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Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere ein vollautomatisches Stufengetriebe, mit einem ersten Getriebebauteil und einem zweiten Getriebebauteil, die relativ zueinander um eine Getriebeachse verdrehbar sind, einem Reibring, der in Umfangsrichtung drehfest sowie axial verschieblich mit dem ersten Getriebebauteil verbunden ist und eine konische Reibfläche aufweist, mehreren ersten Lamellen, die in Umfangsrichtung drehfest sowie axial verschieblich miteinander verbunden sind, und mehreren zweiten Lamellen, die in Umfangsrichtung drehfest sowie axial verschieblich miteinander und mit dem zweiten Getriebebauteil verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Lamellen wechselweise hintereinander angeordnet sind und eine Lamellenkupplung bilden, und wobei die ersten Lamellen drehfest mit einem Synchronisationselement gekoppelt sind und das Synchronisationselement axial angrenzend an die konische Reibfläche des Reibrings eine konische Gegenfläche zur Drehzahlsynchronisierung zwischen dem ersten Getriebebauteil und den ersten Lamellen aufweist,
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Zur Kraftübertragung werden in der Fahrzeugtechnik neben handgeschalteten Wechselgetrieben auch automatische Getriebe, insbesondere gestufte vollautomatische Getriebe mit hydrodynamischem Drehmomentwandler und Planetengetrieben verwendet.
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Solche vollautomatischen Stufengetriebe wirken als zugkraftunterbrechungsfreie Lastschaltgetriebe, wobei der Leistungsfluss über Planetenradsätze erfolgt und die Gangwechsel durch Koppeln bzw. Lösen einzelner Planetenradsatz-Elemente zustande kommen. Die Kopplung einzelner Planetenradsatz-Elemente erfolgt derzeit meist mittels Lamellenkupplungen, die auf ein maximal zu übertragendes Drehmoment ausgelegt werden müssen und entsprechend viele Reibstellen bzw. Lamellen zur Drehmomentübertragung umfassen. Aufgrund der zahlreichen Reibstellen sind die unerwünschten Schleppmomente im entkoppelten Zustand recht hoch und wirken sich nachteilig auf den Getriebewirkungsgrad aus.
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Aus diesem Grund wurde in der gattungsgemäßen
DE 102 44 523 A1 bereits ein Fahrzeuggetriebe vorgeschlagen, bei dem der Innenlamellenträger über eine Synchronisierung mit einem drehbaren Getriebebauteil, z.B. einer Getriebewelle gekoppelt ist. Die Synchronisierung ermöglicht wahlweise eine Entkopplung, eine reibschlüssige Kopplung oder ein formschlüssige Kopplung des Innenlamellenträgers mit dem drehbaren Getriebebauteil. Im entkoppelten Zustand der Synchronisierung treten ebenfalls Schleppmomente auf, die aufgrund der im Vergleich zur Lamellenkupplung erheblich kleineren Reibflächen jedoch deutlich geringer sind. Im entkoppelten Zustand der Schaltvorrichtung, das heißt bei offener Lamellenkupplung und entkoppelter Synchronisierung findet aufgrund der geringeren Schleppmomente eine Relativdrehung ausschließlich oder zumindest überwiegend im Bereich der Synchronisierung und gar nicht mehr bzw. kaum noch im Bereich der Lamellenkupplung statt, sodass sich der Getriebewirkungsgrad erhöht.
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Die in der
DE 102 44 523 A1 offenbarte Konstruktion des Fahrzeuggetriebes ist jedoch aufgrund der vielen Einzelbauteile sowie drei separater Federn zur axialen Beaufschlagung dieser Einzelbauteile relativ komplex und weist überdies ein unerwünscht hohes Schaltkraftniveau auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Anzahl der Einzelbauteile gering zu halten und eine konstruktiv einfache Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe zu schaffen, welche aufgrund geringer Schleppmomente zu einem hohen Getriebewirkungsgrad beiträgt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art, bei der eine der ersten Lamellen als Synchronisationslamelle ausgebildet ist, an die das Synchronisationselement einstückig angeformt ist und/oder bei der eine der ersten Lamellen als Lamellenträger ausgebildet ist, welcher alle ersten Lamellen in Umfangsrichtung formschlüssig koppelt. Das einstückige Anformen des Synchronisationselements an eine der ersten Lamellen und/oder die Ausführung einer der ersten Lamellen als Lamellenträger ermöglicht eine besonders einfache und kompakte Konstruktion der Schaltvorrichtung mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Einzelbauteilen, in dem eine der ersten Lamellen radial innenseitig einen angeformten, abgewinkelten Abschnitt hat, der eine andere Funktion übernimmt, nämlich die Reibfläche für ein Synchronisationselement auszubilden oder als Lamellenträger für andere Lamellen zu dienen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Schaltvorrichtung bildet das erste Getriebebauteil eine um die Getriebeachse drehbare Getriebewelle oder ist fest mit einer solchen Getriebewelle verbunden, während das zweite Getriebebauteil eine um die Getriebeachse drehbare, weitere Getriebewelle bildet oder fest mit einer solchen, weiteren Getriebewelle verbunden ist. Die beiden separaten Getriebewellen sind dabei insbesondere koaxial angeordnete Getriebewellen unterschiedlicher Planetenradsätze, welche durch die Schaltvorrichtung eine Drehzahlangleichung erfahren können.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Schaltvorrichtung bildet das erste Getriebebauteil oder das zweite Getriebebauteil eine um die Getriebeachse drehbare Getriebewelle oder ist fest mit einer solchen Getriebewelle verbunden, während das andere Getriebebauteil ein drehfestes Getriebegehäuse bildet oder fest mit einem solchen Getriebegehäuse verbunden ist. Die Schaltvorrichtung wirkt in diesem Fall als Bremse, welche die drehbare Getriebewelle abbremsen und drehfest am Gehäuse arretieren kann. Die Lamellenkupplung bildet dann im engeren Sinne eine Lamellenbremse.
