DE102004017123A1 - Verrastbares Schaltelement in einem Automatgetriebe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltelement zur Drehmomentübertragung in einem Automatgetriebe, mit einem reibschlüssigen Element und einem formschlüssigen Element, welche über einen gemeinsamen druckmittelbetätigbaren Aktuator betätigungswirksam ansteuerbar sind. Dieses Schaltelement soll so weitergebildet werden, dass es bei geringem Bauraumbedarf ein vergleichsweise großes Drehmoment übertragen kann und im unteren Lastbereich und/oder bei geringem Stützfaktor in Bezug auf das maximal übertragbare Drehmoment sehr feinsinnig betätigungsregelbar ist. DOLLAR A Diese Aufgabe wird durch ein Getriebeschaltelement gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der gemeinsame Aktuator zum Schließen des Schaltelements (1) gleichzeitig derart auf das reibschlüssige Element (32) und das formschlüssige Element (33) wirkt, dass in einem oberhalb des Befülldrucks (P_1) des Aktuators liegenden Betätigungsdruckbereich (P_1 bis P_2) das von dem reibschlüssigen Element (32) übertragbare Drehmoment (M_K) proportional mit dem Betätigungsdruck (P) des Druckmittels ansteigt und oberhalb einer vorbestimmten Betätigungsdruckschwelle (P_2) das formschlüssige Element (33) geschlossen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schaltelement zur Drehmomentübertragung in einem Automatgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Es ist allgemein bekannt, dass bei Stufenautomatgetrieben zum Schalten von Gängen bzw. zur Realisierung von Übersetzungsstufen des Getriebes üblicherweise sogenannte Schaltelemente genutzt werden, die als Kupplungen oder Bremsen ausgebildet sind. Diese Kupplungen und Bremsen sind durchweg als Lamellenkupplungen bzw. Lamellenbremsen aufgebaut, deren Eingangs- und Ausgangsseiten mit jeweils anderen Getriebebauteilen in Verbindung stehen. Diese Schaltelemente werden mittels eines Aktuators in der Regel hydraulisch betätigt. Durch Kombination der Schaltzustände von verschiedenen Schaltelementen lassen sich unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse im Getriebe einstellen.
  • Da die heutigen Automatgetriebe zur Verbesserung des Schalt- und damit Fahrkomforts sowie zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeugs vergleichsweise viele Übersetzungsstufen aufweisen und über keine oder nur wenige Freiläufe verfügen, kommen zur Realisierung der Übersetzungsstufen die verschiedenen Getriebekupplungen und Getriebebremsen zum Einsatz.
  • Wie die Betätigungstabelle für die Schaltelemente A, B, C, D, E des automatischen Stufenwechselgetriebes 6HP26 der Anmelderin in 5 verdeutlicht, wird beispielsweise die Kupplung A zum Gangeinlegen zugeschaltet. Dabei muss diese Kupplung A sowohl bei Motor-Leerlauf als auch bei Motor-Volllast das vom Antriebsmotor angebotene Drehmoment übertragen können. Ebenso muss diese Kupplung A zum Beispiel die Schubabkopplungsfunktion realisieren können. Bei Überschneidungsschaltung vom vierten Gang in den fünften Gang übernimmt die Kupplung A zudem während der Überschneidungsphase die Rolle der abschaltenden Kupplung. Bei einer Rückschaltung vom fünften Gang in den vierten Gang überträgt die Kupplung A das Drehmoment sowohl im Schub- als auch im Zugbetrieb.
  • Wegen der Nutzung der Kupplungen und Bremsen des Automaigetriebes in den verschiedenen Übersetzungsstufen mit den entsprechenden Schaltgliedkombinationen müssen diese, je nach dem wie hoch der aktuelle Stützfaktor für das einzelne Schaltelement ist, unterschiedlich hohe Getriebeeingangsdrehmomente schalten können. Der Stützfaktor ist bekanntermaßen derjenige Wert, der sich für das jeweils betätigte Schaltelement aus dem Verhältnis von notwendigem Kupplungsmoment zu Getriebeeingangsmoment ergibt. So muss die Kupplung A bei dem hier gewählten Automatgetriebe in den Gängen Eins, Zwei und Drei das 1,52-fache Getriebeeingangsdrehmoment übertragen können, während im vierten Gang nur das 0,41-fach Getriebeeingangsdrehmoment zu übertragen ist.
