DE3700813A1 - Schaltkupplung, insbesondere fuer automatisch schaltbare kraftfahrzeuggetriebe - Google Patents

Schaltkupplung, insbesondere fuer automatisch schaltbare kraftfahrzeuggetriebe

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DE3700813A1
DE3700813A1 DE19873700813 DE3700813A DE3700813A1 DE 3700813 A1 DE3700813 A1 DE 3700813A1 DE 19873700813 DE19873700813 DE 19873700813 DE 3700813 A DE3700813 A DE 3700813A DE 3700813 A1 DE3700813 A1 DE 3700813A1
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • B60T1/005—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles by locking of wheel or transmission rotation
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    • F16H47/02—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the volumetric type
    • F16H47/04—Combinations of mechanical gearing with fluid clutches or fluid gearing the fluid gearing being of the volumetric type the mechanical gearing being of the type with members having orbital motion

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltkupplung, insbesondere für automatisch schaltbare Kraftfahrzeuggetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Schaltkupplungen mit hydraulischer Beaufschlagung als Lamellenkupplung sind allgemein bei Automatgetrieben bekannt. Diese Kupplungen sind kraftschlüssig schaltbar und erfordern in Abhängigkeit zum Drehmoment eine entsprechend hohe Anzahl an Lamellen, was entsprechend hohen Bauraum bedingt. Auch hydraulisch schaltbare Klauenkupplungen sind bekannt, die über einen extern angeordneten Hydraulikzylinder betätigt werden. Diese hydraulisch schaltbaren Klauenkupplungen haben den Nachteil, daß sie nur in lastlosem Zustand schaltbar sind und auch nur in lastlosem Zustand geöffnet werden können. Die Schaltverzahnung dieser Klauenkupplungen besitzen in der Regel eine Mitnahmefläche, die senkrecht zur Umfangskraft liegen, oder sogar gegen die Schaltrichtung hinterschnitten sind, um ausreichende Sicherheit gegen Öffnen zu gewährleisten.
Aus der US Patentschrift 36 79 032 ist eine Kupplungsausführung bekannt, die ähnlich dem Erfindungsgegenstand Ringkolben mit hydraulischer Beaufschlagung zum Schließen der Kupplung besitzt. Es handelt sich hierbei um eine rein formschlüssige Kupplung mit einem geraden Kupplungsprofil mit dem Nachteil, daß die Kupplung nach Druckwegnahme von den Druckkolben die Kupplung erst öffnet, nachdem die Kupplung lastlos bzw. drehmomentfrei ist.
Nach der deutschen OS 15 75 802 ist eine Kupplung mit elektro- magnetischer Betätigung bekannt, die eine Kupplungsverzahnung besitzt, die ähnlich dem Anmeldungsgegenstand eine drehmomentabhängige axiale Kraftkomponente erzeugt. Diese Kupplung erfordert sehr großen Bauraum und ist aus diesen und anderen Gründen für die Anwendung im Kraftfahrzeug nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltkupplung zu schaffen, die vorzugsweise für die Bereichsschaltung stufenloser Getriebe dienen soll und die Nachteile bekannter obengenannter Kupplungen ausräumt. Die Kupplung soll unter Last ausschaltbar sein, und sie soll eine kompakte, insbesondere in Axialrichtung kurze Bauweise ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Schaltkupplung bietet die weiteren Vorteile, daß sie wirtschaftlich und kostengünstig herstellbar ist, eine kleine kompakte Bauweise für mehrere Kupplungen in einem Kupplungspaket gestattet, weitgehend frei von Schleppverlusten ist im Gegensatz zu den bekannten Lamellenschaltkupplungen und somit wesentlich zur Wirkungsgradverbesserung beiträgt, unter Last bei Synchronlauf oder niedrigen Relativdrehzahlen schaltbar ist, entsprechend den Forderungen der Bereichsschaltungen bei stufenlosen Getrieben, und daß sie unter Last geöffnet werden können.
Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen der Beschreibung hervor.
Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 vier Kupplungen zu einem Kupplungspaket zusammengefaßt im Schnitt dargestellt,
Fig. 2 eine weitere Ausführung der Kupplungen,
Fig. 3 einen Teilschnitt X durch die Kupplungsverzahnung bei geöffneter Kupplung,
Fig. 4 einen Teilschnitt X durch die Kupplungsverzahnung bei geschlossener Kupplung,
Fig. 5 einen Teilschnitt X durch die Kupplungsringe bei geschlossener Kupplung,
Fig. 6 Teilschnitt eines Kupplungspaketes mit zwei Kupplungen mit doppelwirkenden Druckkolben.
In Fig. 1 sind auf einem Kupplungsträger 1 vier Kupplungen 26, 27, 28, 29 angeordnet. Jeder Kupplung ist ein Druckkolben 14, 15 zugeordnet, der mit Öldruck beaufschlagbar ist. Auf den Kupplungsträger 1 ist drehfest eine Druckplatte 10; 11 sowie ein Kupplungsring 2; 4 ebenfalls drehfest gelagert. Über ein Federelement 12; 13 wird der Kupplungsring 2; 4 sowie der Kolben 14; 15 in Neutrallage zurückgedrückt. Der mit dem ersten Kupplungsring 2 zu verbindende Kupplungsring 3 ist drehfest am äußeren Umfang mit seinen Mitnehmern 18 in Ausnehmungen 16 der Kupplungsglocke 23 gelagert. Bei Kupplung 27 greift der Kupplungsring 4 am äußeren Umfang mit seinen Mitnehmern 19 in Ausnehmungen 17 des Kupplungsträgers 1 ein und ist mit dem Kupplungsring 5, der auf einer Außenverzahnung einer Welle sitzt, über die Kupplungsprofile 8 und 9 verbindbar.
Beim Schalten, z. B. der Kupplung 26, wird z. B. durch Öldruck über die Druckleitung 41 der Kolben 14 beaufschlagt. Gegen den Druck der Feder 12 wird der Kupplungsring 2 mit seinem Kupplungsprofil 6 in das Kupplungsprofil 7 des Kupplungsringes 3 eingerückt. Damit ist eine Verbindung zwischen der Kupplungsglocke 23 und dem Kupplungsträger 1 hergestellt. Das Kupplungsprofil 7 bzw. 6 der Kupplungsringe 3 bzw. 2 ist vorzugsweise mit Schrägflächen 22 bzw. 21 entsprechend dem Winkel α Fig. 4 und 5 ausgebildet. Durch das Drehmoment wird entsprechend dem in axialer Richtung verlaufenden schrägen Winkel α eine axiale Kraftkomponente in Richtung Öffnen der Kupplung erzeugt. Diese Kraftkomponente stellt sicher, daß die Kupplung im Lastzustand nach Auslösung des Öffnungsimpulses der Kupplung durch Abfall des Öldruckes zuverlässig und sicher öffnet. Das Kupplungsprofil 6 bzw. 7 kann in Axialrichtung sehr kurz ausgebildet werden - je nach Anwendungsfall und Drehmomentbeanspruchung weniger als 1 mm -, um den Kolbenhub für den Kolben 14 bzw. die erforderliche Schaltölmenge auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Auch der erforderliche Öldruck kann relativ niedrig gehalten werden, da es in den meisten Anwendungsfällen reicht, wenn die Schrägflächen 21, 22 des Kupplungsprofiles 6, 7 unter einem Winkel α ausgebildet werden, der nur wenig größer ist als der maximale Reibungswinkel innerhalb der Mitnahmeflächen des Kupplungsprofiles und der Mitnehmer 20; 21. Das bedeutet, daß entsprechend geringe Axialkraft erforderlich ist, um die Kupplung geschlossen zu halten. Die Feder 12 kann mit entsprechend hoher Federkraft dimensioniert werden, um in allen Betriebszuständen, d. h. auch bei niedrigen Drehmomenten ein schnelles Öffnen der Kupplung gegen den Druck des Kolbens 14 und gegebenenfalls des Rotationsdruckes im Kolbenraum im ausgeschalteten Zustand zu gewährleisten.
