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Patent Searching and Data


Title:
POWER SHIFTING ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/015993
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a power shifting element (10), comprising a frictionally engaging element and a positively engaging shifting element, which are connected in series and which can be actuated by an actuator in said sequence for closing the shifting element (10).

Inventors:
HUNOLD, Bernard (Weidenring 6, Friedrichshafen, 88046, DE)
Application Number:
EP2008/058678
Publication Date:
February 05, 2009
Filing Date:
July 04, 2008
Export Citation:
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Assignee:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG (88038 Friedrichshafen, DE)
HUNOLD, Bernard (Weidenring 6, Friedrichshafen, 88046, DE)
International Classes:
F16D23/04
Domestic Patent References:
WO2006110945A1
Foreign References:
DE102004017123A1
US20040198548A1
FR2388173A1
Attorney, Agent or Firm:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG (88038 Friedrichshafen, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Lastschaltelement (10), dadurch gekennzeichnet, dass es ein reibschlüssiges und ein formschlüssiges Schaltelement aufweist, die in Reihe geschaltet sind und zum Schließen des Schaltelementes (10) von einem Aktuator in dieser Reihenfolge betätigbar sind.

2. Lastschaltelement (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das reibschlüssige Schaltelement ein Lamellenpaket (1 ) aufweist und dass das formschlüssige Schaltelement ein axial verschiebbares und im Gehäuse (11) geführtes Klauenelement (8) aufweist, welches mit einer ersten Seite des Schaltelements (10) in ständiger drehfester Wirkverbindung und mit der zweiten Seite des Schaltelements (10) in zuschaltbarer drehfester Wirkverbindung ist, wobei die zuschaltbare Wirkverbindung eine Klauen- oder Schiebeverzahnung ist.

3. Lastschaltelement (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klauenelement (8) über die Endlamelle (2) des Lamellenpakets (1) mit der ersten Seite drehfest verbunden ist.

4. Lastschaltelement (10) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch g e - kennzeichnet, dass das reibschlüssige Schaltelement ein Lamellenpaket (1) und das formschlüssige Schaltelement eine Klauenbaugruppe, umfassend ein Klauenelement (8) und ein zwischen der Endlamelle (2) des Lamellenpakets (1) und dem Klauenelement (8) angeordnetes übertragungselement

(3) aufweist, wobei das reibschlüssige und das formschlüssige Schaltelement mittels eines hydraulisch betätigten Kolbens (4) oder eines geeigneten axial verschiebbaren mit dem Klauenelement (8) in Wirkverbindung stehenden Aktu- ators derart betätigbar sind, dass bei einer axialen Verschiebung des Kolbens

(4) bzw. des Aktuators zum Schließen des Schaltelementes (10) zuerst das

reibschlüssige Schaltelement und ab einer definierten Kolben- bzw. Aktua- torkraft das formschlüssige Schaltelement betätigt wird, wodurch die Klauenverzahnung (7) des Klauenelementes (8) in eine korrespondierende Klauenverzahnung (6) eines Lamellenträgers (5) des Lamellenpakets (1) eingerückt wird, so dass eine formschlüssige Verbindung hergestellt wird.

5. Lastschaltelement (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das übertragungselement (3) als Feder ausgebildet ist.

6. Lastschaltelement (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das übertragungselement (3) als Tellerfeder mit nichtlinearer Kennlinie oder als Spiralfeder ausgebildet ist.

7. Lastschaltelement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als Magnet, Elektromotor oder Piezo-Aktuator mit dazwischenliegender mechanischer übertragungsstrecke ausgebildet ist.

8. Lastschaltelement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reibschlüssige Schaltelement als Lamellenkupplung, Lamellenbremse oder als Konuskupplung ausgeführt ist.

9. Lastschaltelement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauen des formschlüssigen Schaltelementes als Stirnklauen, Rundklauen oder Spitzklauen ausgeführt sind.

10. Lastschaltelement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauen des formschlüssigen Schaltelementes direkt die Mitnahmeverzahnung auf den Lamellenträgern des Lamellenpakets (1) des reibschlüssigen Schaltelementes bilden, wobei bei

einem Blech-Lamellenträger auf der Außenseite die Lamellenlaufbahn und auf der Innenseite die Klauenverzahnung vorgesehen ist und vice versa.

11. Lastschaltelement (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückstellmechanismus vorgesehen ist, welcher dazu führt, dass beim öffnen des Schaltelementes (10) der Kolben (4) bzw. der Aktuator und das Klauenelement (8) in die Ausgangsposition zurückgestellt werden.

12. Lastschaltelement (10) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstellmechanismus auf die Endlamelle (2) des Lamellenpakets (1) und/oder auf das übertragungselement (3) und/oder auf den Kolben (4) bzw. den Aktuator wirkt.