  • Dies verdeutlicht, dass beispielsweise diese Kupplung A für das 1,52-fache Getriebeeingangsdrehmoment mit einer entsprechenden Sicherheit ausgelegt werden muss, um das genannte Eingangsdrehmoment in allen Betriebssituationen des Getriebes sicher schalten und übertragen zu können. Die entsprechenden dynamischen Momentenanteile während der Schaltungen müssen dabei ebenfalls berücksichtigt werden.
  • Nun besteht natürlich bei modernen Fahrzeugantrieben die Möglichkeit, eine Reduzierung des Getriebeeingangsdrehmoments durch einen sogenannten Momenteneingiff am Antriebsmotor vorzunehmen, bei dem beispielsweise der Zündwinkel, die Drosselklappenstellung und/oder die Kraftstoffeinspritzmenge zielführend verändert werden. Dies wird jedoch bei Schaltungen haupt sächlich deshalb durchgeführt, um das Verbrennungsmoment des Motors so weit zu reduzieren, dass der zusätzliche dynamische Momentenanteil bei einer Drehzahlreduzierung getriebeeingangsseitig über das Verbrennungsmoment ausgeglichen werden kann. So muss bei entsprechendem Motoreingriff dieses zusätzliche Drehmoment nicht oder nur teilweise bei der Drehmomentauslegung des Schaltelements berücksichtigt werden.
  • Diese Vorgehensweise ermöglicht schon heute den Einsatz eines sogenannten Halteventils, welches nach der Schaltung das Schaltelement mit Systemdruck beaufschlagt und somit eine Anpassung des maximal schaltbaren Drucks an die Anforderung des maximal schaltbaren Moments zulässt.
    •
  • Vor diesem Hintergrund besteht nun ein technisches Problem darin, dass durch die Auslegung der Kupplung auf das maximal notwenige Eingangsdrehmoment während oder außerhalb von Schaltungen die Kupplung solche geometrischen Dimensionen annimmt, dass diese bei Schaltungen im unteren Lastbereich und/oder bei geringem Stützfaktor völlig überdimensioniert ist und somit während der Betätigung zu wenig feinfühlig reagiert.
  • Anderseits ist es bei einer Dimensionierung eines Getriebeschaitgliedes und der Betätigungsaktuatorik auf eine schwache Drehmomentübertragungsfähigkeit (im Beispiel des Getriebes gemäß 4 der vierte Gang) bei Schaltungen in den anderen Gängen (Gänge Eins, Zwei, und Drei) notwenig, den Betätigungsdruck für die Kupplung A stark anzuheben, so dass sich dadurch das Hydraulikpumpenaufnahmemoment und somit auch der Getriebewirkungsgrad verschlechtert.
  • Daher werden derartige Schaltelemente auch als parallel zueinander wirkende Doppel-Kupplungen bzw. Doppel-Bremsen realisiert, bei denen im unteren Lastbereich, oder dann wenn Stützfaktor gering ist, nur eine Kupplung geschaltet wird. Nach der Schaltung wird aus Sicherheitsgründen die zweite Kupplung eventuell zugeschaltet. Läuft eine Schaltung bei einem vergleichsweise hohen Drehmoment ab, so werden die Doppel-Kupplungen bzw. Doppel-Bremsen parallel geschaltet, so dass beide Schaltglieder für die Drehmomentübertragung genutzt werden. Darüber hinaus sind auch sogenannte Doppelkolben oder Zweistufenkolben bekannt geworden, die auf ein Brems- oder Kupplungslamellenpaket wirken. Beide technische Lösungen benötigen viel Bauraum und sind vergleichsweise teuer zu realisieren.
