DE102016218166B3

DE102016218166B3 - Rotierende Schaltelementanordnung

Info

Publication number: DE102016218166B3
Application number: DE102016218166.1A
Authority: DE
Inventors: Christoph Margraf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2036-09-22
Also published as: US20180080506A1; US10527108B2

Abstract

Es wird eine rotierende Schaltelementanordnung für ein Automatikgetriebe eines Fahrzeuges mit einem Zylinderelement (2) vorgeschlagen, in dem ein Betätigungskolben (3) zum Betätigen eines Schaltelementes (1) axial bewegbar angeordnet ist, wobei ein Ausgleichsraum (4) des Schaltelementes (1) durch den Betätigungskolben (3) und eine Stauscheibe (5) vorgesehen ist, und wobei die Stauscheibe (5) radial außerhalb der Kolbenfläche (6) des Betätigungskolbens (3) fixiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende Schaltelementanordnung in einem Automatikgetriebe eines Fahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Rotierende Schaltelementanordnungen sind aus der Fahrzeugtechnik hinreichend bekannt. Üblicherweise sind die Schaltelemente in einem Gehäuse eines Getriebes, insbesondere in einem Automatikgetriebe, vorgesehen und werden üblicherweise hydraulisch betätigt. Hierzu ist ein hydraulisch betätigter Betätigungskolben vorgesehen, der zum Betätigen des Schaltelements in axialer Richtung bewegbar angeordnet ist. Zum Ausgleich von dynamischen Kräften infolge der Zentrifugalkraft ist ein Ausgleichsraum vorgesehen. Dieser Ausgleichsraum wird üblicherweise durch den Betätigungskolben und durch eine Stauscheibe gebildet. Die Stauscheibe ist üblicherweise als Blechteil ausgeführt und am Innendurchmesser des den Betätigungskolben aufnehmenden Zylinders fixiert.
Nachteilig bei der bekannten Schaltelementanordnung ist die hohe Bauteilbelastung an der Stauscheibe im Bereich der Fixierung, sodass erhebliche Bauteilabmessungen bei der Stauscheibe erforderlich sind, um die ausreichende mechanische Festigkeit zu gewährleisten. Dadurch erhöhen sich nicht nur die Herstellungskosten sondern auch der Bauraumbedarf.
Aus der US 6,193,042 B1 beispielsweise ist eine rotierende Kupplung bekannt, die einen Außenlamellenträger, einen Innenlamellenträger, ein Lamellenpaket, einen hydraulisch betätigbaren Kolben, ein Kolbenrückstellelement, eine innenlamellenträgerfeste Stützscheibe und eine Stauscheibe umfasst. Der zum Schließen der Kupplung mit Druck beaufschlagbare Kolben weist in radialer Richtung gesehen in etwa mittig einem am Kolben angeformten Druckring auf, der bei Druckbeaufschlagung des Kolbens axial auf das Lamellenpaket wirkt. Das als Druckfederpaket ausgebildete Kolbenrückstellelement ist axial zwischen Kolben und Lamellenpaket radial unterhalb des Druckrings angeordnet. Die mit dem Innenlamellenträger verdrehfest verbundene Stützscheibe ist topfförmig ausgebildet, auf der dem Lamellenpaket abgewandten Seite des Kolbens angeordnet und bildet zusammen mit dem Kolben den mit Druck beaufschlagbaren Druckraum der Kupplung. Die Stauscheibe ist oberhalb des Druckrings des Kolbens im Zylinderraum der Stützscheibe angeordnet, auf einem Durchmesser größer dem Kolben-Außendurchmesser in eine im zylindrischen Abschnitt der Stützscheibe angeordnete Nut eingehängt und bildet zusammen mit dem Kolben und dem Zylinder der Stützscheibe einem drucklos mit Schmiermittel befüllbaren Druckausgleichsraum.
Aus der DE 10 2015 202 104 A1 ist eine weitere rotierende Kupplung mit einem Außenlamellenträger, einem Innenlamellenträger, einem Lamellenpaket, einem hydraulisch betätigbaren Kolben, einem Kolbenrückstellelement, einer innenlamellenträgerfesten Stützscheibe und einer Stauscheibe bekannt. Der zum Schließen der Kupplung mit Druck beaufschlagbare Kolben weist einen am Kolben-Außendurchmesser auf den Kolben aufgeschobenen separaten Druckring auf, der bei Druckbeaufschlagung des Kolbens axial auf das Lamellenpaket wirkt. Das als Druckfederpaket ausgebildete Kolbenrückstellelement ist axial zwischen Kolben und Lamellenpaket innerhalb des Kolbens angeordnet. Die mit dem Innenlamellenträger verdrehfest verbundene topfförmige Stützscheibe ist auf der dem Lamellenpaket abgewandten Seite des Kolbens angeordnet und bildet zusammen mit dem Kolben den mit Druck beaufschlagbaren Druckraum der Kupplung. Die Stauscheibe ist in dem von Kolben und Druckring gebildeten Zylinderraum angeordnet, auf einem Durchmesser kleiner dem Kolben-Innendurchmesser in die Lamellenverzahnung des Innenlamellenträgers eingehängt und bildet zusammen mit dem Kolben drucklos mit Schmiermittel befüllbaren Druckausgleichsraum.
