EP1747388A1 - Hydraulischer getriebeaktuator - Google Patents

Hydraulischer getriebeaktuator

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EP1747388A1
EP1747388A1 EP05716139A EP05716139A EP1747388A1 EP 1747388 A1 EP1747388 A1 EP 1747388A1 EP 05716139 A EP05716139 A EP 05716139A EP 05716139 A EP05716139 A EP 05716139A EP 1747388 A1 EP1747388 A1 EP 1747388A1
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piston
cylinder
diameter
cylinder housing
hydraulic transmission
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Dr Ing HCF Porsche AG
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1447—Pistons; Piston to piston rod assemblies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19219—Interchangeably locked
    • Y10T74/19251—Control mechanism

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic transmission actuator according to the features of the preamble of claim 1.
  • Hydraulic transmission actuators are used, for example, in automated manual transmissions to synchronize the transmission gears (see, for example, Johannes Lohmann, Gear Transmission, 2nd Edition, page 156ff.).
  • the actuating piston delimited by two pressure chambers is displaced to the left or right by appropriate pressurization, a sealing element being provided on the actuating piston to seal the two pressure chambers.
  • high actuating forces have to be applied, for example, when synchronizing the transmission gears, which necessitate reliable and permanent sealing or separation of the two pressure chambers.
  • the object of the invention is therefore to improve the sealing of the two pressure chambers in the region of the actuating piston.
  • the diameter of the hydraulic cylinder is advantageously locally reduced in an area in which high actuating forces act on the actuating piston.
  • the diameter of the hydraulic cylinder is in a left and right operative position that deviates from the central position of the actuating piston in the hydraulic cylinder
  • the diameter of the hydraulic cylinder is reduced when the control piston is in the middle. A higher contact pressure of the sealing element against the inner wall of the cylinder is thus achieved in both operative positions of the actuating piston.
  • the diameter of the hydraulic cylinder expands so that the contact pressure of the sealing element with respect to the inner wall of the cylinder is adapted to the reduced actuating forces.
  • the hydraulic transmission actuator can be used in particular as an actuating element for the synchronization of transmission gears in automated manual transmissions.
  • the transmission actuator 2 which can preferably be used as an adjusting element for synchronizing or for changing gear in an automated manual transmission, has a cylinder housing 4, in the cylinder space 6 of which a double-acting adjusting piston 8 is accommodated in a longitudinally displaceable manner.
  • the actuating piston 8 is designed as a stepped piston and has a central piston 8a guided in the cylinder space 6, to which a left and right actuating piston element 8b and 8c are connected.
  • the central piston 8a has a sealing ring 10 on its circumferential surface, which seals the two partial cylinder chambers 6a and 6b separated by the central piston 8a.
  • the two actuating piston elements 8b and 8c which are reduced in diameter compared to the central piston 8a, are guided in a longitudinally displaceable manner in a left and right cylinder housing part 4b and 4c.
  • a piston rod 12 and 14 is fastened to the left and right adjusting piston elements 8b and 8c, respectively, which is sealed to the outside at the end of the left and right cylinder housing parts 4b and 4c by a seal 16 and 18, respectively.
  • a hydraulic line 24 and 26 is connected to each of the subspaces 20 and 22 forming in the left and right cylinder housing parts 4b and 4c, via which the two subspaces 20 and 22 can be acted upon by hydraulic oil.
  • the diameter of the central cylinder housing part 4a is not formed uniformly over its length I, but points in the central position or central position of the central piston 8a and on its left or right end, which corresponds to the end positions of the actuating piston 8, a maximum diameter D1, while the diameter decreases continuously starting from the left or right end and from the central position of the central piston 8a.
  • the diameter of the central cylinder housing part 4a with its diameter D2 each has a minimum. If the actuating piston reaches one of these two active positions W1 or W2 (see, for example, FIG. 3), the radial contact pressure of the sealing ring 10 is greatest with respect to the inner wall of the cylinder.
  • the hydraulic transmission actuator is used as a control element for changing gear in an automated manual transmission, which also includes the so-called double clutch transmission, for example, its function is as follows:
  • the central position of the central piston 8a corresponds to the neutral N position, while the left end position of the actuating piston 8 corresponds, for example, to an engaged gear 1 and the right end position of the actuating piston 8 corresponds, for example, to an engaged gear G3.
