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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG(EN)
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ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Anordnung für die gesteuerte Kühlung und/oder Schmierung von Lamellenpaketen, wie zum Beispiel verschiedene Bremsen und Kupplungen.
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HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
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Getriebeanordnungen verschiedener Arten für verschiedene Arbeitsfahrzeuge können Zahnräder und zugeordnete Bauteile umfassen, die so angeordnet sind, dass sie mit einem Fluid in Kontakt stehen, um Wärme abzuleiten und um den Eingriff von Teilen ineinander zu erleichtern. Eine Kühlung ist insbesondere bei bestimmten Wärme erzeugenden Bauteilen (z. B. Bremsen, Kupplungen, und dergleichen) wichtig. Solche Getriebebauteile (und andere) können so ausgebildet oder angeordnet sein (z. B. verschachtelt in anderen Bauteilen), dass es schwer sein kann, diesen ausreichend Kühlflüssigkeit zuzuführen. Kühlanordnungen können auch bestimmte Ineffizienzen verwirklichen, wie zum Beispiel Ineffizienzen, die der Kühlung von Wärme erzeugenden Bauteilen in einem nicht betriebsbereiten oder anderen Zustand zugeordnet werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Offenbarung sieht eine Anordnung für die geregelte Kühlung und/oder Schmierung von Lamellenpaketen, wie zum Beispiel verschiedene Bremsen und Kupplungen, vor.
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In einem Aspekt sieht die Offenbarung eine Fluidsteueranordnung für ein Lamellenpaket vor, das eine Mehrzahl an ineinander verschachtelter Lamellen umfasst, die in einen ausgerückten Zustand der Lamellen, in einen Schlupfzustand der Lamellen und einen eingerückten Zustand bewegbar sind. Eine Aktoranordnung ist ausgebildet, das Lamellenpaket zwischen dem ausgerückten, dem Schlupfzustand und dem eingerückten Zustand zu bewegen. Ein Sperrglied ist so ausgebildet, dass es von einer Aktoranordnung betätigt wird, sodass die Aktoranordnung und das Sperrglied: (i) den Fluss von Fluid zum Lamellenpaket im ausgerückten Zustand reduzieren oder unterbinden, (ii) den Fluss von Fluid zum Lamellenpaket im Schlupfzustand erhöhen oder zulassen, und (iii) den Fluss von Fluid zum Lamellenpaket im eingerückten Zustand reduzieren oder unterbinden.
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In einem anderen Aspekt sieht die Offenbarung eine Fluidsteueranordnung für ein Lamellenpaket vor, die eine Mehrzahl an verschachtelten Lamellen umfasst, die in einen ausgerückt Zustand der Lamellen, in einen Schlupfzustand der Lamellen und einen eingerückten Zustand bewegbar sind. Eine Hydraulikkolbenaktoranordnung ist ausgebildet, das Lamellenpaket zwischen der ausgerückten, dem Schlupfzustand und der eingerückten Position zu bewegen. Ein Sperrring ist um die Stange herum angeordnet und durch die Aktoranordnung an der Stange entlang verschiebbar. Die Aktoranordnung und der Sperrring sind ausgebildet: (i) den Fluss von Fluid zum Lamellenpaket im ausgerückten Zustand zu reduzieren oder zu unterbinden, (ii) den Fluss von Fluid zum Lamellenpaket im Schlupfzustand zu erhöhen oder zuzulassen, und (iii) den Fluss von Fluid zum Lamellenpaket im eingerückten Zustand zu reduzieren oder zu unterbinden.
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In einem weiteren Aspekt sieht die Offenbarung eine Fluidsteueranordnung für ein Lamellenpaket vor, das eine Mehrzahl an überlappenden Lamellen umfasst, die in einen ausgerückt Zustand der Lamellen, in einen Schlupfzustand der Lamellen und in einen eingerückten Zustand bewegbar sind. Eine Aktoranordnung ist ausgebildet, das Lamellenpaket zwischen dem ausgerückten Zustand, dem Schlupfzustand und der eingerückten Position zu bewegen. Die Aktoranordnung umfasst einen ersten Kolben, der ausgebildet ist, sich in eine erste Richtung zu bewegen, eine erste Feder, die ausgebildet ist, den Kolben in eine der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung zu bewegen, einen zweiten Kolben, der relativ zum ersten Kolben bewegbar ist, und eine zweite Feder, die ausgebildet ist, einer Bewegung des zweiten Kolbens in die erste Richtung entgegenzuwirken. Ein Sperrglied ist ausgebildet, von einer Aktoranordnung betätigt zu werden, sodass die Aktoranordnung und das Sperrglied: (i) den Fluss von Fluid zum Lamellenpaket im ausgerückten Zustand reduzieren oder unterbinden, (ii) den Fluss von Fluid zum Lamellenpaket im Schlupfzustand erhöhen oder zulassen, und (iii) den Fluss von Fluid zum Lamellenpaket im eingerückten Zustand reduzieren oder unterbinden.
