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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch betätigte Bremsanordnung
für ein
Getriebe, bei der ein schwimmender Sattel und ein Druckkolben von
einem Elektromotor betätigt
werden, um selektiv eine Drehung eines mit einem Planetenradelement verbundenen
Rotors zu bremsen.
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Automatikgetriebe
umfassen oftmals eine Bremsanordnung, die selektiv ein Planetenradelement
mit dem Getriebegehäuse
mittels eines Kupplungspaketes, das feststehende und angetriebene Reibplatten
aufweist, in Eingriff bringt. Die angetriebenen und feststehenden
Reibplatten sind abwechselnd angeordnet, und ein Kolben wird innerhalb
eines zylindrischen Abschnittes, der durch eine Kupplungstrommel
oder einem Mantel gebildet ist, hin- und hergehend auf die Reibplatten
zu und von diesen weg bewegt. Eine Öldruckkammer ist an der Rückseite
des Kolbens gebildet, und eine Rückstellfeder ist
an der Vorderseite des Kolbens angeordnet. Der Kolben wird hin-
und herbewegt, um die Reibeingriffseinrichtung aufzubringen/zu lösen, indem
der Öldruck
in der Öldruckkammer über einen Ölkanal aufgebaut/abgelassen
wird.
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Dementsprechend
benötigen
typische Getriebebremsanordnungen Hochdruck-Hydraulikdrucköl, Kolben,
Kolbenrückstellfedern,
Steuerventile und eine geeignete Hydraulikkanalanordnung, um die
Getriebegangwechsel zu erleichtern.
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Ein
anderes Gebetriebe wird in der
US 4,189,962 beschrieben.
Dieses Getriebe weist mehrere Getriebestränge auf, welche zu Schaltzwecken selektiv
mit Hilfe von Scheibenbremsen gebremst werden können.
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In
der
DE 38 43 989 A1 wird
eine Getriebeanordnung beschrieben, bei der mit Hilfe eines Elektromotors
einander zugeordnete Kupplungen und Bremsen ein- bzw. ausgerückt werden
können.
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Ferner
wird in der
US 6,145,634
A eine Scheibenbremse beschrieben, bei der eines von zwei
Reibgliedern mit Hilfe eines elektromotorisch angetriebenen Antriebsglieds
mit zwei Gewindeabschnitten unterschiedlicher Steigung mit einer Bremsscheibe
in Anlage gebracht werden kann, woraufhin bei weiterer Betätigung der
Scheibenbremse auch das andere Reibglied an die Bremsscheibe gezogen
wird.
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Es
ist erwünscht,
eine verbesserte Getriebebremse bereitzustellen, bei der die Herstellungskosten
verringert und der Bremswirkungsgrad verbessert sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromotorisch betätigbare
Bremsanordnung für
ein Getriebe anzugeben, mit dem sich eine gleichmäßige und
symmetrische Bremskraft auf einen Rotor aufbringen lässt.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Bremsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine durch einen Elektromotor betätigte Scheibenbremsen-Getriebekupplung
bereit, die einen Schwimmsattel und einen Druckkolben umfasst, der
durch den Elektromotor betä tigt
werden, um selektiv eine Drehung eines mit einem Planetenradelement
in einem Getriebe verbundenen Rotors zu bremsen.
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Insbesondere
stellt die Erfindung eine Bremsanordnung für ein Getriebe bereit, das
ein Getriebegehäuse
und mehrere Planetenradelemente umfasst. Die Bremsanordnung umfasst
einen Schwimmsattel, der an dem Getriebegehäuse bewegbar gelagert ist,
und einen Druckkolben, der durch einen Elektromotor betätigt wird.
Ein Rotor steht mit einem der Planetenradelemente in Wirkverbindung
und umfasst einen Abschnitt, der sich zwischen dem Schwimmsattel
und dem Druckkolben erstreckt, um ein selektives Bremsen einer Drehung
des Rotors zu ermöglichen,
indem der Abschnitt des Rotors zwischen dem Schwimmsattel und dem
Druckkolben in Reibschluss gebracht wird, wodurch eine Drehung des
Planetenradelementes gebremst wird.
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Der
Reibschluss des Rotors zwischen dem Schwimmsattel und dem Druckkolben
wird vorzugsweise durch mehrere Reibbeläge bereitgestellt. Der Abschnitt
des Rotors, der sich zwischen dem Schwimmsattel und dem Druckkolben
erstreckt, umfasst eine Anzahl von sich radial erstreckenden Platten,
die sich zwischen einer entsprechenden Anzahl von Reibbelagplatten
erstrecken, die mit dem Getriebegehäuse über eine Kerbverzahnung oder
Keilnuten verbunden sind und sich zwischen dem schwimmendem Sattel
und dem Druckkolben erstrecken.