  • the establishment of a rotationally fixed connection between a rotationally fixed but longitudinally displaceable on the transmission shaft is arranged for the gear change
  • the left actuating piston element 8b is led out of the left cylinder housing part 4b, the hydraulic force acts on the left end face of the central piston 8a, which has a larger diameter. While a high adjustment speed with low friction is achieved in the first adjustment path due to the smaller piston area, the adjustment speed is reduced and reaches its minimum when, as shown in FIG. 3, the effective position W2 is reached with the central piston 8a. In this position - in which the radial pressing force of the sealing ring 10 is greatest with respect to the cylinder inner wall - the synchronization for gear G3 takes place. After a synchronism between the sliding sleeve unit and idler gear is achieved, the gear can be shifted through, due to the again expanding diameter of the central one Cylinder housing part 4a, the adjustment speed of the actuating piston 8 is increased again.
  • the use of the transmission actuator is not limited to the use as an actuating element for changing gear in an automated manual transmission; Rather, there are possible applications where, depending on the adjustment path of the actuating piston, different requirements for the sealing of the two pressure spaces separated by the central piston 8a are required.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Getriebeaktuator, mit einer Kolben/Zylindereinheit, bei der ein im Zylindergehäuse (4) längsverschieblich angeordneter Stellkolben (8) den Zylinderraum (6) in mindestens zwei Druckräume (6a, 6b) unterteilt, die über Steuerleitungen (24, 26) mit Hydrauliköl beaufschlagbar sind, und mit einer mit dem Stellkolben (8) verbundenen Kolbenstange (12, 14), sowie mit einem am Steilkolben (8) angeordneten Dichtungselement (10), durch das die beiden Druckräume (20, 22) voneinander abgedichtet sind. Es wird vorgeschlagen, dass der Durchmesser des Zylindergehäuses (4) zur Erhöhung der radialen Anpresskraft des Dichtungselementes (10) gegenüber der Zylinderinnenwand lokal reduziert ist.

Description

Hydraulischer Getriebeaktuator
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Getriebeaktuator nach den Merkmalen den Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Hydraulische Getriebeaktuatoren werden beispielsweise bei automatisierten Schaltgetrieben für die Synchronisierung der Getriebegänge eingesetzt (siehe beispielsweise Johannes Lohmann, Zahnradgetriebe, 2. Auflage, Seite 156ff.).
Bei gattungsgemäßen hydraulischen Getriebeaktuatoren wird der von zwei Druckräumen begrenzte Stellkolben durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung jeweils nach links oder rechts verschoben, wobei zur Abdichtung der beiden Druckräume am Stellkolben ein Dichtungselement vorgesehen ist. Beim Einsatz der hydraulischen Getriebeaktuatoren müssen beispielsweise bei der Synchronisierung der Getriebezahnräder hohe Stellkräfte aufgebracht werden, die eine zuverlässige und dauerhafte Abdichtung bzw. Trennung der beiden Druckräume erforderlich machen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Abdichtung der beiden Druckräume im Bereich des Stellkolbens zu verbessern.
De Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst
Zur Erhöhung der radialen Anpresskraft des Dichtungselementes gegenüber der Zylinderinnenwand ist der Durchmesser des Hydraulikzylinders auf vorteilhafte Art und Weise in einem Bereich, in dem hohe Stellkräfte auf den Stellkolben wirken, lokal reduziert.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des hydraulischen Getriebeaktuator möglich.
Der Durchmesser des Hydraulikzylinders ist in einer von der Mittellage des Stellkolbens im Hydraulikzylinder abweichenden linken und rechten Wirkstellung gegenüber dem Durchmesser des Hydraulikzylinders bei Mittellage des Stellkolbens reduziert. Damit wird in beiden Wirkstellungen des Stellkolbens eine höhere Anpresskraft des Dichtungselements gegenüber der Zylinderinnenwand erreicht.
Nach dem Durchfahren beider Wirkstellungen erweitert sich der Durchmesser des Hydraulikzylinders, so dass die Anpresskraft des Dichtungselements gegenüber der Zylinderinnenwand an die reduzierten Stellkräfte angepasst ist.
