DE3909265A1 - Reibungs-drehmomentuebertragungsgeraet variabler kapazitaet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein fluidbetätigtes Reibungs-Dreh­ momentübertragungsgerät und insbesondere ein solches Gerät mit variabler Drehmomentkapazität.

Es ist bekannt, daß in einer Kupplungs- oder Bremsanordnung Richtungsempfindlichkeit für Drehmomente geschaffen werden kann, damit eine Drehmomentumkehr während eines Gangwech­ selvorganges in einem Leistungsgetriebe erfaßt werden kann. Während eines Gangwechsels wird Drehmoment von einem sich lösenden Reibelement zu einem fassenden Reibelement übertra­ gen. Da sich die Drehmomentkapazität bei dem fassenden Reib­ element erhöht, tritt bei dem sich lösenden Reibelement eine Abnahme der Drehmomentübertragung auf, und es wird ein nega­ tives Drehmoment oder eine Drehmomentumkehr erfahren, wenn es nicht rechtzeitig gelöst wird. Falls der gewünschte Schal­ tungs-Zeitablauf nicht eingehalten wird, d.h. wenn eine Dreh­ momentumkehr auftritt, tritt auch eine Übergangskraft auf, die "Schaltstoß" (shift shock) genannt wird.

Der Schaltungs-Zeitablauf wurde allgemein durch die Verwen­ dung von Einweg-Geräten erreicht, die so ausgelegt sind, daß sie Drehmoment nur in einer Richtung übertragen. Diese Gerä­ te erhöhen jedoch die Kosten und die Kompliziertheit des Ge­ triebes. Wenn ein Bremselement während eines Gang- oder Ver­ hältniszahlwechsels das lösende Gerät ist, ist es möglich, Bandbremsen, insbesondere mit mehrfach umschlungenen Bändern zu benutzen, um eine Richtungsempfindlichkeit bei Drehmoment­ übertragung herbeizuführen. Diese Geräte besitzen auch Be­ grenzungen in ihrer Auslegung und ihrem Betrieb, die sie nicht gerade als ideale Lösung des Problems ansehen lassen. Diese Drehmomentrichtungsempfindlichkeit ist festgelegt und nicht last- oder drehzahlabhängig.

Bei rotierenden Kupplungen wurde vorgeschlagen, ein rich­ tungsempfindliches Ventilteil zu verwenden, das betätigbar ist, um die Kupplungs-Beaufschlagungskammer bei einer Drehmo­ mentumkehr zu leeren. Diese Art von Geräten wurde für Drehmo­ mentwandler-Kupplungsmechanismen vorgesehen, um ein Lösen der Drehmomentwandlerkupplung zuzulassen, wenn die Bedie­ nungsperson von einem Antriebs- zu einem Mitlauf- oder Schie­ be-Zustand wechselt. Bauelemente dieser Art sind in US-PS 37 34 251 und 34 10378 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung zielt auf eine Verbesserung von Mehrscheiben-Reibungs-Drehmomentübertragungsgeräten durch Reduzierung deren Drehmomentkapazität während einer Dreh­ momentumkehr durch das Übertragungsgerät (Getriebe). Wie er­ wähnt, kann eine Drehmomentumkehr auftreten, wenn der Be­ trieb des Fahrzeuges von Antriebs- zu Schiebezustand geän­ dert wird, oder bei einem Gangwechsel im Getriebe. Die Dreh­ momentumkehr während einer Übersetzungsänderung (eines Gang­ wechsels) kann Drehmomentspitzen oder Übergangs-Drehmomentla­ sten in dem Übertragungsgetriebe schaffen, falls das sich lösende Reibgerät nicht rechtzeitig gelöst wird.

