DE102021206327A1

DE102021206327A1 - Federelement, insbesondere Kolbenrückstellfeder eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021206327A1
Application number: DE102021206327.6A
Authority: DE
Inventors: Edgar Spiegel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2022-12-22

Abstract

Es wird ein Federelement (1), insbesondere eine Kolbenrückstellfeder eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welches ein scheibenförmiges Basiselement (2) aufweist, das an zumindest einer Seite mehrere umfangsverteilt angeordnete, aus dem Basiselement (2) herausragende Federlaschen (3) mit im Federbereich variablem Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt der Federlaschen (3) im Federbereich sich in Richtung des freien Endes der Federlaschen (3) verjüngt, wodurch aufgrund der mit steigendem Federweg steigenden Länge der Kontaktlinie eines auf das Federelement (1) wirkenden Bauteils eine nicht-lineare Federkennlinie erzielbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Federelement, insbesondere auf eine Kolbenrückstellfeder eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Lamellenschaltelemente in Automatgetrieben sind aus dem Stand der Technik wohl bekannt. Sie umfassen Innenlamellen, die mit einer Welle verzahnt sind und Außenlamellen, welche von einem innenverzahnten, rohrförmigen Lamellenträger aufgenommen werden.
Zur Ansteuerung von Lamellenschaltelementen ist bekannt, hydraulisch betätigbare Aktuatoren einzusetzen. Hierbei wird zum Schließen eines Lamellenschaltelementes ein axial hydraulisch betätigbarer Kolben gegen die Kraft eines als Kolbenrückstellfeder ausgeführten Federelementes auf die Anordnung der Lamellen, umfassend Innen- und Außenlamellen gedrückt.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bei Lamellenschaltelementen als Tellerfedern ausgeführte Kolbenrückstellfedern zu verwenden. Dies resultiert einerseits in vorteilhafter Weise in einem geringen Bauraumbedarf; andererseits erweist sich die hohe Schwankung der Federkraft als Funktion des Federweges als nachteilig, so dass zur Kompensation der Schwankung der Federkraft oft eine Vorspannung mittels hydraulisch vorgesteuerter Ventile erforderlich ist. Ein Vorteil der Tellerfedern ist das Merkmal, dass ab einem bestimmten Federweg die Rückstellkraft unabhängig vom Federweg ist, was eine Kalibrierung vereinfacht. Die nach den Stand der Technik verwendeten Tellerfedern lassen sich in nachteiliger Weise nur mit erheblichem Aufwand durch direkte Druckregler ansteuern.
Zudem können bei Lamellenschaltelementen als Spiralfedern ausgeführte Kolbenrückstellfedern verwendet werden. Dies würde in einer geringen Schwankung der Federkraft als Funktion des Federweges resultieren. In nachteiliger Weise ist jedoch der Bauraumbedarf im Vergleich zu Tellerfedern hoch. Bei derartigen Konfigurationen könnte ein Ausgleich der Kolbenbewegung durch hydraulische Vorsteuerventile erzielt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federelement, insbesondere eine Kolbenrückstellfeder eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs anzugeben. Das erfindungsgemäße Federelement soll einen geringen Bauraum benötigen und eine möglichst geringe Schwankung der Federkraft als Funktion des Federweges aufweisen. Zudem soll bei der Federelementauslegung ein progressiver Kraft-Federweg-Verlauf definierbar sein.