel radial nach außen verlaufenden Radialschenkel auf.
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Die Radialschenkel können sich hierbei axial aneinander abstützen, sodass der Innenreibring und der weitere Innenreibring eine im Querschnitt umlaufend T-förmige Innenlamelle bilden. Insbesondere sind die Radialschenkel der beiden Innenreibringe miteinander verbunden, sodass sich die Führungslänge zum ersten Kopplungsbauteil vergrößert und eine exaktere Führung der Innenreibringe in Axialrichtung entsteht. Unerwünschte Taumelbewegungen der Innenreibringe, insbesondere bei hohen Getriebedrehzahlen, werden durch diese verbesserte Axialführung reduziert oder sogar komplett verhindert. Alternativ ist auch denkbar, dass der Innenreibring und der weitere Innenreibring einstückig ausgeführt sind. Dem daraus resultierenden Vorteil einer geringeren Anzahl von Einzelbauteilen steht allerdings der Nachteil gegenüber, dass mit der T-förmigen Innenlamelle ein neues Bauteil erforderlich ist und nicht einfach Reibringsätze mit identischen Komponenten aneinandergereiht werden können.
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Bei einer separaten Ausführung des Innenreibrings und des weiteren Innenreibrings liegen deren Radialschenkel bevorzugt flächig aneinander an, wobei das zweite Kopplungsbauteil eine hohle und gelochte Schaltwelle zur Innenbeölung der Reibflächen ist.
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Alternativ kann wenigstens einer der Radialschenkel in Umfangsrichtung beabstandete Abstandshalter zur axialen Beabstandung der Innenreibringe aufweisen, wobei das erste Kopplungsbauteil radial außerhalb der Abstandshalter einen Kanal zur Außenbeölung der Reibflächen aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Schaltvorrichtung weist der radial innere Axialschenkel des Zwischenreibrings in Umfangsrichtung beabstandete Schenkelfortsätze auf, die sich in axialer Richtung erstrecken sowie in Umfangsrichtung passgenau in Ausnehmungen des weiteren Zwischenreibrings sowie des zweiten Kopplungsbauteils eingreifen. Dadurch entsteht mit geringem konstruktiven Aufwand eine im Wesentlichen drehfeste Kopplung der beiden Zwischenreibringe und des zweiten Kopplungsbauteils durch eine Klauenverbindung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Schaltvorrichtung ist das erste Kopplungsbauteil eine axial verschiebliche Betätigungshülse mit einer Innenverzahnung und das zweite Kopplungsbauteil eine Kopplungsscheibe mit einer Außenverzahnung, wobei die Kopplungsbauteile in einer axialen Ausgangsstellung des ersten Kopplungsbauteils in Drehrichtung entkoppelt, in einer Reibschlussstellung des ersten Kopplungsbauteils in Drehrichtung reibschlüssig gekoppelt und in einer Formschlussstellung des ersten Kopplungsbauteils über die Innenverzahnung und die Außenerzahnung in Drehrichtung formschlüssig gekoppelt sind. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann besonders vorteilhaft, wenn die Schaltvorrichtung auch auf die Übertragung besonders großer Drehmomente ausgelegt werden sein soll. Bei dieser Ausführungsform können die Haltekräfte und Schaltkräfte, um die Drehmomentübertragung aufrecht zu erhalten, deutlich reduziert werden. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass sich die Kupplungsverzahnungen im geschalteten Zustand nicht voneinander trennen. Die Übertragung des Drehmoments ist somit im Vergleich zur reibschlüssigen Ausführung unabhängig von der Höhe der aufgebrachten Schaltkraft. Die Übertragung kleiner bis mittlerer Drehmomente kann dann beispielsweise über die Reibschlusskopplung erfolgen, wohingegen große Drehmomente mittels der Formschlusskopplung übertragen werden. Alternativ zur Formschlusskopplung wäre es auch denkbar, mehrere Reibringsätze hintereinanderzuschalten, um die notwendige Drehmomentübertragungskapazität der Schaltvorrichtung zu erreichen. Dies wäre jedoch mit erheblichem Aufwand sowie einem großen Bauraumbedarf und einem unerwünscht hohen Gewicht der Schaltvorrichtung verbunden.