Ein erfindungsgemäßes Reibungs-Drehmomentübertragungsgerät zeichnet sich durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 aus.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Reibungs-Drehmoment­ übertragungsgerät mit variabler Kapazität geschaffen, wie eine Kupplung oder eine Bremse, das sowohl Drehmomentbela­ stung als auch Drehzahl ausgleicht. Dieses Gerät erlaubt bei Verwendung mit einer Kupplung eine größere Überdeckung bei Gangwechselvorgängen bei hohen Drehzahlen und Drehmomenten, um eine Lebensdauerverlängerung der Kupplung sicherzustel­ len, während es die Empfindlichkeit gegen Schaltungs-Zeitab­ lauffehler reduziert.

Bei geringen Drehzahlen und kleinen Drehmomentbelastungen, wenn ein Schaltablauffehler am ehesten bemerkt wird, schafft die vorliegende Erfindung eine erhöhte Richtungsempfindlich­ keit für genauere Überdeckungssteuerung, um die Gangwechsel­ qualität über eine Reduzierung des Schaltstoßes zu verbes­ sern. Die vorliegende Erfindung erweist sich als besonders vorteilhaft beim Herunterschalten während eines Schiebevor­ ganges mit geschlossener Drosselklappe oder beim Hochschal­ ten bei Gasrücknahme und geringer Fahrzeuggeschwindigkeit. Unter diesen Bedingungen ergibt die vorliegende Erfindung eine gute Richtungsempfindlichkeit mit einem Verhalten, das dem eines Einweggerätes gleichkommt.

Die vorliegende Erfindung erreicht diese Verbesserungen durch Verwendung einer Ausgleichdruck- oder Gegenfluidkam­ mer, die benachbart zum Beaufschlagungskolben eines Rei­ bungs-Drehmomentübertragungsgerätes ausgebildet ist und eines Drehventilelementes, das auf die Richtung der Drehmo­ mentübertragung anspricht. Die Gegenfluidkammer ist während Normalbetrieb mit beaufschlagtem Gerät zu einer Niederdruck- Fluidquelle, wie einem Schmierkreislauf, offen und schafft eine Zentrifugal-Druckkraft, die mindestens einen Teil des Zentrifugaldruckes in der Beaufschlagungskammer ausgleicht.

Um eine Lastempfindlichkeit oder Richtungsempfindlichkeit zu schaffen, ist die Gegenfluidkammer durch das Drehventilele­ ment an dem Geräte-Beaufschlagungsdruck angeschlossen, der allgemein ein lastabhängiger Druck ist. Damit ist die Aus­ gleichskraft proportional dem Pegel des übertragenen Drehmo­ mentes.

Die vorliegende Erfindung ist bei Dreh-Kupplungen, wie sie im Gegenwellen- oder Planet-Kraftfahrzeug-Wechselgetrieben benutzt werden, vorteilhaft einzusetzen.

Es ist deshalb ein Ziel dieser Erfindung, ein verbessertes fluidbetätigtes Reibungs-Drehmomentübertragungsgerät zu schaffen, bei dem der Fluidbeaufschlagungsdruck mindestens teilweise durch Fluiddruck in einer Ausgleichs- oder Gegen­ fluid-Kammer ausgeglichen wird, wenn eine Änderung der Rich­ tung der Drehmomentübertragung auftritt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes fluidbetätigtes Reibungs-Drehelement-Über­ tragungsgerät zu schaffen, bei dem ein fluidbetätigter (Be­ aufschlagungs-)Kolben eine Beaufschlagungskammer und eine Gegen-Fluidkammer besitzt, die in einer Richtung der Drehmo­ mentübertragung mit unter niedrigerem Druck stehendem Öl gefüllt ist, um einen Zentrifugalausgleich zu schaffen, und bei Drehmomentumkehr mit einem Fluid hohen Druckes gefüllt wird, um mindestens teilweise den hohen Druck in der Beauf­ schlagungskammer auszugleichen.

