DE10240679B4

DE10240679B4 - Vorrichtung zum Betätigen einer Lamellenkupplung

Info

Publication number: DE10240679B4
Application number: DE10240679A
Authority: DE
Inventors: Mario Dipl.-Ing. Schenker
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2022-09-05
Also published as: DE10240679A1

Abstract

Vorrichtung zum Betätigen einer Lamellenkupplung, insbesondere für automatische Getriebe in Kraftfahrzeugen, mit einem verschiebbar geführten Kolben, der einen hydraulisch beaufschlagbaren Druckraum begrenzt, wobei der Kolben unter Zwischenschaltung zweier, parallel geschalteter und zeitlich nacheinander zur Wirkung kommender Dämpfungsfedern die Lamellen der Lamellenkupplung beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass der Leerweg s des Kolbens (32) bis zur Anlage an den Lamellen (26a) der Lamellenkupplung (26) gleich dem Leerweg s' des Kolbens (32) zur zweiten Feder (40) entspricht dergestalt, dass der Kolben (32) unmittelbar an den Lamellen der Lamellenkupplung (26) angreift und die zweite, zeitlich dahinterliegende Feder (40) erst im Bereich der beginnenden Drehmomentübertragung der Lamellenkupplung (26) zur Wirkung kommt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen einer Lamellenkupplung, insbesondere für automatische Getriebe in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Lamellenkupplung beschreibt die EP 1 030 081 A1 , bei der ein erster Federsatz mit mehreren umfangsmäßig verteilten Schraubendruckfedern während der Durchfahrung des Lüftspiels des Kolbens (Befüllvorgang) zur Wirkung kommt und zwischen Kolben und Kupplungslamellen ein zeitlich später einsetzender, zweiter Federsatz vorgesehen ist, der zur Erzielung eines sanften Druckanstiegs in der hydraulischen Betätigung dient. Erst nach Überwindung der Vorspannung des zweiten Federsatzes wirkt die Kolbenkraft unmittelbar auf die Lamellenkupplung und bestimmt deren Einrückverhalten.

Ein ähnlicher Aufbau ist auch aus der DE 693 28 130 T2 bekannt, bei der zwei als Primärkolbenfeder und Ergänzungskolbenfeder bezeichnete Federsätze so örtlich hintereinander angeordnet sind, dass der Kolben durch beide Federsätze in die ausgerückte Stellung vorgespannt ist. Der zweite Federsatz, der auch Ergänzungskolbenfeder genannt wird, soll dabei ein weiteres Zurückweichen des Kolbens von den Kupplungsscheiben weg bewirken, d. h. den Primärkolbenfeder genannten ersten Federsatz in seiner Wirkung unterstützen.

Auch bei der US 3,690,429 sind zwei Federsätze vorgesehen, die beide der Vorspannung des Kolbens in die ausgerückte Stellung dienen und bei der jeder Federsatz einem separaten Kolbenteil eines zweigeteilten Kolbenaufbaus zugeordnet ist.

Aus der DE 807 875 C ist ein Aufbau einer Lamellenkupplung bekannt, bei der zwischen dem Lamellenpaket und dem Kolben ein Druckring vorgesehen ist. Ein erster Federsatz übt dabei eine Rückstellkraft auf den Druckring in Richtung auf den in Richtung auf den Kolben zu aus, während ein zweiter Federsatz zwischen dem Kolben und dem Druckring vorgesehen ist, der den Druckring vom Kolben wegdrückt.

