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Die
Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit Rotationsdruckausgleich
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Für die Anordnung
von Kupplungen und deren Betätigungsvorrichtungen
in Automatgetrieben gibt es vielfältige bekannte Beispiele.
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So
zeigt die
US 6,120,410 eine
Kupplungsanordnung in einem Automatgetriebe, bei der ein im Querschnitt
etwa topfförmig
ausgebildetes Bauteil als Außenlamellenträger ausgebildet
ist. Radial innerhalb dieses Außenlamellenträgers sind
die Innen- und Außenlamellen
von zwei axial nebeneinander und auf gleicher radialer Höhe angeordneten
Lamellenkupplungen, Kolben-Zylinder-Anordnungen mit jeweils einem
Betätigungskolben
für die
Betätigung
der beiden Kupplungen sowie Druckausgleichsräume für einen dynamischen Druckausgleich
hinsichtlich der Betätigungskraft
der Betätigungskolben
ausgebildet.
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Zudem
ist es aus dieser Druckschrift bekannt, einen Druckausgleichsraum
durch Nutzung des Betätigungskolbens
und einer sogenannten Stauscheibe zu bilden sowie zwischen der Stauscheibe
und dem Kolben eine Rückstellfeder
anzuordnen. Eine Schmiermittelzufuhr zu dem Druckausgleichsraum
erfolgt dabei über
eine Schmiermittelbohrung des Außenlamellenträgers.
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Darüber hinaus
ist aus der nicht vorveröffentlichten
DE 102 48 172 ein Automatgetriebe
mit einer Lamellenkupp lung bekannt, die eine radial innerhalb eines
Lamellenträgers
angeordnete Servoeinrichtung in Form einer Kolben-Zylinder-Anordnung
mit dynamischem Druckausgleich zur Betätigung einer Kupplung aufweist.
Außerdem
gehört
zu diesem Automatgetriebe ein Planetenradsatz mit einem Planetenträger.
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Die
Servoreinrichtung dieses Getriebes besteht aus einem Kolben, der
zusammen mit einer entsprechend ausgebildeten Wand des Lamellenträgers einen
Druckraum bildet. Eine Druckbeaufschlagung dieses Druckraumes über eine
Druckmittelzuführbohrung
im Lamellenträger
bewirkt nach Überwindung
der Rückstellkraft
einer Rückstellfeder
eine axiale Verschiebung des Kolbens gegen die Lamellen.
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Auf
der dem Druckraum gegenüber
liegenden Seite des Kolbens ist ein Druckausgleichsraum angeordnet, über den
ein infolge der Kupplungsrotation auftretender dynamischer Flüssigkeitsdruck
auf die Kupplung zumindest annährend
ausgeglichen wird. Hierzu wird der Druckausgleichsraum mit einem Schmiermittel
befüllt,
welches über
eine in einer Nabe des Lamellenträgers angeordnete Schmiermittelbohrung
zugeführt
wird. Dabei wird bei diesem bekannten Getriebe der radial unterhalb
der Kupplungslamellen angeordnete Druckausgleichsraum durch eine
profilierte Distanzscheibe als axial feststehende Stauscheibe sowie
durch einen topfförmigen
Abschnitt des axial verschiebbaren Betätigungskolbens gebildet.
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Die
Schmiermittelversorgung der Planetenräder sowie zur Versorgung des
Druckausgleichraumes erfolgt zudem über eine gemeinsame Zuführung, die
im Bereich des Innendurchmessers der profilierten Distanzscheibe
angeordnet ist und von der bereits erwähnten Zuführbohrung gespeist wird. Dabei
wird am radial innerer Schmiermitteleingang in die Druckausgleichkammer
eine Aufteilung des Schmiermittelsstroms aus der Schmiermittelversorgungsbohrung
in zwei Teilströme
vorgenommen, von denen ein Teilstrom in den Druckausgleichsraum
und ein zweiter Teilstrom in eine Schmiermittelkammer nahe den Planetenrädern geleitet
wird.