Es ist noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein verbes­ sertes Reibungs-Drehmomentübertragungsgerät in Form einer fluidbetätigten Reibkupplung zu schaffen, welche einen Beauf­ schlagungskolben mit einer Beaufschlagungskammer, einer Gegen-Fluidkammer und einem Drehventilelement umfaßt, wobei das Drehventilelement betätigbar ist, die Gegen-Fluidkammer während normaler Kupplungsbetätigung mit einer Niederdruck- Fluidquelle zu verbinden, um ein Zentrifugal-Ausgleichsfluid zu schaffen, und wobei das Drehventilelement während einer Drehmomentumkehr durch die Kupplung betätigbar ist, die Gegen-Fluidkammer mit einer Hochdruck-Fluidquelle zu verbin­ den, um dadurch einen Fluiddruckausgleich sowohl für die Be­ aufschlagungs-Druckkräfte wie auch die Zentrifugal-Druckkräf­ te zu schaffen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer rotierenden Kupplung erfindungsgemäßer Art;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung nach Linie 2-2 der Fig. 1, und

Fig. 3 ein Diagramm des Kapazitätsverhältnisses über der Drehzahl für erfindungsgemäße Geräte.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 eine Drehkupplung oder rotie­ rende Kupplung 10 dargestellt. Die rotierende Kupplung 10 enthält ein Eingabegehäuse 12, eine Abgabenabe oder ein Abga­ beglied 14 und eine Vielzahl von mit dem Eingabegehäuse 12 verbundenen Reibscheiben 16 sowie mit der Abgabenabe 14 ver­ bundenen Reibscheiben 18. Das Eingabegehäuse 12 besitzt einen inneren Nabenabschnitt 20, der antriebsmäßig über eine Keilverbindung 22 mit einer rotierenden Welle (Drehmoment- Übertragungsmittel) 24 verbunden ist. Das Eingabegehäuse 12 und der Eingabe-Nabenabschnitt 20 bestimmen ein Nabenele­ ment. An der rotierenden Welle 24 ist ein Drehventilelement oder rotierendes Ventilelement (Ventilmittel) 28 und ein Zahnradelement 28 ausgebildet.

Der innere Nabenabschnitt 20 besitzt eine Vielzahl von Beauf­ schlagungs-Speisedurchlässen 32 und Gegenkammer-Durchlässen 34, die darin ausgebildet sind. Die Beaufschlagungs-Speise­ durchlässe 32 sind in Fluidverbindung mit einer Beaufschla­ gungskammer 36, die zwischen dem Eingabegehäuse 12 und einem Beaufschlagungskolben 38 ausgebildet ist, der gleitbar inner­ halb des Eingabegehäuses 12 angeordnet ist. Die Beaufschla­ gungskammer 36 ist gegen Leckverluste an die Umgebung durch zwei Ringdichtungen 40 und 42 abgedichtet.

Die Gegenkammer-Durchlässe 34 sind in Fluidverbindung mit einer Gegenfluid-Kammer 44, die zwischen dem Beaufschlagungs­ kolben 38 und einem Wandelement 46 ausgebildet ist. Das Wand­ element 46 ist an seinem Außenumfang gegen Auslecken zur Um­ gebung durch eine Ringdichtung 48 abgedichtet, während der Innenumfang dichtend am inneren Nabenabschnitt 20 angeordnet ist. Eine Kupplungsrückholfeder 50 ist ebenfalls in der Gegenfluid-Kammer 44 angeordnet und so betätigbar, daß der Beaufschlagungskolben 38 in die in Fig. 1 dargestellte Löse­ stellung gedrückt wird und ebenfalls das Wandelement 46 zum Anschlag mit einem Stellring 51 gebracht wird.

Die Abgabenabe 14 ist vorzugsweise mit einem weiteren Zahn­ radelement, das nicht dargestellt ist, verbunden. Das Zahn­ radelement 28 ist in Kämmeingriff mit einem anderen, nicht gezeigten, an einer ebenfalls nicht dargestellten Parallel­ welle angeordneten Zahnrad. Soweit wäre das ein üblicher Auf­ bau in einem Gegenwellen-Getriebe mit Benutzung von fluidbe­ tätigten Kupplungen zur Erzielung und Steuerung der Gangver­ bindungen zwischen der Gegenwelle und der Abgabewelle sol­ cher Getriebe.