Aus der DE 35 45 842 A1 ist ein allgemein bekannter Aufbau einer Lamellenkupplung bekannt und die DE 35 21 731 A1 betrifft eine pneumatisch lösbare Reibungskupplung für einen Kompressor einer Bremsanlage eines Schwerfahrzeugs, wie z. B. eines Omnibusses.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Vorrichtung zum Betätigen einer Lamellenkupplung zu schaffen, mit der ein sehr präzises Einrückverhalten auch unter Berücksichtigung herstellungsbedingter Toleranzen erhalten wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschreiben die weiteren Patentansprüche.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Kolben unmittelbar an den Lamellen der Lamellenkupplung angreift und dass die zweite, zeitlich dahinterliegende Feder erst im Bereich der beginnenden Drehmomentübertragung der Lamellenkupplung zur Wirkung kommt. Daraus resultiert, dass die zweite Feder (in der Regel entweder eine Tellerfeder oder ein Satz aus mehreren Schraubendruckfedern) erst zur Wirkung kommt, wenn der Kolben auch bereits mit seiner Anpresswirkung auf die Kupplungslamellen einsetzt; wie sich gezeigt hat, ergibt dies einen weit besser beherrschbaren Druckverlauf bzw. ein präziseres Einrückverhalten, bei dem die Federtoleranzen der zweiten Feder quasi eliminiert sind. Dient die besagte Lamellenkupplung zugleich – wie bei automatischen Getrieben häufig üblich – als Anfahrkupplung, so ist damit verbunden auch das Kriechverhalten bei eingelegter Fahrstufe exakter regelbar. Im Druckverlauf der hydraulischen Steuerung bewirkt der erfindungsgemäße Vorschlag einen steileren, zeitlich genauer bestimmbaren Druckanstieg nach dem Befüllen der Kupplung bzw. dem Durchfahren des Lüftspiels. Bevorzugt kann somit hierbei ferner die Einstellung der Kupplungsbetätigung bei der Montage erfolgen, indem der Leerweg s des Kolbens bis zur Anlage an den Lamellen der Lamellenkupplung gleich dem Leerweg s' des Kolbens zur zweiten Feder entspricht. Dieses Verhältnis ist relativ einfach durch entsprechende Vermessung der Teile ermittelbar und dann beispielsweise durch Zuordnung der passenden Einstellscheibe oder durch entsprechende Einstellung eines anderen geeigneten Einstellmittels herzustellen. Danach werden die Lamellenkupplung und die Betätigungsmittel wie Kolben, Federn, etc. zusammen montiert.

Als besonders vorteilhaft hat es sich weiterhin erwiesen, wenn der zeitliche Einsatzpunkt der zweiten Feder relativ zu einer definierten Stellung des Kolbens an der Lamellenkupplung einstellbar ist. Beispielsweise durch die Verwendung unterschiedlich starker Einstellscheiben an der Abstützung der zweiten Feder kann in einfacher Weise und unter Ausschaltung fertigungsbedingter Toleranzen im Kupplungsgehäuse, am Kolben, an der zweiten Feder, etc. der Druckanstieg im Kupplungspunkt (definierter Bereich der Drehmomentübertragung) bestimmt und eingestellt werden. Dies ermöglicht auch bei Großserienfertigung eine prozesssichere Beherrschung des Kupplungseinrückverhaltens der automatischen Getriebe.

Baulich besonders vorteilhaft können die beiden Federn radial innerhalb des ringförmigen Lamellenpaketes der Lamellenkupplung angeordnet und durch mehrere, in Umfangsrichtung verteilte Schraubendruckfedern gebildet sein. Dies ermöglicht eine baulich gedrängte Konstruktion der Kupplungsbetätigung, die insbesondere in axialer Richtung besonders wenig Einbauraum erfordert.

Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die zweiten Federn härter als die ersten Federn ausgelegt sind. Daraus resultiert aufgrund des damit verbundenen steileren Druckanstieges im Einrückbereich der Lamellenkupplung eine verbesserte Regelbarkeit in Verbindung mit einem feinfühligen, ruckfreien Anfahrverhalten.

Eine baulich vorteilhafte und fertigungstechnisch günstige Kupplungsbetätigungsvorrichtung wird schließlich dadurch erzielt, dass das radial innenliegende Kupplungselement der Lamellenkupplung topfförmig mit einem radialen Nabenabschnitt ausgebildet ist, dass ferner der Kolben hutförmig mit dem inneren Radialabschnitt in das Kupplungselement einragt und mit dem radial äußeren Ringflansch die Kupplungslamellen beaufschlagt und dass die beiden Federsätze, der Stützring und die Anschlagscheibe mit der Einstellscheibe innerhalb des Nabenabschnittes und des Kolbens positioniert sind.

