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Die Erfindung betrifft ein Getriebe
nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art und ein
Verfahren zum Steuern eines Getriebes mit wenigstens einem Schaltelement,
welches wenigstens zwei kraftschlüssig miteinander in Wirkverbindung
bringbare Schaltelementhälften
hat.
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Aus der
DE 100 40 116 A1 ist ein
Getriebe der eingangs genannten Art bekannt, bei dem zwischen einem
Innenlamellenträger
einer Lamellenbremse und einem Planetenträger eines Planetenradsatzes
eine Formschlußkupplung
vorgesehen ist. Die Formschlußkupplung
ist bei geöffneter
Lamellenbremse zur Abkopplung von Getriebebauteilen von der Lamellenbremse
geöffnet,
um Schleppmomente zu reduzieren.
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Liegt eine Anforderung zum Schließen der Lamellenbremse
vor, wird die Formschlußkupplung von
einem Axialkolben kraftfrei geschlossen, so daß die Getriebebauteile bzw.
der Planetenträger
und die damit wiederum wirkverbundenen Getriebebauteile an einen
Innenlamellenträger
der Lamellenbremse angekoppelt sind.
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Anschließend wird ein Lamellenpaket
der Lamellenbremse durch den Axialkolben mit einer einstellbaren
Schließkraft
beaufschlagt, so daß über die Druckbeaufschlagung
des Axialkolbens eine weiche kontinuierliche Steigerung des Bremsmomentes
eingesteuert werden kann und kein nennenswerter Ruck oder dergleichen
auftritt.
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Nachteilig dabei ist jedoch, daß ein Schließen der
Formschlußkupplung
zwischen dem Innenlamellenträger
der Lamellenbremse und dem Planetenträger des Planetenradsatzes nur
bei Drehzahlgleichheit des Innenlamellenträgers und des Planetenträgers komfortabel
durchführbar
ist.
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Liegt zwischen dem Innenlamellenträger und dem
Planetenträger
eine Drehzahldifferenz vor, ist ein Einrücken der Formschlußkupplung
nicht möglich bzw.
nur unter hohem Kraftaufwand bei einer gleichzeitig sehr hohen Geräuschentwicklung
durchführbar.
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Um den Kraftaufwand sowie die beim
Schließen
der Formschlußkupplung
Geräuschentwicklung zu
minimieren, ist es erforderlich, daß sich der Innenlamellenträger sowie
der Planetenträger
im Stillstand befinden bzw. nicht rotieren, wodurch ein Einsatzbereich
des vorgeschlagenen Systems erheblich eingeschränkt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
daher die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit wenigstens einem Schaltelement
und ein Verfahren zum Steuern eines Getriebes mit wenigstens einem
Schaltelement zur Verfügung
zu stellen, mit welchen die Nachteile des Standes der Technik vermieden
werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem
Getriebe gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 1 und mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen
des Patentanspruches 12 gelöst.
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Dadurch, daß bei dem Getriebe nach der
Erfindung die Kupplungseinrichtung zusätzlich mit einer Synchronisierung ausgeführt ist,
kann die Kupplungseinrichtung vor dem Schließen des Formschlusses der Kupplungseinrichtung
synchronisiert werden und der Formschluß der Kupplungseinrichtung
ohne Geräuschentwicklung
und ohne hohen Kraftaufwand eingerückt werden.
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Des weiteren liegt der Ausführung der
Kupplungseinrichtung mit einer Synchronisierung der Vorteil zugrunde,
daß der
Formschluß der
Kupplungseinrichtung bei beliebigen Betriebszuständen, das bedeutet bei beliebigen
Differenzdrehzahlen zwischen den beiden Hälften des Formschlusses durchführbar ist,
da diese über
die Synchronisierung auf einfache Art und Weise ausgeglichen werden
können.
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Zusätzlich sind Schleppmomente,
welche bei geöffnetem
Schaltelement zwischen den Schaltelementhälften aufgrund von Flüssigkeitsreibung
auftreten, dadurch reduziert, daß die Getriebebauteile von
wenigstens einer Schaltelementhälfte
bei geöffneter
Kupplungseinrichtung entkoppelt sind und an der Synchronisierung
auftretende Schleppmomente erheblich geringer sind als die Schleppmomente
zwischen den Schaltelementhälften
bei angekoppelten Getriebebauteilen.
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Dies resultiert wiederum daraus,
daß die Synchronisierung
mit einem geringeren Massenträgheitsmoment
ausgeführt
ist, da diese nicht zur Übertragung
eines Kraftflusses in dem Getriebe eingesetzt wird, sondern lediglich
zum Ausgleich von Differenzdrehzahlen eingesetzt wird und deshalb
kleiner dimensioniert ist. Somit ist bei geöffnetem Schaltelement eine
Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften reduziert bzw. vollständig eliminiert,
was ebenfalls zur Verringerung der Verlustleistung im Getriebe führt.
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Mit dem Verfahren nach der Erfindung
besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, Getriebebauteile
von einer Schaltelementhälfte
eines Schaltelementes bei geöffnetem
Schaltelement zu entkoppeln, um Schleppmomente – insbesondere bei niedrigen
Betriebstemperaturen – zwischen
den Schaltelementhälften
zu vermeiden.
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Des weiteren bietet das erfindungsgemäße Verfahren
die Möglichkeit,
ein derartig ausgeführtes Schaltelement
bei beliebigen Betriebszuständen
eines Getriebes zur Darstellung einer bestimmten Übersetzung
des Getriebes zuzuschalten, da der Formschluß der Kupplungseinrichtung
durch die zeitlich vorgelagerte Synchronisierung der Kupplungseinrichtung
auf einfache Art und Weise durchführbar ist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und
aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt:
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l eine
stark schematisierte Darstellung eines Schaltelementes mit einer
Kupplungseinrichtung, die mit einer Synchronisierung ausgeführt ist;
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2 die
Darstellung gemäß 1, wobei ein formschlüssiges Element
zur Überbrückung eines
Reibschlusses zwischen Schaltelementhälften des Schaltelementes vorgesehen
ist;
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3 einen
schematisiert dargestellten zeitlichen Verlauf eines an den Schaltelementhälften des Schaltelementes
anliegenden Drucks während
eines Schaltzyklus;
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4 eine
mit dem Druckverlauf aus 3 korrespondierende
Darstellung, welche die verschiedenen Zustände des Schaltelementes während eines Schaltzyklus
wiedergibt;
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5 einen
zeitlichen Verlauf einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Schaltelementhälfte und
der zweiten Schaltelementhälfte
des Schaltelementes während
eines Schaltzyklus;
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6 ein
Schaltschema einer Aktuatorik zur Ansteuerung eines Schaltelementes
und
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7 eine
schematisierte Darstellung des Schaltelementes gemäß 1 mit einem Aktuator zum
Betätigen
des Schaltelementes.