    •
  • Des weiteren ist aus der DE 100 40 116 A1 eine Anordnung zum Festbremsen eines Kraftfahrzeuggetriebes bekannt. Diese Anordnung weist eine Lamellenbremse auf, bei der zwischen dem Innenlamellenträger und einem Planetenträger eine Formschlusskupplung angeordnet ist. Diese Formschlusskupplung wird im geöffneten Zustand der Lamellenbremse zur Abkopplung von Getriebebauteilen geöffnet, um Schleppmomente im Getriebe zu reduzieren.
  • Außerdem offenbart die nachveröffentlichte DE 103 04 050 A1 eine Lamellenkupplung zur Drehmomentübertragung in einem Automatgetriebe, die über ein reibschlüssiges Element und ein formschlüssigen Element verfügt, welche über einen gemeinsamen Aktuator betätigungswirksam ansteuerbar sind. Bei dieser Lamellenkupplung wird zur Reduzierung des Energieeinsatzes von bereitzustellendem Steuerdruck zum Betätigen derselben zunächst der Betätigungsdruck des gemeinsamen Aktuators soweit erhöht, bis das reibschlüssige Element das an der Kupplung anliegende Drehmoment sicher übertragen kann. Anschließend wird das formschlüssige Element der Kupplung geschlossen, so dass dann der Betätigungsdruck für den gemeinsamen Aktuator energiesparend reduziert werden kann. Sobald der Schaltvorgang beendet ist, wird der Steuerdruck zum Schließen des reibschlüssigen Elements der Kupplung wieder soweit erhöht, dass dieses das zu übertragende Drehmoment übernehmen kann, so dass dann das formschlüssige Element wieder gelöst wird.
  • Die wechselweise Betätigung des reibschlüssigen bzw. formschlüssigen Elements der Kupplung erfordert gemäß der DE 103 04 050 A1 eine Aktuatorik, bei der ein mit dem formschlüssigen Element verbundenes Hebelelement vorgesehen ist, auf welches der Betätigungsdruck des hydraulischen Systems des Stufenautomatgetriebes einwirkt. Dieses Hebelelement ist an einem Drehpunkt kippbar angelenkt und derart mit dem formschlüssigen Element verbunden, dass jede Ansteuerung des Hebelelementes mit dem Betätigungsdruck jeweils abwechselnd auf ein Ende des Hebelelements aufgebracht wird, wodurch entweder ein Schließen oder ein Öffnen des formschlüssigen Elements in der beschriebenen Art und Weise erfolgt.
  • Diese wechselweise Betätigung des formschlüssigen und des reibschlüssigen Elements wird als mechanisch vergleichsweise aufwendig beurteilt, so dass viel Bauraum benötigt wird und nicht geringe Herstellkosten zu erwarten sind.
    •
  • Der Erfindung liegt die daher Aufgabe zugrunde, ein Schaltelement für ein Automatgetriebe vorzustellen, welches bei geringem Bauraumbedarf ein vergleichsweise großes Drehmoment übertragen kann und im unteren Lastbereich und/oder bei geringem Stützfaktor in bezug auf das maximal übertragbare Drehmoment sehr feinsinnig betätigungsregelbar ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Demnach geht die Erfindung aus von einem Schaltelement zur Drehmomentübertragung in einem Automatgetriebe, mit einem reibschlüssigen Element und einem formschlüssigen Element, welche über einen gemeinsamen druckmittelbetätigbaren Aktuator betätigungswirksam ansteuerbar sind. Darüber hinaus ist dieses Schaltelement dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Aktuator zum Schließen des Schaltelements gleichzeitig derart auf das reibschlüssige Element und das formschlüssige Element wirkt, dass in einem oberhalb des Befülldrucks P_1 des Aktuators liegenden Betätigungsdruckbereich P_1 bis P_2 das von dem reibschlüssigen Element übertragbare Drehmoment M_K proportional mit dem Betätigungsdruck P des Druckmittels ansteigt, und oberhalb einer vorbestimmten Betätigungsdruckschwelle P_2 das formschlüssige Element geschlossen wird.