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Die Synchronisationslamelle weist bevorzugt eine ringförmige Lamellenscheibe sowie in Umfangsrichtung beabstandete Reibfortsätze auf, wobei jeder Reibfortsatz ein Synchronisationselement mit einer konischen Gegenfläche bildet und an einem radialen Rand der Lamellenscheibe angeformt ist. Auf diese Weise lässt sich die Synchronisationslamelle mit geringem Fertigungsaufwand als umgeformte Blechlamelle herstellen.
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Alternativ ist auch denkbar, dass das Synchronisationselement ein separater Synchronring ist, der axial gegen eine der ersten Lamellen beaufschlagt ist und an dieser anliegt, insbesondere wobei der Synchronring zur drehfesten Kopplung mit der ersten Lamelle axiale Kopplungsvorsprünge aufweist, die in entsprechende Ausnehmungen der ersten Lamelle eingreifen.
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Vorzugsweise ist ein Betätigungskörper zur axialen Beaufschlagung der ersten und zweiten Lamellen vorgesehen, wobei der Betätigungskörper ausgehend von einer unbetätigten Ausgangsstellung über eine Synchronisationsstellung und eine Formschlussstellung bis hin zu einer Kupplungsstellung axial bewegbar ist, wobei in der unbetätigten Ausgangsstellung die Lamellenkupplung geöffnet ist und die ersten Lamellen in Umfangsrichtung nicht mit dem ersten Getriebebauteil gekoppelt sind, wobei in der Synchronisationsstellung die Lamellenkupplung im Wesentlichen geöffnet ist und die ersten Lamellen in Umfangsrichtung über eine Reibverbindung mit dem ersten Getriebebauteil gekoppelt sind, wobei in der Formschlussstellung die Lamellenkupplung im Wesentlichen geöffnet ist und die ersten Lamellen in Umfangsrichtung über eine Formschlussverbindung mit dem ersten Getriebebauteil gekoppelt sind, und wobei in der Kupplungsstellung die Lamellenkupplung geschlossen ist und die ersten Lamellen in Umfangsrichtung über eine Formschlussverbindung mit dem ersten Getriebebauteil gekoppelt sind. Folglich ist zum Schalten der Schaltvorrichtung nur ein einziger Betätigungskörper nötig, der bei geringem Schaltweg über das Schließen der Lamellenkupplung zunächst eine Synchronisierung zwischen dem ersten Getriebebauteil und den ersten Lamellen bewirkt und danach eine reibschlüssige Verbindung des ersten und zweiten Getriebebauteils in Umfangsrichtung sicherstellt.
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Die Synchronisationslamelle ist in diesem Fall vorzugsweise die axial am nächsten zum Betätigungskörper angeordnete erste Lamelle. Bei einer axialen Beaufschlagung der Lamellenkupplung durch den Betätigungskörper lässt sich so mit geringem Aufwand sicherstellen, dass zunächst eine Drehzahlsynchronisierung zwischen dem ersten Getriebebauteil und den ersten Lamellen stattfindet, bevor die Lamellenkupplung geschlossen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Schaltvorrichtung weist, mit Ausnahme der Synchronisationslamelle, jede der ersten Lamellen an einem radialen Lamellenrand in Umfangsrichtung beabstandete Kopplungsfortsätze auf, wobei sich die Kopplungsfortsätze in axialer Richtung erstrecken und jeweils in einen Zwischenraum zweier in Umfangsrichtung benachbarter Fortsätze der axial benachbarten ersten Lamelle eingreifen. Auf diese Weise werden jeweils zwei benachbarte erste Lamellen drehfest miteinander verbunden, sodass sich insgesamt eine Reihenschaltung ergibt, durch die letztlich alle ersten Lamellen drehfest miteinander gekoppelt sind.
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In dieser Ausführungsform der Schaltvorrichtung können die Kopplungsfortsätze der axial am weitesten vom Betätigungskörper entfernten, ersten Lamelle in der Formschlussstellung und der Kupplungsstellung des Betätigungskörpers in Aussparungen des ersten Getriebebauteils eingreifen, um zwischen dem ersten Getriebebauteil und den ersten Lamellen eine drehfeste Formschlussverbindung herzustellen.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Schaltvorrichtung ist die axial am weitesten vom Betätigungskörper entfernte erste Lamelle als Lamellenträger zur drehfesten Formschlusskopplung aller ersten Lamellen ausgeführt.
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In dieser Ausführungsform kann die als Lamellenträger ausgeführte erste Lamelle eine ringförmige Lamellenscheibe aufweisen, wobei an einem radialen Rand der Lamellenscheibe in Umfangsrichtung beabstandete, axial abgebogene Kopplungslaschen angeformt sind, die an einem von der Lamellenscheibe abgewandten Ende durch einen Stabilisierungsring miteinander verbunden sind. Aufgrund des Stabilisierungsrings ergibt sich eine besonders hohe Belastbarkeit und Drehmomentübertragungskapazität der Lamellenkupplung.