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Vorzugsweise ist in dieser Ausführungsform ein Federelement zur axialen Kopplung der Betätigungshülse mit dem Außenreibring vorgesehen, wobei das Federelement den Außenreibring bei einer Verschiebung der Betätigungshülse von der Ausgangsstellung in Richtung zur Formschlussstellung in einem entspannten Zustand des Federelements axial mitnimmt und in einem gespannten Zustand des Federelements axial von der Betätigungshülse entkoppelt. Somit erfolgt die Bewegung des ersten Kopplungsbauteils in seine Reibschlussstellung oder seine Formschlussstellung in diesem Fall kraftgesteuert über eine auf die Betätigungshülse aufgebrachte, axiale Schaltkraft.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Schaltvorrichtung ist ein Formschlussring vorgesehen, der im Wesentlichen drehfest sowie axial verschieblich mit dem ersten Kopplungsbauteil verbunden ist und eine Klauenverzahnung aufweist, wobei das zweite Kopplungsbauteil eine Kupplungsscheibe mit einer Klauenverzahnung ist, wobei die Kopplungsbauteile in einer axialen Ausgangsstellung des Außenreibrings in Drehrichtung entkoppelt, in einer axialen Reibschlussstellung des Außenreibrings in Drehrichtung reibschlüssig gekoppelt und in einer axialen Formschlussstellung des Außenreibrings über die Klauenverzahnungen in Drehrichtung formschlüssig gekoppelt sind, wobei eine Aktuatoreinheit vorgesehen ist, welche in einer Sperrstellung eine axiale Bewegung des Außenreibrings von der Reibschlussstellung in die Formschlussstellung sperrt und in einer Freigabestellung eine axiale Bewegung des Außenreibrings von der Reibschlussstellung in die Formschlussstellung freigibt. Die Bewegung des Außenreibrings in seine Reibschlussstellung oder seine Formschlussstellung erfolgt in diesem Fall folglich nicht kraftgesteuert über eine axiale Schaltkraft, sondern abhängig von der Aktuatoreinheit, die zum Beispiel hydraulisch betätigt werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 ein Getriebeschema eines vollautomatischen Stufengetriebes mit einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung;
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2 ein Längsschnittdetail zweier Reibringsätze der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
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3 eine perspektivische Explosionsansicht der Reibringsätze gemäß 2;
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4 ein Längsschnittdetail der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung mit den Reibringsätzen gemäß den 2 und 3;
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5 ein Längsschnittdetail zweier Reibringsätze der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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6 eine perspektivische Explosionsansicht der Reibringsätze gemäß 5;
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7 ein Längsschnittdetail der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung mit den Reibringsätzen gemäß den 5 und 6;
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8 ein Längsschnittdetail zweier Reibringsätze der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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9 eine perspektivische Explosionsansicht der Reibringsätze gemäß 8;
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10 ein Längsschnittdetail der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung mit den Reibringsätzen gemäß den 8 und 9;
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11 ein Längsschnittdetail der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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12 eine perspektivische Explosionsansicht der Schaltvorrichtung gemäß 11;
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13 eine perspektivische Ansicht zweier miteinander gekoppelter Zwischenreibringe der Schaltvorrichtung gemäß den 11 und 12;
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14 eine perspektivische Detailansicht der gekoppelten Zwischenreibringe gemäß 13 in einem Kopplungsbereich;
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15 eine perspektivische Detailansicht der gekoppelten Zwischenreibringe gemäß 13 sowie eines Kopplungsbauteils der Schaltvorrichtung gemäß den 11 und 12;
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16 ein Längsschnittdetail der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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17 eine perspektivische Explosionsansicht der Schaltvorrichtung gemäß 16;
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18 ein Längsschnittdetail der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
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19 eine perspektivische Explosionsansicht der Schaltvorrichtung gemäß 18.