Auch aus der DE 103 23 515 A1 ist eine hydraulisch betätigbare Kupplung bekannt, umfassend einen Außenlamellenträger, einen Innenlamellenträger, ein Lamellenpaket, einen mit Druck beaufschlagbaren axial verschiebbaren Kolben mit einem im Bereich des Außendurchmessers des Kolbens angeformten Druckring, der bei Druckbeaufschlagung des Kolbens axial auf das Lamellenpaket wirkt, eine mit dem Innenlamellenträger verdrehfest verbundene scheibenförmige Stützscheibe zur Bildung des Druckraums zusammen mit dem Kolben, sowie eine Stauscheibe zur Bildung eines Druckausgleichsraums zusammen dem Kolbens und der Stützscheibe.
Hierbei ist Stützscheibe scheibenförmig ausgebildet und im Zylinderraum des Innenlamellenträgers radial unterhalb des Lamellenpaketes angeordnet, wobei der Kolben die Stützscheibe in axialer Richtung radial derart umgreift, dass der Außendurchmesser des Druckraums erheblich kleiner ist als der Außendurchmesser des Kolbens. Die scheibenförmige Stauscheibe ist als dünnen Blechteil ausgeführt, das im Bereich des die Stützscheibe umgreifenden Zylinderabschnitts des Kolbens auf einem Durchmesser größer dem Druckraum-Außendurchmesser in den Kolben eingehängt ist, sodass der Druckausgleichsraum durch die Stauscheibe, den Zylinderabschnitt des Kolbens und die Stützscheibe gebildet wird. Zur Versteifung weist die Stauscheibe an ihrem Innendurchmesser eine Abkantung axialer Erstreckung auf.
Die US 4,709,795 A , die US 4,706,789 A , die JP 2007-51651 A , die JP H02-8514 A und die JP 2009-197851 A zeigen weitere Konstruktionsbeispiele für eine hydraulisch betätigbare Lamellenkupplung mit dynamischem Druckausgleichs.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltelementanordnung der eingangs beschriebenen derart zu verbessern, dass ein möglichst geringer Bauraumbedarf und möglichst geringe Herstellungskosten realisiert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen sind.
Somit wird eine rotierende Schaltelementanordnung für ein Automatikgetriebe eines Fahrzeuges vorgeschlagen. Die Schaltelementanordnung umfasst beispielsweise ein Schaltelement, welches in einem Gehäuse des Automatikgetriebes angeordnet und hydraulisch über einen in einem Zylinderelement axial bewegbar angeordneten Betätigungskolben betätigbar ist. Zum Ausgleich von dynamischen Drücken bzw. Kräften ist ein Ausgleichsraum in dem Zylinderelement vorgesehen, der durch den Betätigungskolben und einer Stauscheibe gebildet wird. Um die mechanischen Belastungen auf die Stauscheibe und dadurch auch die Bauteilabmessungen zu reduzieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stauscheibe radial außerhalb der Kolbenfläche des Betätigungskolbens fixiert ist.
Auf diese Weise wird eine besonders vorteilhafte Anbindung der Stauscheibe bei dem dynamisch druckausgeglichenen Schaltelement am Außendurchmesser der Stauscheibe bzw. radial außerhalb der Kolbenfläche des Betätigungskolbens realisiert. Demzufolge kann eine Stauscheibe mit geringer Materialstärke, zum Beispiel eine dünne Blechscheibe oder gleichen eingesetzt werden, da die Bauteilbelastungen der Fixierung der Stauscheibe am großen Außendurchmesser deutlich reduziert wird.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stauscheibe an ihrem Außendurchmesser ein radial vorstehendes Mitnahmeprofil aufweist, welches in einer Mitnahmeverzahnung oder dergleichen des Zylinderelements eingreift. Hierdurch ergibt sich eine konstruktiv einfache Fixierung der Stauscheibe beispielsweise durch Formschluss. Es ist auch denkbar, dass andere zum Beispiel kraftschlüssige oder reibschlüssige Befestigungsarten verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch die formschlüssige Verbindung, da beispielsweise eine vorhandene Mitnahmeverzahnung eines Lamellenträgers des Schaltelementes hierzu verwendet werden kann.
Im Rahmen der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das Mitnahmeprofil der Stauscheibe mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Mitnahmezähne aufweist, wobei zwischen jeweils benachbarten Mitnahmezähnen eine Ausnehmung zum axialen Durchgriff des Betätigungskolbens radial außerhalb des Dichtungsdurchmessers der Stauscheibe vorgesehen ist.
