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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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Aus einem weiteren Dokument
US 2 907 428 A ist eine Kraftübertragungsvorrichtung bekannt, insbesondere eine hydraulisch betätigbare Kupplung zur Kontrolle der Verbindung zwischen einem Gangwechselgetriebe und den Antriebsrädern eines Fahrzeugs.
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In einer weiteren Veröffentlichung
DE 25 38 781 A1 ist eine Synchronisiereinrichtung für eine schaltbare Zahnkupplung beschrieben, insbesondere für Zahnradwechselgetriebe mit davor angeordneter Hauptkupplung.
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Aus der
DE 738 514 A , welche als nächstkommender Stand der Technik angesehen wird, ist eine Synchronisierungsvorrichtung für Klauenkupplungen bekannt, insbesondere für Zahnräderwechselgetriebe mit sämtlichen Merkmalen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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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 8 gelöst.
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Dadurch, daß bei dem Getriebe nach der Erfindung die formschlüssige Kupplungseinrichtung zusätzlich mit einer reibschlüssigen Synchronisierung ausgeführt ist und ein Aktuator mit einer ersten und einer zweiten Federeinrichtung zum Betätigen des Schaltelements und der Kupplung vorgesehen 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 auf tretende Schleppmomente erheblich geringer sind als die Schleppmomente zwischen den Schaltelementhälften bei angekoppelten Getriebebauteilen. 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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Vorteilhafterweise wirkt der Aktuator über die erste Federeinrichtung auf die Kupplungseinrichtung, wobei der Aktuator mit einer hydraulischen Kolbeneinheit ausgeführt ist, die bei Druckbeaufschlagung das Schaltelement und die Kupplungseinrichtung jeweils in Schließrichtung betätigt. Des Weiteren ist der Aktuator mit der zweiten Federeinrichtung derart ausgeführt, dass diese bei einer Anforderung zum Öffnen des Schaltelements die Kolbeneinheit vorteilhafterweise in Öffnungsrichtung des Schaltelements und der Kupplungseinrichtung betätigt.
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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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Dabei wird zunächst zum Synchronisieren der Kupplungseinrichtung ein reibschlüssiges Element der Kupplungseinrichtung geschlossen. Nach dem kraftschlüssigen Verbinden der Schaltelementhälften wird ein formschlüssiges Element des Schaltelements geschlossen, so dass vorteilhafterweise die Übertragungsfähigkeit zwischen den Schaltelementhälften durch Aufheben des Kraftschlusses reduziert wird. Bei Vorliegen einer Anforderung zum Öffnen des formschlüssigen Schaltelements wird dann der Kraftschluss zwischen den Schaltelementhälften wieder hergestellt.
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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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1 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 Stufenautomatgetriebes 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 Hydrauliksystems 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 Ubersichtlichkeit 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 Getriebewelle 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 Synchronisierung 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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Bezugszeichenliste
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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