Description:

Lastschaltelement

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lastschaltelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Lastschaltelemente werden üblicherweise in Automatgetrieben, beispielsweise in Automatgetrieben in Planetenbauweise eingesetzt.

Automatgetriebe in Planetenbauweise umfassen Planetensätze und als reibschlüssige Lamellenkupplungen und Bremsen ausgebildete Lastschaltelemente zum Schalten der Planetensätze, wobei die Schaltelemente in der Regel mittels Kolben hydraulisch betätigt werden. Die Dimensionierung der Schaltelemente, insbesondere hinsichtlich des Durchmessers und der Anzahl der Lamellen sowie der Kolben richtet sich hierbei nach den maximal zu übertragenden Drehmomenten in den verschiedenen Gängen des Getriebes.

Insbesondere bei sehr großen zu übertragenden Drehmomenten werden zum einen sehr große Durchmesser und eine große Anzahl an Lamellen benötigt. Dies ist zum einen hinsichtlich der auftretenden Schleppmomente der Schaltelemente in jenen Gängen, in denen diese nicht geschaltet sind sehr ungünstig. Zum anderen müssen die durch öldruck und Kolbenfläche erzeugten Kolbenkräfte sehr groß sein, was sich hinsichtlich der Druckauflösung bzw. der Steuerbarkeit unterschiedlicher Reibmomente und/oder der Befüllungsge- schwindigkeit der Kolbenräume als ungünstig erweist.

Bei einigen bekannten Planetengetrieben, wie z.B. beim Getriebe gemäß EP 0 434.525 B1 oder gemäß US 4,070,927 A ist ein Schaltelement vorgesehen, welches nur im ersten Vorwärtsgang und im Rückwärtsgang betätigt wird und welches speziell im Rückwärtsgang ein deutlich höheres Drehmoment

abstützen muss als im ersten Vorwärtsgang. Beim Getriebe gemäß EP 0 434.525 B1 wird diese Funktion von der Bremse D übernommen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lastschaltelement anzugeben, welches klein dimensioniert werden kann, zur übertragung von hohen Drehmomenten geeignet ist, mit geringeren Kräften ansteuerbar ist und im geöffneten Zustand geringere Schleppmomente aufweist, als die aus dem Stand der Technik bekannten Lastschaltelemente.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird ein Lastschaltelement vorgeschlagen, welches sowohl eine reibschlüssige als auch eine formschlüssige Wirkungsweise aufweist. Gemäß der Erfindung umfasst das Lastschaltelement ein reibschlüssiges und ein formschlüssiges Schaltelement, die vorzugsweise in Reihe geschaltet sind und zum Schließen des Schaltelementes von einem Aktuator in dieser Reihenfolge betätigbar sind. Hierbei wird mit einer Kraft ein axial bewegliches Element (beispielsweise ein Kolben) verschoben, welches über ein übertragungselement sowohl auf ein Lamellenpaket eines reibschlüssigen Schaltelementes als auch auf ein verschiebbares Klauenelement drückt.

Das reibschlüssige Schaltelement umfasst demnach ein Lamellenpaket, wobei das formschlüssige Schaltelement eine Klauenbaugruppe, umfassend ein axial verschiebbares und im Gehäuse geführtes Klauenelement und ein zwischen der Endlamelle des Lamellenpakets und dem Klauenelement angeordnetes übertragungselement aufweist. Hierbei sind das reibschlüssige und das formschlüssige Schaltelement mittels eines hydraulisch betätigten Kolbens oder eines beliebigen geeigneten mit dem Klauenelement in Wirkverbindung stehenden (vorzugsweise am Klauenelement anliegenden) axial verschiebba-

ren Aktuators derart betätigbar, dass zuerst das reibschlüssige Schaltelement und ab einer definierten Kolben- bzw. Aktuatorkraft das formschlüssige Schaltelement betätigt wird, wodurch das Klauenelement in eine korrespondierende Klauenverzahnung eines Lamellenträgers des Lamellenpakets eingerückt wird, so dass eine formschlüssige Verbindung hergestellt wird.

Gemäß der Erfindung ist das Klauenelement mit einer ersten Seite des Schaltelements in ständiger drehfester Wirkverbindung und mit der zweiten Seite des Schaltelements in zuschaltbarer drehfester Wirkverbindung, wobei die zuschaltbare Wirkverbindung eine beliebige Klauen- oder Schiebeverzahnung sein kann. Zudem kann das Klauenelement auch über die Endlamelle des Lamellenpakets mit der ersten Seite drehfest verbunden sein.