  • Ein besonders kompakter Aufbau ergibt sich, wenn das formschlüssige Element axial zwischen dem gemeinsamen Aktuator und dem reibschlüssigen Element ausgebildet und/oder angeordnet ist, so dass dieser eine Aktuator beide Koppelelemente des Schaltelementes betätigen kann.
  • Bei diesem Getriebeschaltelement kann das reibschlüssige Element als Lamellenkupplung oder als Lamellenbremse sowie das formschlüssige Element beispielsweise als Klauenkupplung ausgebildet sein.
  • Hinsichtlich des gemeinsamen Aktuators wird es als vorteilhaft angesehen, wenn dieser einen in einem Zylinder axialverschieblich geführten und durch das Druckmittel bewegbaren Betätigungskolben aufweist. Dieser Betätigungskolben ist bevorzugt als Ringkolben ausgebildet, dessen eine axiale Stirnseite einem Druckraum für das Druckmittel zugeordnet ist. Der vom Druckraum wegweisenden Stirnseite des Betätigungskolbens eine Feder zugeordnet, die auf den Betätigungskolben eine Rückstellkraft ausübt. Zudem weist der Betätigungskolben axial in Richtung zu dem reibschlüssigen und zu dem formschlüssigen Element weisend einen Ringsteg auf.
  • Außerdem ist es Gegenstand der Erfindung, dass dem formschlüssigen Element ein Rastierungsringkolben zugeordnet ist, der sich mit einer axialen Stirnseite über eine Mehrzahl von Federn an einem axial verschiebbaren Andrückring abstützt, und dessen von dem Andrückring wegweisende Stirnseite mit dem Ringsteg am Betätigungskolben in Wirkverbindung bringbar ist.
  • Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass der Rastierungsringkolben mit seinem radial äußeren Ende in einer Axialführung axial geführt angeordnet ist. Diese Axialführung für den Rastierungsringkolben ist bevorzugt an einem axialen Abschnitt des Andrückrings ausgebildet. Der Andrückring selbst ist zudem bevorzugt in einer Axialführung des radial äußeren Teils des reibschlüssigen Elements gelagert.
  • Zur Realisierung der formschlüssigen Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite des Getriebeschaltelements kann vorgesehen sein, dass der Rastierungsringkolben an seinem radial inneren Ende eine Rastierungsverzahnung aufweist, die formschlüssig in eine Rastierungsverzahnung an dem radial inneren Teil des reibschlüssigen Elements einführbar ist. Die Anordnung der Rastierungsverzahnung und der genannten Axialführung des Andrückringes können aber auch radial entgegengesetzt realisiert sein.
  • Des weiteren ist es ein Bestandteil der Erfindung, dass der Rastierungsringkolben eine Mehrzahl von umfangsverteilten Kolben aufweist, die jeweils koaxial in einer der Federn angeordnet und mit ihrem freien Ende zu dem axial verschieblichen Andrückring weisend ausgerichtet sind.
  • Zudem sei erwähnt, dass bei Ausbildung des Schaltelements als Lamellenkupplung oder Lamellenbremse dessen radial äußeres Teil als Außenlamellen tragender Außenlamellenträger und das radial innere Teil als Innenlamellen tragender Innenlamellenträger ausgebildet ist. Das radial innere bzw. radial äußere Teil ist zudem in bekannter Weise entweder mit drehbaren Getriebebauteilen (Lamellenkupplung) oder mit einem drehbaren und einem feststehenden Getriebebauteil (Lamellenbremse) verbunden.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann zudem vorgesehen sein, dass das Schaltelement mit einem Sensor zur Erfassung des Betätigungszustandes des reibschlüssigen Elements und/oder des kraftschlüssigen Elements ausgestattet ist.
  • Außerdem ist es im Rahmen der Erfindung möglich jedoch nicht zwingend nötig, wenn der Verriegelungsmechanismus des kraftschlüssigen Elements am Getriebeschaltelement eine Synchronisierungseinrichtung aufweist und/oder selbst als Konus-/Doppelkonussynchronisiereinrichtung ausgebildet ist.