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Ferner können die Kopplungslaschen der als Lamellenträger ausgeführten, ersten Lamelle in der Formschlussstellung und der Kupplungsstellung des Betätigungskörpers in Aussparungen des ersten Getriebebauteils eingreifen, um zwischen den ersten Lamellen und dem ersten Getriebebauteil eine drehfeste Formschlussverbindung herzustellen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltvorrichtung ist ein Federelement vorgesehen, welches die konische Reibfläche des Reibrings axial in Richtung zur konischen Gegenfläche des Synchronisationselements beaufschlagt. Dabei bilden das erste Getriebebauteil, der Reibring und das Federelement insbesondere eine axial vorgespannte, vormontierte Baueinheit.
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Der Reibring kann beispielsweise an einem ersten axialen Ende einer Blechhülse angeformt sein, wobei die Blechhülse an einem entgegengesetzten zweiten axialen Ende elastische Rastelemente zum Ausbilden einer Rastverbindung mit dem ersten Getriebebauteil aufweist. Diese Integration des Reibrings in eine Blechhülse führt zu einer äußerst kompakten Bauweise sowie einer besonders geringen Anzahl benötigter Einzelbauteile für die Schaltvorrichtung.
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Das Federelement stützt sich in diesem Fall vorzugsweise am ersten Getriebebauteil sowie an abgebogenen Federlagerlaschen der Blechhülse ab.
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Ferner ist bevorzugt, dass das erste Getriebebauteil eine Kupplungsscheibe mit radial nach außen ragenden Klauen ist, wobei am zweiten axialen Ende der Blechhülse Blechlaschen angeformt sind, die sich zwischen benachbarte Klauen der Kupplungsscheibe erstrecken und den Reibring drehfest mit der Kupplungsscheibe verbinden. Die Blechhülse ist somit ein vorteilhaftes Multifunktionsbauteil, welches eine konische Reibfläche zur Drehzahlsynchronisierung, Blechlaschen zur drehfesten Verbindung mit dem ersten Getriebebauteil sowie gegebenenfalls Federlagerlaschen zur Abstützung eines Federelements aufweist.
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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 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
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3 eine teilgeschnittene, perspektivische Explosionsansicht der Schaltvorrichtung gemäß 2;
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4 einen Längsschnitt durch die zusammengesetzte Schaltvorrichtung gemäß 2 in einer unbetätigten Ausgangsstellung;
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5 einen weiteren Längsschnitt durch die zusammengesetzte Schaltvorrichtung gemäß 2 der unbetätigten Ausgangsstellung;
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6 noch einen weiteren Längsschnitt durch die zusammengesetzte Schaltvorrichtung gemäß 2 der unbetätigten Ausgangsstellung;
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7 einen Detailschnitt durch eine vormontierte Baueinheit der Schaltvorrichtung gemäß 2;
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8 eine perspektivische Ansicht der vormontierten Baueinheit gemäß 7;
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9 einen Detailschnitt durch die Lamellenkupplung der Schaltvorrichtung gemäß 2;
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10 eine perspektivische Ansicht der Lamellenkupplung gemäß 9;
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11 einen Längsschnitt durch die Schaltvorrichtung gemäß 2 in einer Kupplungsstellung;
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12 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung in einer unbetätigten Ausgangsstellung;
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13 einen Detailausschnitt der Schaltvorrichtung gemäß 12 im Bereich der Lamellenkupplung;
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14 eine perspektivische Explosionsansicht der Schaltvorrichtung gemäß 12;
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15 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung in einer unbetätigten Ausgangsstellung;
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16 einen weiteren Längsschnitt durch die Schaltvorrichtung gemäß 15;
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17 eine perspektivische Explosionsansicht einer vormontierten Baugruppe der Schaltvorrichtung gemäß 15;
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18 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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19 einen Längsschnitt durch die zusammengesetzte Schaltvorrichtung gemäß 18 in einer unbetätigten Ausgangsstellung;
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20 einen weiteren Längsschnitt durch die zusammengesetzte Schaltvorrichtung gemäß 18 in einer unbetätigten Ausgangsstellung;
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21 eine perspektivische Ansicht einer Lamellenkupplung der Schaltvorrichtung gemäß 18;
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22 ein Schnittdetail der Schaltvorrichtung gemäß 19; und
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23 einen Längsschnitt durch die zusammengesetzte Schaltvorrichtung gemäß 19 in einer Kupplungsstellung.
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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 24 vorgesehen, wobei im Folgenden auch Planetenradträger, Sonnenräder und Hohlräder der Planetengetriebe als Getriebewellen 24 bezeichnet werden. Die Getriebewellen 24 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 24 entweder mit einer weiteren Getriebewelle 24 oder mit dem Getriebegehäuse 16 koppeln bzw. die Getriebewelle 24 von der weiteren Getriebewelle 24 oder dem Getriebegehäuse 16 entkoppeln können.