Das Drehventilelement 26 enthält eine Nut 52, die in Fluid­ verbindung mit einem Kupplungsbeaufschlagungs-Druckdurchlaß 54 steht. Der Kupplungsbeaufschlagungs-Druckdurchlaß 54 und die Nut 52 sind in fortgesetzter Fluidverbindung mit den Be­ aufschlagungs-Speisedurchlässen 32 und deswegen mit der Be­ aufschlagungskammer 36. Der Kupplungsbeaufschlagungs-Druck­ durchlaß 54 wird wahlweise durch eine übliche nicht darge­ stellte Getriebesteuerung unter Druck gesetzt, um eine Be­ aufschlagung der rotierenden Kupplung 10 herbeizuführen, in­ dem der Beaufschlagungskolben 36 in Eingriff mit einer der Reibscheiben 16 bewegt wird, die sich wiederum in Reibein­ griff mit den Reibscheiben 16 und 18 bringt. In diesem Zu­ stand wird Drehmoment zwischen dem Zahnradelement 28 und der Abgabenabe 14 übertragen.

Das Drehventilelement 26 besitzt eine Vielzahl von Speise­ nuten (erste Fluiddurchlaßmittel) 56, die zur Nut 52 hin offen sind, und eine Vielzahl von Ablaßnuten (zweite Fluid­ durchlaßmittel) 58, die zu einer Ablaßnut 60 hin offen sind. Die Speise- und Ablaßnuten 56 bzw. 58 können wahlweise mit den Gegenkammer-Durchlässen 34 so ausgerichtet werden, daß die Gegen-Fluidkammer 44 in Fluidverbindung mit dem Druck in dem Kupplungsbeaufschlagungs-Druckdurchlaß 54 oder mit der Ablaßnut 60 gesetzt werden kann. Eine Verbindung mit dem Ge­ gendruck-Durchlaß 34 wird durch die Winkellage des Drehven­ tilelementes 26 relativ zum inneren Nabenabschnitt 20 be­ stimmt. Diese Winkelstellung wird durch die Keilverbindung 22 bewirkt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt die Drehwelle 24 eine Viel­ zahl von Zähnen oder Keilen 62, welche in breite, zwischen an dem Innennabenabschnitt 20 angeordneten Zähnen oder Kei­ len 66 ausgebildeten Öffnungen 64 eingreifen. Wenn die Dreh­ welle 24 nach Fig. 2 im Uhrzeigersinn gedreht wird, d.h. wenn eine Vorwärts-Drehmomentübertragung stattfindet, wird der gezeigte Zustand der Antriebsflächen der einzelnen Keile eingenommen. In diesem Zustand sind die Ablaufnuten 58 in Fluidverbindung mit Gegenkammer-Durchlässen 34, so daß die Gegen-Fluidkammer 44 mit einer Niederdruck-Ölquelle verbun­ den ist. Die Ablaßnut 60 ist zu den Öffnungen 64 hin offen, die in bekannter Weise mit Schmieröl überschwemmt oder ander­ weitig verbunden sind. Falls Drehmoment von der Abgabenabe 14 durch die Drehkupplung 10 zu der Drehwelle 24 übertragen wird, ändert sich die Winkellage der Keile 62 und 64 so, daß die Speisenuten 65 mit den Gegenkammer-Durchlässen 34 ausge­ richtet werden und die Gegen-Fluidkammer 44 für den Druck in der Nut 52 offen ist. Zu dieser Zeit sind die Ablaufnuten 58 gegen die Gegenkammer-Durchlässe 34 abgeschlossen.

Während des Normalbetriebs bei betätigter Drehkupplung 10 und von dem Zahnradelement 28 zur Abgabenabe 14 übertragenem Drehmoment wird die Gegen-Fluidkammer 44 mit Schmieröl ge­ füllt. Da die Drehkupplung 10 sich dreht, werden Zentrifugal­ kräfte auf das Fluid in der Gegen-Fluidkammer 44 entgegenge­ setzt zum Druck in der Beaufschlagungskammer 36 wirken. Dadurch wird in gewissem Maße die Zentrifugalkomponente des Drucks in der Beaufschlagungskammer 36 ausgeglichen.