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1 zeigt
ein Schaltelement 1 eines nicht näher dargestellten Getriebes,
welches als ein Stufenautomatgetriebe ausgeführt ist. Das Schaltelement 1 ist
zur Darstellung einer oder mehrerer Gangstufen des Stufenautomatgetriebes
vorgesehen und wird in Abhängigkeit
einer angeforderten Übersetzung
des Stufenautomatgetriebes in einen Leistungsfluß zugeschaltet bzw. abgeschaltet.
Das Schaltelement 1 weist eine erste Schaltelementhälfte 2 und
eine zweite Schaltelementhälfte 3 auf,
welche kraftschlüssig
bzw. reibschlüssig
miteinander in Wirkverbindung bringbar sind.
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Die Schaltelementhälften 2, 3 sind
mit nicht drehbaren Getriebebauteilen 4 und drehbaren Getriebebauteilen 5 verbunden.
Zwischen der ersten Schaltelementhälfte 2 und den damit
verbundenen Getriebebauteilen 5 ist eine formschlüssige Kupplungseinrichtung 6 vorgesehen,
welche zusätzlich
mit einer Synchronisierung 7 ausgeführt ist.
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In geschlossenem Zustand des Schaltelementes 1 sind
die beiden Schaltelementhälften 2, 3 kraftschlüssig derart
miteinander in Wirkverbindung, daß ein Kraftfluß von den
drehbaren Getriebebauteilen 5 auf die nicht drehbaren Getriebebauteile 4,
welche vorliegend mit einem Getriebegehäuse des Stufenautomatgetriebes
verbunden sind, ohne Differenzdrehzahl zwischen den beiden Schaltelementhälften 2, 3 geführt wird.
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Gleichzeitig ist ein Formschluß 8 der
Kupplungseinrichtung 6 sowie deren Synchronisierung 7 geschlossen.
Bei Vorliegen einer Anforderung zum Öffnen des Schaltelementes 1 bzw.
zum Abschalten des Schaltelementes 1 wird der Kraftschluß zwischen
den beiden Schaltelementhälften 2, 3 aufgehoben,
bis über
die Schaltelementhälften 2, 3 nahezu kein
Drehmoment mehr übertragen
wird. In diesem Zustand des Schaltelementes 1 liegt zwischen
den beiden Schaltelementhälften 2, 3 eine
Differenzdrehzahl vor, welche durch zwischen den beiden Schaltelementhälften 2, 3 vorhandenes
Hydrauliköl
zu Schleppmomenten und somit zu Verlustleistungen führt, die
einen Wirkungsgrad des Stufenautomatgetriebes verschlechtern.
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Um die Differenzdrehzahlen zwischen
den beiden Schaltelementhälften 2, 3 des
Schaltelementes 1 zu reduzieren und somit die Schleppmomente herabzusetzen,
wird die Kupplungseinrichtung 6 geöffnet, wodurch die drehbaren
Getriebebauteile von der ersten Schaltelementhälfte 2 entkoppelt
werden. Dabei wird zunächst
der Formschluß 8 und
anschließend
die Synchronisierung 7 der Kupplungseinrichtung 6 geöffnet, so
daß die
rotierenden Massen der drehbaren Getriebebauteile 5, welche
sich im Betrieb des Stufenautomatgetriebes mit einer einer neu einzulegenden Übersetzung
des Stufenauto matgetriebes entsprechenden Drehzahl drehen, von der
ersten Schaltelementhälfte 2 entkoppelt
sind und diese in Bezug auf die zweite Schaltelementhälfte 3 nicht mehr
bewegen.
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Dies führt dazu, daß die erste
Schaltelementhälfte 2 aufgrund
der vorbeschriebenen Flüssigkeitsreibung
zwischen den beiden Schaltelementhälften 2, 3 nicht
mehr rotiert oder nur noch mit stark herabgesetzter Drehgeschwindigkeit
gegenüber
der zweiten Schaltelementhälfte 3 umläuft, wodurch
Schleppmomente zwischen den Schaltelementhälften 2, 3 in voller
Höhe vermieden
werden bzw. erheblich reduziert werden.
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Die Differenzdrehzahlen sind nunmehr
von den Schaltelementhälften 2, 3 in
den Bereich der Synchronisierung 7 der Kupplungseinrichtung
verlagert. Die Synchronisierung 7 verursacht in geöffnetem
Zustand auch Schleppmomente, die jedoch aufgrund der kleineren Reibflächen der
Bauteile der Synchronisierung 7 sowie im Vergleich zu den
Schaltelementhälften 2, 3 der
reduzierten Reibflächen
wesentlich kleiner sind als die Schleppmomente zwischen den Schaltelementhälften 2, 3.
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Liegt aufgrund einer bestimmten Betriebssituation
des Stufenautomatgetriebes oder einer Fahrerwunschvorgabe eines
Fahrers eines Fahrzeuges eine Anforderung zum Zuschalten des Schaltelementes 1 in
einen Kraftfluß des
Stufenautomatgetriebes vor, wird zunächst die Kupplungseinrichtung 6 über die
Synchronisierung 7 synchronisiert und der Formschluß 8 bei
Drehzahlgleichheit der beiden Formschlußhälften der Kupplungseinrichtung 6 geschlossen.