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Die Details einer oder mehrerer Ausbildungen oder Ausführungsformen werden in den beiliegenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung dargestellt. Weitere Merkmale und Vorteile sind aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaften Arbeitsfahrzeugs in Form eines landwirtschaftlichen Traktors mit einer beispielhaften Getriebeanordnung wie gezeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Offenbarung;
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des beispielhaften Getriebes in dem Arbeitsfahrzeug aus 1;
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3 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung des beispielhaften Getriebes, aufgenommen entlang der Linie 3-3 der 2, und zeigt eine beispielhafte Fluidsteueranordnung gemäß der Offenbarung;
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4 ist eine vergrößerte Detailansicht im Querschnitt des Bereichs 4-4 aus 3;
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5A–5C sind stärker vergrößerte Detailansichten desselben im Querschnitt und zeigen eine Fluidsteueranordnung, wenn sich ein zugeordnetes Lamellenpaket jeweils in einem ausgerückten, einem Schlupfzustand und einem eingerückten Zustand befindet; und
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6A und 6B sind entgegengesetzte, perspektivische Seitenansichten einer verschachtelten Kolbenanordnung für die beispielhafte Fluidsteueranordnung. Gleiche Referenzsymbole in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden werden ein oder mehrere Ausführungsbeispiele der offenbarten Fluidsteueranordnung des Lamellenpakets wie in den beiliegenden Figuren der Zeichnungen gezeigt, die zuvor kurz beschrieben wurden, beschrieben. Verschiedene Abwandlungen von den Ausführungsbeispielen sind von einem Fachmann denkbar.
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Der hier verwendete Begriff „axial” bezieht sich auf eine Richtung, die im Allgemeinen parallel zu der Drehachse, der Symmetrieachse oder der Mittellinie eines Bauteils oder mehrerer Bauteile ist. In einem Zylinder mit einer Mittellinie und entgegengesetzten runden Stirnflächen, zum Beispiel, kann sich die „axiale” Richtung auf die Richtung beziehen, die sich im Allgemeinen parallel zu der Mittellinie zwischen den entgegengesetzten Enden erstreckt. In bestimmten Fällen kann der Begriff „axial” in Bezug auf Bauteile verwendet werden, die nicht zylinderförmig (oder anderweitig radialsymmetrisch) sind. Zum Beispiel kann die „Axialrichtung” für ein rechteckiges Gehäuse, das eine rotierende Stange enthält, als eine Richtung angesehen werden, die im Allgemeinen parallel zu der Drehachse der Stange ist. Weiterhin kann sich der hier verwendete Begriff „radial” auf eine Richtung oder ein Verhältnis von Bauteilen bezüglich einer Linie beziehen, die sich von einer gemeinsamen Mittellinie, Achse, oder einem ähnlichen Bezugspunkt senkrecht nach außen erstreckt. Zum Beispiel können zwei konzentrische, axial überlappende zylindrische Bauteile in denjenigen Bereichen der Bauteile, die axial überlappen, als „radial” ausgerichtet angesehen werden, aber nicht als „radial” ausgerichtet in diejenigen Bereichen der Bauteile, die nicht axial überlappen. In bestimmten Fällen können Bauteile als „radial” aufeinander ausgerichtet angesehen werden, obwohl ein oder beide Bauteile möglicherweise nicht zylindrisch (oder anderweitig radialsymmetrisch) ist. Des Weiteren können die Begriffe „axial” und „radial” (und jegliche davon abgeleiteten Begriffe) Richtungsverhältnisse umfassen, die von einer präzisen Ausrichtung auf die echten axialen und radialen Abmessungen abweichen (z. B. schräg zu ihnen), vorausgesetzt, das Verhältnis ist vorwiegend in der jeweiligen Sollaxial- oder -radialrichtung.
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Zusätzlich wird der Begriff „ringförmig” (und davon abgeleitete Begriffe) hier in Bezug auf radiale Seiten oder Oberflächen eines Ringraums verwendet, zum Beispiel die äußeren und inneren Seiten oder Oberflächen eines Ringkörpers. Im Falle eines Ringkörpers, der symmetrisch um eine zentrale Referenzachse oder Mittellinie ist, können diese Seiten oder Oberflächen eines Rings den Umfangsseiten oder -oberflächen desselben entsprechen, die auch als Innendurchmesserseiten und Außendurchmesserseiten bzw. -oberflächen erachtet werden können.
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Ferner wird hier auf „Kühlung” und „Kühlmittel” Bezug genommen bezüglich der beispielhaften Fluidsteueranordnung wie sie zur Kühlung einer Bremsen-/Kupplungsanordnung verwendet wird. Es versteht sich allerdings, dass das von der offenbarten Anordnung gesteuerte Fluid Eigenschaften haben kann, die dazu neigen, ein anderes Bauteil zu kühlen bzw. zu schmieren, oder beides, insbesondere, wenn es verwendet wird, um Bauteilen neben Bremsen und Kupplungen, die miteinander in Eingriff stehen, Fluid zuzuführen. Die hier beschriebene Fluidart, die einem Bauteil zugeführt wird, ist daher nicht begrenzt.
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Im Folgenden wird eine Fluidsteueranordnung beschrieben, die für die Verwendung zur Kühlung und/oder Schmierung von in Eingriff stehenden und Wärme erzeugenden Bauteilen geeignet ist, die während des Betriebs einer Maschine verschiedene Zustände einnehmen können (z. B. aktive und inaktive Zustände), bei der die Kühlung und/oder Schmierung während einer oder mehrerer Zustände vorteilhaft ist, aber unnötig oder ineffizient während einer oder mehrerer anderer Zustände. Auf diese Art und Weise kann die Anordnung dieser Offenbarung als „gesteuertes” oder „intelligentes” System bezeichnet werden. Der gesteuerte Fluidfluss, der von der offenbarten Anordnung vorgesehen ist, findet jedoch statt, ohne dass Bedarf für dedizierte oder gemeinsame Steuerhardware besteht, die programmiert ist, den Fluidfluss zu steuern (z. B. indem eine oder mehrere Regelventile angesteuert werden). Auf diese Art und Weise kann die offenbarte Fluidsteueranordnung richtigerweise als „passives” Steuersystem bezeichnet werden. Aspekte der offenbarten Fluidsteueranordnung machen sie auch besonders geeignet für die Kühlung und/oder Schmierung von rotierenden Bauteilen.