Eine weitere vorteilhafte konstruktive Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass ein Abspritzdurchmesser der Stauscheibe am Innendurchmesser der Stauscheibe konstruktiv einfach durch eine Abwinklungen oder dergleichen realisiert wird. Hierdurch sind die sonst üblichen Öffnungen nicht erforderlich, sodass die Bauteilsteifigkeit bei der erfindungsgemäßen Schaltelementanordnung weiter erhöht wird.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der vorgeschlagenen Schaltelementanordnung in dem Gehäuse eines Automatikgetriebes bzw. Doppelkupplungsgetriebes mit vorzugsweise reibschlüssigen Schaltelementen, wie zum Beispiel Lamellenkupplungen und Lamellenbremsen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische geschnittene Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Schaltelementanordnung; und
2 eine geschnittene Ansicht entlang der Schnittlinie A-A gemäß 1.
In den 1 und 2 ist eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Schaltelementanordnung exemplarisch dargestellt.
Die erfindungsgemäße Schaltelementanordnung umfasst ein rotierendes Schaltelement, welches beispielsweise als Lamellenschaltkupplung 1 dargestellt ist. Die Lamellenschaltkupplung 1 umfasst ein Zylinderelement 2, in dem ein Betätigungskolben 3 zum Betätigen der Lamellenschaltkupplung 1 axial bewegbar angeordnet ist. Zum axialen Bewegen des Betätigungskolbens 3 wird dieser mit Hydraulikmittel bzw. Öl beaufschlagt. Hierzu sind entsprechende Versorgungsbohrungen in dem Gehäuse im Bereich der Lamellenkupplung 1 vorgesehen. Zum Ausgleich von dynamischen Kräften ist ein Ausgleichsraum 4 in dem Zylinderelement 2 vorgesehen, der durch den Betätigungskolben 3 und durch eine Stauscheibe 5 begrenzt ist. Die Abdichtung zwischen der Schauscheibe 5 und dem Betätigungskolben 3 wird durch ein Dichtelement 16 realisiert.
Um die Stauscheibe 5 besonders bauraumsparend und mit geringen Abmessungen auszugestalten, ist vorgesehen, dass die Stauscheibe 5 radial außerhalb der Kolbenfläche 6 des Betätigungskolbens 3 fixiert ist. In vorteilhafter Weise kann dadurch die Stauscheibe 5 als dünnes Blech ausgeführt werden, welches eine reduzierte Bauteillänge am Innendurchmesser des Zylinderelements 2 ermöglicht. Hierdurch können die Herstellungskosten sowohl für die Stauscheibe 5 als auch für das Zylinderelement 2 und den Betätigungskolben 3 reduziert werden. Insgesamt kann somit eine besonders kostengünstige Schaltelementanordnung realisiert werden.
Die Stauscheibe 5 weist an ihrem Außendurchmesser ein radial vorstehendes Mitnahmeprofil 7 auf, welches in einer Mitnahmeverzahnung 8 des Zylinderelements 2 eingreift. Bei der hier dargestellten Ausführungsvariante bildet das Zylinderelement 2 gleichzeitig den Außenlamellenträger der Lamellenkupplung 1, in dem die Außenlamellen 14 drehfest jedoch axial verschiebbar gehalten sind.
Das Mitnahmeprofil 7 der Stauscheibe 5 weist mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Mitnahmezähne 9 auf, um eine Umfangssicherung der Stauscheibe 5 zu realisieren. Zwischen jeweils benachbarten Mitnahmezähnen 9 ist jeweils eine Ausnehmung 10 zum axialen Durchgriff des Betätigungskolbens 3 radial außerhalb bzw. oberhalb des Dichtungsdurchmessers der Stauscheibe 5 vorgesehen. Auf diese Weise ist die Umfangssicherung der Stauscheibe 5 am Außendurchmesser vorgesehen.
Die Axialsicherung der Stauscheibe 5 wird durch einen Sprengring 11 oder dergleichen realisiert. Hierzu liegt der Sprengring 11 axialseitig an den äußeren Enden der Mitnahmezähne 9 der Stauscheibe 5 an. Durch diese Art der Sprengringsicherung am großen Durchmesser reduziert sich die Bauteilbelastung.
Dadurch, dass die Fixierung der Stauscheibe 5 am Außendurchmesser erfolgt, ergibt sich zudem eine konstruktiv einfache Möglichkeit des Ausführens eines Abspritzdurchmessers der Stauscheibe 5 am Innendurchmesser. Der Abspritzdurchmesser wird durch ein abgewinkeltes offenes Ende 15 der Stauscheibe 5 gebildet.
Zusammenfassend wird eine Schaltelementanordnung vorgeschlagen, bei der der Außenlamellenträger der Lamellenkupplung 1 durch das Zylinderelement 2 gebildet wird, wobei an dem Außenlamellenträger eine Mitnahmeverzahnung 8 zum Halten der Außenlamellen 14 vorgesehen ist. Ferner ist ein Innenlamellenträger 12 zum Halten der Innenlamellen 13 vorgesehen. Die Stauscheibe 5 ist mit ihrem Mitnahmeprofil 7 an der radial außen vorgesehenen Mitnahmeverzahnung 8 des Außenlamellenträgers, ebenso wie die Außenlamellen 14, befestigt.
Bezugszeichenliste