Damit sind die drehbaren Getriebebauteile 5 wieder an die
erste Schaltelementhälfte 2 angekoppelt
und das Schaltelement 1 kann durch Herstellen des Kraftschlusses
zwischen den beiden reibschlüssig
miteinander verbindbaren Schaltelementhälften 2, 3 endgültig geschlossen
werden.
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In 2 ist
das Schaltelement 1 gemäß 1 dargestellt, wobei zwischen
den drehbaren Getriebebauteilen 5 und den nicht drehbaren
Getriebebauteilen 4 ein formschlüssiges Element 9 angeordnet
ist. In geschlossenem Zustand des formschlüssigen Elementes 9 ist
ein Kraftfluß von
den drehbaren Getriebebauteilen 5 auf die nicht drehbaren
Getriebebauteile 4 über
das formschlüssige
Element 9 führbar.
Dadurch besteht gleichzeitig die Möglichkeit, den Kraftschluß zwischen
dem beiden Schaltelementhälften 2, 3 zu
reduzieren, um Energieverluste, welche beim Halten des Kraftschlusses
zwischen den beiden Schaltelementhälften 2, 3 an
einer Hydraulikpumpe eines Hydrauliksystems des Stufenautomatgetriebes
entstehen, zu verringern und einen Wirkungsgrad des Stufenautomatgetriebes
zu verbessern.
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Der Kraftschluß zwischen den beiden Schaltelementhälften 2, 3 und
das formschlüssige
Element 9 sind über
eine nicht näher
dargestellte Steuereinrichtung des Stufenautomatgetriebes während eines Schaltzyklus
des Schaltelementes 1 derart einstellbar, daß ein Zuschalten
und ein Abschalten des Schaltelementes 1 ohne Zugkraftunterbrechung,
d. h. als Lastschaltung, durchgeführt werden kann. Unter dem
Begriff Schaltzyklus ist vorliegend die zeitliche Abfolge einer
Zuschaltphase, einer sich daran anschließenden Kraftflußübertragungsphase über das
Schaltelement 1 und eine sich daran wiederum anschließenden Abschaltphase
des Schaltelementes 1 zu verstehen.
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Während
eines Schaltzyklus findet ein kontrollierter Übergang zwischen einer reibschlüssigen und
einer formschlüssigen
Kraftübertragung
eines an dem Schaltelement 1 anstehenden Drehmomentes statt,
wobei ein Gangwechsel, an dem das Schaltelement 1 beteiligt
ist, als Lastschaltung ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt wird,
wie dies bei Zugrückschaltungen
oder Schubhochschaltungen bevorzugt ist.
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Das formschlüssige Element 9 des
Schaltelementes 1 ist vorliegend mit einem nicht näher dargestellten
Sperrelement ausgeführt,
welches ähnlich wie
bei an sich bekannten Synchronisierungen von Stufenautomatgetrieben
dahingehend ausgeführt
ist, daß das
formschlüssige
Element 9 vor Erreichen des synchronen Zustandes zwischen
den beiden Schaltelementhälften 2, 3 bzw.
des formschlüssigen
Elementes 9 nicht hergestellt werden kann.
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Das Schaltelement 1 und
dessen Schaltelementhälften 2, 3 sind
vorliegend als eine Lamellenbremse mit einem Lamellenpaket ausgeführt, das zum
Herstellen des Kraftschlusses über
eine in 1 und 2 nicht näher dargestellte
Aktuatorik miteinander verpreßt
wird. Die Aktuatorik wird zum Herstellen des Kraftschlusses im Bereich
des Lamellenpaketes mit einem Hydraulikdruck eines Hydrauliksystemes
des Stufenautomatgetriebes beaufschlagt.
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Abweichend hiervon kann es selbstverständlich auch
vorgesehen sein, daß das
Schaltelement und die Schaltelementhälften als eine Lamellenkupplung
mit einem Lamellenpaket ausgeführt
sind und zur Darstellung einer Gangstufe des Stufenautomatgetriebes
in einen Leistungsfluß des
Stufenautomatgetriebes geschaltet wird.
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Das formschlüssige Element 9 wird
nach dem Schließen
der Kupplungseinrichtung 6 sowie nach dem Herstellen des
Kraftschlusses zwischen den beiden Schaltelementhälften 2, 3 geschlossen. Danach
wird ein Haltedruck an dem Lamellenpaket des Schaltelementes 1 reduziert
bzw. ganz abgeschaltet, wodurch ein Energieaufwand reduziert wird.
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Des weiteren ist in 2 eine weitere Ausführungsform des formschlüssigen Elementes
des Schaltelementes 1 in strichlierter Form dargestellt, welche
vorliegend mit den Bezugszeichen 9A bezeichnet ist. Bei
geschlossenem formschlüssigen Element 9A ist
das Getriebegehäuse
bzw. sind die nicht rotierbaren Getriebebauteile 4 mit
zwischen den drehbaren Getriebebauteilen 5 und den nicht
drehbaren Getriebebauteilen 4 angeordneten Zwischenmassen 10 der
Kupplungseinrichtung 6 verbunden. Die Ausführungsform
des Elementes 9A bietet dieselben Vorteile wie der Einsatz
des formschlüssigen Elementes 9 und
die Ansteuerung der beiden Ausführungen
des formschlüssigen
Elementes erfolgt ebenfalls in der gleichen Art und Weise.
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Nachfolgend wird an Hand von 3, 4 und 5 der
Ablauf eines Schaltzyklus des Schaltelementes 1 näher beschrieben.
Während
eines Schaltzyklus findet ein kontrollierter Übergang zwischen einer reibschlüssigen und
einer formschlüssigen
Kraftübertragung
eines an dem Schaltelement 1 anstehenden Drehmomentes statt.
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Bezug nehmend auf 3 ist ein Verlauf eines Drucks bzw. eines
Ansteuerdrucks p_se des Schaltelementes 1 über der
Zeit t dargestellt, mit welchem die beiden Schaltelementhälften 2, 3 von
einer Hydraulikpumpe eines Hydraulik systems des Stufenautomatgetriebes
indirekt beaufschlagt werden.