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Federelement, insbesondere eine Kolbenrückstellfeder eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welches ein scheibenförmiges Basiselement aufweist, welches an zumindest einer Seite mehrere umfangsverteilt angeordnete, aus dem Basiselement herausragende Federlaschen mit im Federbereich variablen Querschnitt aufweist, wobei sich der Querschnitt der Federlaschen des Federelementes in Richtung des freien Endes der Federlaschen verjüngt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Federlaschen jeweils einem Kreisbogen bei einem vorgegebenen Radius zugeordnet, d.h. im Zustand maximaler Auslenkung auf einem Kreisbogen mit einen vorgegebenen Nennradius angeordnet; auf diese Weise können durch die steigende Länge der Federlaschen erzeugte Spannungen gering gehalten werden.
Durch die umfangsverteilt angeordneten Federlaschen mit im Federbereich variablem Querschnitt wird aufgrund der mit steigendem Federweg steigenden Länge der Kontaktlinie eines auf das Federelement wirkenden Bauteils eine nicht-lineare Federkennlinie erzielt. Beispielsweise kann der variable Querschnitt der Federlaschen über der Federlänge einen konischen Querschnitt aufweisen. Durch das Vorsehen eines variablen Querschnitts wird in vorteilhafter Weise eine gezielte Auslegung der Reaktionskraft als Funktion des Federweges erzielt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können die Federlaschen der zumindest einen Seite des Basiselementes in Abhängigkeit des Radius des Kreisbogens, dem sie zugeordnet sind, unterschiedlichen Ebenen zugeordnet sein, wobei die Federlaschen jeder Ebene im Ruhezustand um ein jeweils anderes vorgegebenes Maß aus der Ebene des Basiselementes herausragen.
Bei einer derartigen Ausgestaltung ist die Kennlinie des Federelementes wie bei einer Reihenschaltung von Federn anpassbar; nach Erreichen einer definierten Auslenkung der Federlaschen einer Ebene kommt durch die Beanspruchung der Federlaschen der nächsten Ebene eine härtere Kennlinie zum Einsatz.
Wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sämtliche Federlaschen einer Seite des Basiselementes im Ruhezustand um das gleiche vorgegebene Maß aus der Ebene des Basiselementes herausragen, ist bezugnehmend auf diese Seite nur eine Ebene vorgesehen.
Die Federkennlinie des erfindungsgemäßen Federelementes wird mit steigender Anzahl der Federlaschen pro Ebene steiler; dies entspricht auf die jeweilige Ebene bezogen einer Parallelschaltung von Federn.
Das Basiselement kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch als eigenständiger Tellerfederanteil des erfindungsgemäßen Federelementes dienen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Basiselement an beiden Seiten jeweils mehrere umfangsverteilt angeordnete, aus dem Basiselement herausragende Federlaschen mit im Federbereich variablen und sich in Richtung des freien Endes der Federlaschen verjüngenden Querschnitt auf, die wie erläutert unterschiedliche Ebenen definieren können. Diese Ausgestaltung entspricht einer Parallelschaltung der Spiralfeder-Kennlinien beider Seiten des Basiselementes.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption werden Spiralfeder - Kennlinien im Bauraum einer Tellerfeder realisiert, wobei mehrere Kennlinien kombiniert werden können. Ferner kann eine Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer Spiralfeder-Kennlinien in einem Bauteil realisiert werden. Die erzielbaren Kennlinien des Federelementes können auch durch die Materialwahl und Oberflächenbehandlung des Materials beeinflusst werden. Das erfindungsgemäße Federelement ist vorzugsweise aus Metall hergestellt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert, wobei lediglich die Merkmale detailliert beschrieben werden, die für die vorliegende Erfindung von Bedeutung sind. Es zeigen:

1: Eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Federelementes;
2: Ein Federkraft-Federweg-Diagramm zur Veranschaulichung der erzielbaren nicht-linearen Federkennlinie aufgrund der mit steigendem Federweg steigenden Länge der Kontaktlinie und des variablen Querschnitts der Federlaschen bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ;
3: Eine Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Federelementes; und
4: Ein Federkraft-Federweg-Diagramm zur Veranschaulichung der durch das Ausführungsbeispiel nach 1 erzielbaren nicht-linearen Federkennlinie.

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Federelement 1 dargestellt. Es umfasst ein scheibenförmiges Basiselement 2, welches an einer Seite mehrere umfangsverteilt angeordnete und aus dem Basiselement 2 herausragende Federlaschen 3 aufweist. Gemäß der Erfindung weisen die Federlaschen 3 einen im Federbereich variablen Querschnitt auf, der sich in Richtung des freien Endes 4 der Federlaschen 3 verjüngt.
Bei dem gezeigten Beispiel sind die Federlaschen 3 jeweils einem Kreisbogen bei einem vorgegebenen Radius zugeordnet.
Durch die umfangsverteilt angeordneten Federlaschen 3 mit variablen Querschnitt wird aufgrund der mit steigendem Federweg steigenden Länge der Kontaktlinie eines auf das Federelement 1 wirkenden Bauteils, beispielsweise eines Kolbens, eine nicht-lineare Federkennlinie erzielt, wie anhand von 2 veranschaulicht.
Die Punkte a, b und c in 2 entsprechen der Länge der Kontaktlinie eines auf das die Federlaschen 3 des Federelementes 1 wirkenden Bauteils gemäß 1. Wie 2 zu entnehmen, ist der Verlauf der Federkraft als Funktion des Federwegs nicht linear und es ergibt sich eine progressive Federkennlinie.
Gegenstand der 3 ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Basiselement 2 des erfindungsgemäßen Federelementes 1 an beiden Seiten jeweils mehrere umfangsverteilt angeordnete, aus dem Basiselement 2 herausragende Federlaschen 3 mit im Federbereich variablen und sich in Richtung des freien Endes der Federlaschen 3 verjüngenden Querschnitt aufweist. Diese Ausgestaltung entspricht einer Parallelschaltung der Spiralfeder-Kennlinien beider Seiten des Basiselementes 2. In Abhängigkeit der Auslegung der Federlaschen jeder Seite des Basiselementes 2 kann somit eine Kombination mehrerer Kennlinien erzielt werden.
Wenn bezugnehmend auf 3 beispielsweise die Kennlinien der Federlaschen 3 der oberen Seite weich sind und die Kennlinien der Federlaschen 3 der unteren Seite steil sind, kommt nach Erreichen einer definierten Auslenkung A im Bereich der weichen Kennlinie die steilere Kennlinie der Federlaschen 3 der unteren Seite des Basiselementes 2 bis zur maximalen Auslenkung B dieser Federlaschen zum Einsatz. Dies wird anhand des Federkraft-Federweg-Diagramms nach 4 veranschaulicht.
Bezugszeichenliste

1: Federelement
2: Basiselement
3: Federlasche
A: Auslenkung
B: Auslenkung

Claims

Federelement (1), insbesondere Kolbenrückstellfeder eines Lamellenschaltelementes eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass es ein scheibenförmiges Basiselement (2) aufweist, welches an zumindest einer Seite mehrere umfangsverteilt angeordnete, aus dem Basiselement (2) herausragende Federlaschen (3) mit im Federbereich variablen Querschnitt aufweist, wobei der Querschnitt der Federlaschen (3) im Federbereich sich in Richtung des freien Endes der Federlaschen (3) verjüngt, wodurch aufgrund der mit steigendem Federweg steigenden Länge der Kontaktlinie eines auf das Federelement (1) wirkenden Bauteils eine nicht-lineare Federkennlinie erzielbar ist.
Federelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Querschnitt der Federlaschen (3) über der Federlänge einen konischen Querschnitt aufweist.
Federelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlaschen (3) jeweils einem Kreisbogen bei einem vorgegebenen Radius zugeordnet sind.
Federelement (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federlaschen (3) der zumindest einen Seite des Basiselementes (2) in Abhängigkeit des Radius des Kreisbogens, dem sie zugeordnet sind, unterschiedlichen Ebenen zugeordnet sind, wobei die Federlaschen (3) jeder Ebene im Ruhezustand um ein jeweils anderes vorgegebenes Maß aus dem Basiselement (2) herausragen.
Federelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (2) als eigenständiger Tellerfederanteil des erfindungsgemäßen Federelementes (1) dient.
Federelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (2) an beiden Seiten jeweils mehrere umfangsverteilt angeordnete, aus dem Basiselement (2) herausragende Federlaschen (3) mit im Federbereich variablen und sich in Richtung des freien Endes der Federlaschen (3) verjüngenden Querschnitt aufweist.
Federelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Metall hergestellt ist.