1: Schaltelement als Lamellenkupplung
2: Zylinderelement
3: Betätigungskolben
4: Ausgleichsraumes
5: Stauscheibe
6: Kolbenfläche
7: Mitnahmeprofil
8: Mitnahmeverzahnung
9: Mitnahmezähne
10: Ausnehmung
11: Sprengring
12: Innenlamellenträger
13: Innenlamellen
14: Außenlamellen
15: abgewinkeltes offenes Ende
16: Dichtelement

Claims

Rotierende Schaltelementanordnung für ein Automatikgetriebe eines Fahrzeuges, mit einem Zylinderelement (2), in dem ein Betätigungskolben (3) zum Betätigen eines Schaltelementes (1) axial bewegbar angeordnet ist, wobei ein Ausgleichsraum (4) des Schaltelementes (1) durch den Betätigungskolben (3) und eine Stauscheibe (5) vorgesehen ist und wobei die Stauscheibe (5) radial außerhalb der Kolbenfläche (6) des Betätigungskolbens (3) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauscheibe (5) an ihrem Außendurchmesser ein radial vorstehendes Mitnahmeprofil (7) aufweist, welches in einer Mitnahmeverzahnung (8) des Zylinderelements (2) eingreift, und dass das Mitnahmeprofil (7) der Stauscheibe (5) mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Mitnahmezähne (9) aufweist, wobei zwischen jeweils benachbarten Mitnahmezähnen (9) eine Ausnehmung (10) zum axialen Durchgriff des Betätigungskolbens (3) radial außerhalb des Dichtungsdurchmessers der Stauscheibe (5) vorgesehen ist.
Schaltelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Axialsicherung der Stauscheibe (5) am Außendurchmesser vorgesehen ist.
Schaltelementanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialsicherung durch einen Sprengring (11) vorgesehen ist.
Schaltelementanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengring (11) axialseitig an den äußeren Enden der Mitnahmezähne (9) der Stauscheibe (5) anliegt.
Schaltelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abspritzdurchmesser der Stauscheibe (5) am Innendurchmesser durch einen abgewinkeltes offenes Ende (15) der Stauscheibe (5) vorgesehen ist.
Schaltelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schaltelement eine Lamellenkupplung (1) mit dem Zylinderelement (2) als Außenlamellenträger mit der Mitnahmeverzahnung (8) zum Halten der Außenlamellen (14) und mit einem Innenlamellenträger (12) zum Halten der Innenlamellen (13) vorgesehen ist, wobei die Stauscheibe (5) mit ihrem Mitnahmeprofil (7) an der radial außen vorgesehenen Mitnahmeverzahnung (8) des Außenlamellenträgers befestigt ist.