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Die 1 zeigt ein elektrohydraulisch angesteuertes, vollautomatisches Stufengetriebe 10 eines Kraftfahrzeugs mit einem Drehmomentwandler 12, vier Planetengetrieben oder Planetenradsätzen 14 sowie einem schematisch angedeuteten Getriebegehäuse 16. Ferner sind eine Antriebswelle 18, eine Abtriebswelle 20 sowie mehrere Getriebewellen vorgesehen, wobei im Folgenden auch Planetenradträger als Getriebewellen bezeichnet werden. Die Getriebewellen sind den einzelnen Planetenradsätzen 14 zugeordnet und koaxial zueinander angeordnet.
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Das Stufengetriebe 10 weist außerdem Schaltvorrichtungen 26, 28 auf, die mit einem Hydraulikdruck beaufschlagbar sind und eine Getriebewelle entweder mit einer weiteren Getriebewelle oder mit dem Getriebegehäuse 16 koppeln bzw. die Getriebewelle von der weiteren Getriebewelle oder dem Getriebegehäuse 16 entkoppeln können.
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Dabei wird eine Schaltvorrichtung 26, welche die Getriebewelle mit dem Getriebegehäuse 16 koppelt auch als Bremsvorrichtung und eine Schaltvorrichtung 28, welche zwei Getriebewellen miteinander koppelt, auch als Kupplungsvorrichtung bezeichnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sechs Schaltvorrichtungen 26, 28 vorgesehen, von denen drei Schaltvorrichtungen 26 als Bremsvorrichtungen und drei Schaltvorrichtungen 28 als Kupplungsvorrichtungen ausgebildet sind. Beispielhaft befinden sich gemäß 1 zwei Bremsvorrichtungen und eine Kupplungsvorrichtung im gekoppelten Zustand (schraffiert angedeutet) sowie eine Bremsvorrichtung und zwei Kupplungsvorrichtungen im entkoppelten Zustand.
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Durch verschiedene Schaltkombinationen der Schaltvorrichtung 26, 28 ergeben sich dann die den einzelnen Gangstufen des Stufengetriebes 10 entsprechenden Übersetzungen zwischen der Antriebswelle 18 und der Abtriebswelle 20.
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Da die allgemeine Konstruktion und Funktionsweise vollautomatischer Stufengetriebe 10 aus dem Stand der Technik bereits allgemein bekannt ist, wird darauf nicht weiter eingegangen und im Folgenden lediglich der konstruktive Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtungen 26, 28 detailliert beschrieben.
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Die 2 bis 4 zeigen eine Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, 28 für ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere für ein vollautomatisches Stufengetriebe 10, mit einem ersten Kopplungsbauteil 30 (s. 4), einem zweiten Kopplungsbauteil 32, das um eine Getriebeachse A drehbar ist, einem Innenreibring 34, der an einer radialen Außenseite eine Konusfläche 36 aufweist und über ineinandergreifende Verzahnungen im Wesentlichen drehfest sowie axial verschieblich mit dem ersten Kopplungsbauteil 30 verbunden ist, einem Außenreibring 38, der an einer radialen Innenseite eine Konusfläche 40 aufweist und über ineinandergreifende Verzahnungen im Wesentlichen drehfest sowie axial verschieblich mit dem ersten Kopplungsbauteil 30 verbunden ist, und einem Zwischenreibring 42, der einen Reibkonus 44 aufweist und im Wesentlichen drehfest sowie axial verschieblich mit dem zweiten Kopplungsbauteil 32 verbunden ist.
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Der Reibkonus 44 erstreckt sich zwischen die Konusfläche 36 des Innenreibrings 34 und die Konusfläche 40 des Außenreibrings 38, wobei das erste Kopplungsbauteil 30 und das zweite Kopplungsbauteil 32 in einer axialen Ausgangsstellung des Außenreibrings 38 in Drehrichtung entkoppelt und in einer Reibschlussstellung des Außenreibrings 38 in Drehrichtung reibschlüssig gekoppelt sind.