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Eine
Antriebsspindelanordnung wird vorzugsweise durch den Elektromotor
angetrieben und umfasst einen ersten mit einem Gewinde versehenen Abschnitt,
der mit dem Druckkolben in Gewindeeingriff steht, und einen mit
einem entgegengesetzt gerichteten Gewinde versehenen Abschnitt,
der mit dem Schwimmsattel in Gewindeeingriff steht.
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Bei
einer Ausführungsform
ist der Elektromotor zwischen dem Schwimmsattel und der Ausbringungsnabe
angeordnet, um selektiv den Schwimmsattel und den Druckkolben aufeinander
zu zu bewegen und somit den Abschnitt des Rotors, der sich zwischen
dem Schwimmsattel und den Druckkolben erstreckt, in Reibschluss
zu bringen.
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Ein
erfindungsgemäßes Getriebe
kann mehrere elektromotorbetätigte
Kupplungen vom Scheibenbremsentyp umfassen, um unterschiedliche
Planetenradelemente zu bremsen. Ein einzelner Planetenradsatz in
einem Getriebe kann auch mehrere elektromotorbetätigte Bremsanordnungen vom Scheibenbremsentyp
aufweisen.
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Die
Bremsanordnung der Erfindung ist dafür vorgesehen, in jedem automatischen
oder handgeschalteten Kraftfahrzeuggetriebe, das als Planetengetriebe
oder Vorgelegegetriebe ausgebildet ist, verwendet zu werden. Die
Vorrichtung wird beim Schalten und Bremsen der Getriebezahnradkomponenten für den normalen
Getriebebetrieb verwendet.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben, in diesen zeigt:
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1 eine
Ansicht im Teillängsschnitt
einer Getriebeanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
schematische Teilendansicht einer Ausgestaltung aus Rotor, Reibbelag
und Druckkolben gemäß der Ausführungsform
von 1;
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3 eine
Ansicht im Teillängsschnitt
einer Getriebeanordnung gemäß einer
ersten alternativen Ausführungsform
der Erfindung;
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4 eine
Ansicht im Teillängsschnitt
einer Getriebeanordnung gemäß einer
zweiten alternativen Ausführungsform
der Erfindung;
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5 eine
Ansicht im Teillängsschnitt
einer Getriebeanordnung gemäß einer
dritten alternativen Ausführungsform
der Erfindung;
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6 eine
Ansicht im Längsschnitt
der Getriebeanordnung von 5, wobei
der Schnitt radial um die Getriebeachse in Bezug auf den Schnitt
von 5 gedreht ist; und
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7 eine
Ansicht im Teillängsschnitt
einer Getriebeanordnung gemäß einer
vierten alternativen Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
eine Ansicht im Teillängsschnitt einer
erfindungsgemäßen Getriebeanordnung 10. Die
Getriebeanordnung 10 umfasst ein Getriebegehäuse 12,
das einen Planetenradsatz 14 umgibt, der drehbar auf einer
Hauptwelle 16 mit einer Mittelachse 18 gelagert
ist. Der Planetenradsatz 14 umfasst ein Sonnenrad 20,
das auf einer Buchse 22 gelagert ist und Zähne 24 aufweist,
die mit einem Planetenrad 26 in Eingriff stehen, das an
dem Planetenradzapfen 28 durch die Rollenlager 30 gelagert
ist. Die Zähne 32 des
Planetenrades 26 stehen mit inneren Zähnen an einem Hohlrad 34 in
Eingriff. Der Planetenradzapfen 28 ist durch die Planetenträgerelemente 36, 38 gelagert.
Das Planetenträgerelement 36 weist
Zähne 40 auf,
die mit der Hauptwelle 16 über eine Kerbverzahnung oder
Keilnuten verbunden sind. Eine Nabe 42 ist mit dem Planetenträgerelement 38 verbunden
und wird von einem anderen Getriebebauteil drehbar angetrieben.
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Die
Erfindung ist besonders durch die Bremsanordnung 44 gekennzeichnet.
Die Bremsanordnung 44 ist derart ausgestaltet, dass sie
selektiv eine Drehung des Sonnenrades 20 in Bezug auf das
Getriebegehäuse 12 bremst.
Das Sonnenrad 20 umfasst einen mit diesem verbundenen Rotor 46.
Der Rotor 46 und das Sonnenrad 20 sind axial an
der Hauptwelle 16 durch die Lager 48, 50 gelagert.