Eine derartige Lamellenkupplung kann aufgrund der für automatische Getriebe günstigen gedrängten Konstruktion bevorzugt als Bremse oder Kupplung ein axial benachbart dazu angeordnetes Planetenradgetriebe schalten, wobei die Lamellenkupplung zugleich als Anfahrkupplung dienen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher beschrieben.
Die anliegende schematische Zeichnung zeigt in:
1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum hydraulischen Betätigen einer ein Planetenradgetriebe eines au tomatischen Getriebes für ein Kraftfahrzeug schaltenden Lamellenkupplung mit zwei zeitlich hintereinander geschalteten Federsätzen; und
2 in einer Grafik den hydraulischen Druck P am Kolben der Kupplungsbetätigung über der Zeit t.
In der 1 ist mit 10 ein abschnittsweise dargestelltes automatisches Getriebe für ein Kraftfahrzeug bezeichnet, mit einem Kupplungs-Gehäuse 12, einer in dem Gehäuse 12 drehbar gelagerten Welle 14, auf der ein Planetenradgetriebe 16 angeordnet ist. Das Planetenradgetriebe 16 weist in bekannter Weise ein Sonnenrad 18, auf einem Planetenradträger 20 gelagerte Planetenräder 22 und ein ebenfalls mit den Planetenrädern 22 kämmendes Außenrad 24 auf.
Dem Planetenradgetriebe 16 axial benachbart ist eine Lamellenkupplung 26 vorgesehen, deren Reibringe und Stahllamellen radial außen mit einer Gehäuseverzahnung 12a und radial innen mit einem topfförmigen Kupplungselement 28 über dessen Außenverzahnung 28a in Drehrichtung formschlüssig verbunden sind. Ferner ist der radiale Nabenabschnitt 30 des Kupplungselementes 28 mit dem Sonnenrad 18 trieblich verbunden, so dass mittels der Lamellenkupplung 26 das Sonnenrad 18 mit dem Kupplungsgehäuse 12 kuppelbar ist, wobei das Planetenradgetriebe 16 entsprechend umgeschaltet wird (beispielsweise in eine Anfahrübersetzung des automatischen Getriebes).
Die Vorrichtung zur hydraulischen Kupplungsbetätigung weist einen im Querschnitt hutförmigen Kolben 32 auf, der axial verschiebbar und unter Zwischenschaltung von Ringdichtungen 34 in dem Kupplungs-Gehäuse 12 gelagert ist.
Der Kolben 32 wirkt mit einem radial außenliegenden Ringflansch 36 unmittelbar auf die erste Lamelle 26a der Lamellenkupplung 26.
Der innere Radialabschnitt 37 des Kolbens 32 ragt in das Kupplungselement 28 ein und wirkt mit einem ersten Satz von Dämpfungsfedern bzw. Schraubendruckfedern 38 und einem zweiten Satz von Schraubendruckfedern 40 in noch zu beschreibender Weise zusammen. Die Schraubendruckfedern 38, 40 (es ist in der Schnittansicht nur jeweils eine Schraubendruckfeder ersichtlich) sind kreisförmig angeordnet und gleichmäßig über den jeweiligen Umfang verteilt.
Der durch den Kolben 32 begrenzte ringförmige Druckraum 42 ist über einheitlich mit 44 bezeichnete Kanäle mit einem Hydraulikmedium der hydraulischen Kupplungssteuerung des automatischen Getriebes befüllbar und mit Druck beaufschlagbar.
Auf einem axialen Fortsatz 46 des Gehäuses 12 sind über Sicherungsringe 48 ein Stützring 50 einerseits und ein Anschlagring 52 andererseits festgelegt, wobei zwischen dem Anschlagring 52 und dem zugehörigem Sicherungsring 48 eine Einstellscheibe 54 definierter Stärke eingelegt ist.
Wie aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist, stützen sich die ersten Schraubendruckfedern 38 an dem Stützring 50 und unmittelbar an dem inneren Radialabschnitt 37 des Kolbens 32 ab, wirken also ständig in Rückstellrichtung auf den Kolben 32.
Die zweiten, härter ausgelegten Schraubendruckfedern 40 sind radial innerhalb der ersten Schraubendruckfedern 38 angeordnet und stützen sich an dem Stützring 50 einerseits und an dem Anschlagring 52 ab, welcher Anschlagring über einen Leerweg s' zu dem Radialabschnitt 37 des Kolbens 32 beabstandet ist. Dementsprechend kommen die Schraubendruckfedern 40 zeitlich später über den Anschlagring 52 am Kolben 32 zur Wirkung, wobei sich der Anschlagring 52 dann entsprechend auf dem Fortsatz 46 in axialer Richtung verschieben kann.
Die Stärke der einzusetzenden Einstellscheibe 54 zur Einstellung des Leerweges s' wird wie folgt ermittelt:
Es wird bei montierter Lamellenkupplung 26 und bis auf Anlage eingeschobenem Kolben 32 der Abstand bzw. Leerweg s zwischen der ersten Lamelle 26a der Lamellenkupplung 26 und dem Ringflansch 36 ermittelt.
Dieser Wert s soll auch an dem Leerweg s' zwischen dem Anschlagring 52 und dem Radialabschnitt 37 eingestellt werden. Dazu werden die Position des Radialabschnittes 37 bei eingeschobenem Kolben 32 zur Position des Sicherungsringes 48 als Abstützung für die Einstellscheibe 54 bzw. den Anschlagring 52 gemessen und aus diesem Wert die Stärke der Einstellscheibe 54 errechnet und entsprechend verbaut.
Damit ist sichergestellt, dass unabhängig von Bauteiltoleranzen die zweiten Federn 40 dann zur Wirkung kommen, wenn auch der Ringflansch 36 des Kolbens 32 an der ersten Lamelle 26a bzw. an der Lamellenkupplung 26 angreift und diese beginnt anzupressen.
Den daraus resultierenden Druckverlauf zeigt die Grafik nach 2, gemäß der der am Kolben 32 wirkende Druck P über der Zeit t dargestellt ist.
Wie ersichtlich ist, liegt zunächst bei einer Betätigung des Kolbens 32 ein geringerer Druck an, der sich im wesentlichen aus dem Rückstellmoment der ersten Federn 38 ergibt und im wesentlichen dem Befüllen (Überbrücken des Lüftspiels) der Kupplungsbetätigung dient.
Nach dem Durchfahren des Leerweges s bzw. s' steigt der Druck P steil an und ergibt sich aus dem Rückstellmoment der Federn 40 und aus dem Anpressdruck an der Lamellenkupplung 26 über den Ringflansch 36. Daraus resultiert wie vorstehend ausgeführt ein feinfühlig regelbares, präzises Einrückverhalten bzw. ruckfreies Anfahrverhalten der Lamellenkupplung 26.

