DE3909265C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigbare Reibschei­ benkupplung oder -bremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der DE-AS 12 75 242 ist eine gattungsgemäße Scheibenrei­ bungskupplung beschrieben, bei der ein Kolben zum Ein- oder Ausrücken von Reibscheiben in beiden Richtungen durch Druck­ fluid betätigbar ist.

Bei dieser Reibscheibenkupplung wird eine bezüglich des Kol­ bens ausrückseitige Druckmittelkammer durch einen axialen Ka­ nal in der angetriebenen Welle ständig mit Druckmittel nie­ drigen Druckes versorgt. Zum Ein- oder Ausrücken der Kupp­ lung wird eine beaufschlagungsseitige Kammer mit Hochdrucköl gefüllt bzw. aus der Beaufschlagungskammer abgelassen. Die Steuerung hierfür erfolgt drehzahlabhängig durch je miteinan­ der ausrichtbare radiale Zu- und Abführkanäle in der An­ triebswelle und in dem Stirnblock des Kupplungsgehäuses, in­ dem die Antriebswelle und das Kupplungsgehäuse zwischen zwei Endwinkelstellungen gegeneinander verdrehbar sind. In einer Endwinkelstellung sind die Zuführkanäle und in der anderen die Abführkanäle miteinander ausgerichtet und die jeweils anderen Kanäle den Durchfluß absperrend gegeneinander ver­ setzt.

Dabei können, wie in der DE-AS 12 75 242 angegeben wird, die Reibscheiben in Eingriff kommen, wenn der Drehzahlunter­ schied zwischen den Wellen relativ groß ist. Dadurch entste­ hen dann unerwünschte Stoßbelastungen.

Ähnliche Kupplungsmechanismen sind aus der DE-PS 8 89 852 und der DE-AS 27 05 196 bekannt, wobei gemäß letzterer ein Druck­ ausgleich des infolge der Drehung in der Beaufschlagungskam­ mer entstehenden Druckes über die Ausrückkammer beim Ausrüc­ ken der Kupplung vorgesehen ist.

Es ist bekannt, daß in einem druckmittelbetätigbaren Reib­ scheibenmechanismus, wie einer Kupplungs- oder Bremsanord­ nung, Richtungsempfindlichkeit für Drehmomente geschaffen werden kann, damit eine Drehmomentumkehr z. B. während eines Gangwechselvorganges in einem Leistungsgetriebe erfaßt wer­ den kann. Während eines Gangwechsels wird Drehmoment von einem sich lösenden Reibelement zu einem fassenden Reibele­ ment übertragen. Da sich die Drehmomentkapazität bei dem fas­ senden Reibelement erhöht, tritt bei dem sich lösenden Reib­ element eine Abnahme der Drehmomentübertragung auf, und es wird ein negatives Drehmoment oder eine Drehmomentumkehr er­ fahren, wenn es nicht rechtzeitig gelöst wird. Falls der ge­ wünschte Schaltungs-Zeitablauf nicht eingehalten wird, d. h. wenn eine Drehmomentumkehr auftritt, tritt auch eine Über­ gangskraft auf, die "Schaltstoß" (shift shock) genannt wird.

Ein geeigneter Schaltungs-Zeitablauf kann durch die Verwen­ dung von aus Automatikgetrieben bekannten unidirektionalen Mechanismen erreicht werden, die so ausgelegt sind, daß sie Drehmoment nur in einer Richtung übertragen. Derartige Gerä­ te erhöhen jedoch die Kosten, die Größe und die Kompliziert­ heit des Getriebes.

Wenn während eines Über- oder Untersetzungswechsels, ein Bremselement das lösende Gerät ist, ist es möglich, Band­ bremsen, insbesondere mit mehrfach umschlungenen Bändern zu benutzen, um eine Richtungsempfindlichkeit bei Drehmoment­ übertragung zu bewirken. Diese Geräte weisen bauart- und betriebsbedingte Grenzen auf, so daß sie keine idealen Lösun­ gen darstellen. Diese Art von Richtungsempfindlichkeit für Drehmoment ist festgelegt und nicht last- oder drehzahlabhän­ gig.