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Der Innenreibring 34 und der Außenreibring 38 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel umgeformte Blechteile, die sich fertigungstechnisch mit geringem Aufwand herstellen lassen und jeweils einen im Querschnitt umlaufenden L-förmigen Ringquerschnitt aufweisen. Zwischen dem Innenreibring 34, konkret einem radial nach außen ragenden Schenkel des Innenreibrings 34, und dem Außenreibring 38, konkret einem radial nach außen ragenden Schenkel des Außenreibrings 38, ist ein als Tellerfeder ausgebildetes Federelement 46 vorgesehen, welches den Innenreibring 34 und den Außenreibring 38 axial voneinander weg beaufschlagt, um ein Lüftungspiel zu realisieren. Somit entspricht die Lüftungsstellung des Außenreibrings 38 auch dessen axialer Ausgangsstellung im unbetätigten Zustand der Schaltvorrichtung 28.
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Der Zwischenreibring 42 ist ein C-förmig umgeformtes Blechteil, weist also in Umfangsrichtung umlaufend einen C-förmigen umlaufenden Querschnitt auf. Der C-förmige Ringquerschnitt umfasst einen radial äußeren, linearen Konusschenkel, der den Reibkonus 44 bildet und zwei im Wesentlichen parallele, konische Reibflächen 48 aufweist, sowie einen radial inneren, linearen Axialschenkel 50, der durch einen radialen Steg 52 einstückig mit dem Konusschenkel verbunden ist.
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Gemäß den 2 und 3 weist der Axialschenkel 50 des Zwischenreibrings 42 radial innenseitig eine Innenverzahnung 54 auf, welche sich über die gesamte axiale Länge des Axialschenkels 50 erstreckt.
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Das zweite Kopplungsbauteil 32 ist gemäß 4 eine Schaltwelle 56, die auch als Getriebewelle bezeichnet werden kann, wobei die Schaltwelle 56 eine mit der Innenverzahnung 54 des Zwischenreibrings 42 in Eingriff stehende Außenverzahnung 58 aufweist.
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Aufgrund der großen axialen Abmessung des Verzahnungseingriffs ergibt sich eine exakte und weitgehend spielfreie Axialführung des Zwischenreibrings 42 relativ zum zweiten Kopplungsbauteil 32. Dadurch wird eine unerwünschte Taumelbewegung des Zwischenreibrings 42 verhindert oder zumindest stark reduziert. Ferner bilden die Innenverzahnung 54 und die Außenverzahnung 58 vergleichsweise große Kontaktflächen aus, sodass die drehfeste Verbindung eine besonders hohe Drehmomentübertragungskapazität aufweist.
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Gemäß 2 bilden der Innenreibring 34, der Außenreibring 38 sowie der Zwischenreibring 42 einen ersten Reibringsatz 60, wobei ein zweiter Reibringsatz 62 vorgesehen ist, der einen weiteren Innenreibring 35, einen weiteren Außenreibring 39 sowie einen weiteren Zwischenreibring 43 aufweist. Der erste Reibringsatz 60 und der zweite Reibringsatz 62 sind dabei spiegelsymmetrisch ausgebildet, wobei die Getriebeachse A senkrecht zu einer Symmetrieebene E der Reibringsätze 60, 62 verläuft.
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Die Reibringsätze 60, 62 sind in diesem Fall aus baugleichen Komponenten zusammengesetzt, sodass sich ein einfacher Zusammenbau mit wenigen unterschiedlichen Einzelbauteilen ergibt.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 bis 17 weisen die Schaltvorrichtungen 26, 28 jeweils zwei Reibringsätze 60, 62 auf, wobei abhängig von einer gewünschten Drehmomentkapazität der Reibschlussverbindung zwischen den Kopplungsbauteilen 30, 32 auch lediglich ein Reibringsatz 60, 62 (siehe 18 und 19) oder mehr als zwei Reibringsätze 60, 62 vorgesehen sein können. Bei mehr als zwei Reibringsätzen 60, 62 sind dabei zwei axial aneinander angrenzende Reibringsätze jeweils spiegelsymmetrisch angeordnet.