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Mit dem in 3 dargestellten Verlauf des Ansteuerdrucks
p_se korrespondieren die in 4 und 5 gezeigten Darstellungen,
wobei die Darstellung gemäß 4 einen Zustand des Schaltelementes 1,
d.h. der Kupplungseinrichtung 6, des formschlüssigen Elementes 9 bzw. 9A und
Schaltelementhälften 2, 3 wiedergibt.
Dabei ist vorliegend unter dem Begriff „Zustand" jeweils eine Übertragungsfähigkeit
der Synchronisierung 7, des Formschlusses 8, zwischen
den Schaltelementhälften 2, 3 und
des formschlüssigen
Elementes 9 bzw. 9A, welches vorliegend als Klauenkupplung
ausgeführt
ist, und die Art und Weise, wie jeweils ein Kraftfluß über das Schaltelement 1 geführt wird,
zu verstehen. 5 stellt
einen Verlauf einer Differenzdrehzahl Δn_se zwischen den beiden Schaltelementhälften 2 und 3 während eines
Schaltzyklus dar.
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Zu einem Zeitpunkt t_0 sind alle
Funktionsteile des Schaltelementes 1, d.h. die Synchronisierung 7,
der Formschluss 8, die Schaltelementhälften 2 und 3 sowie
das formschlüssige
Element 9 bzw. 9A geöffnet und es wird über das
Schaltelement 1 kein Drehmoment geführt. Zwischen dem Zeitpunkt
t_0 und dem Zeitpunkt t_1 wird der Ansteuerdruck p_se über eine
Druckrampe stetig angehoben, wodurch zunächst die Synchronisierung 7 in
Eingriff gebracht wird und eine Übertragungsfähigkeit
der Synchronisierung 7 erhöht wird. Die Synchronisierung 7 wird
ab dem Zeitpunkt t_1 zum Synchronisieren der Kupplungseinrichtung 6 bzw.
des Formschlusses 8 zunächst
in einem Schlupfzustand betrieben.
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Ab dem Zeitpunkt t_1 steigt aufgrund
der zunehmenden Übertragungsfähigkeit
der Synchronisierung 7 die Differenzzahl Δn_se stetig
an und erreicht zu einem Zeitpunkt t_2 eine Drehzahl Δn_syn, welche
der Synchrondrehzahl der Kupplungseinrichtung 6 entspricht.
In diesem Zustand der Kupplungseinrichtung 6 wird der Formschluss 8 der
Kupplungseinrichtung 6 geschlossen, wobei der Ansteuerdruck p_se
weiter angehoben wird.
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Mit steigendem Ansteuerdruck p_se
wird ab einem Zeitpunkt t_3 eine Übertragungsfähigkeit
zwischen den beiden Schaltelementhälften 2, 3 erhöht, wodurch
die Schaltelementhälften 2, 3 ebenfalls
in einen Schlupfbetrieb überführt werden.
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Ab einem nicht näher bezeichneten, zwischen
den beiden Zeitpunkten t_3 und t_4 liegenden Zeitpunkt wird aufgrund
der zunehmenden Übertragungsfähigkeit
der Schaltelementhälften 2, 3 die
Differenzdrehzahl Δn_se
stetig reduziert und erreicht zu einem Zeitpunkt t_4 den Wert Null.
Bei egalisierter Differenzdrehzahl Δn_se zwischen den beiden Schaltelementhälften 2, 3 des
Schaltelementes 1 sind die beiden Schaltelementhälften 2, 3 sowie
das formschlüssige
Element 9 bzw. 9A synchronisiert. Der Ansteuerdruck
p_se wird zwischen dem Zeitpunkt t_4 und dem Zeitpunkt t_5 wenigstens
annähernd
konstant gehalten. Dieser Zeitraum stellt eine sogenannte Druckausgleichsphase
des Schaltelementes 1 dar, der eine erste Befüllphase
des Schaltelementes während
einer ersten Schaltphase, d.h. während
des Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t_0 und t_1, vorgeschaltet
ist.
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Zum Zeitpunkt t_5, an welchem der
synchrone Zustand des Schaltelementes 1 zwischen den Schaltelementhälften 2, 3 erreicht
ist, wird der Ansteuerdruck p_se sprungartig auf einen Haltedruck p_h
des Schaltelementes 1 angehoben. Dann sind die Schaltelementhälften 2, 3 derart
miteinander verpreßt,
daß ein
an dem Schaltelement 1 anliegendes Drehmoment kraftschlüssig und
vollständig
von den drehenden Getriebebauteilen 5 auf die nicht drehbaren
Getriebebauteile 4 übertragen
wird.
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In diesem Zustand des Schaltelementes 1 wird
von der Steuereinrichtung des Lastschaltgetriebes bzw. des Stufenautomatgetriebes
ein Signal ausgegeben, um das formschlüssige Schaltelement 9 bzw. 9A zu
schließen.
Der Schließvorgang
des formschlüssigen
Elementes 9 bzw. 9A ist spätestens zum Zeitpunkt t_6 beendet
und der Ansteuerdruck p_se des Schaltelementes 1 wird auf
das Druckniveau zum Zeitpunkt t_0 reduziert. Dabei wird eine Übertragungsfähigkeit
zwischen den beiden Schaltelementhälften 2, 3 bzw.
ein Kraftschluß zwischen
den beiden Schaltelementhälften 2, 3 aufgehoben.
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In einer sich daran anschließenden weiteren Schaltphase
des Schaltzyklus zwischen dem Zeitpunkt t_6 und einem Zeitpunkt
t_7 wird ein von den drehbaren Getriebebauteilen 5 ausgehendes
Drehmoment formschlüssig über das
formschlüssige
Element 9 bzw. 9A und den Formschluß 8 auf
die nicht drehbaren Getriebebauteile 4 übertragen.