Wenn ein Schaltsignal gegeben wird, wird ein anderes, nicht dargestelltes Zahnrad innerhalb des Getriebes durch sein zu­ geordnetes Kupplungselement in Wirkung gebracht. Während das sich nun einschaltende Zahnrad in die Lage versetzt wird, Drehmomentübertragung anzunehmen, erfolgt eine Drehmoment- Reduzierung am Zahnradelement 28, und es tritt eventuell eine Drehmoment-Umkehr am Zahnradelement 28 auf, wodurch sich die Winkelstellung des Drehventilelementes 26 relativ zum inneren Nabenabschnitt 20 ändert. Wenn dies erfolgt, wird die Gegen-Fluidkammer 44 mit Fluid bei einem Druckpegel gefüllt, der gleich dem Druckpegel in der Beaufschlagungs­ kammer 36 ist, wodurch in hohem Maße die Drehmomentkapazität der Drehkupplung 10 reduziert und ein Schaltungsstoß, der sonst auftreten könnte, im wesentlichen beseitigt wird. Der Druck in dem Kupplungsbeaufschlagungs-Druckdurchlaß 54 wird bei Vollendung des Gangwechselvorgangs abgelassen oder auf sonstige Weise gesteuert.

Bei den meisten Getriebebauarten nimmt während des Gangwech­ sels der Druck in dem Kupplungs-Beaufschlagunsdruck-Durchlaß 54 ab, während sich das Drehzahlverhältnis ändert, wobei sich gleichzeitig der Druck in der nicht gezeigten, in Ein­ griff kommenden Kupplung zunimmt. Jedoch wird zum Zeitpunkt einer Drehmomentumkehr, nämlich einer Drehmomentumkehr durch die Drehkupplung 10, die vorliegende Erfindung für einen Ausgleich sowohl des Kupplungsbeaufschlagungsdruckes wie des zentrifugal erzeugten Druckes sorgen, um die Drehmomentkapa­ zität der Drehkupplung 10 auf einen Pegel abzusenken, der keine Übergangsdrehmomente stützt.

Die Drehzahl- und Lastabhängigkeit bei Geräten nach der vor­ liegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Es ist zu sehen, daß das Kapazitätsverhältnis (Vorwärtskapazität gegen Rückwärtskapazität) abnimmt, während die Drehzahl und die Last (Drehmoment) zunehmen. Bei hoher Drehzahl und hoher Last nähert sich das Kapazitätsverhältnis dem eines doppelt geschlungenen Bremsbandes, wie durch Linie DB gezeigt. Das Kapazitätsverhältnis des Bandes DB ist konstant und höher als das Kapazitätsverhältnis eines einfach geschlungenen Bandes SB.

Die Lastlinien stellen zunehmende Druckwerte in dem Fluid dar, das für Beaufschlagung des Reibelementes verfügbar ist. Kapazitätsverhältnisse im Bereich von 7,5 bis 3,5 wurden erreicht bei Systemen mit Kupplungsdrehzahlen im Bereich von Null (0) bis 6000 U/min und einem Leitungsdruckbereich zwi­ schen 4,14 und 8,27 bar (60 bis 120 psi).

Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführung so be­ schrieben, daß sie mit Drehkupplungen benutzt wird, jedoch wird der Fachmann erkennen, daß sie auch bei Scheibenbremsen Nutzen bringt. Als allgemeine Regel ist ein Zentrifugaldruck­ ausgleich bei diesen Scheibenbremsen nicht erforderlich, je­ doch kann ein Beaufschlagungsdruck-Ausgleich wünschenswert sein.