Bei rotierenden Kupplungen wurde vorgeschlagen, ein rich­ tungsempfindliches Ventilteil zu verwenden, das betätigbar ist, um die Beaufschlagungskammer der Kupplung bei einer Drehmomentumkehr zu leeren. Diese Art von Geräten wurde für Drehmomentwandler-Kupplungsmechanismen vorgesehen, um ein Lösen der Drehmomentwandlerkupplung zuzulassen, wenn die Be­ dienungsperson von einem Antriebs- zu einem Mitlauf- oder Schiebe-Betrieb wechselt. Geräte dieser Art sind in US-PS 37 34 251 und 34 10 378 beschrieben.

In der DE-AS 11 44 067 und der DE-PS 7 26 652 sind druckmit­ telbetätigbare Reibungskupplungen bekannt, bei denen eine Be­ tätigung der Kupplung infolge der Relativbewegung in Umfangs­ richtung der miteinander gekuppelten Teile erfolgt. Das Aus­ rücken der Kupplung wird hierbei durch Abbau des Beaufschla­ gungsdruckes erreicht.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, einen druckmittel­ betätigbaren Reibscheibenmechanismus zu schaffen, bei dem Schaltstöße beim Ausrücken der Reibscheiben vermieden wer­ den.

Ein erfindungsgemäßer druckmittelbetätigbarer Reibscheibenme­ chanismus zeichnet sich durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aus.

Somit wird die Drehmomentkapazität diesem druckmittelbetä­ tigbaren Reibscheibenmechanismus während einer Drehmomentum­ kehr durch das Übertragungsgerät (Getriebe) reduziert. Wie erwähnt, kann eine Drehmomentumkehr auftreten, wenn der Betrieb 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.

Der erfindungsgemäße druckmittelbetätigbare Reibscheibenme­ chanismus, wie eine Kupplung oder eine Bremse, weist eine variable Kapazität zum Ausgleich sowohl der Drehmomentbela­ stung als auch der Drehzahl auf. Dieses Gerät erlaubt bei Verwendung mit einer Kupplung eine größere Überdeckung bei Gangwechselvorgängen bei hohen Drehzahlen und Drehmomenten, um eine Lebensdauerverlängerung der Kupplung zu erreichen, während es die Empfindlichkeit gegen Schaltungs-Zeitablauf­ fehler 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 den Ablauf eines Gangwechsels über eine Reduzierung des Schaltstoßes zu ver­ bessern.

Die vorliegende Erfindung erweist sich als besonders vorteil­ haft beim Herunterschalten während eines Schiebevorganges mit geschlossener Drosselklappe oder beim Hochschalten bei Gasrücknahme und geringer Fahrzeuggeschwindigkeit. Unter die­ sen Bedingungen ergibt die vorliegende Erfindung eine gute Richtungsempfindlichkeit mit einem Verhalten, das dem eines unidirektionalen Gerätes gleichkommt, wobei aber in dem er­ findungsgemäßen Reibscheibenmechanismus nicht wie bei einem unidirektionalen Gerät die Abgabeseite völlig gelöst wird.

Der erfindungsgemäße druckmittelbetätigbare Reibscheibenme­ chanismus enthält Ventilmittel, wie beispielsweise ein Dreh­ ventilelement, das auf die Richtung der Drehmomentübertra­ gung anspricht. Die Ausrück- oder Ausgleichskammer ist wäh­ rend Normalbetrieb bei eingerückten Reibscheiben zu einer Niederdruck-Fluidquelle, wie einem Schmierkreislauf, offen und schafft eine Zentrifugal-Druckkraft, die mindestens einen Teil des Zentrifugaldruckes in der Beaufschlagungskam­ mer ausgleicht, wenn eine Änderung der Richtung der Drehmo­ mentübertragung auftritt.

Um eine Lastempfindlichkeit oder Richtungsempfindlichkeit zu schaffen, ist die Ausrückkammer durch das Drehventilelement an dem Geräte-Beaufschlagungsdruck angeschlossen, der allge­ mein ein lastabhängiger Druck ist. Damit ist die Ausgleichs­ kraft proportional dem Pegel des übertragenen Drehmomentes. Die Ausrückkammer ist in einer Richtung der Drehmomentüber­ tragung mit unter niedrigerem Druck stehendem Öl gefüllt, um einen Zentrifugalausgleich zu schaffen, und wird bei Drehmo­ mentumkehr durch Betätigen der Ventilmittel mit einem Fluid hohen Druckes gefüllt, um mindestens teilweise den hohen Druck in der Beaufschlagungskammer auszugleichen.