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Obwohl die offenbarte Fluidsteueranordnung für andere Verwendungen anwendbar ist, kann sie also zweckdienlich in einem Antriebsstrangbauteil integriert werden (z. B. einer Gangschaltungsanordnung) eines Arbeitsfahrzeugs. Die offenbarte Anordnung kann ferner zur Zuführung von Fluid (vorwiegend Kühlmittel, wobei das Fluid auch schmierende Eigenschaften haben kann) zu darin verwendeten Lamellenpaketen (z. B. Brems- und Kupplungslamellen) nützlich sein, und insbesondere zur Steuerung von Fluidfluss zu den Lamellenpaketen ausschließlich während der Einrückung, bei der Wärme erzeugt wird, oder während anderer Zeiträume mit hoher Reibung oder hoher Wärmeerzeugung. Dabei kann die Fluidsteueranordnung Fluid verteilen, um den Verschleiß zu minimieren und die Betriebsdauer der Antriebsstrangbauteile zu verlängern, sowie die Effizienz des Systems zu verbessern, indem Fluid nur wenn nötig oder erwünscht den in Eingriff stehenden und Wärme erzeugenden Bauteilen zugeführt wird.
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In bestimmten Ausführungsformen kann die offenbarte Fluidsteueranordnung Bauteile des Lamellenpaketaktors verwenden, um die Steuerung des Fluidflusses zu unterstützen. Zum Beispiel kann die Fluidsteueranordnung bei einem durch Hydraulikkolben betätigten Lamellenpaket ein Sperrglied umfassen, das von einem (das Paket betätigenden) Hauptkolben betätigt wird, und kann auch einen zweiten Kolben umfassen, der sich relativ zu dem Hauptkolben bewegt. In diesem Fall können die Aktoranordnung und das Sperrglied zusammenwirken und den Fluidfluss zum Lamellenpaket im ausgerückten Zustand unterbinden (oder reduzieren), den Fluidfluss zum Lamellenpaket im Schlupfzustand ermöglichen (oder erhöhen) oder den Fluidfluss zum Lamellenpaket im eingerückten Zustand unterbinden (oder reduzieren). Auf diese Art und Weise fließt das Fluid dem Lamellenpaket ausschließlich (oder vorwiegend) während Zeiträumen mit hoher Wärme oder Reibung zu und nicht (oder in einem geringeren Ausmaß), wenn das Lamellenpaket ausgerückt oder vollständig eingerückt ist.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Offenbarung im Detail beschrieben. zeigt ein beispielhaftes Arbeitsfahrzeug 10 in Form eines landwirtschaftlichen Traktors, das einen Antriebsstrang umfasst, in dem Ausführungsformen der Fluidsteueranordnung zweckmäßig enthalten sind. Ein landwirtschaftlicher Traktor wird nur als kontextbezogenes Beispiel dargestellt. Es versteht sich, dass Ausführungsformen der hier beschriebenen Fluidsteueranordnung nicht auf die Verwendung in einem bestimmten Bauteil des Antriebsstrangs oder in einem bestimmten Fahrzeugtyp oder Plattform beschränkt sind, da Grundsätze der offenbarten Anordnung bei verschiedenen Maschinen oder Bauteilen mit Lamellenpaketen anwendbar sind, darunter andere Bauteile des Antriebsstrangs (z. B. Planetengetriebe und Getriebe), die in verschiedenen Fahrzeugen verwendet werden, wie zum Beispiel andere Maschinen, die in der Landwirtschaft, im Bau oder in der Forstwirtschaft verwendet werden. Ausführungsformen der Fluidsteueranordnung können vorteilhaft in dem Getriebe eines Arbeitsfahrzeugs verwendet werde, da solche Getriebe relativ robuste Kühl- und Schmiersysteme benötigen können. Ferner können die Getriebe von Arbeitsfahrzeugen bestimmte Bauteile enthalten (z. B. Kupplungs- und Bremslamellen), die um oder anderweitig in der Nähe von anderen internen Bauteilen angeordnet sind (z. B. rotierenden Stangen, Trommeln, Planetengetrieben, usw.), die während dem Betrieb des Getriebes Wärme erzeugen oder aufnehmen können und die herkömmlicherweise schwierig mit einer aktiver Flüssigkeitsregelung zu versorgen sind.