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Nachteilig
bei beiden bekannten Lösungen ist,
dass sowohl für
die Druckkammer des Betätigungskolbens
als auch für
den Druckausgleichsraum gesonderte Zuleitungen benötigt werden,
um diese mit dem flüssigen
Druckmittel versorgen zu können. Dazu
bedarf es des nötigen
Bauraumes, der bei einer Getriebekonstruktion nicht immer zur Verfügung steht.
Zudem ist durch die genannte gesonderte Zuleitung zu dem Druckausgleichsraum
die Gefahr von Leckageverlusten sowie der Herstellaufwand erhöht.
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Vor
diesem Hintergrund ist daher es die Aufgabe an die Erfindung, eine
Kolben-Zylinder-Anordnung mit dynamischem Druckausgleich vorzustellen, die über eine
vereinfachte Druckmittelversorgung verfügt, deutlich weniger Bauraum
benötigt,
Leckage- und Reibverluste reduziert und den Herstellaufwand verringert.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs,
während
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den
Unteransprüchen
entnehmbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich eine Kolben-Zylinder-Anordnung
mit dynamischem Druckausgleich dadurch hinsichtlich der Ölversorgung
einfacher so wie axial kürzer
aufbauen lässt,
wenn auf gesonderte Zuleitungsmittel für das flüssige Druckmittel zu dem Druckausgleichsraum verzichtet
wird. Darüber
hinaus wird zusätzlich
axialer Bauraum dadurch eingespart, wenn der Druckausgleichsraum
im Getriebe radial außerhalb
der Druckkammer für
den Betätigungskolben
angeordnet ist.
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Demnach
geht die Erfindung von einer Kolben-Zylinder-Anordnung mit dynamischem Druckausgleich
aus, deren Betätigungskolben
eine Druckkammer für
ein flüssiges
Druckmittel zur Erzeugung der Betätigungskraft zugeordnet ist,
und bei der ein Druckausgleichsraum vorgesehen ist, in dem Druckmittelflüssigkeit
fliehkraftbedingt eine Kompensationskraft auf den Betätigungskolben
erzeugt, die der Betätigungsrichtung
des Betätigungskolbens
entgegengerichtet ist. Zudem ist zur Vereinfachung der Ölversorgung
vorgesehen, dass der Druckausgleichraum radial außerhalb
der Druckkammer angeordnet ist und über die Druckkammer mit dem
flüssigen Druckmittel
versorgbar ist.
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Diese
Kolben-Zylinder-Anordnung ist nicht nur wegen der Einsparung einer
gesonderten Zuleitung zu dem Druckausgleichraum besonders vorteilhaft
aufgebaut, sie baut auch dadurch besonders kurz, dass der Druckausgleichraum
radial außerhalb zu
der Druckkammer für
den Betätigungskolben
angeordnet ist und über
diese mit dem flüssigen
Druckmittel versorgbar ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Kupplungsbetätigungsanordnung
ist zur Druckmittelversorgung zudem vorgesehen, dass der Druckausgleichsraum
und die Druckkammer über
eine Druckmittelzuleitung strömungstechnisch
miteinander verbunden sind.
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In
diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, wenn die Kolbenfläche des
Betätigungskolbens
im Bereich der Druckkammer größer ist
als die Kolbenfläche
des Betätigungskolbens
in dem Druckausgleichsraum.
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Eine
erfindungsgemäß ausgebildet
Kolben-Zylinder-Anordnung
mit Rotationsdruckausgleich kann auch als Betätigungsvorrichtung für eine Lamellenkupplung,
beispielsweise in einem Automatgetriebe ausgebildet sein. Bei dieser
sind vorzugsweise an einem Innenlamellenträger Innenlamellen und an einem
Außenlamellenträger Außenlamellen axial
verschiebbar sowie drehfest angeordnet, wobei die Innenlamellen
und die Außenlamellen
hintereinander aufgereiht ein Lamellenpaket bilden, gegen das der
genannte Betätigungskolben
mit einer Betätigungskraft
axial verschieblich angeordnet ist.