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

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 druckmittelbetätigbare Reibscheibenkupplung dargestellt. Die Kupplung 10 enthält ein treibendes Gehäuse 12, ein getriebenes Nabenelement 14 und eine Vielzahl von mit dem Gehäuse 12 verbundenen Reibscheiben 16 sowie mit dem Nabenelement 14 verbundenen Reibscheiben 18. Das Gehäu­ se 12 besitzt einen inneren Nabenabschnitt 20, der antriebs­ mäßig über eine Keilverbindung 22 mit einer rotierenden Wel­ le 24 als Drehmomentübertragungsmittel verbunden ist. Das Gehäuse 12 und der innere Nabenabschnitt 20 bestimmen ein Nabenelement. An der rotierenden Welle 24 ist ein Drehventil 26 als Ventilmittel und ein Zahnradelement 28 ausgebildet.

Der innere Nabenabschnitt 20 besitzt eine Vielzahl von Spei­ sedurchlässen 32 und Durchlässen 34. Die Speisedurchlässe 32 sind in Fluidverbindung mit einer Beaufschlagungskammer 36, die zwischen dem Gehäuse 12 und einem Betätigungskol­ ben 38 ausgebildet ist, der gleitbar innerhalb des Ge­ häuses 12 angeordnet ist. Die Beaufschlagungskammer 36 ist gegen Leckverluste an die Umgebung durch zwei Ringdichtungen 40 und 42 abgedichtet.

Die Durchlässe 34 sind in Fluidverbindung mit einer Ausrück­ kammer 44, die zwischen dem Betätigungskolben 38 und einem Wandelement 46 ausgebildet ist. Das Wandelement 46 ist an seinem Außenumfang gegen Lecks zur Umgebung durch eine Ring­ dichtung 48 abgedichtet, während der Innenumfang dichtend am inneren Nabenabschnitt 20 angeordnet ist. Eine Kupplungsrück­ holfeder 50 ist ebenfalls in der Ausrückkammer 44 angeordnet und so betätigbar, daß der Betätigungskolben 38 in die in Fig. 1 dargestellte Lösestellung gedrückt und das Wandele­ ment 46 zum Anschlag mit einem Stellring 51 gebracht wird.

Das Nabenelement 14 ist vorzugsweise mit einem weiteren Zahnradele­ ment, das nicht dargestellt ist, verbunden. Das Zahnradele­ ment 28 ist in Kämmeingriff mit einem anderen, nicht gezeig­ ten, an einer ebenfalls nicht dargestellten Parallelwelle an­ geordneten Zahnrad. Soweit wäre das ein üblicher Aufbau in einem Gegenwellen-Getriebe mit Benutzung von fluidbetätigten Kupplungen zur Erzielung und Steuerung der Gangverbindungen zwischen der Gegenwelle und der Abgabewelle solcher Getrie­ be.

Das Drehventilelement 26 enthält eine Nut 52, die in Fluid­ verbindung mit einem Druckdurchlaß 54 zur Kupplungsbeauf­ schlagung steht. Der Druckdurchlaß 54 und die Nut 52 sind in fortgesetzter Fluidverbindung mit den Speisedurchlässen 32 und somit mit der Beaufschlagungskammer 36. Der Druckdurch­ laß 54 wird wahlweise durch eine übliche nicht dargestellte Getriebesteuerung unter Druck gesetzt, um eine Beaufschla­ gung der rotierenden Kupplung 10 herbeizuführen, indem der Betätigungskolben 38 in Eingriff mit einer der Reibscheiben 16 bewegt wird, die dadurch selbst in Reibeingriff mit den Reibscheiben 18 kommt. In diesem Zustand wird Drehmoment zwi­ schen dem Zahnradelement 28 und dem Nabenelement 14 übertra­ gen.