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und zeigen eine beispielhafte Getriebeeinheit 12, die in dem Arbeitsfahrzeug 10 enthalten sein kann. Die gezeigte Getriebeeinheit 12 ist nur ein Beispiel, da der bestimmte Typ, Aufbau, und die Funktionsweise des Arbeitsfahrzeuggetriebes weitgehend zufällig sind und hier nur kurz beschrieben wird. Es versteht sich, dass die Getriebeeinheit 12 Teil des Antriebsstrangs des Arbeitsfahrzeugs sein kann und betätigbar an hydraulische und elektronische Steuersysteme desselben gekoppelt sein kann, um Änderungen im Übersetzungsverhältnis zwischen dem Motor und den Antriebsrädern des Arbeitsfahrzeugs 10 zu bewirken. Im Allgemeinen umfasst die Getriebeeinheit 12 eine Antriebswelle 14, die sich konzentrisch entlang der Drehachse „R” erstreckt. Die Antriebswelle 14 kann über verschiedene interne Durchgangskanäle (z. B. Hydraulikdruckversorgungskanäle 14a, 14b und Fluidversorgungskanäle 14c) verfügen, die sich in axialer, radialer oder in anderen Richtungen erstrecken (und zugeordnete Umfangsrillen oder -kanäle), durch die von einer zugeordneten Versorgungspumpe oder -behälter (nicht dargestellt) verschiedene Fluide (z. B. Hydrauliköl, Kühlmittel, Schmiermittel, etc.) in die Getriebeeinheit 12 eingebracht werden können. In dem dargestellten Beispiel ist ein axialer Abschnitt der Antriebswelle 14 von einem Gehäuse 16 umgeben. Das Gehäuse 16 kann im Allgemeinen zylindrisch sein und eine mittlere Trennwand 18 umfassen, die eine Radialwand 18a und eine zentrale Nabe 18b umfasst, die offen ist und sich konzentrisch entlang der Drehachse R zu entgegengesetzten Seiten der Radialwand 18a hin erstreckt. Die Trennwand 18 trennt das Gehäuse 16 in zwei interne Kammern 20a, 20b, die an den äußeren, axialen Enden des Gehäuses 16 offen sind. Abtriebsräder 28a, 28b, die beliebige, geeignete Innen- oder Außenzahnräder sein können (z. B. Geradstirnrad, Kegelrad, Zahnstangengetriebe, etc.), einschließlich der gezeigten externen schrägverzahnten Stirnräder, können auf der Antriebswelle 14 an den offenen Enden des Gehäuses 16 mittels einem oder mehreren Wälzlagern gelagert sein, wie zum Beispiel dem gezeigten Kugellagerpaar 30a, 30b, die es den Zahnrädern 28a, 28b erlauben, auf der Antriebswelle 14 gelagert zu sein und sich relativ zu ihr zu drehen. Die Zahnräder 28a, 28b weisen Naben 32a, 32b auf, die sich axial in die Kammern 20a, 20b des Gehäuses 16 erstrecken. Die Naben 32a, 32b und Abschlussplatten 40a, 40b wirken zusammen um die Enden des Gehäuses 16 zu schließen. Verschiedene Dichtungen, wie zum Beispiel Ringdichtungen 42 und O-Ringe 44, können (in entsprechenden Rillen und Ähnlichem) zwischen den Abschlussplatten 40a, 40b und dem Gehäuse 16 und den Naben 32a, 32b angebracht sein, um die Enden des Gehäuses 16 gegen Flüssigkeiten abzudichten.
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Die Naben 32a, 32b können an oder nahe ihrem axialem, inneren Ende ein axiales Keilwellenprofil aufweisen. Die Naben 32a, 32b können mit den Lamellenpaketen 50a, 50b kerbverzahnt sein, die als Bremslamellen für die Zahnräder 28a, 28b dienen können, deren wechselweise Auswahl eine Änderung der Übersetzungsstufe (z. B. relativ niedrige und hohe Bereiche) der Getriebeeinheit 12 bereitstellt. Es versteht sich, dass in anderen Anordnungen die Lamellenpakete 50a, 50b so gesteuert werden können, dass sie als Kupplungen anstatt als Bremsen betrieben werden, und dass die Konstruktion der Lamellenpakete 50a, 50b bei den Ausführungsformen abweichen können. Beispielhaft kann jedes Lamellenpaket 50a, 50b verschachtelte Lamellen umfassen, wie zum Beispiel Trennplatten 52a, 52b, die an ihrem äußerem Umfang an dem Gehäuse 16 befestigt oder verzahnt sind, und Reiblamellen 54a, 54b, die mit den Trennplatten 52a, 52b verschachtelt sind und mit ihrem inneren Umfang mit den Naben 32a, 32b verzahnt sind. Die Reiblamellen 54a, 54b können monolithisch ausgeführt oder Verbundkonstruktionen sein mit reibungserhöhenden Merkmalen, die an einem strukturellen Stützbauteil derselben befestigt (z. B. geklebt, eingelassen, beschichtet, mit mechanischen Befestigungselementen befestigt, etc.) oder darin ausgebildet (z. B. geätzt, gefräst, geformt, gegossen, etc.) sein können. Der innere Umfang der Reiblamellen 54a, 54b kann entsprechende Nuten aufweisen und daher mit den Keilwellen der Naben 32a, 32b ein Eingriff stehen. Die Lamellenpakete 50a, 50b können auch Federn (nicht dargestellt) umfassen, die angeordnet sind, die Trennplatten 52a, 52b und die Reiblamellen 54a, 54b in eine berührungslose Position in einer „durch Kraft getrennten” Anordnung vorzuspannen. Zum Beispiel kann eine oder mehrere Federn großen Durchmessers (z. B. eine Wellfeder oder Tellerfeder) in den ringförmigen Spalten oder Kanälen angeordnet sein, die sich um den radialen äußeren Umfang der Reiblamellen 54a, 54b erstrecken. Die Lamellenpakete 50a, 50b können in einer gestapelten Anordnung durch eine Anzahl an Befestigungselementen (nicht dargestellt) (z. B. Stifte, Stangen, Dübel, Schrauben, etc.) nach Bedarf verbunden werden. Während des Betriebs der Getriebeeinheit 12, können hydraulisch betätigte Ringkolben 60a, 60b, wie unten beschrieben, abwechselnd betätigt werden, um wahlweise eine axiale Druckkraft auf eine der Lamellenpakete 50a, 50b auszuüben, um die Rotation seiner Reiblamellen 54a, 54b und daher die Rotation des zugehörigen Zahnrads 28a, 28b relativ zu der Antriebswelle 14 zu verlangsamen oder anzuhalten. Das nicht gebremste Zahnrad 28a, 28b wird sich mit der Antriebswelle 14 drehen und eine dem Übersetzungsverhältnis entsprechende Kraft übertragen, die von seiner Größe (z. B. Anzahl der Zähne) bereitgestellt wird.