Die Bremsanordnung 44 ist derart gestaltet, dass sie eine Drehung
des Rotors 46 bremst, um dadurch eine Drehung des Sonnenrades 20 zu
bremsen.
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Der
Rotor 46 umfasst einen sich radial erstreckenden Abschnitt 52,
der eine Rotorplatte bildet, die zum Bremsen mittels eines Reibschlusses
mit Reibbelägen 54, 56 angeordnet
ist. Die Reibbeläge 54, 56 bestehen
aus einem Getriebereibbelagwerkstoff, das derart gestaltet ist,
dass er in einer geschmierten Umgebung arbeitet. Derartige Werkstoffe sind
in der Getriebetechnik bekannt.
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Die
Bremsanordnung 44 umfasst ferner einen Schwimmsattel 58,
der an dem Getriebegehäuse 12 bewegbar
gelagert ist. Der Schwimmsattel 58 ist in Bezug auf das
Gehäuse 12 auf
eine solche Weise gelagert, dass eine axiale Hin- und Hergleitbewegung
(nach links und nach rechts, wie in 1 betrachtet)
möglich
ist. Der Schwimmsattel 58 kann beispielsweise für eine Gleitbewegung
axial entlang zweier Bolzen oder Führungsstäbe gelagert sein, die an dem
Getriebegehäuse
mittels Montageflanschen (nicht gezeigt) befestigt und parallel
zu der zentralen Achse 18 angeordnet sind.
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Ein
Elektromotor 60, der an dem Schwimmsattel 58 befestigt
ist, umfasst Wicklungen 62, die den Rotor 64 antreiben,
der auf den Lagern 66, 68, 70, 72 drehbar
gelagert ist. Der Rotor 64 umfasst einen integralen Kreuzzapfen 74,
der durch ein Loch in der Antriebsschraube 76 verläuft, um
der Antriebsschraube 76 ein Drehmoment zu verleihen. Der
erste Abschnitt 78 der Antriebsschraube 76 ist
mit dem Schwimmsattel 58 längs der mit dem Gewinde versehenen
Bohrung 80 des Schwimmsattels 58 verschraubt.
Der zweite Abschnitt 82 der Antriebsschraube 76 ist
mit einem in Bezug auf den ersten Abschnitt 78 entgegengesetzt
gerichteten Gewinde versehen und steht mit den Gewindegängen 86 des Druckkolbens 88 in
Gewindeeingriff.
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Da
der zweite Abschnitt 82 der Antriebsschraube 76 mit
einem in Bezug auf den ersten Abschnitt 78 entgegengesetzt
gerichteten Gewinde versehen ist, bewirkt eine Drehung der Antriebsschraube 76,
dass der Schwimmsattel 58 sich in eine entgegengesetzte
Richtung wie der Druckkolben 88 bewegt. Wenn dementsprechend
die Antriebsschraube 76 gedreht wird, um den Schwimmsattel 58 nach rechts,
wie in 1 betrachtet, zu bewegen, wird sich der Druckkolben 88 gleichzeitig
nach links, wie in 1 betrachtet, bewegen, wodurch
die Reibbeläge 54, 56 gegen
den sich radial erstreckenden Abschnitt 52 des Rotors 46 gepresst
werden, um eine Drehung des Rotors 46 zu bremsen, wodurch
eine Rotation des Sonnenrades 20 gebremst wird. Eine entgegengesetzte
Drehung der Antriebsschraube 78 bewegt den Schwimmsattel 58 und
den Druckkolben 88 von dem sich radial erstreckenden Abschnitt 52 des
Rotors 46 weg, um dadurch den Rotor 46 freizugeben und
eine Drehung des Sonnenrades 20 zu ermöglichen.
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2 ist
eine schematische Teilendansicht, die den Eingriff des sich radial
erstreckenden Abschnittes 52 der Rotorplatte mit dem Reibbelag 56 und
dem Druckkolben 88 veranschaulicht. Die 1 und 2 sind
nicht notwendigerweise maßstabsgerecht,
sondern vielmehr vergrößert, um
die Erfindung deutlicher zu veranschaulichen.
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In 3 ist
eine Ansicht im Teillängsschnitt eines
Getriebes gemäß einer
ersten alternativen Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Die Getriebeanordnung 110 umfasst
ein Getriebegehäuse 112, das
einen Planetenradsatz 114 umgibt, der um eine Hauptwelle 116 mit
einer Mittelachse 118 rotiert. Der Planetenradsatz 114 umfasst
ein Sonnenrad 120, das auf einer Buchse 122 drehbar
ist und mit einem Planetenrad 126 an den Zähnen 124 in
Eingriff steht. Ein Planetenradzapfen 128 trägt das Planetenrad 126 und
ist durch die Planetenradelemente 136, 138 gelagert.