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Gemäß den 2 und 4 sind der Innenreibring 34 und der weitere Innenreibring 35 jeweils im Querschnitt umlaufend L-förmig ausgeführt und weisen jeweils einen Konusschenkel 64 sowie einen vom Konusschenkel 64 radial nach außen verlaufenden Radialschenkel 66 auf. Die Radialschenkel 66 stützen sich axial aneinander ab, sodass der Innenreibring 34 und der weitere Innenreibring 35 eine im Querschnitt umlaufend T-förmige Innenlamelle bilden. Insbesondere können die Radialschenkel 66 miteinander verbunden sein, wodurch sich eine verbesserte Axialführung der Innenreibringe 34, 35 relativ zum ersten Kopplungsbauteil 30 ergibt und eine unerwünschte Taumelbewegung der Innenreibringe 34, 35 verhindert oder zumindest verringert wird.
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Die Radialschenkel 66 liegen in der Ausführungsform gemäß den 2 bis 4 flächig aneinander an, sodass zwischen den Radialschenkeln 66 kein nennenswerter Ölfluss in Radialrichtung möglich ist. Das als Schaltwelle 56 ausgeführte zweite Kopplungsbauteil 32 ist gemäß 4 insbesondere eine hohle und gelochte Schaltwelle 56 zur Innenbeölung der Reibflächen 48.
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Getriebeöl zum Kühlen der Schaltvorrichtung 26, 28 wird „von innen” über einen axialen Durchgangskanal der hohlen Schaltwelle 56 bereitgestellt und dann über die Lochung der Schaltwelle 56 zwischen die Reibringsätze 60, 62 geleitet. Das Getriebeöl wird radial nach außen gedrückt und muss hierbei den Weg über die Reibflächen 48 nehmen, da die flächig aneinander anliegenden Radialschenkel 66 der Innenreibringe 34, 35 einen Ölfluss radial nach außen weitgehend verhindern.
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Wie in 2 angedeutet, ist der Reibkonus 44 der Zwischenreibringe 42, 43 radial beidseits mit einem Reibbelag 68 beschichtet, wobei der Reibbelag 68 jeweils eine konische Reibfläche 48 zur Ausbildung eines Reibkontakts mit einer Konusfläche 36, 40 der Innenreibringe 34, 35 bzw. der Außenreibringe 38, 39 bildet. Die Reibbeläge 68 können in bekannter Art und Weise geeignete Nuten aufweisen, um den Ölfluss zu erleichtern.
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In der Ausführungsform gemäß den 2 bis 4 ist das erste Kopplungsbauteil 30 eine (von der Schaltwelle 56 verschiedene) Getriebewelle 70. Dementsprechend handelt es sich bei der dargestellten Schaltvorrichtung 28 konkret um eine Kupplungsvorrichtung.
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Alternativ ist auch denkbar, dass das erste Kopplungsbauteil 30 ein Getriebegehäuse 16 oder eine mit dem Getriebegehäuse 16 drehfest verbundene, axial verschiebliche Betätigungshülse 72 ist. In diesem Fall würde es sich bei der Schaltvorrichtung 26 dann konkret um eine Bremsvorrichtung handeln.
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Gemäß 4 ist im ersten Kopplungsbauteil 30 ein Druckraum 74 mit einem axial verschieblichen Kolben 76 zur axialen Beaufschlagung des Außenreibrings 38 vorgesehen.
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Ohne Druckbeaufschlagung des Kolbens 76 wird der Außenreibring 38 von den Federelementen 46 in seine axiale Ausgangsstellung beaufschlagt, in der die Kopplungsbauteile 30, 32 entkoppelt sind. Bei einer Druckbeaufschlagung des Druckraums 74 und damit des Kolbens 76 werden die Reibringsätze 60, 62 entgegen einer Federkraft der Federelemente 46 gegen einen Axialanschlag 78 gedrückt, wobei die Reibringe 34, 38, 42 sowie die weiteren Reibringe 35, 39, 43 Reibkontakte ausbilden.
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Der Außenreibring 38 nimmt dabei schließlich seine Reibschlussstellung ein, in der die Konusflächen 36, 40 des Innenreibrings 34 bzw. des Außenreibrings 38 an den konischen Reibflächen 48 des Zwischenreibrings 42 anliegen, sodass die Kopplungsbauteile 30, 32 reibschlüssig gekoppelt sind.