Das Drehventilelement 26 besitzt eine Vielzahl von Speise­ nuten 56 als erste Fluiddurchlässe, die zur Nut 52 hin offen sind, und eine Vielzahl von Ablaßnuten 58 als zweite Fluid­ durchlässe, die zu einer Ablaßnut 60 hin offen sind. Die Speise- und Ablaßnuten 56 bzw. 58 können wahlweise mit den Durchlässen 34 so ausgerichtet werden, daß die Ausrückkammer 44 in Fluidverbindung mit dem Druck in dem Druckdurchlaß 54 oder mit der Ablaßnut 60 gesetzt werden kann. Eine Verbin­ dung mit dem Durchlaß 34 wird durch die Winkellage des Dreh­ ventilelementes 26 relativ zum inneren Nabenabschnitt 20 bestimmt. 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 inneren Nabenabschnitt 20 angeordneten Zähnen oder Keilen 66 ausgebildeten Ausnehmungen 64 eingreifen. Wenn die Drehwelle 24 nach Fig. 2 im Uhrzeigersinn gedreht wird, d. h. wenn eine Vorwärts-Drehmomentübertragung stattfindet, wird der gezeigte Zustand der Antriebsflächen der einzelnen Zähne eingenommen. In diesem Zustand sind die Ablaßnuten 58 in Fluidverbindung mit den Durchlässen 34, so daß die Aus­ rückkammer 44 mit einer Niederdruck-Ölquelle verbunden ist. Die Ablaßnut 60 ist zu den Ausnehmungen 64 hin offen, die in bekannter Weise mit Schmieröl überschwemmt oder anderweitig verbunden sind. Falls Drehmoment von dem Nabenelement 14 durch die Drehkupplung 10 zu der Drehwelle 24 übertragen wird, än­ dert sich die Winkellage der Keile bzw. Zähne 62 und 64 so, daß die Speisenuten 56 mit den Durchlässen 34 ausgerichtet werden und die Ausrückkammer 44 für den Druck in der Nut 52 offen ist. Dabei sind die Ablaßnuten 58 gegen die Durchlässe 34 abgeschlossen.

Während des Normalbetriebs bei betätigter Drehkupplung 10 und von dem Zahnradelement 28 zum Nabenelement 14 übertragenen Drehmoment wird die Ausrückkammer 44 mit Schmieröl gefüllt. Da die Drehkupplung 10 sich dreht, werden Zentrifugalkräfte auf das Fluid in der Ausrückkammer 44 entgegengesetzt 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 Drehmomentre­ duzierung am Zahnradelement 28, und es tritt eventuell eine Drehmomentumkehr am Zahnradelement 28 auf, wodurch sich die Winkelstellung des Drehventilelementes 26 relativ zum inne­ ren Nabenabschnitt 20 ändert. Wenn dies erfolgt, wird die Ausrückkammer 44 mit Fluid bei einem Druckpegel gefüllt, der gleich dem Druckpegel in der Beaufschlagungskammer 36 ist, wodurch die Drehmomentkapazität der Drehkupplung 10 in hohem Maße reduziert und ein Schaltungsstoß, der sonst auftreten könnte, im wesentlichen beseitigt bzw. vermieden wird. Der Druck in dem Druckdurchlaß 54 wird bei Vollendung des Gang­ wechselvorgangs abgelassen oder auf sonstige Weise gesteu­ ert.

Bei den meisten Getriebebauarten nimmt während des Gangwech­ sels der Druck in dem Durchlaß 54 ab, während sich das Dreh­ zahlverhältnis ändert, wobei sich gleichzeitig der Druck in der nicht gezeigten, in Eingriff kommenden Kupplung zunimmt. Jedoch erfolgt bei der Reibscheibenkupplung zum Zeitpunkt einer Drehmomentumkehr durch die Drehkupplung 10 ein Aus­ gleich sowohl des Kupplungsbeaufschlagungsdruckes wie auch des zentrifugal erzeugten Druckes, um die Drehmomentkapazi­ tät der Drehkupplung 10 auf einen Pegel abzusenken, der kei­ ne Übergangsdrehmomente hervorruft.

Die Drehzahl- und Lastabhängigkeit bei einem derartigen druckmittelbetätigbaren Reibscheibenmechanismus ist in Fig. 3 dargestellt. Es ist zu sehen, daß das Übertragungskapazi­ täts-Verhältnis (Vorwärtsdrehung gegenüber Rückwärtsdrehung) abnimmt, während die Drehzahl und die Last (Drehmoment) zu­ nehmen. Bei hoher Drehzahl und hoher Last nähert sich das Kapazitätsverhältnis dem eines doppelt geschlungenen Brems­ bandes, wie durch Linie DB gezeigt. Das Kapazitätsverhältnis des Bandes DB ist konstant und höher als das Kapazitätsver­ hältnis 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 bei Systemen mit Kupplungsdrehzahlen im Bereich von Null (0) bis 6000 U/min und einem Leitungsdruckbereich zwischen 4,14 und 8,27 bar (60 bis 120 psi) erreicht.