Je nach den spezifischen Forderungen des Getriebes bietet dieses Kupplungssystem verschiedene Schaltcharakteristiken. Z. B. bei Anwendung in einem stufenlosen Kraftfahrzeuggetriebe mit mehreren Schaltbereichen besteht die Forderung, daß bei annäherndem Synchronlauf der Kupplungselemente ein Kupplungswechsel stattfindet. Ist beispielsweise die Kupplung 26 die erste Bereichskupplung und die Kupplung 27 die zweite Bereichskupplung, so kann der Schaltablauf wie folgt stattfinden: Die Kupplung 26 ist bis zum Ende des ersten Schaltbereiches geschlossen. Zu Beginn des zweiten Fahrbereiches haben die Kupplungsringe 4 und 5 nahezu Synchronlauf erreicht, wonach in der Regel automatisch der Schaltimpuls zum Schließen dieser Kupplung erfolgt. Nach Beaufschlagung des Kolbens 15 wird der Kupplungsring 4 mit seinem Kupplungsprofil 8 in das Gegenprofil 9 des Kupplungsringes 5 eingerückt. Sobald im eingerückten Zustand der Kolben 15 mit vollem Druck beaufschlagt ist, kann, ausgelöst durch diesen Druckimpuls, das Signal zum Öffnen der Kupplung 26 ausgelöst werden, indem spontan der Öldruck in der Leitung 41 auf Null abfällt und der Kolben 14 sowie der Kupplungsring 2 über die Feder 12 in die Neutrallage zurückgedrückt wird. Reicht die Federkraft der Feder 12 für ein spontanes Öffnen der Kupplung nicht aus, so wird durch die aus der Schrägfläche 21; 22 des Kupplungsprofils 6; 7; 8; 9; 206; 257; 308; 309 über den Winkel α resultierende Axialkraft der Öffnungsvorgang der Kupplung beschleunigt, solange noch ein Drehmoment in die eine oder andere Drehrichtung der Kupplung 26 vorhanden ist.
Im Hinblick darauf, daß die Schaltung von einem in den anderen Schaltbereich möglichst nahtlos und ohne Lastunterbrechung abläuft, wird das Signal zum Öffnen der auszuschaltenden Kupplung vorzugsweise durch den Öldruck der Folgekupplung, d. h. der neu geschalteten Kupplung, ausgelöst, indem entweder durch das Drucksignal dieser Folgekupplung ein Öffnungssignal auf hydraulischem Wege auf das Schaltventil der zu öffnenden Kupplung ausgelöst wird oder daß über ein elektrisches Rückmeldesignal aus dem Öldruck der Folgekupplung des Schaltventil der zu öffnenden Kupplung direkt ansteuert oder gegebenenfalls über die Elektronik den Befehl zum Öffnen der anderen Kupplung erteilt. Diese Schalteinrichtungen sind bei Lamellen- Lastschaltkupplungen bereits bekannt.
Für manche Anwendungsfälle ist es zweckmäßig, den Druckkolben 214; 215 (Fig. 6) mit doppelseitiger Druckbeaufschlagung auszubilden, d. h., daß der Kolben durch einen Öldruck im Kolbenraum 217; 219 in Neutrallage zurückgeführt wird. Diese Einrichtung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine besonders schnelle und gezielte Rückführung des Druckkolbens und der Kupplungsringe in Neutrallage erforderlich ist oder wenn die Federkräfte der Feder 12, 213 nicht ausreichend dimensioniert werden können. Durch diese Einrichtung können die Rückschubfedern 12 bzw. 213 in manchen Fällen auch ganz entfallen, und zwar dann, wenn ein dauernder Rückstelldruck in den Kolbenraum 217; 219 gegeben ist, der relativ niedrig gehalten werden kann. Der Rückstelldruck im Kolbenraum 217 bzw. 218 kann zur Beschleunigung des Schaltvorganges während der Schaltphase kurzzeitig angehoben werden, um den Druckkolben 214, 215 schnell in Neutrallage zurückzuführen. Nach einer anderen Steuerungsart kann z. B. der Druck zur Rückführung des Kolbens gleichzeitig der Kupplungsdruck der Folgekupplung, d. h. der zu schaltenden Kupplung sein, der entweder nur während der Schaltphase auf den Kolben der auszuschaltenden Kupplung wirkt oder auch während der gesamten ausgeschalteten Zeit anhält. Hierbei resultiert die Anpreßkraft auf die Kupplungsringe 2, 3 aus der Differenzkolbenfläche der Kolbenräume 150 und 217 bzw. 151 und 219 und dem Öldruck. Der Kolbenstützring 216; 218 kann je nach konstruktiven Gegebenheiten ein separates Bauteil, wie in Fig. 6 dargestellt, oder mit dem Kupplungsträger einteilig ausgeführt sein.