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Die Lamellenpakete 50a, 50b können eine erhebliche Wärmemenge erzeugen, wenn sie zum Bremsen (oder zur Kupplung) der Getriebeeinheit 12 verwendet werden. Insbesondere in Zeiträumen mit relativer Kontaktrotation zwischen den Trennplatten 52a, 52b und den schnell rotierenden Reiblamellen 54a, 54b der Lamellenpakete 50a, 50b kann aufgrund der Reibung übermäßige Wärme erzeugt werden. Es ist daher wünschenswert, Wärme abzuleiten, indem die Lamellenpakete 50a, 50b mit einem aktiven Strom von Fluid, wie zum Beispiel einem geeigneten Öl, in Kontakt gebracht werden. Da allerdings die Lamellen der Getriebeeinheit 12 relativ eng angeordnet sind, kann es schwierig oder impraktikabel sein, einen ausreichenden Strom in das Innere der Lamellenpakete 50a, 50b zu fördern, um sie ausreichend zu kühlen und dies für eine Zeitspanne zu tun, die sowohl ausreichend als auch effizient ist.
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Die offenbarte Fluidsteueranordnung wird jetzt im Zusammenhang mit der Getriebeeinheit 12 beschrieben, die eine effiziente Kühlung der Lamellenpakete 50a, 50b begünstigt. Mit dieser Konstruktion werden die Lamellenpakete 50a, 50b vorwiegend (mittels erhöhtem Zufluss) oder ausschließlich während der Zeitspanne(n) oder dem aktiven Zustand (Zuständen) gekühlt werden, in denen die größte Wärme erzeugt wird. In einer oder mehreren Zeitspannen oder Zuständen sind die Lamellenpakete 50a, 50b entweder von dem Fluidstrom abgeschnitten oder einem reduzierten Strom ausgesetzt. Die Kühlung von Lamellenpaketen 50a, 50b zu kritischen Zeiten/Zuständen fördert eine verlängerte, einsatzfähige Betriebsdauer der Lamellenpakete 50a, 50b und daher der Getriebeeinheit 12. Eine effiziente Steuerung des Fluidstroms vermeidet die Verwendung von Systemressourcen für den unnötigen Zufluss von Fluid zu den Lamellenpaketen 50a, 50b, die andernfalls verwendet werden könnten, um andere Bauteile zu kühlen, und verringert den Widerstand und andere Reibungs- oder Druckverluste, die durch die Rotation und/oder Bewegung der Lamellenpakete 50a, 50b durch zähflüssige Fluide entstehen. Des Weiteren kann die Effizienz der Fluidsteueranordnung weiter verstärkt werden, indem, wie es in dem dargestellten Beispiel der Fall ist, der Fluidstrom in den inneren Umfang der Lamellenpakete 50a, 50b geleitet wird, sodass das Fluid durch die Fliehkraft durch die Lamellenpakete 50a, 50b in einer sich radial nach außen erstreckenden Richtung geführt wird anstatt mittels einer benötigten aktiven Druckbeaufschlagung des Fluids (obwohl Druckflüssigkeit durchaus verwendet werden kann).
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Die beispielhafte Fluidsteueranordnung 70a, 70b arbeitet mit, beziehungsweise kann als den Hauptkolben 60a, 60b umfassend betrachtet werden, zusammen, die die Lamellenpakete 50a, 50b betätigen, um der Kraft der Rückstellfedern 62a, 62b entgegenzuwirken und sie zu überwinden, was die Hauptkolben 60a, 60b von den Lamellenpaketen 50a, 50b weg unter Vorspannung setzt. Die Fluidsteueranordnung 70a, 70b umfasst auch die Sekundärkolben 72a, 72b und die zugeordneten Sekundärfedern 74a, 74b sowie die Sperrglieder 76a, 76b. Wie in den 6A und 6B gezeigt, können die Hauptkolben 60a, 60b mit den Sekundärkolben 72a, 72b und den Federn 74a, 74b (und den zugeordneten Dichtungen) eine Unteranordnung bilden. Wie gezeigt können die Sekundärkolben 72a, 72b ringförmige Ringe mit einer Mehrzahl an umgebogenen Laschen 78a, 78b sein, die die Federn 74a, 74b innerhalb von Druckräumen, die zwischen den axialen Enden der Hauptkolben 60a, 60b und den Sekundärkolben 72a, 72b ausgebildet sind, auffangen. Statt Laschen können die Sekundärkolben 72a, 72b jeweils einen einzelnen gewalzten Ring oder verschiedene andere Anordnungen aufweisen. Des Weiteren können die Hauptkolben 60a, 60b mit einer oder mehreren Öffnungen versehen sein, wie zum Beispiel vier schräg versetzten Kerben 80a, 80b, die einen Fluidstrom wie unten beschrieben erlauben.