Die Scheibenbremsen werden mit Planetengetrieben verwendet, bei denen die Eingabe- und die Abgabeelemente koaxial sind. Bei einer solchen Anordnung wird allgemein erreicht, daß das Eingabegehäuse 12 stationär und die Abgabenabe 14 mit einem Zahnradelement verbunden ist. Bei einer solchen baulichen An­ ordnung ist die Beaufschlagungskammer 36 keiner Rotation unterworfen, und deswegen tritt kein Zentrifugalausgleich auf. Jedoch tritt eine Drehmomentumkehr durch die Bremse so auf, daß die Ausgleichs-(Gegenfluid)Kammer dem gleichen Fluiddruck wie die Beaufschlagungskammer unterworfen wird, um so die Drehmomentüberdeckung während eines Gangwechsels zu reduzieren, um glatte und sanfte Kupplungsbetätigung zu schaffen.

Claims (3)

1. Reibungs-Drehmomentübertragungsgerät mit einem Drehmoment­ übertragungsmittel (24) mit einer Vielzahl von daran im wesentlichen in gleichem Abstand angebrachten Zähnen (62); einem Nabenelement (12, 20) mit einer Vielzahl von daran im wesentlichen in gleichen Abständen angebrachten Zähnen (66), die mit den Zähnen an dem Drehmomentübertra­ gungsmittel in Eingriff sind; einem Abgabeelement (14); einer Vielzahl von zwischen dem Nabenelement (12, 20) und dem Abgabeelement (14) angeordneten Reibscheiben (16, 18), wobei die Reibscheiben abwechselnd zum Antrieb mit dem Nabenelement (12, 20) bzw. dem Abgabeelement (14) ver­ bunden sind; und einem gleitend mit Bezug auf das Naben­ element (12, 20) angeordneten und damit zur Bildung einer Beaufschlagungskammer (36) mit einer vorbestimmten effek­ tiven Fläche zusammenwirkenden Beaufschlagungskolben (38), dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (62, 66) der­ artigen Abstand voneinander besitzen, daß eine relative Winkelverdrehung in begrenztem Ausmaß zwischen dem Drehmo­ mentübertragungsmittel (24) und dem Nabenelement (12, 20) zugelassen ist; daß ein Wandelement (46) an dem Nabenele­ ment (12, 20) so angeordnet ist, daß der Beaufschlagungs­ kolben (38) und das Wandelement (46) zusammenwirkend eine Gegen-Fluidkammer (44) an der der Beaufschlagungskammer (36) gegenüberliegenden Seite des Beaufschlagungskolbens (38) bilden, die eine kleinere effektivere Fläche als die Beaufschlagungskammer (36) besitzt; daß erste (56) und zweite (58) Fluiddurchlaßmittel in dem Drehmomentübertra­ gungsmittel (24) ausgebildet sind; und daß Ventilmittel (26) zur Verbindung des ersten Fluiddurchlaßmittels (26) sowohl mit der Beaufschlagungs-(36) als auch mit der Gegenfluid-(44)Kammer vorgesehen ist, wenn das Drehmoment­ übertragungsmittel (24) und das Nabenelement (12, 20) an einem Ende der zugelassenen relativen Winkelverdrehung sind, und zur Verbindung des ersten Fluiddurchlaßmittels (56) mit der Beaufschlagungskammer (36) und des zweiten Fluiddurchlaßmittels (58) mit der Gegenfluid-Kammer (44), wenn das Drehmomentübertragungsmittel (24) und das Naben­ element (12, 20) am anderen Ende der zugelassenen relati­ ven Winkelverdrehung sind.

2. Reibungs-Drehmomentübertragungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandelement (46) einen Dichtabschnitt (48) in gleitendem Dichteingriff mit dem Beaufschlagungskolben (38) besitzt und daß Durchlaßmittel (32, 34) in dem Nabenelement (12, 20) zur Verbindung des ersten und des zweiten Fluiddurchlaßmittels (56, 58) mit der Beaufschlagungskammer (36) bzw. der Gegenfluidkammer (44) in der erforderlichen Weise vorgesehen sind.

3. Reibungs-Drehmomentübertragungsgerät nach Anspruch 1 oder 2 in Form einer Kupplung mit variabler Kapazität.