Es ist in manchen Anwendungsfällen zweckmäßig, das Kupplungsprofil mit Verdrehspiel SV auszubilden. Dies hat den Vorteil, daß im Schaltvorgang ein schnelleres Einrasten der Kupplungsglieder ermöglicht wird. Insbesondere dann, wenn vor dem Schaltvorgang noch eine größere Abweichung vom Synchronlauf der Kupplungselemente gegeben ist. Innerhalb dem Verdrehweg SV kann im Schließvorgang Differenzdrehzahl ausgeglichen werden. Höhere Abweichungen vom Synchronlauf können auch dadurch vorteilhaft ausgeglichen werden, indem durch eine Feder 180; 181 ein Kupplungsring 104 bzw. 105 durch Federkraft im Umfangsspiel begrenzt verdrehbar gelagert ist. Innerhalb der Schaltzeit kann dann dieser Kupplungsring sich entsprechend der Relativdrehzahl bis zum vollen Einrasten drehmomentfrei verdrehen. Ein Verdrehspiel SV, wie in Fig. 4 und 3 dargestellt, ist bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich. Es können, wie in Ausführung nach Fig. 5 dargestellt, entsprechend mehr Kupplungszähne angebracht werden zugunsten niedrigerer Flächenpressung oder zugunsten eines niedrigeren Schaltprofiles und somit eines kleineren Schaltweges SA. Die Feder 180; 181 kann beliebig als Drehfeder, wie in Fig. 2 dargestellt, oder als Flachfeder oder in Form eines Gummielementes ausgebildet werden.
Mit Rücksicht auf das wechselnde Zug- und Schubverhalten bei Kraftfahrzeugen ist die Kupplung vorzugsweise so ausgelegt, daß kein oder nur geringes Verdrehspiel, sowohl in der Kupplungsverzahnung als auch zwischen den Flächen der Mitnehmer 20 bzw. 19 und den Ausnehmungen 17 vorhanden ist. Eine nahtlose Bereichsschaltung ohne Lastunterbrechung wird auch bei dieser Ausführungsform erzielt, und zwar dadurch, daß in der Schaltphase über das Steuerungssystem gezielt eine gewisse Differenz Drehzahl bzw. Relativdrehzahl zwischen den beiden zu schaltenden Kupplungsringen in eine oder in beide Drehrichtungen kurzzeitig erzeugt wird, um ein sicheres Einrasten zu ermöglichen. Über die Elektronik ist es relativ einfach, diesen Effekt zu erzeugen.
Für den Fall hoher Drehmomentbelastungen wird ein Kupplungsring 103; 105; 203 doppelseitig mit einem Kupplungsprofil 107; 157; 109; 159; 207; 257 ausgebildet. Die Druckplatte 110; 111; 210 ist hierbei ebenfalls mit einem Kupplungsprofil 156; 158; 256 versehen. Voraussetzung bei dieser Ausführung ist es, daß der beidseitig mit einem Kupplungsprofil versehene Kupplungsring 103; 105; 203 axial verschiebbar gelagert ist und vorzugsweise über eine Feder 183, 181, 283 in der Neutrallage arretiert ist.
Die Feder 181 besitzt neben der axialen Federarretierung zusätzlich die Funktion der federnden Rückführung des Kupplungsringes in Umfangsrichtung in seine Mittellage bei neutraler Kupplungsstellung innerhalb einem begrenzten Verdrehspiel.
Das Kupplungsprofil 6; 7 ist vorzugsweise mit Abweisflächen bzw. Schlupfflächen 24, Fig. 3, versehen, um den Einrastvorgang zu verbessern und vor allem, um in geöffnetem Zustand bei Einsparung einer axialen Arretierung eines Kupplungsringes diesen in die Neutrallage bei Relativdrehzahl zurückzuhalten.
Die einzelnen Bauteile der Schaltkupplung können nach wirtschaftlichen Fertigungsmethoden gefertigt werden. Der Kupplungsring 2; 3; 5 kann als Blechpräge- und Stanzteil bzw. Feinstanzteil oder als Präzisionsschmiedeteil oder als Fließpreßteil einschließlich dem Kupplungsprofil spanlos hergestellt werden. Der Kolben 14 wird zweckmäßigerweise als Druckgußteil gefertigt. Kolben und Kupplungsring sind einteilig ausführbar, vorzugsweise als Fließpreßteil oder auch nach Ausführung 40 als Blechprägeteil. Der Kupplungsträger ist als Sinterteil oder als Druckgußteil (AL-Guß) für höhere Stückzahlen kostengünstig herstellbar.