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Dabei wird eine Schaltvorrichtung 26, welche die Getriebewelle 24 mit dem Getriebegehäuse 16 koppelt, auch als Bremsvorrichtung, und eine Schaltvorrichtung 28, welche zwei Getriebewellen 24 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 Schaltvorrichtungen 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 11 zeigen eine Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26 eines Kraftfahrzeuggetriebes, speziell eines vollautomatischen Stufengetriebes 10, wobei die Schaltvorrichtung 26, insbesondere ein Betätigungskörper 30 der Schaltvorrichtung 26 unterschiedliche Axialstellungen einnehmen kann, konkret eine axiale Ausgangsstellung (4 bis 6), eine axiale Synchronisationsstellung, eine axiale Formschlussstellung sowie eine axiale Kupplungsstellung (11).
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Die Schaltvorrichtung 26 umfasst ein erstes Getriebebauteil 32 und ein zweites Getriebebauteil 34, die relativ zueinander um eine Getriebeachse A verdrehbar sind, einen Reibring 36, der in Umfangsrichtung drehfest sowie axial verschieblich mit dem ersten Getriebebauteil 32 verbunden ist und eine konische Reibfläche 38 aufweist, mehrere erste Lamellen 40, die in Umfangsrichtung drehfest sowie axial verschieblich miteinander verbunden sind, und mehrere zweite Lamellen 42, die in Umfangsrichtung drehfest sowie axial verschieblich miteinander und mit dem zweiten Getriebebauteil 34 verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Lamellen 40, 42 in axialer Richtung wechselweise hintereinander angeordnet sind und eine Lamellenkupplung 44 bilden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den 2 bis 11 sind die ersten Lamellen 40 Innenlamellen, die an einer radialen Innenseite drehfest und axial verschieblich miteinander verbunden sind, wobei auf die Kopplung der ersten Lamellen 40 in Umfangsrichtung später noch genauer eingegangen wird. Entsprechend sind die zweiten Lamellen 42 Außenlamellen, die jeweils drehfest und axial verschieblich mit dem als Außenlamellenträger ausgeführten zweiten Getriebebauteil 34 verbunden sind.
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Das erste Getriebebauteil 32 ist im Ausführungsbeispiel gemäß den 2 bis 11 eine Kupplungsscheibe 46, die fest mit einer Getriebewelle 24 des Stufengetriebes 10 verbunden oder sogar einstückig mit dieser ausgebildet ist. Das zweite Getriebebauteil 34 ist hingegen als drehfestes Getriebegehäuse 16 ausgeführt oder fest mit einem solchen Getriebegehäuse 16 verbunden. Entsprechend wirkt die Schaltvorrichtung 26 als Bremsvorrichtung und kann die fest mit der Kupplungsscheibe 46 verbundene Getriebewelle 24 am Getriebegehäuse 16 arretieren.
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Statt der festen Verbindung mit dem Getriebegehäuse 16 kann das zweite Getriebebauteil 34 alternativ auch als weitere Getriebewelle 24 ausgeführt oder fest mit einer solchen, weiteren Getriebewelle 24 verbunden sein. Bei dieser fest mit dem zweiten Getriebebauteil 34 verbundenen, weiteren Getriebewelle 24 und der fest mit dem ersten Getriebebauteil 32 verbundenen Getriebewelle 24 handelt es sich explizit um zwei voneinander verschiedene, separate Getriebewellen 24 unterschiedlicher Planetenradsätze 14, die insbesondere koaxial angeordnet sind. Eine solche Schaltvorrichtung 28 wirkt dann entsprechend als Kupplungsvorrichtung, welche die Getriebewelle 24 eines Planetenradsatzes 14 mit der Getriebewelle 24 eines anderen Planetenradsatzes 14 über eine Lamellenkupplung 44 und eine Synchronisierung in Drehrichtung koppeln kann. Dabei findet zunächst eine Drehzahlangleichung zwischen den ersten Lamellen 40 und dem ersten Getriebebauteil 32 statt, bevor die Getriebewellen 24 über eine Reibschlussverbindung der Lamellenkupplung 44 und eine Formschlussverbindung der Synchronisierung im Wesentlichen drehfest verbunden werden.
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Die Synchronisierung zwischen den ersten Lamellen 40 und der fest mit der Getriebewelle 24 verbundenen Kupplungsscheibe 46 ist vorgesehen, um die bei geöffneter Lamellenkupplung 44 auftretenden, relativ hohen Schleppmomente in der Lamellenkupplung 44 zu verringern.
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Die ersten Lamellen 40 sind hierzu drehfest mit einem Synchronisationselement 48 gekoppelt, wobei das Synchronisationselement 48 axial angrenzend an die konische Reibfläche 38 des Reibrings 36 eine konische Gegenfläche 50 zur Drehzahlsynchronisierung zwischen dem ersten Getriebebauteil 32 und den ersten Lamellen 40 aufweist.
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Anhand der 3, 4, 9 und 11 wird deutlich, dass eine der ersten Lamellen 40 als Synchronisationslamelle 52 ausgebildet ist, an die das Synchronisationselement 48 einstückig angeformt ist. Die Synchronisationslamelle 52 weist dabei eine ringförmige Lamellenscheibe, die sich in einer Ebene senkrecht zur Getriebeachse A erstreckt, sowie in Umfangsrichtung beabstandete Reibfortsätze 54 auf, wobei jeder Reibfortsatz 54 ein Synchronisationselement 48 mit einer konischen Gegenfläche 50 bildet und an einem radial inneren Rand der Lamellenscheibe angeformt ist.