Der Aktuator kann auch als Magnet, Elektromotor, Piezo-Aktuator mit dazwischenliegender mechanischer übertragungsstrecke ausgebildet sein. Des weiteren kann das reibschlüssige Schaltelement als Lamellenkupplung, Lamellenbremse oder als Konuskupplung ausgeführt sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das übertragungselement als Feder, beispielsweise als Tellerfeder mit nicht-linearer Kennlinie oder als Spiralfeder ausgebildet, wobei auch prinzipiell jede andere Feder als übertragungselement geeignet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : Eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Reibschluss-Zustand;

Figur 2: Eine schematische Schnittansicht der in Figur 1

gezeigten Ausführungsform der Erfindung im Formschluss-Zustand;

Figur 3: Eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung im Reibschluss- Zustand;

Figur 4: Eine schematische Schnittansicht der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung im Formschluss-Zustand; und

Figur 5: Ein Kraft-Weg-Diagramm der Tellerfeder (am

Klauenelement) des in Figuren 3 und 4 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltelementes.

Bezugnehmend auf Figur 1 umfasst das erfindungsgemäße Lastschaltelement 10 ein reibschlüssiges Schaltelement, umfassend ein Lamellenpaket 1 und ein formschlüssiges Schaltelement, umfassend eine Klauenbaugruppe, bestehend aus einem Klauenelement bzw. einer Klauenmuffe 8 und einem zwischen der Endlamelle 2 des Lamellenpakets 1 und der Klauenmuffe 8 angeordneten und als Tellerfeder 3 ausgebildeten übertragungselement, wobei das reibschlüssige und das formschlüssige Schaltelement mittels eines hydraulisch betätigten Kolbens 4 betätigbar sind, derart, dass zuerst das reibschlüssige Schaltelement und ab einer definierten Kolben- bzw. Aktuatorkraft das formschlüssige Schaltelement betätigt werden.

Gemäß der Erfindung können die Klauen des formschlüssigen Schaltelementes bzw. der Klauenmuffe beliebige Formen aufweisen und als Stirnklauen, Rundklauen oder Spitzklauen ausgeführt sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Klauen direkt die Mitnahmeverzahnung auf den Lamellenträgern

bilden. Bei einem Blech-Lamellenträger kann auf der Außenseite die Lamellenlaufbahn und auf der Innenseite die Klauenverzahnung liegen und vice versa.

Des weiteren weisen die Klauen eine ausreichend große Lücke auf, damit die Klauen mit möglichst hoher Wahrscheinlichkeit eingelegt werden; auch können die Klauen axial konisch geformt sein, so dass sie in der Einspurposition eine möglichst große Lücke und in der Endposition kein Spiel mehr aufweisen. Bei Kopf auf Kopf Stellung einer Klaue und Erhöhung des zu übertragenden Momentes tritt auslegungsgemäß Schlupf in den Lamellen auf; nach geringer Verdrehung rastet die federbelastete Klaue ein.

Je nach Sicherheitsphilosophie des Gesamtgetriebes kann die Klauenverzahnung so gestaltet werden, dass solange Moment übertragen wird, bei kurzfristigen Druckeinbruch die Klaue eingespurt bleibt oder abgewiesen wird.

Bei dem gezeigten Beispiel drückt der Kolben 4 nach der Befüllung und Anlegen des Kolbens 4 über die Feder 3 an das Lamellenpaket 1 entsprechend dem vorgegebenen öldruck im Kolbenraum 9 auf die im Gehäuse 1 1 geführte Klauenmuffe 8. Durch die axiale Bewegung des Kolbens 4 wird über das Klauenelement 8 und die vorgespannte Tellerfeder 3 eine direkte Kraftübertragung auf das Lamellenpaket 1 gewährleistet, wodurch das Lamellenpaket 1 des reibschlüssigen Schaltelementes zur Erzeugung eines Reibmoments ange- presst und somit das zu übertragende Moment mittels Reibschluss eingestellt wird, wie in Figur 1 veranschaulicht.

Durch die Ausgestaltung des übertragungselementes als Feder 3 wird die Regelgüte des Schaltelementes 10 im reibschlüssigen Bereich in vorteilhafter Weise nicht beeinträchtigt. Die Tellerfeder kann mit oder ohne Schlitzung ausgeführt sein.

Hierbei kann das Reibmoment im Lamellenpaket 1 durch Modulation des Drucks geregelt bzw. gesteuert werden. Des weiteren kann nach Abschluss der Schaltung der Druck auf einen ersten Haltedruck erhöht werden, wobei das formschlüssige Schaltelement noch nicht geschaltet ist.