  • Schließlich wird es zur Reduzierung der Herstellkosten als vorteilhaft beurteilt, wenn die Rastierungsverzahnung am Innenlamellenträger durch eine axiale Verlängerung der Axialführungsverzahnung für die Innenlamellen an diesem Innenlamellenträger gebildet ist.
  • Zusammenfassend wird demnach ein Schaltelement für ein Stufenautomatgetriebe vorgeschlagen, welches bis zu einem bestimmten Schaltdruckniveau oberhalb des Fülldrucks des Kupplungsaktuators ein proportionales Verhalten zwischen dem Betätigungsdruck des Schaltelements und dem von diesem übertragbaren Drehmoment aufweist. Oberhalb dieses Schaltdruckniveaus wird die Kupplung mechanisch verrastet.
  • Somit kann das Schaltelement in dem Druck-Drehmoment-Proportionalbereich ein bestimmtes Drehmoment übertragen. Durch einen geeigneten drehmomentabgabebezogenen Motoreingriff während der Schaltung kann das maximal übertragbare Drehmoment an den Proportionalbereich angemessen angeglichen werden. Nach dem die Schaltung vollzogen ist, also keine oder nur noch eine kleine Differenzdrehzahl zwischen dem Eingangsglied und dem Ausgangsglied der Kupplung oder Bremse vorliegt, wird das Schaltglied mechanisch verriegelt. Die Kupplung kann dann sofort nach Rücknahme der angesprochenen Motordrehmomentreduktion das höhere Getriebeeingangsdrehmoment übertragen.
  • Bei Schaltungen im Schubbetrieb oder bei niedrigem Getriebeeingangsdrehmoment kann durch die erfindungsgemäße Gestaltung und Drehmomentauslegung des Getriebeschaltelements dasselbe sehr feinsinnig gesteuert und geregelt werden, welches sich sehr vorteilhaft auf den Schaltkomfort auswirkt. So ist es für einen Fachmann plausibel, dass die Betätigungsdruck-/Motordrehmomentauflösung bzw. die Strom-/Motordrehmomentauflösung für ein betätigungsrelevantes elektrisches Schaltventil möglichst klein (z. B. 0,005 bar/Stromquant) auszulegen ist, da davon die Schrittweite in der Betätigungssteuerung der Getriebekupplung oder Getriebebremse abhängt. Diese kennzeichnet den möglichen Schaltkomfort des Automatgetriebes insbesondere bei einem Schlupfbetrieb des Schaltelements.
    •
  • Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt, mit deren Hilfe der Aufbau und die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Getriebeschaltelements erläuterbar ist. Darin zeigen
  • 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Lamellenkupplung eines Automatgetriebes in einer Nichtbetätigungssituation,
  • 2 die Lamellenkupplung gemäß 1 in einer Betätigungssituation mit Kupplungsverrastung,
  • 3 ein Diagramm zur Darstellung des Betätigungsweges des Betätigungskolbens der Lamellenkupplung gemäß 1 und 2 in Abhängigkeit vom Betätigungsdruck,
  • 4 ein Diagramm zur Darstellung des übertragbaren Kupplungsdrehmoments in Abhängigkeit vom Betätigungsdruck, sowie
  • 5 eine Schaltelementbetätigungstabelle für ein bekanntes Automatgetriebe.
  • Das 1 und 2 entnehmbare Getriebeschaltelement ist demnach als Lamellenkupplung 1 ausgebildet. Der Außenlamellenträger 3 dieser Lamellenkupplung 3 ist mit einer Getriebewelle 2 drehfest verbunden, so dass eine Drehung der Welle 2 zu einer Drehung des Außenlamellenträgers 3 führt. Der Außenlamellenträger 3 umgreift die Welle 2 zudem ringzylindrisch. In dessen ringszylindrischen Innenraum ist ein Betätigungskolben 9 axialverschieblich angeordnet und über Dichtmittel 10, 11 gegen die aufeinander zu weisenden Innenseiten des Innenlamellenträgers 3 abgedichtet. Auf diese Weise ist ein Druckraum 8 geschaffen, in den zur Axialverschiebung des Betätigungskolbens 9 über einen Druckmittelzuführkanal 6 in der Welle 2 und einen Druckmittelkanal 7 im Außenlamellenträger 3 Druckmittel einfüllbar ist. Die Druckmittelkanäle 6, 7 sind axial über Dichtmittel 4, 5 abgedichtet.