Nach Ausführung Fig. 1 sind vier Kupplungen 26, 27, 28, 29 zu einer Einheit zusammengefaßt, wobei jeweils zwei Kupplungen übereinander angeordnet sind. Z. B. kann die Kupplung 26 als erste Bereichskupplung, die Kupplung 27 als zweite Bereichskupplung, die Kupplung 28 als dritte Bereichskupplung und die Kupplung 29 als Rückwärtsbereichskupplung dienen. Alle Kupplungen haben ein gemeinsames Kupplungsglied, und zwar bei dieser Ausführung den Kupplungsträger 1, der dreh- und achsfest mit einer Welle, vorzugsweise eine Abtriebswelle 28, verbunden ist.
Jede Kupplung besitzt eine Druckplatte 10; 11; 210; 110, die drehfest und axialfest, zumindest in eine Richtung, auf dem Kupplungsträger 1 sitzt. Ein Kupplungsring 3; 5 ist drehfest und gegen eine Druckplatte 10; 11 axial anliegend auf einer Welle bzw. einer Kupplungsglocke 23 gelagert, wodurch auch die Möglichkeit gegeben ist, Kupplungsglocke und Kupplungsring bzw. Kupplungsring und Welle, gegebenenfalls zweckmäßigerweise einteilig auszubilden, um Kosten zu sparen, wie es z. B. Verbindungsmuffe 42 zeigt.
In Fig. 1 ist die Kombination des gesamten Kupplungspaketes 25 mit einem Planetengetriebe 30 in kompakter Bauweise dargestellt, wobei das Hohlrad 43 mit der Kupplungsglocke 23, dem Kupplungsring 3 verbunden und das Sonnenrad 44 des Planetengetriebes mit der Kupplungsglocke 37 der Kupplung 29 gekoppelt ist, z. B. zum Schalten eines Rückwärtsbereiches eines Kraftfahrzeuggetriebes.
Die Schaltkupplung ist auch mit einer Synchronisiereinrichtung 47 ausführbar, insbesondere für die Anwendung in einem automatisch schaltbaren Stufenschaltgetriebe. Je nach der Anforderung an die Synchronisierleistung kann eine Einfachsynchronisierung oder Sperrsynchronisierung angewendet werden. Für niedrige Synchronisierleistungen genügt unter Umständen eine mit Feder 45 ausgebildete Synchronisiereinrichtung, die mit einer vorzugsweise kegelförmigen Synchronisierungsfläche zusammenarbeitet. Die Feder 45 ist drehfest mit dem Kupplungsträger 101 verbunden und wird über den Kolben 40 axial gegen die Kegelreibfläche vor dem Einrücken in das Kupplungsprofil angedrückt. Bei hohen Synchronisieranforderungen ist es möglich, eine Sperrsynchronisierung bekannter Art im gleichen Bauraum vorzusehen.
Der Kolbenraum kann zur schnelleren Entleerung nach dem Ausschalten auch mit einem, an sich bekannten Entleerungsventil ausgestattet werden, das bei niedrigem Öldruck bzw. bei drucklosem Zustand öffnet.
In Sonderfällen ist diese Kupplung auch mit Luftdruck oder allgemein mit gasförmigem Druckmittel zu betätigen.
Infolge der niedrigen hydraulischen Leistungen für die Beaufschlagung der Kupplungen kann das gesamte Druckniveau sowie die erforderliche Ölmenge niedriger gehalten werden, als bei bekannten Automatgetrieben mit Lastschaltkupplungen zugunsten einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades.
Die aufgeführten Variationsmöglichkeiten bieten eine weitgehende Anpaßbarkeit an verschiedenste Anforderungen, insbesondere automatisch schaltbarer Kraftfahrzeuggetriebe.