Eine weitere Erhöhung des öldrucks im Kolbenraum 9 resultiert ab einer definierten Kolbenkraft bzw. ab einem definierten Weg des Kolbens 4 in einer axialen Verkürzung der Klauenbaugruppe (die Feder 3 wird weiter komprimiert), bestehend aus Klauenmuffe 8 und Tellerfeder 3, derart, dass die Klauenverzahnung 7 der Klauenmuffe 8 in eine Verzahnung 6 auf dem Innenlamellenträ- ger 5 des Lamellenpakets 1 bzw. des reibschlüssigen Schaltelementes einrückt, wodurch eine formschlüssige Verbindung hergestellt wird. Dieser Zustand des erfindungsgemäßen Schaltelementes ist Gegenstand der Figur 2. Das Einlegen der Klaue erfolgt hierbei vorzugsweise in definierten Gängen und bei einer geforderten Haltefunktion.

Im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen Klauenverzahnung 7 der Klauenmuffe 8 und der Verzahnung 6 auf dem Innenlamellenträger 5 kann so lange gewartet werden, bis eine Differenzdrehzahl im Schaltelement auftritt und die Zähne auf Lücken treffen. Zudem können die Zähne der Verzahnungen wie bereits erläutert flach, abgerundet oder angespitzt ausgebildet sein.

Durch Abbau des Drucks wird zuerst die Klaue ausgelegt, wobei eine Momentübertragung durch das Lamellenpaket 1 weiterhin erfolgt; durch weiteren Abbau des Drucks wird das Lamellenpaket 1 ins Rutschen gebracht, wobei unterhalb eines Schwellenwertes für den Druck der Kolben 4 in seine Ausgangsposition gebracht und das Schaltelement 10 geöffnet wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein (nicht dargestellter) Rückstellmechanismus vorgesehen, welcher dazu führt, dass beim öffnen des Schaltelementes der Kolben 4 bzw. der Aktuator und die Klauen-

muffe 8 in die Ausgangsposition zurückgestellt werden und das Schaltelement schnell vollständig geöffnet wird. Hierbei kann der Rückstellmechanismus auf die Endlamelle 2 des Lamellenpakets 1 und/oder die Feder 3 und/oder den Kolben 4 bzw. den Aktuator wirken.

Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das zwischen der Klauenmuffe 8 und der Endlamelle 2 angeordnete übertragungselement als nichtlineare Feder 3 ausgeführt, wie in Figuren 3 und 4 gezeigt, welche das erfindungsgemäße Schaltelement Reibschluss-Zustand (Figur 3) und im Formschluss-Zustand (Figur 4) darstellen.

Hierbei ist das Kraft-Weg- Verhältnis der nichtlinearen Feder 3 derart gestaltet, dass sich die Feder 3 bei niedriger Kraft kaum verformt und erst bei deutlicher Erhöhung sich die Feder 3 so weit verformt, dass die Klauenverzahnung 7 der Klauenmuffe 8 in die Gegenverzahnung 6 auf dem Innenlamellen- träger 5 des Lamellenpakets 1 einrücken kann. In vorteilhafter Weise weist das Kraft-Weg- Verhältnis der Feder 3 am Klauenelement einen degressiven Verlauf auf, wie anhand Figur 5 veranschaulicht. Im Rahmen weiterer Ausführungsformen kann das Kraft-Weg- Verhältnis der Feder 3 einen progressiven Verlauf aufweisen.

Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird ein Lastschaltelement zur Verfügung gestellt, welches kostengünstig herstellbar und montierbar ist und im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Schaltelementen klein dimensioniert ist und mit geringeren Kräften ansteuerbar ist. Des weiteren weist es im geöffneten Zustand geringe Schleppmomente auf.

Das erfindungsgemäße Schaltelement kann bei beliebigen automatischen Getriebesystemen, wie z.B. bei Planetengetrieben, Vorgelege- Latschaltgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben oder bei stufenlosen Getrieben insbesondere in der Vorwärts/Rückwärts-Gruppe von Umschlingungs-Getheben

eingesetzt werden. Des weiteren kann es in der Bereichsgruppe von leistungsverzweigten Mehrbereichs-Reibradgetrieben, stufenlos-hydrostatischen Getrieben oder Mehrbereichs-elektrisch-leistungsverzweigten Getrieben eingesetzt werden.

Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Bauteile des erfindungsgemäßen Schaltelementes an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des Schaltelementes, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.

Bezuqszeichen

1 Lamellenpaket

2 Endlamelle

3 Feder, übertragungselement

4 Kolben

5 Innenlamellenträger

6 Verzahnung

7 Klauenverzahnung

8 Klauenmuffe, Klauenelement

9 Kolbenraum

10 Schaltelement

1 1 Gehäuse