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Zudem
kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass der Betätigungskolben
einen axial auf einer Getriebewelle geführten inneren Abschnitt und
daran radial nach außen
anschließend
einen mittleren Abschnitt aufweist, der einen achsparallelen Abschnitt
des Außenlamellenträgers derart umgreift,
dass zwischen diesen der Druckausgleichsraum ausgebildet ist.
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Besonders
kurz baut dieses Getriebe außerdem,
wenn die Zuleitung für
das Druckmittel zu dem Druckausgleichsraum durch eine vorzugsweise
radial ausgerichtete Öffnung
in dem zu einer Getriebewelle achsparallelen Abschnitt des Außenlamellenträgers gebildet
ist.
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In
Ausgestaltung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass
der Druckausgleichsraum durch eine radial nach außen weisende
Wand am achsparallelen Abschnitt des Außenlamellenträgers sowie
durch einen radial nach innen weisenden und als Ringkolben ausgebildeten
Fortsatz am Betätigungskolben
axial begrenzt ist.
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Zudem
wird es bevorzugt, in dem Druckausgleichsraum eine Rückstellfeder
anzuordnen, die sich mit ihrem einen Ende an der dem Druckausgleichsraum
zugewandten Seite des Ringkolbens, sowie mit ihrem anderen Ende
an einem Haltebund am achsparallelen Abschnitt des Außenlamellenträgers abstützt.
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Konkrete
Berechnungen haben ergeben, dass sich der gewünschte dynamische Druckausgleich
beispielsweise dann erzielen lässt,
wenn die der Druckkammer zugeordnete Kolbenfläche des Betätigungskolbens um 15 % bis
40 %, vorzugsweise 20 % bis 30 %, größer als die dem Druckausgleichsraum
zugeordnete Fläche
des Ringkolbens ist.
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Schließlich ist
in einer anderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass in
einem mittleren Abschnitt des Betätigungskolbens eine Druckausgleichs-
beziehungsweise Entlüftungsöffnung (vorzugsweise
in Form einer Druckblende) zum Entlüften eines axial neben dem
Druckausgleichsraum ausgebildeten Raumes vorhanden ist.
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Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine schematische
Schnittdarstellung einer Betätigungsanordnung 1 für eine Lamellenkupplung
eines Getriebes beigefügt,
bei der die Kolben-Zylinder-Anordnung erfindungsgemäß aufgebaut
ist. Bei dieser Lamellenkupplung trägt ein mit einer hier nicht
dargestellten Getriebewelle verbundener Innenlamellenträger 2 radial
ausgerichtete Innenlamellen 3 und ein mit einer Getriebewelle 14 verbundener
Außenlamellenträger 4 ebenso
ausgerichtete Außenlamellen 5.
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Die
Kupplungslamellen 3, 5 sind in an sich bekannter
Weise auf den Lamellenträgern 2, 4 drehfest
und axial verschiebbar gelagert und wechselweise derartig hintereinander
angeordnet, dass diese ein Lamellenpaket bilden.
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Zudem
umfasst die Kupplungsbetätigungsanordnung 1 einen
Betätigungskolben 6,
der auf der Getriebewelle 14 axialverschieblich gelagert
ist. Diesem Betätigungskolben 6 ist
eine Druckkammer 8 zugeordnet, die durch einen radial inneren
Abschnitt 7 des Betätigungskolbens 6,
die Getriebewelle 14, einen zu dieser Welle 14 achsparallelen
Abschnitt 17 des Außenlamellenträgers 4 sowie
einen radial inneren Abschnitt 13 des Außenlamellenträgers 4 gebildet
ist.
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Die
Druckkammer 8 ist über
Bohrungen 15, 26 in der Getriebewelle 14 mit
einem flüssigen
Druckmittel versorgbar, so dass ein Befüllen dieser Druckkammer 8 zu
einer Axialbewegung des Betätigungskolbens 6 führt, die
diesen auf die Kupplungslamellen 3, 5 zubewegt.