Die beiden Druckplatten 10, 11 bzw. 210, 111 bilden ein gemeinsames Bauteil, das vorzugsweise als Blechprägeteil hergestellt ist. Über Stege, die in Ausnehmungen 17; 117 des Kupplungsträgers 1; 101 eingreifen, sind beide Druckplatten miteinander verbunden. Mit nur einem Sicherungsring 50 sind beide Druckplatten axial fixiert. Die Druckplatte 48, Fig. 1, bzw. Fig. 2, besitzt Mitnehmer 49, die in Ausnehmungen des Kupplungsträgers 1; 101 und gleichzeitig in Ausnehmungen eines Verbindungsgliedes der Welle 33 eingreifen, und zwar derart, daß gleichzeitig eine Drehverbindung zwischen Kupplungsträger und Welle 33 hergestellt wird. Ein Sicherungsring 51 dient gleichzeitig für die axiale Fixierung des Kupplungsringes 48; 110 und der axialen Verbindung der Welle 33 mit dem Kupplungsträger 1; 101. Auch die Sintertechnik ist für die Fertigung der Druckplatten, insbesondere bei hohen Stückzahlen sehr wirtschaftlich anwendbar.
Diese neuartige Schaltkupplung besitzt den Vorteil, daß die modernen Fertigungsmethoden - Blechtechnik, Sintertechnik und andere - in besonders hohem Maße anwendbar sind, wodurch neben dem Bauraumvorteil große Kostenvorteile durch wirtschaftliche Fertigung erzielt werden.
  • Bezugszeichen:   1Kupplungsträger   2Kupplungsring   3Kupplungsring   4Kupplungsring   5Kupplungsring   6Kupplungsprofil   7Kupplungsprofil   8Kupplungsprofil   9Kupplungsprofil  10Druckplatte  11Druckplatte  12Feder  13Feder  14Kolben  15Kolben  16Ausnehmung  17Ausnehmung  18Mitnehmer  19Mitnehmer  20Mitnehmer  21Profilfläche  22Profilfläche  23Kupplungsglocke  24Abweisflächen  25Kupplungspaket  26Kupplung  27Kupplung  28Kupplung  29Kupplung  30Planetentrieb  31Hohlwelle  32Welle  33Welle  36Arretierungsring  37Kupplungsglocke  38Mitnehmer  39Sicherungsring  40Kolben  41Ölzuführung  42Verbindungsmuffe  43Hohlrad  44Sonnenrad  45Feder (Synchronisierung)  46Feder  47Synchronisierungseinrichtung  48Druckplatte  49Mitnehmer  50Sicherungsring  51Sicherungsring 101Kupplungsträger 102Kupplungsring 103Kupplungsring 104Kupplungsring 105Kupplungsring 106Kupplungsprofil 107Kupplungsprofil 108Kupplungsprofil 109Kupplungsprofil 110Druckplatte 111Druckplatte 112Feder 113Feder 114
    115
    116
    117Ausnehmung 118
    119Mitnehmer 120Mitnehmer 121
    150Kolbenraum 151Kolbenraum 152
    153
    154
    155
    156Kupplungsprofil 157Kupplungsprofil 158Kupplungsprofil 159Kupplungsprofil 180Rückstellfeder 181Feder 182Federschenkel 183Feder 184Feder 185
    203Kupplungsring 204Kupplungsring 205
    206Kupplungsprofil 207Kupplungsprofil 208
    209
    210Druckplatte 211
    214Kolben 215Kolben SUVerdrehung SAKupplungsweg αWinkel 216Kolbenstützring 217Kolbenraum 218Kolbenstützring 219Kolbenraum 241Ölzuführung 256Kupplungsprofil 257Kupplungsprofil 302Kupplungsring 303Kupplungsring 306Kupplungsprofil 307Kupplungsprofil 308Kupplungsprofil 309Kupplungsprofil 324Zahnkopfrundung

Claims (52)

1. Schaltkupplung, insbesondere für automatisch schaltbare Kraftfahrzeuggetriebe mit einer gleichzeitig form- und kraftschlüssig wirkenden Kupplungseinrichtung mit einem auf einem Getriebeteil drehfest und achsfest angeordnetem Kupplungsträger, auf dem ein drehfester, aber axial verschiebbarer Kupplungsring gelagert ist, der durch einen mit flüssigem, in Sonderfällen mit gasförmigem Druckmittel, vorzugsweise mit Öl, beaufschlagbarem Kolben axial verschiebbar und mit einem entsprechenden Kupplungsring verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsringe (2; 4; 102; 104; 302 und 3; 5; 103; 105; 203; 303) mit einem Kupplungsprofil (6; 8; 106; 108; 206; 306; 308 und 7; 9; 107; 109; 207; 307) versehen sind, das so ausgebildet ist, daß im geschlossenen Zustand eine axiale voneinander abweisende Kraftkomponente in Abhängigkeit zum Drehmoment erzeugt wird.
2. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsprofil (6; 7; 8; 9; 106; 107; 108; 109; 158; 159; 157; 156; 306; 307; 308) in axialer Richtung unter einem Winkel (α) angeschrägt ist, so daß eine axiale Kraftkomponente in Abhängigkeit zum Drehmoment entstehen kann (Fig. 4 u. 5).
3. Schaltkupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsprofil (6 und 7) so ausgebildet ist, daß ein definiertes Verdrehspiel (SV) zwischen den Mitnahmeflächen des Kupplungsprofiles gegeben ist (Fig. 3 und 4).
4. Schaltkupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsprofil (306, 307; 308, 309) so ausgebildet ist, daß kein oder nur geringes Verdrehspiel (SV) möglich ist (Fig. 5).
5. Schaltkupplung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) der Kupplungsverzahnung größer ist als der Reibungswinkel.
6. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellfeder (12; 13; 112; 113; 213) vorgesehen ist zum Auskuppeln des Kupplungsringes (2; 4; 102; 104; 302) und zum Zurückführen des Kolbens (14; 15) in seine Neutrallage.
7. Schaltkupplung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsring (103; 105; 203) beidseitig mit einem Kupplungsprofil (107, 157; 109, 159; 207, 257) versehen ist und die Druckplatte (110, 111, 210) mit entsprechendem Kupplungsprofil (156; 158; 256) ausgebildet ist.
8. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (214; 215) doppelseitig beaufschlagbar ist und ein Kolbenraum (217; 219) vorgesehen ist zur Rückführung des Kolbens in die Neutrallage (Fig. 6).
9. Schaltkupplung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck für die Rückstellung des Kolbens gleichzeitig der Druck der Folgekupplung ist.
10. Schaltkupplung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck für die Rückstellung des Kolbens ein Dauerdruck ist, der niedriger als der Schaltdruck ist.
11. Schaltkupplung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck für die Rückstellung des Kolbens ein Dauerdruck ist, der in der Schaltphase kurzzeitig angehoben wird zum spontanen Öffnen der Kupplung.
12. Schaltkupplung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zum Öffnen der Kupplung innerhalb der Schaltung von einem in den anderen Betriebsbereich aus dem Druck der Folgekupplung resultiert.
13. Schaltkupplung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zum Öffnen der Kupplung, in an sich bekannter Weise, über ein Drucksignal der Folgekupplung kommt, durch das auf hydraulischem Wege über ein zusätzliches Ventil ein Druck im Kolbenraum (217; 219) erzeugt wird.
14. Schaltkupplung nach mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnungssignal zur Rückführung des Kolbens in Neutrallage über eine in an sich bekannte elektrische Rückmeldung aus dem Druck der Folgekupplung auf die elektronische Regel- und Steuereinrichtung erfolgt, wonach über die Elektronik das Kupplungsventil angesteuert wird, derart, daß spontan der Kupplungsdruck der auszuschaltenden Kupplung abbricht.
15. Schaltkupplung nach mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellung des Kolbens nur über einen Druck im Rückstellkolbenraum (217; 219) erfolgt und Rückstellfedern (12; 213) entfallen.
16. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (183; 181; 283) eingebaut ist, die den Kupplungsring (103; 105; 203) in Neutrallage hält bzw. nach Auskuppeln in Neutrallage zurückführt.
17. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsprofil (6; 7; 106; 107; 156; 157; 206; 207) Abweisflächen (24) aufweist.
18. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsring (302; 303) eine Kupplungsverzahnung (306; 307) mit Zahnkopfrundungen (324) besitzt.
19. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsring (2; 3; 5; 203; 104; 105; 111; 204; 302; 303) spanlos hergestellt ist.
20. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsringe (2; 3; 4; 5; 102; 103; 110; 302; 303; 204) als Präzisionsschmiedeteile hergestellt sind.
21. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsringe als Fließpreßteile hergestellt sind.
22. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsprofil (106; 107; 157; 156; 307; 308) des Kupplungsringes (102; 103; 110; 302; 303) spangebend hergestellt ist.
23. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsringe aus Sintermetall bestehen.
24. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsprofil (107, 157, 106, 156) eine Bogenstirnverzahnung ist.
25. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) und der Kupplungsring (2) zwei getrennte Bauteile sind.
26. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkolben (40; 215) und der Kupplungsring (204) einteilig ausgebildet sind.
27. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsring (2; 3; 104; 105) ein Verdrehspiel (nicht dargestellt) aufweist und bei ausgekuppeltem Zustand durch eine Feder (180; 181) in Neutralstellung gehalten wird, so daß beim Schalten der Kupplung eine begrenzte Verdrehung des Kupplungsringes möglich ist.
28. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (180) in einer Ausnehmung (117) des Kupplungsträgers (101) gelagert ist.
29. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsprofil ein nicht definiertes fertigungsbedingtes Verdrehspiel aufweist (nicht dargestellt).
30. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft der Feder (12; 13; 112; 113) größer als die durch die Rotationskraft des Öldruckes hervorgerufene Axialkraft des Kolbens (14; 15; 214; 215) ist.
31. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kupplungen (26, 27, 28, 29) zu einem Kupplungspaket zusammengefaßt sind (Fig. 1, 2 und 6).
32. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsträger (1; 101; 201) ein gemeinsames Kupplungsglied für mehrere Kupplungen (26, 27, 28, 29) bildet.
33. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsträger (1; 101) mehrere Ausnehmungen (17; 217) enthält, in die die Mitnehmer (19, 20) für beide Kupplungsringe (2, 4; 119, 120) eingreifen.
34. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12; 13; 112; 113; 213) als Tellerfeder ausgebildet ist.
35. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsträger (1; 101; 201) aus Sinterstahl besteht.
36. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsträger (1; 101; 201) aus Druckguß besteht.
37. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsring (204) und Kolben (215) einteilig als Feinschmiedeteil ausgebildet sind.
38. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsring und der Druckkolben (40) ein Blechpräge- und Stanzteil darstellen.
39. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (181) als Drehfeder ausgebildet ist.
40. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (180) als Flachfeder ausgebildet ist.
41. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsträger (1; 101) ein gemeinsames Kupplungsglied für vier Kupplungen (26, 27, 28, 29) darstellt und jeweils zwei Kupplungen übereinander angeordnet sind.
42. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsträger (1; 101; 201) mit einer Welle (33) dreh- und achsfest verbunden ist, über diese die gemeinsame Ölzuführung für alle Kupplungen erfolgt.
43. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Kupplungsträger (1; 101) verbundene Welle (33) eine Getriebeantriebswelle ist und mit einer Kupplung (26) für den ersten Bereich, einer Kupplung (27) für den zweiten Bereich, einer Kupplung (28) für den dritten Bereich und einer Kupplung (29) für den Rückwärtsbereich zusammenwirkt.
44. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsprofil vorzugsweise niedriger als 1 Millimeter ist.
45. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsprofil verschiedene Ausführungsformen besitzt.
46. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsring (142) eine Synchronfläche enthält und mit einer Synchronisiereinrichtung (47) zusammenarbeitet.
47. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiereinrichtung als Sperrsynchronisierung (nicht dargestellt) ausgebildet ist.
48. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsprofil (106; 107; 156; 157) kegelförmig ist.
49. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbendruckraum für die Druckkolben (14; 15; 40; 214; 315) mit einem Entleerungsventil, wie an sich bekannt, in Verbindung steht zur schnelleren Entleerung des Kolbenraumes nach Wegnahme des Steuerdruckes (nicht dargestellt).
50. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (10, 11; 210, 111) ein gemeinsames Bauteil für zwei Kupplungen (26 und 27) bildet.
51. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (48) Mitnehmer (49) besitzt, die in Ausnehmungen des Kupplungsträgers (1; 101) und in Ausnehmungen eines Verbindungsgliedes der Welle (33) eingreifen, derart, daß eine Drehverbindung zwischen Kupplungsträger (1; 101) und der Welle (33) hergestellt ist.
52. Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatten (10, 11; 210, 111; 48; 110) spanlos gefertigte Bauteile sind.
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