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Selbstverständlich liegt es im Ermessen
des Fachmannes, die Übertragungsfähigkeit
zwischen den Schaltelementhälften 2, 3 bei
geschlossenem formschlüssigen
Element 9 bzw. 9A des Schaltelementes 1 vollständig aufzuheben,
oder auf einen definierten Schwellwert abzusenken. Dabei bietet
die nicht vollständige
Aufhebung der Übertragungsfähigkeit
zwischen den Schaltelementhälften 2, 3 gegenüber dem
vollständigen Öffnen den
Vorteil, daß eine anschließende Erhöhung der Übertragungsfähigkeit bis
hin zum vollständigen
Kraftschluß zwischen
den Schaltelementen 2, 3 eine kürzere Ansteuerzeit
benötigt
wird.
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Liegt zu einem Zeitpunkt t_7 in Abhängigkeit eines
bestimmten Betriebszustandes des Stufenautomatgetriebes oder aufgrund
einer von einem Fahrer generierten Fahrerwunschvorgabe eine Anforderung
für einen
Gangwechsel und eine damit verbundene Vorgabe zum Abschalten des
Schaltelementes 1 vor, wird vor einem Öffnen des formschlüssigen Elementes 9 bzw. 9A der
Ansteuerdruck p_se wiederum sprungartig auf den Haltedruck p_h angehoben,
so daß die
beiden Schaltelementhälften 2, 3 wieder
kraftschlüssig
miteinander verbunden sind.
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In diesem Zustand des Schaltelementes 1 wird
das formschlüssige
Element 9 bzw. 9A geöffnet und das an dem Schaltelement 1 anliegende
Drehmoment über
den Kraftschluß der
Schaltelementhälften 2 und 3 auf
die nicht drehbaren Getriebebauteile 4 in gleiche Höhe wie über das
formschlüssige
Element 9 bzw. 9A übertragen.
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Zu einem Zeitpunkt t_8, an welchem
die volle Übertragungsfähigkeit
zwischen den Schaltelementhälften 2 und 3 über den
Kraftschluß vorliegt
und gleichzeitig das formschlüssige
Element 9 bzw. 9A sicher geöffnet ist, wird der Ansteuerdruck
p_se sprungartig auf einen vorgegebenen Druckwert reduziert. Dadurch
wird die Übertragungsfähigkeit
zwischen den Schaltelementhälften 2 und 3 verringert,
und zwischen den beiden Schaltelementhälften 2 und 3 tritt ein
Schlupf auf. Gleichzeitig steigt die Differenzdrehzahl Δn_se auf
einen Wert an, der sich an dem Schaltelement 1 bzw. zwischen
den Schaltelementhälften 2 und 3 in
Abhängigkeit
der Höhe
der Übertragungsfähigkeit
und des neu eingelegten Ganges bzw. der neu eingelegten Gangstufe
in dem Stufenautomatgetriebe einstellt.
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Die in 4 schraffiert
dargestellten Bereiche repräsentieren
jeweils einen der vorbeschriebenen Zustände des Schaltelementes 1 bzw.
der einzelnen Funktionsbauteile. Dabei repräsentiert der erste gekreuzt
schraffierte Bereich zwischen den Zeitpunkten t_0 und t_1 jenen
Zustand des Schaltelementes 1 und besonders der Kupplungseinrichtung 6,
in dem die Kupplungseinrichtung 6 über die Synchronisierung 7 synchronisiert
wird, die Schaltelemente 2, 3 noch nicht miteinander
in Wirkverbindung sind und noch kein Drehmoment über das Schaltelement 1 führbar ist.
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Ein zweiter schraffierter Bereich
zwischen den Zeitpunkten t_2 und t_3 gibt den Zustand der Kupplungseinrichtung 6 wieder,
in dem der Formschluß 8 der
Kupplungseinrichtung 6 geschlossen ist und sich die Schaltelementhälften 2, 3 langsam
anlegen, wobei ein anliegendes Drehmoment noch nicht am Getriebegehäuse abstützbar ist.
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Der dritte schraffierte Bereich zwischen
den Zeitpunkten t_3 und t_5 repräsentiert
jenen Zustand des Schaltelementes 1, in dem ein verminderter Kraftfluß zwischen
den drehbaren Getriebebauteilen 5 und den nicht drehbaren
Getriebebauteile 4 über schlupfende
Schaltelementhälften 2 und 3 geleitet wird.
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Der zwischen den Zeitpunkten t_5
und t_6 angeordnete vierte schraffierte Bereich repräsentiert den
Zustand des Schaltelementes, bei dem ein Kraftschluß zwischen
den beiden Schaltelementhälften 2, 3 vorliegt
und ein anliegendes Drehmoment an dem Schaltelement 1 ohne
Schlupf zwischen den Schaltelementhälften 2 und 3 vollständig übertragen
wird. Während
dieser Phase des Schaltzyklus wird das formschlüssige Element 9 bzw. 9A geschlossen,
wobei das formschlüssige
Element 9 bzw. 9A spätestens zum Zeitpunkt t_6 geschlossen
ist.
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Des weiteren wird das formschlüssige Element 9 bzw.
9A frühestens
zum Zeitpunkt t_7 wieder geöffnet,
wenn zum Zeitpunkt t_7 bereits die volle Übertragungsfähigkeit über den
Kraftschluß zwischen
den Schaltelementhälften 2 und 3 vorliegt.
Der zwischen den Zeitpunkten t_6 und t_7 angeordnete mit vertikalen
Linien schraffiert ausgeführte
fünfte
Bereich stellt den Zustand des Schaltelementes 1 dar, in welchem
der Kraftfluß von
dem Schaltelement 1 formschlüssig über das formschlüssige Element 9 bzw. 9A übertragen
wird und gleichzeitig der Ansteuerdruck p_se reduziert ist. Dabei
ist die Übertragungsfähigkeit
im Bereich des Reibschlusses zwischen den beiden Schaltelementhälften 2 und 3 stark reduziert.
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In einer vorletzten Schaltphase des
Schaltzyklus zwischen den Zeitpunkten t_7 und t_8 liegt zwischen
den Schaltelementhälften 2 und 3 wiederum
ein vollständiger
Kraftschluß vor
und das formschlüssige
Element 9 bzw. 9A ist geöffnet. Dabei wird der Kraftfluß über das
Schaltelement 1 über
den Reibschluß zwischen
den Schaltelementhälften 2 und 3 in
voller Höhe übertragen.