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Zudem
verfügt
diese Kupplungsbetätigungsanordnung 1 über einen
Druckausgleichsraum 11, der ebenfalls mit dem flüssigen Druckmittel
befüllbar ist.
Beim Betrieb des Automatgetriebes erzeugt dieses in dem Druckausgleichsraum 11 befindliche Druckmittel
fliehkraftbedingt eine Kompensationskraft, die zu der durch die
Druckkammer 8 erzeugten Kupplungsbetätigungskraft entgegengerichtet
ist.
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Wesentlich
bei dem erfindungsgemäßen Aufbau
dieser Kupplungsbetätigungseinrichtung 1 ist nun,
dass der Druckausgleichraum 11 radial außerhalb
in bezug auf die Druckkammer 8 im Getriebe angeordnet ist, sowie über die
Druckkammer 8 mit dem flüssigen Druckmittel versorgt
wird. Dadurch kann eine gesonderte Zuleitung für den Druckausgleichraum 11 eingespart
werden, welches die Druckmittelversorgung im Getriebe vereinfacht
und dieses axial kürzer
sein lässt,
als ein Getriebe mit einer konventionellen Kolben-Zylinder-Anordnung
mit Rotationsdruckausgleich.
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Dazu
ist vorgesehen, dass der Betätigungskolben 6 im
Anschluss an seinen inneren Abschnitt 7 einen radial nach
außen
weisenden mittleren Abschnitt 18 aufweist, der den achsparallelen
Abschnitt 17 des Außenlamellenträgers 4 derart
umgreift, dass zwischen diesen beiden und einem radial nach innen weisenden
Kolbenfortsatz (Ringkolben 9) der Druckausgleichsraum 11 gebildet
ist. Dieser Ringkolben 9 nimmt die gegen die Schließrichtung
des Betätigungskolbens 6 wirkende
dynamische Druckausgleichskraft aus dem im Druckausgleichsraum 11 befindlichen
Druckmedium auf.
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Der
Druckausgleichsraum 11 kann axial auch durch den Ringkolben 9 und
einen radial nach außen
weisende Wand 10 auf dem achsparallelen Abschnitt 17 des
Außenlamellenträgers 4 begrenzt sein,
so dass dieser Druckausgleichsraum 11 unabhängig von
der axialen Länge
des achsparallelen Abschnitts 17 ein optimales Volumen
aufweist.
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Die
strömungstechnische
Verbindung zwischen der Druckkammer 8 und dem Druckausgleichsraum 11 erfolgt
in diesem Ausführungsbeispiel über eine
Durchströmöffnung 16 in
dem zu der Getriebewelle 14 achsparallelen Abschnitt 17 des Betätigungskolbens 6,
so dass diese beiden Druckräume 8, 11 nicht
wie beim Stand der Technik axial nebeneinander, sondern radial unmittelbar
hintereinander ausgebildet sind.
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Damit
wird klar, dass in den Druckausgleichsraum 11 das flüssige Druckmittel
mit dem gleichen Betätigungsdruck
geleitet wird, der auch in der Druckkammer 8 zur Betätigung des
Kolbens 6 herrscht. Um nun dennoch diejenigen Kräfte auf
den Betätigungskolben 6 ausgleichen
zu können,
die fliehkraftbedingt über
das in der Druckkammer 11 befindliche Druckmittel auf denselben
wirken, ist vorgesehen, dass die Kolbenfläche 21 des Betätigungskolbens 6 im
Bereich des Druckraumes 8 deutlich größer ist als diejenige Kolbenfläche 22,
die im Bereich des Druckausgleichsraumes 11 entgegengesetzt
zur Schließrichtung
des Kolbens 6 an diesem ausgebildet ist.