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In der dargestellten Abbildung können die Lamellenpakete 50a, 50b als in einem von drei Zuständen betrieben angesehen werden, und zwar in einem ausgerückten Zustand, wie die in 5A gezeigte Position des Lamellenpakets 50a, in einem übergangsweisen, teilweise eingerückten „Schlupfzustand” wie in der in 5B gezeigten Position des Lamellenpakets 50b, und in einem vollständig eingerückten Zustand wie in der in 5C gezeigten Position. Obwohl nicht dargestellt, versteht es sich, dass das Lamellenpaket 50b in ähnlichen Zuständen betrieben werden kann. Die Zustände der Lamellenpakete 50a, 50b werden basierend auf der Zufuhr von Hydraulikdruck zu den Hauptkolben 60a, 60b geregelt. Hydraulikdruck wird von der Fahrzeughydraulik mit ihren zugeordneten Pumpe(n) und Ventilen geliefert und fließt durch die Druckversorgungskanäle 14a, 14b der Antriebswelle 14. In dem dargestellten Beispiel leiten radiale Abschnitte der Druckversorgungskanäle 14a, 14b die hydraulische Flüssigkeit in umlaufende Rillen 82a, 82b, die wiederum über Öffnungen 84a, 84b in der zentralen Nabe 18b der Gehäusetrennwand 18 die hydraulische Flüssigkeit in Räume leiten, die die Hauptkolben 60a, 60b enthalten. Wie dargestellt, ist der Strömungsweg für die hydraulische Flüssigkeit durch verschiedene Dichtungen und O-Ringe, die in zugeordneten Rillen in der Antriebswelle 14, der zentralen Nabe 18b und den Hauptkolben 60a, 60b und Sekundärkolben 72a, 72b angeordnet sind, verschlossen. Für jede der Fluidsteueranordnungen 70a, 70b fließt Fluid von dem Fluidversorgungskanal 14c in eine umlaufende Rille 82c in der Antriebswelle 14.
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Die Steuerung der Hauptkolben 60a, 60b stellen den einzigen benötigten Beitrag von außen dar, um eine effiziente Verwaltung des Fluids auf Basis der Betriebszustände der Lamellenpakete 50a, 50b gemäß der Offenbarung zu bewirken. Die Öffnung der Lamellenpakete 50a, 50b für das Fluid (oder die Erhöhung des Flusses zu ihnen) und Schließen (oder Reduzieren) des Fluidstroms zu den Lamellenpaketen 50a, 50b geschieht „automatisch” durch eine mechanische Betätigung der Fluidsteueranordnung 70a, 70b (insbesondere der Kolben 72a, 72b und Federn 74a, 74b) als Reaktion auf die Betätigung der Hauptkolben 60a, 60b. Die Fluidsteueranordnungen 70a, 70b arbeiten, um die Sekundärkolben 72a, 72b dazu zu bewegen, den Fluss der Kühlflüssigkeit aus den Fluidversorgungskanälen 14c wie nachfolgend beschrieben zu steuern.
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Während des Betriebs der Getriebeeinheit 12 werden die Hauptkolben 60a, 60b (mittels Steuerung des Hydraulikdrucks) angesteuert, abwechselnd das Lamellenpaket 50a einzurücken und Lamellenpaket 50b auszurücken oder Lamellenpaket 50a auszurücken und Lamellenpaket 50b einzurücken. Während in der dargestellten Ausführungsform die Lamellenpakete 50a, 50b in abwechselnden Zuständen arbeiten, ist es auch möglich, dass die Getriebeeinheit 12 ausgebildet ist zu arbeiten, während beide Lamellenpakete 50a, 50b gleichzeitig in entweder einem ausgerückten oder einem eingerückten Zustand sind. In dem dargestellten Beispiel bremst Ersteres das Lamellenpaket 50a, sodass es nicht mit der Antriebswelle 14 rotiert, und Isst daher Rotationskraft (oder Drehmoment) durch das Zahnrad 28b fließen. Letzteres bremst das Lamellenpaket 50b, sodass es nicht mit der Antriebswelle 14 rotiert, und lässt daher Rotationskraft (oder Drehmoment) ausschließlich durch das Zahnrad 28a fließen. Das Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinheit 12 ändert sich daher basierend auf der Größe (z. B. Durchmesser, Anzahl der Zähne, etc.) des Zahnrads 28a, 28b, durch das Kraft fließt. Es wird angemerkt, dass in bestimmten Anordnungen die Getriebeeinheit 12 so ausgebildet sein kann, dass beide Lamellenpakete 50a, 50b gleichzeitig eingerückt oder ausgerückt sind.