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Um eine zuverlässige Synchronisierung vor dem Schließen der Lamellenkupplung 44 zu gewährleisten, ist die Synchronisationslamelle 52 in axialer Richtung möglichst nah am Betätigungskörper 30 angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Synchronisationslamelle 52 sogar die axial am nächsten zum Betätigungskörper 30 angeordnete erste Lamelle 40, wie in den 4 und 11 dargestellt.
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Gemäß den 9 und 10 weist, mit Ausnahme der Synchronisationslamelle 52, jede der ersten Lamellen 40 an einem radial inneren Lamellenrand in Umfangsrichtung beabstandete Kopplungsfortsätze 56 auf, wobei sich die Kopplungsfortsätze 56 in axialer Richtung erstrecken und jeweils in einen Zwischenraum zweier in Umfangsrichtung benachbarter Kopplungsfortsätze 56 der axial benachbarten ersten Lamelle 40 eingreifen. Auf diese Weise werden jeweils zwei benachbarte erste Lamellen 40 drehfest miteinander verbunden, sodass sich insgesamt eine Reihenschaltung ergibt, durch die letztlich alle ersten Lamellen 40 drehfest miteinander gekoppelt sind.
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Anhand der 10 wird deutlich, dass die Reibfortsätze 54 der Synchronisationslamelle 52 in Umfangsrichtung die gleiche Verteilung und Abmessung aufweisen wie die Kopplungsfortsätze 56 der übrigen ersten Lamellen 40. Folglich lässt sich die Synchronisationslamelle 52 über die Kopplungsfortsätze 56 der axial benachbarten ersten Lamelle 40 in Umfangsrichtung ebenfalls problemlos mit den übrigen ersten Lamellen 40 durch Formschluss im Wesentlichen drehfest koppeln.
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Aufgrund der beschriebenen Formschlusskopplung der ersten Lamellen 40 in Umfangsrichtung kann in vorteilhafter Weise auf einen separaten Lamellenträger für die ersten Lamellen 40 verzichtet werden. Dadurch vereinfacht sich die Konstruktion der Schaltvorrichtung 26, und die Anzahl der Einzelbauteile wird in vorteilhafter Weise reduziert.
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Die Kopplungsfortsätze 56 der axial am weitesten vom Betätigungskörper 30 entfernten, ersten Lamelle 40 werden im Übrigen auch genutzt, um zwischen den in Umfangsrichtung gekoppelten ersten Lamellen 40 und dem ersten Getriebebauteil 32 eine drehfeste Formschlussverbindung herzustellen. Das erste Getriebebauteil 32 ist gemäß den 3 und 8 als Kupplungsscheibe 46 mit radial nach außen ragenden Klauen 58 ausgebildet, wobei die Kopplungsfortsätze 56 der axial am weitesten vom Betätigungskörper 30 entfernten ersten Lamelle 40 in der Formschlussstellung und der Kupplungsstellung des Betätigungskörpers 30 (siehe 11) in Umfangsrichtung zwischen die Klauen 58 eingreifen und über die Kupplungsscheibe 46 eine drehfeste Formschlussverbindung mit der Getriebewelle 24 ausbilden.
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Gemäß den 4 bis 6 weist die Schaltvorrichtung 26 im Übrigen ein Federelement 60 auf, welches die konische Reibfläche 38 des Reibrings 36 axial in Richtung zur konischen Gegenfläche 50 des Synchronisationselements 48 beaufschlagt.
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In der Ausführungsform gemäß den 2 bis 11 ist der Reibring 36 dabei an einem ersten axialen Ende einer Blechhülse 62 angeformt, wobei die Blechhülse 62 an einem entgegengesetzten zweiten axialen Ende elastische Rastelemente 64 zum Ausbilden einer Rastverbindung mit dem ersten Getriebebauteil 32 aufweist. Das Federelement 60 stützt sich dabei in axialer Richtung einerseits am ersten Getriebebauteil 32 und andererseits an abgebogenen Federlagerlaschen 66 der Blechhülse 62 ab (siehe 5 und 7), wobei die Federlagerlaschen 66 durch Stanzen in die Blechhülse 62 freigelegte Zungen sind, die radial einwärts abgewinkelt werden.
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Auf diese Weise bilden das erste Getriebebauteil 32, das Federelement 60 und der Reibring 36 bzw. die Blechhülse 62 eine axial vorgespannte, vormontierte Baueinheit 63, wie sie in 8 dargestellt ist.
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Wird nun der Reibring 36 über das Synchronisationselement 48 der Synchronisationslamelle 52 axial vom Betätigungskörper 30 beaufschlagt, so kann sich die Blechhülse 62 entgegen einer Axialkraft des Federelements 60 in Richtung zum ersten Getriebebauteil 32 bewegen. Folglich wird die Größe des Synchronmoments zwischen der Reibfläche 38 und der Gegenfläche 50 durch die axiale Federkraft des Federelements 60 limitiert.
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Anhand der 8 wird außerdem deutlich, dass am zweiten axialen Ende der Blechhülse 62 Blechlaschen 68 angeformt sind, die sich zwischen benachbarte Klauen 58 der Kupplungsscheibe 46 erstrecken, sodass der Reibring 36 über die Kupplungsscheibe 46 in allen axialen Schaltstellungen des Betätigungskörpers 30 drehfest mit der Getriebewelle 24 verbunden ist.