Das Planetenrad 126 steht mit dem Hohlrad 134 in
Eingriff. Das Planetenradelement 138 ist mit einer Nabe 138 verbunden.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, ist die erste alternative Ausführungsform
besonders durch die Ausgestaltung der Bremsanordnung 144 gekennzeichnet.
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Ein
Rotor 146 ist wie gezeigt mit dem Sonnenrad 120 verbunden
und umfasst sich radial erstreckende Platten 152, 153,
die mit der radialen Fläche 154 des
Rotors 146 über
eine Kerbverzahnung oder Keilnuten verbunden sind. Dementsprechend
sind die sich radial erstreckenden Platten 152, 153 axial entlang
der radialen Fläche 154 des
Rotors 146 verschiebbar. Reibbelagplatten 155, 156, 157 sind
mit dem Getriebegehäuse 112 an
der Kerbverzahnungs- oder Keilnutfläche 159 über eine
Kerbverzahnung oder Keilnuten verbunden und tragen die Reibbeläge 161.
Die Reibbeläge 161 bringen
die sich radial erstreckenden Platten 152, 153 über Reibung
mit den Reibbelagplatten 155, 156, 157 in
Eingriff, d.h. in Reibschluss, wenn der Elektromotor 160 betätigt wird,
um den Schwimmsattel 158 und den Druckkolben 158 auf
eine Weise zu bewegen, dass die Platten 152, 153, 155, 156, 157 zusammengedrückt werden, und
zwar infolge des rotierenden Eingriffs der ersten und zweiten Abschnitte 178, 182 der
Antriebsschraube 176 mit den Gewinden 180 und 186 des Schwimmsattels 158 und
des Druckkolbens 188, ähnlich
wie der Aufbau, der anhand der 1 und 2 oben
beschrieben wurde.
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Bei
dieser Ausführungsform
können
die mehrfach vorgesehenen Platten 152, 153, 155, 156, 157 unterschiedliche
Reibwerkstoffe verwenden, die keine hohe Belastbarkeit erfordern.
Diese Flexibilität kann
die Kosten reduzieren und das Schaltgefühl verbessern.
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In 4 ist
eine Getriebeanordnung 210 gemäß einer zweiten alternativen
Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Die Getriebeanordnung 210 umfasst
wie gezeigt ein Getriebegehäuse 212,
das einen Planetenradsatz 214 umgibt, der um eine Hauptwelle 216 herum
drehbar ist. Der Planetenradsatz 214 umfasst ein Sonnenrad 220,
ein Planetenrad 226 und ein Hohlrad 234. Das Planetenrad 226 ist
durch einen Planetenradzapfen 228 gelagert, der durch Planetenträgerelemente 236 und 238 getragen
ist.
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Die
in 4 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ist
besonders durch die Ausgestaltung der Bremsanordnung 244 gekennzeichnet.
Ein Rotor 246 erstreckt sich wie gezeigt von dem Sonnenrad 220 und
umfasst sich radial erstreckende Platten 251, 252, 253,
die mit dem Rotor 246 über
eine Kerbverzahnung oder Keilnuten verbunden sind. Die Platten 251, 252, 253 werden
mit den Reibbelagplatten 255, 257, 259, 261 zusammengepresst,
um eine Drehung des Sonnenrades 220 durch Reibschluss von
Reibbelägen,
die zwischen den Platten 251, 252, 253, 255, 257, 259, 261 angeordnet
sind, zu stoppen, wenn der Schwimmsattel 258 und der Druckkolben 288 aufeinander
zu bewegt werden. Die Reibbelagplatten 255, 257, 259, 261 sind
wie gezeigt mit dem zentralen Abschnitt 263 des Druckkolbens 288 für eine axiale
Bewegung längs
diesem über
eine Kerbverzahnung oder Keilnuten verbunden, um mit den Platten 251, 252, 253 in
Reibschluss zu gelangen, wenn der Antriebsmotor 260 die
Antriebsschraube 276 rotiert. Die sich radial erstreckenden
Platten 251, 252, 253 sind vorzugsweise
Stahlplatten. Die Platten 255, 257, 259, 261 sind örtliche
Beläge,
die mit dem Druckkolben 288 über eine Kerbverzahnung oder Keilnuten
verbunden sind, und erstrecken sich nicht um die Hauptwelle 216 herum.