Dadurch, dass der Stellkolben und damit auch das Zylindergehäuse gestuft ausgebildet sind, kann in einem ersten Verstellweg mit kleinem Kolbendurchmesser eine hohe Verstellgeschwindigkeit mit geringer Reibung erreicht werden, während in den beiden Wirkstellungen die Hydraulikkraft auf den großen Kolbendurchmesser wirkt, so dass eine höhere radiale Anpresskraft des Dichtungselementes gegen die Zylindergehäuseinnenwand erzeugbar ist.
Der hydraulische Getriebeaktuator ist insbesondere als Stellelement für die Synchronisierung von Getriebegängen bei automatisierten Schaltgetrieben einsetzbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im nachfolgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines hydraulischen Getriebeaktuators in einer ersten Betriebsstellung,
Fig. 2 der Getriebeaktuator in einer zweiten Betriebsstellung,
Fig. 3 der Getriebeaktuator in einer dritten Betriebsstellung,
Fig. 4 der Getriebeaktuator in einer vierten Betriebsstellung und
Fig. 5 der Getriebeaktuator in einer fünften Betriebsstellung. Der als Stellelement zum Synchronisieren bzw. für einen Gangwechsel bei einem automatisierten Schaltgetriebe vorzugsweise einsetzbare Getriebeaktuator 2 weist ein Zylindergehäuse 4 auf, in dessen Zylinderraum 6 ein doppelt wirkender Stellkolben 8 längsverschieblich aufgenommen ist. Der Stellkolben 8 ist dabei als Stufenkolben ausgebildet und weist einen im Zylinderraum 6 geführten Zentralkolben 8a auf, an den sich ein linkes und rechtes Stellkolbenelement 8b und 8c anschließen. Der Zentralkolben 8a weist auf seiner Umfangsf lache einen Dichtungsring 10 auf, der die beiden durch den Zentralkolben 8a abgetrennten Zylinderteilräume 6a und 6b voneinander abdichtet. Die beiden gegenüber dem Zentralkolben 8a im Durchmesser reduzierten Stellkolbenelemente 8b und 8c sind in einem linken und rechten Zylindergehäuseteil 4b und 4c längsverschieblich geführt. Am linken und rechten Stellkolbenelement 8b bzw. 8c ist jeweils eine Kolbenstange 12 und 14 befestigt, die am Ende des linken und rechten Zylindergehäuseteils 4b und 4c nach außen hin durch jeweils eine Dichtung 16 und 18 abgedichtet ist.
An die sich im linken und rechten Zylindergehäuseteil 4b und 4c ausbildenden Teilräume 20 und 22 ist jeweils eine Hydraulikleitung 24 und 26 angeschlossen, über die die beiden Teilräume 20 und 22 mit Hydrauliköl beaufschlagbar sind.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Durchmesser des zentralen Zylindergehäuseteils 4a über seine Länge I nicht einheitlich ausgebildet, sondern weist in der Mittellage bzw. Mittelstellung des Zentralkolbens 8a sowie an seinem linken bzw. rechten Ende, das den Endlagen des Stellkolbens 8 entspricht, einen maximalen Durchmesser Dl auf, während sich der Durchmesser vom linken bzw. rechten Ende und von der Mittelstellung des Zentralkolbens 8a ausgehend stetig verringert. An den beiden in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Positionen Wl und W2 weist der Durchmesser des zentralen Zylindergehäuseteils 4a mit seinem Durchmesser D2 jeweils ein Minimum auf. Erreicht der Stellkolben einer diesen beiden Wirkpositionen Wl oder W2 (siehe z. B. Fig. 3), so ist die radiale Anpresskraft des Dichtungsringes 10 gegenüber der Zylinderinnenwand am größten. Wenn der hydraulische Getriebeaktuator als Stellelement für den Gangwechsel in einem automatisierten Schaltgetriebe verwendet wird, zu dem beispielsweise auch die sogenannten Doppelkupplungsgetriebe gehören, stellt sich seine Funktion wie folgt dar:
Die Mittellage des Zentralkolbens 8a entspricht der Position Neutral N, während die linke Endlage des Stellkolbens 8 bspw. einem eingelegten Gang 1 und die rechte Endlage des Stellkolbens 8 bspw. einem eingelegten Gang G3 entspricht. Wie allgemein bekannt, ist für den Gangwechsel die Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen einer drehfest aber längsverschieblich auf der Getriebewelle angeordneten