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Ab dem Zeitpunkt t_8 ist die Übertragungsfähigkeit
des Schaltelementes 1 aufgrund der reduzierten Übertragungsfähigkeit
des Reibschlusses zwischen den Schaltelementhälften 2 und 3 des
Schaltelementes 1 herabgesetzt und es wird lediglich ein reduzierter
Kraftfluß im
Schlupfbetrieb von den drehbaren Getriebebauteilen 5 auf
die nicht drehbaren Getriebebauteile 4 übertragen. In diesem Zustand des
Schaltelementes 1 wird eine Höhe des über das Schaltelement 1 übertragenen
Kraftflusses über
die einstellbare Übertragungsfähigkeit
des Reibschlusses im Bereich zwischen den Schaltelementhälften 2 und 3 gesteuert.
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6 zeigt
ein Schaltschema einer Aktuatorik 13 zur Betätigung des
Schaltelementes 1, mit welcher ein kontrollierter Übergang
zwischen dem Formschluß des
formschlüssigen
Elementes 9 und dem Reibschluß zwischen den Schaltelementhälften 2 und 3 während eines
Lastschaltzyklus durchführbar ist.
Dabei stellt ein Funktionsblock 11 symbolisch eine Einrichtung
dar, von der aus eine Betätigungsenergie
auf das Schaltelement 1 bzw. die reibschlüssig zu
verbindenden Schaltelementhälften 2 und 3 und das
formschlüssige
Element 9 bzw. 9A aufgebracht wird. Die Betätigungsenergie
wird direkt auf die beiden Schaltelementhälften 2 und 3 zu
deren Ansteuerung aufgegeben, wohingegen die Betätigungsenergie zur Ansteuerung
des formschlüssigen
Elementes 9 bzw. 9A über einen zweiten Funktionsblock 12 zu dem
formschlüssigen
Element 9 geführt
wird.
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Der Funktionsblock 12 ist
mit einer Logik ausgeführt,
die bei einer jeden Betätigung
der Schaltelementhälften 2 und 3 jeweils
abwechselnd ein Öffnen
oder ein Schließen
des formschlüssigen
Elementes 9 bewirkt. Das bedeutet, daß die vorbeschriebene Betätigung der
Schaltelementhälften 2 und 3 zwischen
den Zeitpunkten t_3 und t_5 in dem zweiten Funktionsblock 12,
der vorliegend als ein Umschalt-Flip-Flop ausgeführt ist, zunächst ein
Schließen
des formschlüssigen
Elementes 9 bzw. 9A zum Zeitpunkt t_6 bewirkt.
Die erneute Einstellung des Kraftschlusses zwischen den Schaltelementhälften 2 und 3 mit
dem Haltedruck p_h zwischen den Zeitpunkten t_7 und t_8 führt spätestens
zum Zeitpunkt t_8 zum Öffnen
des formschlüssigen
Elementes 9.
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Zum Zeitpunkt t_8 liegt somit der
vorbeschriebene Zustand des Schaltelementes 1 mit reduzierter Übertragungsfähigkeit
zwischen den Schaltelementhälften 2 und 3 sowie
geschlossenem Formschluß 8 der
Kupplungseinrichtung 6 vor. Die Übertragungsfähigkeit
des Schaltelementes 1 kann über eine Steuerung der Übertragungsfähigkeit
im Bereich des Reibschlusses zwischen den beiden Schaltelementhälften 2 und 3 in
an sich bekannter Art und Weise zur Durchführung einer Lastschaltung eingestellt werden.
Gleichzeitig ist eine Übertragungsfähigkeit eines
weiteren zuzuschaltenden Schaltelementes des Stufenautomatgetriebes
zur Einstellung einer neuen Gangstufe in dem Stufenautomatgetriebe ohne
Zugkraftunterbrechung einstellbar.
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Die vorbeschriebene Betätigungsstrategie führt dazu,
daß die
Funktionsbauteile des Schaltelementes 1, d.h. die beiden
Schaltelementhälften 2 und 3 sowie
das formschlüssige
Element 9 mit einer gemeinsamen Aktuatorik angesteuert
werden können, wodurch
vorteilhafterweise Bauraum eingespart wird und eine kostengünstige Herstellung
des Stufenautomatgetriebes gewährleistet
ist.
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Mit dem vorbeschriebenen Verfahren
sind in Stufenautomatgetrieben an sich bekannte Überschneidungsschaltungen unter
Last durchführbar. Des
weiteren ist bei abgeschlossener Zuschaltung eines zuzuschaltenden
Schaltelementes ein Betätigungsdruck
bzw. eine Schließkraft
für ein
reibschlüssiges
Element bzw. ein reibschlüssiges
Schaltelement eines Stufenautomatgetriebes vorteilhafterweise reduzierbar,
wodurch ein Wirkungsgrad eines Stufenautomatgetriebes verbessert
wird.
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Bezug nehmend auf 7 ist eine konstruktive Ausgestaltung
des Getriebes nach der Erfindung schematisiert in einer Teilansicht
dargestellt, bei der die Schaltelementhälften 2 und 3 sowie
die Kupplungseinrichtung 6 über einen gemeinsamen Aktuator 28 angesteuert
werden. In der Beschreibung zu 7 werden
der Übersichtlichkeit
halber und zum besseren Verständnis
für baugleiche
bzw. funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen wie in der Beschreibung
zu 1 bis 6 verwendet.