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Nachfolgend werden anhand der 5 bis 19 weitere Ausführungsformen der Schaltvorrichtung 26, 28 beschrieben, die jedoch hinsichtlich des allgemeinen Konstruktionsprinzips sowie der generellen Funktionsweise mit der oben erläuterten Ausführungsform weitgehend übereinstimmen. Daher wird diesbezüglich explizit auf die Beschreibung der 2 bis 4 verwiesen und im Folgenden hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen.
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Die 5 bis 7 zeigen eine Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, 28, welche sich von der Ausführungsform gemäß den 2 bis 4 lediglich dadurch unterscheidet, dass die Radialschenkel 66 der Innenreibringe 34, 35 Abstandshalter 80 zur axialen Beabstandung der Innenreibringe 34, 35 aufweisen.
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Die Abstandshalter 80 sind gemäß den 5 und 6 einstückig mit den Radialschenkeln 66 ausgebildet und werden beispielsweise durch Umformen, insbesondere Prägen an die Innenreibringe 34, 35 angeformt. Ferner sind die Abstandshalter 80 der Radialschenkel 66 in Umfangsrichtung beabstandet, sodass ein radialer Ölfluss zwischen den Innenreibringen 34, 35 möglich ist.
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Gemäß 7 weist das erste Kopplungsbauteil 30 in dieser Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, 28 radial außerhalb der Abstandshalter 80 einen Kanal 82 zur Außenbeölung der Reibflächen 48 auf.
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Getriebeöl zum Kühlen der Schaltvorrichtung 26, 28 wird über den Kanal 82 radial einwärts zwischen die Radialschenkel 66 gedrückt, bevor es die Konusschenkel 64 der Innenreibringe 34, 35 umströmt und über die Reibflächen 48 schlangenlinienförmig wieder radial nach außen strömt.
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Die 8 bis 10 zeigen eine Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, 28, welche sich von der Ausführungsform gemäß den 2 bis 4 lediglich dadurch unterscheidet, dass die Zwischenreibringe 42, 43 der beiden Reibringsätze 60, 62 in Umfangsrichtung direkt miteinander gekoppelt sind, und nicht indirekt über die außenverzahnte Schaltwelle 56 gemäß den 4 und 7.
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Konkret weist der radial innere Axialschenkel 50 des Zwischenreibrings 42 in Umfangsrichtung beabstandete Schenkelfortsätze 84 auf, die sich in axialer Richtung erstrecken sowie in Umfangsrichtung passgenau in Ausnehmungen 86 des weiteren Zwischenreibrings 43 sowie eine Ausnehmung 87 des zweiten Kopplungsbauteils 32 eingreifen. Die Ausnehmungen 86 im weiteren Zwischenreibring 43 werden durch Unterbrechungen des Axialschenkels 50 gebildet, sodass sich die Schenkelfortsätze 84 passgenau zwischen die verbliebenen Axialschenkelabschnitte des weiteren Zwischenreibrings 43 erstrecken.
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Auf diese Weise entsteht eine drehfeste Kopplung der beiden Zwischenreibringe 42, 43 sowie des zweiten Kopplungsbauteils 32 durch eine Klauenverbindung. Entsprechend kann auf die Innenverzahnung 54 an den Axialschenkeln 50 der Zwischenreibringe 42, 43 sowie auf die Außenverzahnung 58 der Schaltwelle 56 verzichtet werden.
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Das zweite Kopplungsbauteil 32 kann in diesem Fall eine in 8 angedeutete Kupplungsscheibe sein, die beispielsweise an einem Planetenradsatz 14 des Stufengetriebes 10 und damit an einer Getriebewelle fixiert ist.
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Insbesondere anhand der 8 und 10 wird deutlich, dass die Schenkelfortsätze 84 des Zwischenreibrings 42 und die zwischen den Ausnehmungen 86 vorhandenen Abschnitte des Axialschenkels 50 des weiteren Zwischenreibrings 43 in axialer Richtung eine große Überlappung aufweisen, sodass auch in diesem Fall eine exakte und im Wesentlichen spielfreie Axialführung der beiden Zwischenreibringe 42, 43 sichergestellt ist und eine unerwünschte Taumelbewegung der Zwischenreibringe 42, 43 verhindert wird.