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Konkrete
Berechnungen haben beispielhaft ergeben, dass die gewünschte Fliehkraftkompensation
dann feststellbar ist, wenn die der Druckkammer 8 zugeordnete
Kolbenfläche 21 des
Betätigungskolbens
6 um 15 % bis 40 %, vorzugsweise 20 % bis 30 %, größer ist
als die dem Druckausgleichsraum 11 zugeordnete Kolbenfläche 22.
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Wie
die Darstellung der Kupplungsbetätigungsanordnung
1 außerdem
zeigt, ist in dem Druckausgleichsraum 11 eine Rückstellfeder 12 angeordnet,
die eine axial in Öffnungsrichtung
auf den Kolben 6 wirkende Rückstellkraft erzeugt. Diese
Rückstellfeder 12 stützt sich
dazu mit ihrem einen Ende an einem Bund am achsparallelen Abschnitt 17 des
Außenlamellenträgers 4 und
mit ihrem anderen Ende an dem radial nach innen weisenden Fortsatz
(Ringkolben) 9 des Betätigungskolbens 6 ab.
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Zudem
zeigt die Darstellung der Kupplungsbetätigungsanordnung 1,
dass zwischen dem radial inneren Abschnitt 7 des Betätigungskolbens 6 und der
Getriebewelle 14, zwischen dem radialen Fortsatz (Ringkolben) 9 und
dem achsparallelen Abschnitt 17, zwischen der Wand 10 des
Druckausgleichsraumes 11 und dem Betätigungskolben 6 sowie
zwischen dem Abschnitt 17 und dem Betätigungskolben 6 Dichtmittel 23, 24, 25, 27 angeordnet sind,
mit denen die Druckkammer 8 sowie der Druckausgleichsraum 11 gegeneinander
und gegen beispielsweise die restliche Getriebeumgebung abgedichtet
sind.
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Schließlich ist
in einem mittleren Abschnitt 18 des Betätigungskolbens 6 eine
Entlüftungsöffnung 19 vorhanden,
die vorzugsweise als Druckblende ausgebildet ist. Über diese Öffnung 19 kann
der neben dem Druckausgleichsraum 11 ausgebildete Raum 28 bei
einer Axialverschiebung des Betätigungskolbens 7 entlüftet werden.
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Zusammenfassend
kann festgehalten werden, dass die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Anordnung
mit Rotationsdruckausgleich einfacher, kostengünstiger und bauraumsparender
herstellbar ist als solche nach dem Stand der Technik. Zudem können durch
den Verzicht auf eine gesonderte Zuleitung zu dem Druckausgleichsraum
Reibverluste an drehenden Teilen einer sonst üblichen Druckmittelversorgung
sowie diesbezügliche
Leckageverluste vermieden werden.
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- 1
- Kupplungsbetätigungsanordnung
- 2
- Innenlamellenträger
- 3
- Innenlamelle
- 4
- Außenlamellenträger
- 5
- Außenlamellen
- 6
- Betätigungskolben
- 7
- Radial
innerer Abschnitt des Betätigungskolbens
- 8
- Druckkammer
- 9
- Fortsatz
am Betätigungskolben;
Ringkolben
- 10
- Wand
des Druckausgleichsraumes
- 11
- Druckausgleichsraum
- 12
- Rückstellfeder
- 13
- radial
innerer Abschnitt des Außenlamellenträgers
- 14
- Getriebewelle
- 15
- Zuführbohrung
in der Getriebewelle 14
- 16
- Zuleitung; Öffnung
- 17
- Achsparalleler
Abschnitt des Außenlamellenträgers
- 18
- mittlerer
Abschnitt des Betätigungskolbens
- 19
- Entlüftungsöffnung
- 20
- Anschlag
- 21
- Kolbenfläche in der
Druckkammer
- 22
- Kolbenfläche in dem
Druckausgleichsraum
- 23
- Dichtmittel
- 24
- Dichtmittel
- 25
- Dichtmittel
- 26
- Zuführbohrung
in der Getriebewelle 14
- 27
- Dichtmittel
- 28
- Raum
axial neben dem Druckausgleichsraum