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Die Funktionsweise der Schaltvorrichtung 26 wird im Folgenden ausgehend von der in den 4 bis 6 gezeigten, unbetätigten Ausgangsstellung des Betätigungskörpers 30 beschrieben.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schaltvorrichtung 26 Teil eines elektrohydraulisch angesteuerten, vollautomatischen Stufengetriebes 10, sodass der Betätigungskörper 30 durch den Druck eines Hydraulikfluids beaufschlagbar ist, um die Rotation der Kupplungsscheibe 46 bzw. der Getriebewelle 24 zu beeinflussen.
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Statt einer hydraulischen Betätigung ist alternativ selbstverständlich auch eine elektromotorische Betätigung der Schaltvorrichtung 26 denkbar.
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Gemäß den 4 bis 6 weist das zweite Getriebebauteil 34 einen Zylinderabschnitt 70 auf. Ferner ist der Betätigungskörper 30 als Kolben ausgeführt, welcher im Zylinderabschnitt 70 axial verschieblich geführt ist. Der Zylinderabschnitt 70 und der als Kolben ausgeführte Betätigungskörper 30 definieren dabei eine druckbeaufschlagbare, ringförmige Kammer 72 zur Axialverschiebung des Kolbens.
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Gemäß den 4 bis 6 bewegt sich der Betätigungskörper 30 mit steigendem Druck des Hydraulikfluids nach links. Um den Betätigungskörper 30 nach rechts zurückzustellen, kann beispielsweise eine (nicht dargestellte) Feder vorgesehen sein, welche den Betätigungskörper 30 in seine dargestellte axiale Ausgangsstellung beaufschlagt. Alternativ ist auch denkbar, dass der Betätigungskörper 30 hydraulisch zurückgestellt wird.
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In der unbetätigten, axialen Ausgangsstellung des Betätigungskörpers 30 gemäß den 4 bis 6 befinden sich der Reibring 36 und das Synchronisationselement 48 in einer sogenannten Lüftstellung, bei der die Reibfläche 38 von der Gegenfläche 50 beabstandet ist. Folglich sind die ersten Lamellen 40 in Umfangsrichtung nicht mit dem ersten Getriebebauteil 32 gekoppelt.
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Darüber hinaus sind in der unbetätigten Ausgangsstellung des Betätigungskörpers 30 auch die axial aneinandergrenzenden ersten und zweiten Lamellen 40, 42 gelüftet, d.h. axial voneinander beabstandet. Dies bedeutet, dass die Lamellenkupplung 44 geöffnet ist.
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In der Lüftstellung der Synchronisierung stellt sich bei einem Drehzahlunterschied zwischen dem ersten Getriebebauteil 32 und dem zweiten Getriebebauteil 34 ein Schleppmoment ein, das jedoch aufgrund der deutlich kleineren Reibfläche erheblich geringer ausfällt als das Schleppmoment der geöffneten Lamellenkupplung 44. Dementsprechend findet eine Relativdrehung in der Ausgangsstellung der Schaltvorrichtung 26 ausschließlich oder zumindest überwiegend innerhalb der Synchronisierung zwischen dem Reibring 36 und dem Synchronisationselement 48 statt. Die ersten Lamellen 40 bewegen sich aufgrund der Schleppmomente in der (geöffneten) Lamellenkupplung 44 synchron oder zumindest weitgehend synchron mit den zweiten Lamellen 42, sodass in der Ausgangsstellung der Schaltvorrichtung 26 lediglich das geringere Schleppmoment der Synchronisierung auftritt, was sich positiv auf den Getriebewirkungsgrad auswirkt.
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Infolge einer beginnenden Druckbeaufschlagung der Kammer 72 bewegt sich der Betätigungskörper 30 nach links in eine axiale Synchronisationsstellung und beaufschlagt über die angrenzende, axial äußere zweite Lamelle 42 die Synchronisationslamelle 52 und damit die konische Gegenfläche 50 des Synchronisationselements 48 gegen die konische Reibfläche 38 des Reibrings 36. Der Kontakt zwischen den beiden konischen Flächen führt zu einer Synchronisierung, d.h. einem Drehzahlangleich zwischen den ersten Lamellen 40 und dem Reibring 36 bzw. dem drehfest mit dem Reibring 36 verbundenen, ersten Getriebebauteil 32.
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Aufgrund der Axialkraft des Federelements 60 wird die gelüftete Lamellenkupplung 44 nicht geschlossen. Es wirkt lediglich ein Reibmoment zwischen der Lamellenscheibe der Synchronisationslamelle 52 und der axial zwischen der Synchronisationslamelle 52 und dem Betätigungskörper 30 angeordneten, zweiten Lamelle 42. Durch die Konusverstärkung zwischen der konischen Reibfläche 38 und der konischen Gegenfläche 50 dominiert das dort entstehende Reibmoment gegenüber dem Reibmoment in der ebenen Reibfläche zwischen der Synchronisationslamelle 52 und der axial zum Betätigungskörper 30 hin angrenzenden zweiten Lamelle 42, wodurch die Drehzahl aller ersten Lamellen 40 auf die Drehzahl des ersten Getriebebauteils 32 synchronisiert wird. Die Höhe des Synchronmoments ist dabei über die Axialkraft des Federelements 60 limitiert.