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Die 11 bis 15 zeigen eine weitere Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, 28, welche sich im Wesentlichen dadurch von der Ausführungsform gemäß den 8 bis 10 unterscheidet, dass die beiden Kopplungsbauteile 30, 32 nicht nur reibschlüssig, sondern auch formschlüssig gekoppelt werden können.
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Gemäß den 11 und 12 ist das erste Kopplungsbauteil 30 als axial verschiebliche Betätigungshülse 72 mit einer Innenverzahnung 88 und das zweite Kopplungsbauteil 32 als Kupplungsscheibe 90 mit einer Außenverzahnung 92 ausgebildet, wobei die Kupplungsscheibe 90 zum Beispiel an einem Planetenradsatz 14 und damit an einer Getriebewelle des Stufengetriebes 10 fixiert sein kann. In dieser Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, 28 sind die beiden Kopplungsbauteile 30, 32 in einer axialen Ausgangsstellung des ersten Kopplungsbauteils 30 (11) in Drehrichtung entkoppelt, in einer Reibschlussstellung des ersten Kopplungsbauteils 30 in Drehrichtung reibschlüssig gekoppelt und in einer Formschlussstellung des ersten Kopplungsbauteils 30 über die Innenverzahnung 88 und die Außenverzahnung 92 in Drehrichtung formschlüssig gekoppelt.
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Zur axialen Kopplung des als Betätigungshülse 72 ausgeführten, ersten Kopplungsbauteils 30 mit dem Außenreibring 38 ist ein als radial elastischer C-Ring ausgebildetes Federelement 94 vorgesehen, welches den Außenreibring 38 bei einer axialen Verschiebung des ersten Kopplungsbauteils 30 von der Ausgangsstellung in Richtung zur Formschlussstellung in einem entspannten Zustand des Federelements 94 axial mitnimmt und in einem gespannten Zustand des Federelements 94 axial von der Betätigungshülse 72 entkoppelt.
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Gemäß 11 wird der Außenreibring 38 über das Federelement 94 von der Betätigungshülse 72 axial beaufschlagt, bis die Kopplungsbauteile 30, 32 reibschlüssig gekoppelt sind. Wird nun in der Reibschlussstellung die Axialkraft auf die Betätigungshülse 72 weiter erhöht, wird die über eine Anlaufschräge 96 der Betätigungshülse 72 aufgebrachte radiale Kraftkomponente so groß, dass sich das Federelement 94 entgegen seiner Federkraft radial einwärts bewegt, bis die Betätigungshülse 72 axial vom Außenreibring 38 entkoppelt ist und axial weiter in Richtung zur Kupplungsscheibe 90 bewegt werden kann. Durch diese Axialbewegung greift die Innenverzahnung 88 der Betätigungshülse 72 letztlich in die Außenverzahnung 92 der Kupplungsscheibe 90 ein, sodass die Kopplungsbauteile 30, 32 in Umfangsrichtung formschlüssig gekoppelt sind.
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Die 13 zeigt eine Detailansicht der in Umfangsrichtung miteinander gekoppelten Zwischenreibringe 42, wobei in 14 eine Kopplungsstelle der Zwischenreibringe 42, 43 im Detail dargestellt ist.
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Dabei wird deutlich, dass die in Umfangsrichtung aneinandergrenzenden Flächen der Zwischenreibringe 42, 43 so gefast sind, dass sich die Zwischenreibringe 42, 43 in radialer Richtung zentrieren und zueinander ausrichten.
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Die 15 zeigt die in Umfangsrichtung weitgehend spielfreie Formschlussverbindung zwischen dem Zwischenreibring 42 bzw. den Zwischenreibringen 42, 43 und dem als Kupplungsscheibe 90 ausgeführten, zweiten Kopplungsbauteil 32. Dabei greifen die Schenkelfortsätze 84 in Umfangsrichtung passgenau in entsprechende Ausnehmungen 100 der Kupplungsscheibe 90.
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Die 16 und 17 zeigen eine weitere Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, 28, welche sich von der Ausführungsform gemäß den 11 bis 15 lediglich dadurch unterscheidet, dass die drehfeste Verbindung der Zwischenreibringe 42, 43 analog zu den 4 und 7 über innenverzahnte Axialschenkel 50 der Zwischenreibringe 42, 43 sowie eine außenverzahnte Schaltwelle 56 erfolgt.