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Der Aktuator 28 ist mit
einer hydraulischen Kolbeneinheit 14 ausgeführt, die
auf einer dem Schaltelement 1 abgewandten Seite mit dem
Ansteuerdruck p_se eines Druckraumes 27 ansteuerbar ist. Das
Schaltelement 1 ist vorliegend als eine Lamellenbremse
ausgeführt,
wobei die zweite Schaltelementhälfte 3 einen
Außenlamellenträger 3A,
der vorliegend durch das Getriebegehäuse gebildet ist, mit gegenüber dem
Außenlamellenträger 3A axial
verschiebbar und nicht verdrehbar verbundenen Außenlamellen 2B ausgeführt ist
und die erste Schaltelementhälfte 2 mit
einem Innenlamellenträger 3A und gegenüber dem
Innenlamellenträger 2A axial
verschiebbar und nicht verdrehbar verbundenen Innenlamellen 2B ausgeführt ist.
Die Kolbeneinheit 14 ist auf einer Getriebewelle 15 in
axialer Richtung der Getriebewel le 15 verschieblich angeordnet
und befindet sich in der in 7 dargestellten
Position in seiner Ruheposition.
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Ausgehend von dem in 7 dargestellten Zustand des Schaltelementes 1 wird
bei Vorliegen einer Anforderung zum Schließen des Schaltelementes 1 der
Druck p_se in dem Druckraum 27 in der vorbeschriebenen
Art und Weise angehoben und die Kolbeneinheit 14 in Richtung
eines aus den Außenlamellen 3B und
den Innenlamellen 2B bestehenden Lamellenpaketes 16 verschoben.
Zwischen der Kolbeneinheit 14 und dem Innenlamellenträger 2A ist eine
erste Federeinrichtung 17 in vorgespannter Einbaulage angeordnet,
die vorliegend als eine Tellerfeder ausgeführt ist. Mit zunehmendem Verschiebeweg der
Kolbeneinheit 14 wird der Innenlamellenträger 2A in
Richtung eines als Synchronisierungsring ausgeführten Reibflächenelement 18 der
Synchronisierung 7 verschoben, bis ein Synchronisierbereich 19 des
Innenlamellenträgers 2A an
dem Synchronisierungsring 18 zum Anliegen bzw. mit diesem
in Reibverbindung kommt.
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Der Synchronisierungsring 18 ist über eine zweite
Federeinrichtung 20 mit einem Planetenträger 21 der
drehbaren Getriebebauteile 5 in Richtung des Synchronisierbereiches 19 des
Innenlamellenträgers 2A angefedert.
Die zweite Federeinrichtung 20 ist vorliegend ebenfalls
als Tellerfeder ausgeführt,
deren Federkraft den Synchronisierungsring 18 bei vollständig geöffneter
Kupplungseinrichtung 6 in Richtung der Kolbeneinheit 14 bis
an einen Anschlag 29 schiebt. Der Synchronisierungsring 18 ist
in axialer Richtung der Getriebewelle 15 verschiebbar jedoch nicht
verdrehbar an einem Planetenträger 21 gelagert,
so daß mit
zunehmendem Stellweg der Kolbeneinheit 14 der Innenlamellenträger 2A und
der Planetenträger 21 über die
Synchroni sierung 7 synchronisiert werden. Der Planetenträger 21 stellt
vorliegend die drehbaren Getriebebauteile 5 dar und ist
Teil eines nicht näher
dargestellten Planetenradsatzes, der wiederum mit weiteren Getriebebauteilen
des Stufenautomatgetriebes in Wirkverbindung steht.
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Bevor der Innenlamellenträger 2A mit
einem Zahnprofil 22 in ein Verzahnungsprofil 23 des
Planetenträgers
eingreift, wird eine Drehzahldifferenz zwischen dem Innenlamellenträger 2A und
dem Planetenträger 21 über die
Synchronisierung 7 egalisiert. Dies erfolgt dadurch, daß mit zunehmendem
Verstellweg der Kolbeneinheit 14 die zweite Federeinrichtung 20 stärker einfedert
und aufgrund der Progression der zweiten Federeinrichtung 20 die
Reibungskraft zwischen dem Synchronisierungsring 18 und dem
Synchronisierbereich 19 des Innenlamellenträgers 2A derart
ansteigt, daß die
Differenzdrehzahl zwischen dem Planetenträger 21 und dem Innenlamellenträger 2A über den
Synchronisierungsring 18 ausgeglichen wird.
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Durch eine weitere Erhöhung des
Ansteuerdruckes p_se wird die Kolbeneinheit 14 weiter in Richtung
des Lamellenpaketes 16 verschoben und das Zahnprofil 22 des
Innenlamellenträgers 2A greift in
das mit gleicher Drehzahl umlaufende Verzahnungsprofil 23 des
Planetenträgers 21 ein,
so daß die Kupplungseinrichtung 6 formschlüssig geschlossen ist
und die drehbaren Getriebebauteile 5, von welchen vorliegend
nur der Planetenträger 21 dargestellt ist,
an der ersten Schaltelementhälfte 2 angekoppelt sind.
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Wird der Ansteuerdruck p_se weiter
angehoben und die Kolbeneinheit 14 weiter in Richtung des Lamellenpaketes 16 verschoben,
werden die Außenlamellen 3B schlupfend
mit den Innenlamellen 2B in Wirkverbindung gebracht. Entspricht
der Ansteuerdruck p_se dem Haltedruck p_h, dann ist das Lamellenpaket 16 derart
verpreßt,
daß die
Außenlamellen 3B mit
den Innenlamellen 2B kraftschlüssig, d.h, ohne Differenzdrehzahl
bzw. ohne Schlupf, anliegen. Ein an dem Schaltelement 1 anliegendes
Drehmoment wird in diesem Zusand des Schaltelemente 1 von
dem Planetenträger 21 über das
Lamellenpaket 16 auf das Getriebegehäuse bzw. den Außenlamellenträger 3A geführt.
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Liegt in einer Steuereinrichtung
des Stufenautomatgetriebes eine Anforderung zum Öffnen des Schaltelementes 1 vor,
wird der Ansteuerdruck p_se abgesenkt, wodurch die Kolbeneinheit 14 von
einer dritten Federeinrichtung 24, welche ebenfalls als
Tellerfeder ausgeführt
ist, in Richtung des Druckraumes 27 gedrückt wird.