Claims

Vorrichtung zum Betätigen einer Lamellenkupplung, insbesondere für automatische Getriebe in Kraftfahrzeugen, mit einem verschiebbar geführten Kolben, der einen hydraulisch beaufschlagbaren Druckraum begrenzt, wobei der Kolben unter Zwischenschaltung zweier, parallel geschalteter und zeitlich nacheinander zur Wirkung kommender Dämpfungsfedern die Lamellen der Lamellenkupplung beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass der Leerweg s des Kolbens (32) bis zur Anlage an den Lamellen (26a) der Lamellenkupplung (26) gleich dem Leerweg s' des Kolbens (32) zur zweiten Feder (40) entspricht dergestalt, dass der Kolben (32) unmittelbar an den Lamellen der Lamellenkupplung (26) angreift und die zweite, zeitlich dahinterliegende Feder (40) erst im Bereich der beginnenden Drehmomentübertragung der Lamellenkupplung (26) zur Wirkung kommt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Einsatzpunkt der zweiten Feder (40) rela tiv zu einer definierten Stellung des Kolbens (32) an der Lamellenkupplung (26) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine in verschiedenen Stärken verbaubare Einstellscheibe (54) für die zweite Feder (40) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Federn (38, 40) auf einen Radialabschnitt (37) des Kolbens (32) wirken, wobei die zweite Feder (40) erst nach dem Anliegen eines axial benachbart angeordneten, an der Einstellscheibe (54) anliegenden Anschlagringes (52) zur Wirkung kommt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Federn (38, 40) radial innerhalb des ringförmigen Lamellenpaketes der Lamellenkupplung (26) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Federn durch mehrere, in Umfangsrichtung verteilte Schraubendruckfedern (38, 40) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federn (38, 40) an einem Stützring (50) anliegen, wobei die ersten Fe dern (38) unmittelbar und die zweiten Federn (40) über den Anschlagring (52) auf den Kolben (32) wirken.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Federn (40) härter als die ersten Federn (38) ausgelegt sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innenliegende Kupplungselement (28) der Lamellenkupplung (26) topfförmig mit einem radialen Nabenabschnitt (30) ausgebildet ist, dass ferner der Kolben (32) hutförmig mit dem inneren Radialabschnitt (37) in das Kupplungselement (28) einragt und mit dem radial äußeren Ringflansch (36) die Kupplungslamellen beaufschlagt und dass die beiden Federn (38, 40), der Stützring (50) und der Anschlagring (52) mit der Einstellscheibe (54) innerhalb des Nabenabschnittes (30) und des Kolbens (32) positioniert sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenkupplung (26) als Bremse oder Kupplung ein axial benachbart dazu angeordnetes Planetenradgetriebe (16) schaltet.