Der druckmittelbetätigbare Reibscheibenmechanismus kann nicht nur, wie anhand des obigen Ausführungsbeispieles ge­ zeigt, bei Drehkupplungen genutzt werden, sondern ist auch bei Scheibenbremsen anzuwenden. Im allgemeinen ist ein Zen­ trifugaldruckausgleich bei diesen Scheibenbremsen nicht er­ forderlich, jedoch kann ein Beaufschlagungsdruck-Ausgleich wünschenswert sein.

Die Scheibenbremsen werden mit Planetengetrieben verwendet, bei denen die Eingangs- und die Ausgangselemente koaxial an­ geordnet sind. Bei einer solchen Anordnung wird allgemein erreicht, daß das Gehäuse 12 stationär und das Nabenelement 14 mit einem Zahnradelement verbunden ist. Bei einer solchen baulichen Anordnung ist die Beaufschlagungskammer 36 keiner Rotation unterworfen, so daß kein Zentrifugalaus­ gleich erforderlich ist. Jedoch tritt eine Drehmomentumkehr durch die Bremse so auf, daß in der Ausrückkammer der glei­ che Fluiddruck wie in der Beaufschlagungskammer aufgebaut wird. Dadurch wird die Drehmomentüberdeckung während eines Gangwechsels reduziert, um eine glatte und sanfte Kupplungs­ betätigung zu erreichen.

Claims (2)

1. Druckmittelbetätigbare Reibscheibenkupplung oder -bremse mit einer drehbaren Welle (24) mit daran in Umfangsrich­ tung im wesentlichen in gleichen Abständen angebrachten Zähnen (62), die mit an einem treibenden Gehäuseelement (12, 20) in Umfangsrichtung im wesentlichen in gleichen Abständen an­ gebrachten, radial einwärts gerichteten Zähnen (66) in Eingriff sind und von letzteren Abstände aufweisen, um eine relative Winkelverdrehung in begrenztem Ausmaß zwi­ schen der drehbaren Welle (24) und dem Gehäuseelement (12, 20) zuzulassen, einer Vielzahl von zwischen dem Gehäuseelement (12, 20) und einem getriebenen Nabenelement (14) angeordneten Reibscheiben (16, 18), die abwechselnd zum Antrieb mit dem Gehäuseele­ ment (12, 20) bzw. dem Nabenelement (14) verbunden sind, einem innerhalb des Gehäuseelements (12, 20) gleitend angeordneten Betätigungskolben (38), dessen radialer Wandungsabschnitt auf der dem Gehäuseelement (12, 20) zugewandten Seite eine Wandung einer Beaufschlagungskammer (36) und auf der den Reibscheiben (16, 18) zugewandten Seite eine Wandung einer gegenüberliegenden Ausrückkammer (44) bestimmt, und erste (56) und zweite Fluiddurchlässe (58), die über Ven­ tilmittel (26) wahlweise mit der Beaufschlagungskammer (36) und der Ausrückkammer (44) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß ein gesondertes Wandelement (46) an dem Gehäuseele­ ment (12, 20) so angeordnet ist, daß der Betätigungs­ kolben (38) und das Wandelement (46) zusammenwirkend an der der Beaufschlagungskammer (36) gegenüberliegen­ den Seite des Betätigungskolbens (38) die Ausrückkam­ mer (44) bilden, die eine kleinere effektive, mit Fluiddruck beaufschlagbare Fläche als die Beaufschla­ gungskammer (36) besitzt,
• b) daß die ersten (56) und zweiten Fluiddurchlässe (58) in der drehbaren Welle (24) ausgebildet sind, die
• c) mit zugehörigen Durchlässen (32, 34) im Nabenelement (12, 20) korrespondieren, daß
• d) durch die Ventilmittel (26) die ersten Fluiddurchlässe (56) sowohl mit der Beaufschlagungs- (36) als auch mit der Ausrückkammer (44) verbunden sind, wenn die drehba­ re Welle (24) und das Gehäuseelement (12, 20) eine End­ stellung der zugelassenen relativen Winkelverdrehung einnehmen, und
• e) die ersten Fluiddurchlässe (56) mit der Beaufschla­ gungskammer (36) und die zweiten Fluiddurchlässe (58) mit der Ausrückkammer (44) in Verbindung stehen, wenn die drehbare Welle (24) und das Gehäuseelement (12, 20) die andere Endstellung der zugelassenen relativen Win­ kelverdrehung einnehmen.

2. Druckmittelbetätigbarer Reibscheibenmechanismus nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Vielzahl von Zähnen (62 bzw. 66) an der drehbaren Welle (24) und an dem Gehäuseelement (12, 20) vor­ gesehen sind.