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Bei einer Erhöhung des Hydraulikdrucks in der Kammer 72 werden die ersten Lamellen 40 und die zweiten Lamellen 42 der Lamellenkupplung 44 axial in Richtung zur Kupplungsscheibe 46 verschoben, bis die Kopplungsfortsätze 56 der axial am weitesten vom Betätigungskörper 30 entfernten, ersten Lamelle 40 in die Zwischenräume der Klauen 58 der Kupplungsscheibe 46 eingreifen, um eine drehfeste Formschlussverbindung zwischen den ersten Lamellen 40 und dem ersten Getriebebauteil 32 herzustellen.
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Bei hergestellter Formschlussverbindung, aber noch weitgehend geöffneter Lamellenkupplung 44 befindet sich der Betätigungskörper 30 in seiner axialen Formschlussstellung.
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Falls die Kopplungsfortsätze 56 der axial am weitesten vom Betätigungskörper 30 entfernten, ersten Lamelle 40 nicht unmittelbar zwischen den Klauen 58 mit der Kupplungsscheibe 46 in Eingriff gebracht werden können, weil die Kopplungsfortsätze 56 axial an die Klauen 58 angrenzen, so wird die Lamellenkupplung 44 aufgrund des Hydraulikdrucks in der Kammer 72 zumindest temporär teilweise geschlossen, wodurch sich das Reibmoment in der Lamellenkupplung 44 erhöht. Infolge dieses erhöhten Reibmoments baut sich eine Differenzdrehzahl zwischen den ersten Lamellen 40 und dem ersten Getriebebauteil 32 auf, welche das Eindocken der Kopplungsfortsätze 56 zwischen den Klauen 58 ermöglicht.
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Wird in der Formschlussstellung des Betätigungskörpers 30 der Hydraulikdruck in der Kammer 72 weiter erhöht, so werden die ersten Lamellen 40 und die zweiten Lamellen 42 der Lamellenkupplung 44 zunächst bis zu einem axialen Anschlagring 74 (11) verschoben und anschließend axial zusammengepresst. Der Betätigungskörper 30 hat dann seine axiale Kupplungsstellung eingenommen, in der die Lamellenkupplung 44 geschlossen ist und die ersten Lamellen 40 in Umfangsrichtung über eine Formschlussverbindung mit dem ersten Getriebebauteil 32 gekoppelt sind.
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In dieser Kupplungsstellung kann nun der volle Hydraulikdruck in der Kammer 72 aufgebracht werden, um eine Drehzahlangleichung zwischen dem ersten Getriebebauteil 32 und dem zweiten Getriebebauteil 34 durchzuführen oder ein gewünschtes Drehmoment zu übertragen.
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Bei Absinken des Hydraulikdrucks in der Kammer 72 kann das gespannte Federelement 60 die Lamellen 40, 42 axial zurückstellen, d.h. gemäß 11 nach rechts verschieben, wobei die ersten Lamellen 40 von der Kupplungsscheibe 46 in Umfangsrichtung entkoppelt werden. Sobald der Betätigungskörper 30 wieder seine unbetätigte, axiale Ausgangsstellung erreicht, können sich alle Reibteile der Schaltvorrichtung 26 innerhalb der vorhandenen Axialspiele wieder voneinander trennen bzw. lüften.
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Die 12 bis 14 zeigen eine weitere Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, welche sich von der Ausführungsform gemäß den 2 bis 11 lediglich hinsichtlich der Kopplung der ersten Lamellen 40 in Umfangsrichtung unterscheidet.
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Gemäß den 12 bis 14 bildet nämlich eine der ersten Lamellen 40 einen Lamellenträger 76, der alle ersten Lamellen 40 in Umfangsrichtung formschlüssig koppelt.
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Anhand der 12 und 13 wird deutlich, dass im vorliegenden Fall die axial am weitesten vom Betätigungskörper 30 entfernte erste Lamelle 40 als Lamellenträger 76 zur drehfesten Formschlusskopplung aller ersten Lamellen 40 ausgeführt ist.
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Gemäß 14 weist die als Lamellenträger 76 ausgeführte erste Lamelle 40 eine ringförmige Lamellenscheibe auf, die sich in einer Ebene senkrecht zur Getriebeachse A erstreckt, wobei an einem radial inneren Rand der Lamellenscheibe in Umfangsrichtung beabstandete, axial abgebogene Kopplungslaschen 78 angeformt sind, die an einem von der Lamellenscheibe abgewandten Ende durch einen einstückig angeformten Stabilisierungsring 80 miteinander verbunden sind. Die erste Lamelle 40 ist ein reines Stanz-Biegeteil.
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Die Kopplungsfortsätze 56 der ersten Lamellen 40, welche axial zwischen der Synchronisationslamelle 52 und der axial am weitesten vom Betätigungskörper 30 entfernten ersten Lamelle 40 angeordnet sind, können dadurch gegenüber der Ausführungsform gemäß den 2 bis 11 vereinfacht ausgebildet sein. So sind die Kopplungsfortsätze 56 dieser ersten Lamellen 40 gemäß 13 nicht mehr axial umgeformt, sondern lediglich als radial einwärts ragende Vorsprünge ausgeführt.