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Die Schaltwelle 56 ist in diesem Fall fest mit der Kupplungsscheibe 90 verbunden und bildet zusammen mit der Kupplungsscheibe 90 das zweite Kopplungsbauteil 32.
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Schließlich zeigen die 18 und 19 noch eine weitere Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, 28, welche sich von der Ausführungsform gemäß den 16 und 17 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass eine Bewegung der Schaltvorrichtung 26, 28 zwischen ihrer Reibschlussstellung und ihrer Formschlussstellung nicht kraftgesteuert über das Federelement 94, sondern mittels einer hydraulisch betätigbaren Aktuatoreinheit 102 erfolgt.
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Die Aktuatoreinheit 102 sperrt in ihrer Sperrstellung (18) eine axiale Bewegung des Außenreibrings 38 von der Reibschlussstellung in die Formschlussstellung, wohingegen die Aktuatoreinheit 102 in ihrer Freigabestellung eine axiale Bewegung des Außenreibrings 38 von der Reibschlussstellung in die Formschlussstellung freigibt.
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Anstelle des zweiten Reibringsatzes 62 ist in dieser Ausführungsform ein Formschlussring 104 vorgesehen, der drehfest sowie axial verschieblich mit dem ersten Kopplungsbauteil 30 verbunden ist und eine Klauenverzahnung 106 aufweist.
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Die drehfeste Verbindung des Zwischenreibrings 42 erfolgt analog zu den 4 und 7 über den innenverzahnten Axialschenkel 50 sowie die außenverzahnte Schaltwelle 56. Die Schaltwelle 56 ist fest mit der Kupplungsscheibe 90 verbunden und bildet zusammen mit dieser das zweite Kopplungsbauteil 32, wobei die Kupplungsscheibe 90 eine Klauenverzahnung 108 aufweist.
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Gemäß dieser Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, 28 sind das erste Kopplungsbauteil 30 und das zweite Kopplungsbauteil 32 in einer axialen Ausgangsstellung des Außenreibrings 38 in Drehrichtung entkoppelt, in einer Reibschlussstellung des Außenreibrings 38 in Drehrichtung reibschlüssig gekoppelt und in einer Formschlussstellung des Außenreibrings 38 über die Klauenverzahnungen 106, 108 in Drehrichtung formschlüssig gekoppelt sind.
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Die Aktuatoreinheit 102 umfasst gemäß den 18 und 19 einen im ersten Kopplungsbauteil 30 aufgenommenen Aktuatorring 110 mit einer umlaufenden Ölnut 112, die im zusammengebauten Zustand der Schaltvorrichtung 26, 28 vom ersten Kopplungsbauteil 30 im Wesentlichen dicht verschlossen ist und über eine Bohrung 113 im ersten Kopplungsbauteil 30 mit Hydrauliköl versorgt werden kann.
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Der Aktuatorring 110 weist in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte, radial verschiebliche Sperrkolben 114 auf, die bei einer Druckbeaufschlagung der Ölnut 112 radial einwärts gegen Anlaufschrägen 116 des Formschlussrings 104 beaufschlagt werden und eine axiale Verschiebung des Formschlussrings 104 in Richtung zur Kupplungsscheibe 90 verhindern. Dadurch wird im Übrigen auch die axiale Bewegung des Außenreibrings 38 von seiner Reibschlussstellung in seine Formschlussstellung verhindert.
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Wird der Hydraulikdruck in der Ölnut 112, zum Beispiel nach einem erfolgten Drehzahlangleich, abgebaut, so können die Sperrkolben 114 von einer auf den Außenreibring 38 wirkenden, axialen Schaltkraft über die Anlaufschrägen 116 radial nach außen verschoben werden. Der Formschlussring 104 lässt sich dann axial in Richtung zur Kupplungsscheibe 90 verschieben, bis die Klauenverzahnungen 106, 108 ineinander greifen, sodass die Kopplungsbauteile 30, 32 in Drehrichtung formschlüssig gekoppelt sind.