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Wie angemerkt, sind die Fluidsteueranordnungen 70a, 70b ausgebildet, den Fluidstrom zu den Lamellenpaketen 50a, 50b als Reaktion auf Bewegung der Hauptkolben 60a, 60b passiv zu regeln. Insbesondere 5A zeigt eine Fluidsteueranordnung 70a, wo das Lamellenpaket 50a aus dem Hauptkolben 60a ausgerückt ist. In diesem ausgerückten Zustand erzeugt das Lamellenpaket 50a keine Wärme, da die Reiblamellen 54a, die mit der Antriebswelle 14 rotieren, nicht in die stationären Trennplatten 52a greifen. Aufgrund dessen kann allerdings die Anwesenheit von Fluid (das schwerflüssiger ist als Luft) zu gewissen Reibungsverlusten oder Trägheitsverlusten beitragen, wodurch das System weniger effizient funktioniert. Im ausgerückten Zustand lässt der hydraulische Druck auf den Hauptkolben 60a nach und die Rückstellfeder 62a treibt den Sperrring 76a in axiale Positionen, in denen sich der Sperrring 76a auf den radialen Abschnitt der Fluidversorgungskanäle 14c und die Rille 82c ausrichtet. Es wird angemerkt, dass im Falle des Lamellenpakets 50b eine Zwischenöffnung 86b in der zentralen Nabe 18b der Trennwand 18 einen Strom aus dem Fluidversorgungskanal 14c, der in einer axialen Position sein kann, die radial von dem zugehörigen radialen Abschnitt des Fluidversorgungskanals 14c abweicht, fördert, wobei in diesem Fall der Sperrring 76b so positioniert ist, dass er auf die Öffnung 86b ausgerichtet ist und den Fluss daraus versperrt (oder reduziert). Ringförmige Anschläge 88a, 88b, die jeweils von der Antriebswelle 14 und der zentralen Nabe 18b radial nach außen herausragen bieten formschlüssige Anschläge, an denen die Sperrringe 76a, 76b anliegen, wenn sich die Lamellenpakete 50a, 50b im ausgerückten Zustand befinden. In dem dargestellten Beispiel versperren die Sperrringe 76a, 76b in diesen Positionen vollständig den Fluidstrom aus dem Fluidversorgungskanal 14c in die Kammern 20a, 20b hinein. Allerdings können die Fluidsteueranordnungen 70a, 70b so ausgebildet sein, dass eine reduzierte Durchflussmenge aus dem Fluidversorgungskanal 14c in die Kammern 20a, 20b und zu den Lamellenpaketen 50a, 50b durchfließen kann, zum Beispiel, indem die Sperrringe durchbohrt werden oder indem die Sperrringe in axiale Positionen gebracht werden, die radial leicht von den radialen Abschnitten des Fluidversorgungskanals 14c (oder Öffnung 86b) abweichen. Im ausgerückten Zustand überwinden die Rückstellfedern 62a, 62b (durch Kontakt mit dem Sperrring 76a, 76b) die Federn 74a, 74b, um die Hauptkolben 60a, 60b einzufahren und auch die Sekundärkolben 72a, 72b (durch die Federn 74a, 74b) einzufahren.
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Durch das erneute Aufbringen von Hydraulikdruck auf einen der Hauptkolben 60a, 60b durch die Druckversorgungskanäle 14a, 14b, beginnen die Lamellenpakete 50a, 50b in Eingriff zu kommen und geraten in einen „Schlupfzustand”, in dem Kraft (oder Drehmoment) von der Antriebswelle 14 auf eines der Zahnräder 28a, 28b zu fließen beginnt. In dieser Zwischenstufe oder teilweisen Einrückens sind die Reibungskräfte zwischen den in Eingriff stehenden Trennplatten 52a, 52b und den Reiblamellen 54a, 54b nicht vollständig ausgeübt oder entwickelt, sodass sie vorübergehend von Kräften in Strömungsrichtung (z. B. Trägheitskraft, Reibungskräften, etc.) überwunden werden können, die der Rotation widerstehen, wodurch zwischen den in Eingriff stehenden Bauteilen relativer „Schlupf” entsteht. Dieser Schlupf oder relative Bewegung trägt zu der größten Erzeugung von Wärme in den Lamellenpaketen 50a, 50b bei, sodass eine Kühlung in diesem Schlupfzustand sehr vorteilhaft ist.
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Wie in 5B gezeigt, wird der Hydraulikdruck auf den Hauptkolben 60a über die Druckversorgungskanäle 14a aufgebracht, wodurch der Hauptkolben 60a axial (in 5B nach links) gegen die Rückstellfeder 62a bewegt wird (durch Kontakt mit dem Sperrring 76a), um das Lamellenpaket 50a in Eingriff zu bringen. Die Sekundärfeder 74a widersteht vorübergehend oder verzögert anfangs eine axiale Bewegung des sekundären Kolbens 72a, da seine Federkraft versucht (in 5B nach links) die Kolben axial räumlich zu trennen. Wie gezeigt, verschiebt der Hauptkolben 60a den Sperrring 76a und die Verzögerung bei der Bewegung des Sekundärkolbens 72a erlaubt einen Strom vom radialen Abschnitt des Fluidversorgungskanals 14c und der Rille 82c in die Kammer 20a. Kühlflüssigkeit kann dann durch die Kerben 80a radial nach außen in die Hauptkolben 60a fließen, und von dort durch die Öffnungen 90a in die Nabe 32a, um das Lamellenpaket 50a zu kühlen. Wie gezeigt, ist die Rille 100a in der axialen Ausrichtung größer als ein entsprechender Schnappring, der darin angeordnet ist, sodass sich der Schnappring axial in der Rille 100a bewegen kann, während sich der Sekundärkolben 72a bewegt. Dies dient dazu, einer Dichtung (z. B. einem O-Ring), die in einer entsprechenden Rille in einem der Kolben (z. B. dem Sekundärkolben 72a) angeordnet ist, zu erlauben, sich axial innerhalb eines begrenzten Bereichs zu bewegen (zu verschieben), um eine dynamische Dichtung (der Hydraulikdruckkammer) während der Relativbewegung des Hauptkolbens 60a relativ zu dem Sekundärkolben 72a aufrechtzuerhalten.