Ab einem definierten Druckwert des Ansteuerdruckes p_se ist eine Übertragungsfähigkeit des
Lamellenpaketes 16 derart reduziert, daß das Lamellenpaket 16 bzw.
die Lamellenbremse in einen Schlupfbetrieb übergeht.
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Ab einem definierten Stellweg der
Kolbeneinheit 14 kommt ein Mitnahmeelement 25,
welches mit der Kolbeneinheit 14 verbunden ist, an einem
Mitnehmer 26 des Innenlamellenträgers 2A zur Anlage. Das
Mitnahmeelement 25 und der Mitnehmer 26 sind vorliegend
jeweils als Sprengringe ausgeführt,
die jeweils in eine Nut der Kolbeneinheit 14 bzw. des Innenlamellenträgers 2A eingelegt
sind.
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Wird die Kolbeneinheit 14 durch
die Federkraft der dritten Federeinrichtung 24 weiter in
Richtung des Druckraumes 27 bewegt, wird der Innenlamellenträger 2A durch
das Mitnahmeelement 25 derart in axialer Richtung verstellt, daß das Zahnprofil 22 aus
dem Eingriff mit dem Verzahnungsprofil 23 geführt wird
und der Formschluß 8 der
Kupplungseinrichtung 6 geöffnet ist. Dabei wird der Synchronisierungsring 18 nach
wie vor durch die zweite Federeinrichtung 20 gegen den
Synchronisierungsbereich 19 des Innenlamellenträgers 2A gedrückt.
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Mit zunehmendem Verstellweg der Kolbeneinheit 14 in
Richtung des Druckraumes 27 wird auch der Reibschluß zwischen
dem Synchronisierungsbereich 19 und dem Synchronisierungsring 18 aufgehoben.
Zwischen den drehbaren Getriebebauteilen 5 bzw. dem Planetenträger 21 und
dem Innenlamellenträger 2A liegt
somit keine Verbindung mehr vor, womit eine Drehgeschwindigkeit
des Innenlamellenträgers 2A über das
Lamellenpaket 16 bis auf Null abgesenkt wird. Dies resultiert
aus der Flüssigkeitsreibung
zwischen den Lamellen 2B und 3B. In diesem Zustand
des Schaltelementes 1 ist ein Schleppmoment zwischen den
Außenlamellen 3B und
den Innenlamellen 2B eliminiert.
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Dieser Zustand des Schaltelementes 1 ist
in 7 dargestellt und
ist durch die in 3, 4 und 5 zum Zeitpunkt t_0 dargestellten Verhältnisse
gekennzeichnet. Der Ansteuerdruck p_se ist dabei derart eingestellt,
daß die
Funktionsbauteile des Schaltelementes 1 weder reibschlüssig noch formschlüssig einen
Kraftfluß über das
Schaltelement 1 übertragen.
Des weiteren liegt zwischen den Innenlamellen 2B und den
Außenlamellen 3B keine Differenzdrehzahl Δn_se vor.
In diesem Zustand ist das Schleppmoment der Lamellenbremse bis auf Null
reduziert und es liegt lediglich ein erheblich geringeres Schleppmoment
zwischen dem Synchronisierungsring 18 und dem Synchronisierbereich 19 der
Kupplungseinrichtung 6 vor, zwischen welchen nunmehr eine
Differenzdrehzahl besteht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist es vorgesehen, daß die in der Beschreibung zu 6 beschriebene gemeinsame
Ansteuerung des formschlüssigen
Elementes 9 und der Schaltelementhälften 2 und 3 mit
dem in 7 dargestellten
Aktuator 28 wirkverbunden ist und alle Funktionsbauteile
des Schaltelementes 1, d. h. die Synchronisierung 7,
der Formschluß 8 der
Kupplungseinrichtung 6, die Schaltelementhälften 2 und 3 sowie
das formschlüssige
Element 9 über
eine einzige Aktuatoreinrichtung angesteuert werden.
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Darüber hinaus kann es in einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
des Getriebes nach der Erfindung vorgesehen sein, das zwischen jeder der
Schaltelementhälften
und den damit verbundenen drehbaren und/oder nicht drehbaren Getriebebauteilen
eine Kupplungseinrichtung mit jeweils einer Synchronisierung und
einem Formschluß vorgesehen
ist. Damit besteht die Möglichkeit
auf beiden Seiten des Schaltelementes die Getriebebauteile abzukoppeln
und somit Schleppmomente zu vermeiden. Dies ist insbesondere bei
einer Lamellenkupplung oder einem anderen reibschlüssigen Schaltelement besonders
von Vorteil, das eingangsseitig und ausgangsseitig mit drehbaren
Getriebebauteilen in Wirkverbindung steht.
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- 1
- Schaltelement
- 2
- erste
Schaltelementhälfte
- 2A
- Innenlamellenträger
- 2B
- Innenlamellen
- 3
- zweite
Schaltelementhälfte
- 3A
- Außenlamellenträger
- 3B
- Außenlamellen
- 4
- nicht
drehbare Getriebebauteile
- 5
- drehbare
Getriebebauteile
- 6
- Kupplungseinrichtung
- 7
- Synchronisierung
- 8
- Formschluß
- 9
- formschlüssiges Element
- 10
- Zwischenmasse
- 11
- Funktionsblock
- 12
- weiterer
Funktionsblock
- 13
- Aktuatorik
- 14
- Kolbeneinheit
- 15
- Getriebewelle
- 16
- Lamellenpaket
- 17
- erste
Federeinrichtung
- 18
- Reibflächenelement,
Synchronisierungsring
- 19
- Synchronisierbereich
- 20
- zweite
Federeinrichtung
- 21
- Planetenträger
- 22
- Zahnprofil
- 23
- Verzahnungsprofil
- 24
- dritte
Federeinrichtung
- 25
- Mitnahmeelement
- 26
- Mitnehmer
- 27
- Druckraum
- 28
- Aktuator
- 29
- Anschlag
- Δn_se
- Differenzdrehzahl
- Δn_syn
- Synchrondrehzahl
- p_h
- Haltedruck
- p_se
- Ansteuerdruck
- t
- Zeit
- t_0–t_8
- Zeitpunkt