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Durch die axial ineinandergesteckten Kopplungsfortsätze 56 zweier benachbarter erster Lamellen 40 gemäß den 9 und 10 werden die auftretenden Reibmomente jeweils von einer ersten Lamelle 40 auf die nächste erste Lamelle 40 übergeben. Dadurch summieren sich die Reibmomente an der axial am weitesten vom Betätigungskörper 30 entfernten ersten Lamelle 40 auf, sodass deren frei auskragende Kopplungsfortsätze 56 hoch belastet sind. Demgegenüber kragen die Kopplungslaschen 78 der als Lamellenträger 76 ausgeführten ersten Lamelle 40 in axialer Richtung nicht frei aus, sondern sind durch den Stabilisierungsring 80 miteinander verbunden. Aufgrund dieser korbähnlichen, geschlossenen Form des Lamellenträgers 76 ergibt sich eine besonders hohe Belastbarkeit der Kopplungslaschen 78.
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Analog zur Ausführungsform gemäß den 2 bis 11 greifen die Kopplungslaschen 78 in der Formschlussstellung und der Kupplungsstellung des Betätigungskörpers 30 zwischen die Klauen 58 der Kupplungsscheibe 46 ein, um zwischen den ersten Lamellen 40 und dem ersten Getriebebauteil 32 eine drehfeste Formschlussverbindung herzustellen.
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Die 15 bis 17 zeigen eine weitere Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, welche sich von der Ausführungsform gemäß den 2 bis 11 lediglich hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus der vormontierten Baueinheit 63 unterscheidet.
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Die komplexe Blechhülse 62 gemäß den 7 und 8 wurde dabei ersetzt durch eine mehrteilige Baugruppe umfassend eine Blechhülse 82, eine Lagerhülse 84, einen separaten Reibring 86 sowie einen Sprengring 88.
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Die Lagerhülse 84 ist dabei in axialer Richtung fest mit dem ersten Getriebebauteil 32 verbunden, beispielsweise verpresst. Die Blechhülse 82, das Federelement 60 und der Reibring 86 werden axial auf die Lagerhülse 84 geschoben und vom Sprengring 88 in einer axial vorgespannten Stellung arretiert. Der Reibring 86 ist dabei über eine Formschlussverbindung drehfest sowie axial begrenzt
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verschieblich mit der Lagerhülse 84 bzw. dem ersten Getriebebauteil 32 verbunden. Analog zur Blechhülse 62 gemäß den 7 und 8 bildet auch die Blechhülse 82 gemäß den 15 bis 17 über die Blechlaschen 68 in allen Axialstellungen des Betätigungskörpers 30 eine drehfeste Formschlussverbindung mit dem ersten Getriebebauteil 32 aus.
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Hinsichtlich der Funktionsweise ergibt sich bei der Schaltvorrichtung 26 gemäß den 15 bis 17 keine Veränderung gegenüber der Ausführungsform gemäß den 2 bis 11.
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Die 18 bis 23 zeigen eine weitere Ausführungsform der Schaltvorrichtung 26, wobei die ersten Lamellen 40 im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen als Außenlamellen und die zweiten Lamellen 42 entsprechend als Innenlamellen ausgeführt sind.
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Das erste Getriebebauteil 32 ist hier eine Kupplungsscheibe 90, die drehfest mit dem Getriebegehäuse 16 verbunden ist. Das zweite Getriebebauteil 34 ist als Innenlamellenträger ausgeführt und fest mit einer Getriebewelle 24 des Stufengetriebes 10 verbunden.
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Analog zur Ausführungsform gemäß den 12 bis 14 ist eine der ersten Lamellen 40, konkret die axial am weitesten vom Betätigungskörper 30 entfernte erste Lamelle 40, als Lamellenträger 76 ausgebildet, der alle ersten Lamellen 40 in Umfangsrichtung formschlüssig koppelt (21).
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Die drehfeste Formschlusskopplung zwischen den ersten Lamellen 40 und dem Lamellenträger 76 erfolgt durch radial nach außen ragende Mitnahmenocken 94 an den ersten Lamellen 40, welche in Umfangsrichtung passgenau in entsprechende Ausnehmungen 96 des Lamellenträgers 76 eingreifen.
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In den 18, 20 und 21 fällt auf, dass die Mitnahmenocken 94 der axial am nächsten zum Betätigungskörper 30 angeordneten ersten Lamelle 40 radial weiter nach außen ragen als die Mitnahmenocken 94 der übrigen ersten Lamellen 40. Insbesondere ragen die Mitnahmenocken 94 der axial am nächsten zum Betätigungskörper 30 angeordneten ersten Lamelle 40 über eine radiale Außenseite der Kopplungslaschen 78 des Lamellenträgers 76 hinaus.
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Das Synchronisationselement 48 der Schaltvorrichtung 26 gemäß den 18 bis 23 ist ein separater Synchronring 98, der in axialer Richtung gegen die axial am nächsten zum Betätigungskörper 30 angeordnete erste Lamelle 40 beaufschlagt ist und an den radial vorstehenden Mitnahmenocken 94 dieser ersten Lamelle 40 anliegt.
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Gemäß 18 weist der Synchronring 98 zur drehfesten Kopplung mit der axial am nächsten zum Betätigungskörper 30 angeordneten ersten Lamelle 40 axiale Kopplungsvorsprünge 100 auf, welche in entsprechende Ausnehmungen 102 zwischen den Mitnahmenocken 94 dieser ersten Lamelle 40 eingreifen.
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Die Funktionsweise der zu Beginn erläuterten Ausführungsform lässt sich analog auch auf die Schaltvorrichtung 26 gemäß den 18 bis 23 übertragen, wobei diesbezüglich explizit auf die entsprechende Beschreibung zu den 2 bis 11 verwiesen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10244523 A1 [0004, 0005]