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Während der Hydraulikdruck weiter ansteigt, drückt er weiterhin den Hauptkolben 60a gegen das Lamellenpaket 50a, um seine Trennplatten 52a und die Reiblamelle 54a, wie in 5C gezeigt, vollständig in Eingriff zu bringen. Der Hydraulikdruck überwindet auch die Federkraft der Feder 74a und bewegt den Sekundärkolben 72a axial (in 5C nach links). Bei dieser Ausrichtung wirkt der Sekundärkolben 72a mit dem Sperrring 76a zusammen und, in der beispielhaften Anordnung, berührt ihn physikalisch, um die Kammer 20a von dem Fluidversorgungskanal 14c (und Rille 82c) abzusperren. Es wird erneut angemerkt, dass die Anordnung ausgebildet sein kann, den Fluidstrom zu reduzieren, anstatt ihn vollständig abzustellen. Da das Lamellenpaket 50a jetzt in einem vollständig eingerücktem Zustand ist, reduzieren oder eliminieren die Reibungskräfte zwischen den Lamellenpaketen und der Hydraulikdruck erheblich das Auftreten von Schlupf und daher die Erzeugung von Wärme, die mit relativ kleinen Bewegungen rotierender Bauteile verbunden ist, sodass die Kühlung des Lamellenpakets 50a weniger kritisch ist und reduziert oder vollständig angehalten werden kann, damit das System effizienter arbeiten kann.
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So wurden Ausführungsformen einer Fluidsteueranordnung beschrieben, die vorteilhaft genutzt werden können, um Lamellenpakete verschiedener Bauteile zu kühlen oder zu schmieren, wie zum Beispiel verschiedene Antriebsstrangteile von Arbeitsfahrzeugen. Die Fluidsteueranordnung kann verschachtelte konzentrische Kolben umfassen, umfasst einen Hauptkolben zur Betätigung des Lamellenpakets, der den Fluidstrom auf eine effiziente, passive Art und Weise regelt, die die Lebensdauer der Lamellenpakete und zugehöriger Bauteile sowie deren allgemeine Betriebsfähigkeit verbessert. Die verschachtelte Kolbenanordnung stellt sicher, dass ein Fluidstrom vorhanden ist (oder gesteigert wird), wenn das Lamellenpaket in seinem primären, Wärme erzeugendem Zustand ist, und unterbrochen (oder reduziert) wird, wenn es inaktiv oder anderweitig in einem Zustand ist, in dem es weniger Wärme produziert. Ausführungsformen der Fluidsteueranordnung erlauben es, einem Lamellenpaket einen Fluidstrom während des „Schlupfs” zuzuführen während das Lamellenpaket zwischen vollständig eingerückten und ausgerückten Zuständen wechselt, und ihn zum Lamellenpaket zu reduzieren oder zu unterbrechen, wenn die Lamellen nicht in Eingriff stehen. Ausführungsformen der Fluidsteueranordnung erlauben es auch, dass der Fluidstrom unterbrochen (oder reduziert) wird, wenn das Lamellenpaket vollständig im Eingriff steht, wodurch, auch in einem aktiven Zustand, erheblich weniger Wärme erzeugt werden kann als in einem Schlupfzustand, sodass die Kühlung des Lamellenpakets unnötig und ineffizient wäre.
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Außer anderweitig begrenzt oder abgeändert, beziehen sich Listen mit Elementen, die durch verbindende Begriffe (z. B., „und”) getrennt sind, und denen auch die Wendung „eine oder mehrere” oder „mindestens eine” vorausgeht, hier auf Konfigurationen oder Anordnungen, die möglicherweise individuelle Elemente der Liste oder eine beliebige Kombination derselben umfassen. Zum Beispiel „mindestens eines von A, B und C” oder „eines oder mehrere von A, B und C” bezeichnet die Möglichkeiten von nur A, nur B, nur C, oder einer Kombination von zweien oder mehreren aus A, B und C (z. B. A und B; B und C; A und C; oder A, B, und C).
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Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht einschränken. Die hier verwendeten Singularformen „ein/eine”, „einer” und „der/die/das” sollen den Plural ebenso umfassen, außer der Kontext zeigt eindeutig das Gegenteil. Es versteht sich ferner, dass jegliche Verwendung der Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend” in dieser Beschreibung das Vorhandensein von genannten Merkmalen, Einheiten, Schritten, Arbeitsvorgängen, Elementen, und/oder Bauteilen beschreibt, jedoch das Vorhandensein oder das Hinzufügen einer oder mehrerer anderer Merkmale, Einheiten, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, Bauteile, und/oder Gruppen davon nicht ausschließt.
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Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zu Zwecken der Darstellung und Beschreibung gegeben, soll aber nicht erschöpfend oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkend sein. Viele Variationen und Modifikationen werden für den durchschnittlichen Fachmann offensichtlich sein, ohne den Rahmen und Geist der Offenbarung zu verlassen. Hier ausdrücklich genannte Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Offenbarung und deren praktische Anwendung bestmöglich zu beschreiben, und um es anderen durchschnittlichen Fachleuten zu ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen der beschriebenen Beispiele beziehungsweise des beschriebenen Beispiels zu erkennen. Wie oben angemerkt, bezieht sich beispielsweise das hier beschriebene Beispiel auf die Kühlung von Lamellenpaketen in Getriebeeinheiten, allerdings können die Grundsätze der Offenbarung für die Fluidsteuerung von Fluiden neben Kühlmitteln und Schmiermitteln in anderen Bauteilen angewendet werden. Zusätzlich beschreibt diese Offenbarung Ausführungsbeispiele, in denen Lamellenpakete als Bremsen fungieren, allerdings wird ein Fachmann erkennen, dass die Lamellenpakete stattdessen als Kupplungen fungieren könnten, bei denen die Lamellenpakete, wenn sie im Eingriff stehen, verwendet werden, um Rotationskraft zu übertragen, anstatt Rotation zu unterbinden.
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Dementsprechend fallen verschiedene Umsetzungen neben den ausdrücklich beschriebenen in den Umfang der Ansprüche.