Schiebemuffeneinheit und einem der Schiebemuffeneinheit zugeordneten Loszahnrad erforderlich. Zum Angleichen der unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten von Getriebewelle und Loszahnrad ist eine zwischen Schiebemuffeneinheit und Loszahnrad angeordnete Synchronisiereinheit, z. B. nach Borg - Warner, erforderlich. Im nachfolgenden wird die Synchronisierung bzw. der Gangwechsel von der Position N zum ungeraden Gang G3 anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert. Durch eine Druckbeaufschlagung des Teilraumes 20 über die Hydraulikleitung 24 wirkt für einen ersten Verstellweg eine hydraulische Kraft auf die Stirnseite des linken Stellkolbenelementes 8b, die eine entsprechende Verschiebung des Stellkolbens 8 bewirkt. Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, das linke Stellkolbenelement 8b aus dem linken Zylindergehäuseteil 4b herausgeführt ist, wirkt die Hydraulikkraft auf die linke Stirnseite des im Durchmesser größer ausgebildeten Zentralkolbens 8a. Während beim ersten Verstellweg aufgrund der kleineren Kolbenfläche eine hohe Verstellgeschwindigkeit bei geringer Reibung erzielt wird, reduziert sich die Verstellgeschwindigkeit reduziert und erreicht ihr Minimum, wenn, wie in Fig. 3 dargestellt, mit dem Zentralkolben 8a die Wirkposition W2 erreicht ist. In dieser Position - bei dem die radiale Anpresskraft des Dichtringes 10 gegenüber der Zylinderinnenwand am größten ist - findet die Synchronisierung für den Gang G3 statt. Nach dem ein Gleichlauf zwischen Schiebemuffeneinheit und Loszahnrad erreicht ist, kann das Durchschalten des Ganges erfolgen, wobei aufgrund des sich wieder erweiternden Durchmessers des zentralen Zylindergehäuseteils 4a die Verstellgeschwindigkeit des Stellkolbens 8 wieder erhöht wird.
Selbstverständlich ist die Anwendung des Getriebeaktuators nicht auf die Anwendung als Stellelement für den Gangwechsel in einem automatisierten Schaltgetriebe eingeschränkt; vielmehr bieten sich überall dort Anwendungsmöglichkeiten an, bei denen in Abhängigkeit vom Verstellweg des Stellkolbens unterschiedliche Anforderungen an die Abdichtung der beiden durch den Zentralkolben 8a abgetrennten Druckräume erforderlich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulischer Getriebeaktuator, mit einer Kolben/Zylindereinheit, bei der ein im Zylindergehäuse (4) längsverschieblich angeordneter Stellkolben (8) den Zylinderraum (6) in mindestens zwei Druckräume (6a, 6b) unterteilt, die über Steuerleitungen (24, 26) mit Hydrauliköl beaufschlagbar sind, und mit einer mit dem Stellkolben (8) verbundenen Kolbenstange (12, 14), sowie mit einem am Stellkolben (8) angeordneten Dichtungselement (10), durch das die beiden Druckräume (6a, 6b) voneinander abgedichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Zylindergehäuses (4) zur Erhöhung der radialen Anpresskraft des Dichtungselementes (10) gegenüber der Zylinderinnenwand lokal reduziert ist.
2. Hydraulischer Getriebeaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D2 des Zylindergehäuses (4) in einer von der Mittellage des Stellkolbens (8) abweichenden linken und rechten Wirkstellung (Wl, W2) gegenüber dem Durchmesser Dl des Zylindergehäuses (4) bei Mittellage des Stellkolbens (8) reduziert ist.
3. Hydraulischer Getriebeaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser des Zylindergehäuses (4) - von der linken und rechten Wirkstellung ausgehend - in Richtung der jeweiligen Endlage des Stellkolbens (8) erweitert und in den beiden Endlagen im wesentlichen den selben Durchmesser aufweist, wie bei Mittellage des Stellkolbens (8).
4. Hydraulischer Getriebeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (8) und das Zylindergehäuse (4) gestuft ausgebildet sind.
5. Hydraulischer Getriebeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Stellelement für den Gangwechsel in einem automatisierten Schaltgetriebe.
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