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Die
Antriebsschraube 276 umfasst wie gezeigt erste und zweite,
mit entgegengesetzt gerichteten Gewinden versehene Abschnitte 278, 282.
Die mit entgegengesetzt gerichteten Gewinden versehenen ersten und
zweiten Abschnitte 278, 282 der Antriebsschraube 276 stehen
jeweils mit Gewindebohrungen 280, 286 des Druckkolbens 288 und
des Schwimmsattels 258 in Eingriff.
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Der
Antriebsmotor 260 ist zwischen den radial äußeren Abschnitten 290, 292 des
Schwimmsattels 258 bzw. des Druckkolbens 288 angeordnet. Eine
Betätigung
des Antriebsmotors 260 rotiert den Anker 264 und
den Kreuzzapfen 274, um die Antriebsschraube 276 zu
betätigen.
Der Schwimmsattel 258 und der Druckkolben 288 sind
an dem Getriebegehäuse 212 für eine axiale
Gleitbewegung gelagert, aber nicht drehbar. Beispielhaft könnten der Schwimmsattel 258 und
der Druckkolben 288 durch sich axial erstreckende Bolzen
an am Getriebegehäuse 212 befestigten
Winkeln gelagert sein, um eine derartige axiale Bewegung dieser
Kom ponenten 258, 288 zum in Eingriff bringen und
außer
Eingriff bringen der Bremsanordnung 244 zuzulassen.
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Die 5 und 6 zeigen
eine Getriebeanordnung 310 gemäß einer dritten alternativen
Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
umfasst der Planetenradsatz 314 ein Sonnenrad 320,
ein Planetenrad 326 und ein Hohlrad 334. Das Planetenrad 326 ist
an dem Planetenradzapfen 328 gelagert, der ein Teil einer
Planetenträgeranordnung 336, 338 ist.
Rotoren 346, 347 sind jeweils an dem Sonnenrad 320 bzw.
an dem Träger 338 befestigt,
um selektiv eine Drehung des Sonnenrades 320 und des Trägers 336, 338 um
die zentrale Achse 318 durch Betätigung der Bremsanordnungen 344, 345 zu
bremsen. Die Bremsanordnungen 344, 345 haben eine ähnliche
Struktur und Funktion wie die Bremsanordnung 44, die oben
anhand von 1 gezeigt und beschrieben wurde.
Diese Beschreibung wird an dieser Stelle nicht wiederholt. Die 5 und 6 veranschaulichen
eine Ausführungsform,
bei der zwei der Planetenradelemente des Planetenradsatzes 314 selektiv
mittels der Bremsanordnungen 344, 345 gebremst
werden können.
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Die
in 6 gezeigte Schnittansicht ist geringfügig um die
Mittelachse 318 in Bezug auf den Schnitt von 5 gedreht,
um die beiden Bremsanordnungen 344, 345 weiter
zu veranschaulichen, die geringfügig
in Bezug zueinander versetzt sind.
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7 zeigt ähnlich eine
vierte alternative Ausführungsform,
bei der die Bremsanordnungen 444, 445 in die Getriebeanordnung 410 eingebaut sein
können,
um selektiv eine Drehung des Trägers 338 und
des Sonnenrades 420 durch Eingriff der Bremsanordnungen 444, 445 zu
bremsen. Rotoren 446, 447 erstrecken sich jeweils
von dem Sonnenrad 420 bzw. dem Träger 338, um selektiv
durch die Bremsanordnungen 444, 445 gebremst zu
werden. Die Bremsanordnungen 444, 445 haben eine ähnliche
Struktur und Funktion wie die oben anhand von 4 beschriebene
Ausführungsform.
Diese Beschreibung wird an dieser Stelle nicht wiederholt.
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Zusammengefasst
ist eine Bremsanordnung für
ein Getriebe mit einem Getriebegehäuse und mehreren Planetenradelementen
vorgesehen. Die Bremsanordnung umfasst einen Schwimmsattel, der an
dem Getriebegehäuse
bewegbar gelagert ist. Ein Druckkolben wird durch einen Elektromotor
betätigt. Ein
Rotor steht mit einem der Planetenradelemente in Wirkverbindung
und weist einen Abschnitt auf, der sich zwischen den Schwimmsattel
und den Druckkolben erstreckt, um ein selektives Bremsen einer Drehung
des Rotors zu ermöglichen,
indem der Abschnitt des Rotors zwischen dem Schwimmsattel und dem
Druckkolben in Reibschluss gebracht wird, wodurch eine Drehung des
Planetenradelementes gebremst wird.