  • Um den Betätigungskolben 9 in seine Nichtbetätigungsstellung zurückstellen zu können, greift an der druckraumfernen Stirnseite desselben eine Tellerfeder 12 an, die sich mit ihrem radial inneren Ende an einem Axialanschlag 13 abstützt, der an einem radial inneren Abschnitt des Außenlamellenträgers 3 befestigt ist.
  • Im Bereich seines radial und axialen äußeren freien Endes 15 sind an dem Außenlamellenträger 3 mehrere Außenlamellen 18 axialverschiebbar in einer Axialführung 17 angeordnet und an einem Axialanschlag 16 abgestützt. Wechselweise zwischen diesen Außenlamellen 18 sind Reibbeläge tragenden Innenlamellen 19 angeordnet, die in einer Axialführung 20 an einem Innenlamellenträger 21 verschiebbar angeordnet sind. Diese an sich bekannte Ausbildung einer Lamellenkupplung 1 ermöglicht es, dass mit Hilfe des Betätigungskolbens 9 die Innen- und Außenlamellen 18, 19 gegeneinander drückbar sind, so dass eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Außenlamellenträger 3 und dem Innenlamellenträger 21 herstellbar ist. Insofern wird im Zusammenhang mit der Erfindung das Lamellenpaket mit den Außenlamellen 18 und den Innenlamellen 19 auch als reibschlüssiges Element 32 bezeichnet.
  • Von besonderer Bedeutung bei diesem Getriebeschaltelement 1 ist, dass dieses zusätzlich ein formschlüssiges Element 33 aufweist, welches axial zwischen dem Betätigungskolben 9 und dem reibschlüssigen Element 32 ausgebildet und angeordnet ist.
  • Zu dem formschlüssigen Element 33 gehört in dem hier gewählten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Rastierungsringkolben 24, dessen radial äußeres Ende in einer Axialführung 23 axialverschieblich angeordnet ist. Diese Axialführung 23 ist an einem axialen Abschnitt 29 eines Andrückringes 22 ausgebildet, dessen betätigungskolbenferne Stirnseite im Sinne einer Andruckplatte gegen das Lamellenpaket 18, 19 gerichtet ist.
  • Um bei einer Kraftbeaufschlagung durch den Betätigungskolben 9 klemmfrei auf die Lamellen 18, 19 des Lamellenpaketes einwirken zu können, ist der Andrückring 22 in einer Axialführung 17 in der Innenseite des radial äußeren Teils des Außenlamellenträger 3 axial verschiebbar gelagert.
  • Der radial innere Teil des Rastierungsringkolbens 24 weist eine Rastierungsverzahnung 25 auf, die zur formschlüssigen Verbindung des Eingangsteils und des Ausgangsteils dieser Lamellenkupplung 1 in eine Rastierungsverzahnung 26 an der radialen Außenseite des Innenlamellenträgers 21 eingreifen kann. Diese Rastierungsverzahnung 26 am Innenlamellenträger 21 kann beispielsweise durch eine axiale Verlängerung der Axialführungsverzahnung 20 für die Innenlamellen 19 gebildet sein.
  • Außerdem zeigen die 1 und 2, dass der Rastierungsringkolben 24 mit seiner betätigungskolbenfernen Stirnseite über eine Mehrzahl von Schraubenfedern 28 axial gegen den Andrückring 22 abgestützt ist sowie einzelne Kolben 27 aufweist, die an der genannten Stirnseite ausgebildet sind und die einzelnen Schraubenfedern 28 koaxial in Richtung zu dem Andrückring 22 durchdringen.
  • Zudem ist noch zu erwähnen, dass der Betätigungskolben 9 einen Ringsteg 14 aufweist, der an der druckraumfernen Stirnseite desselben angeordnet ist und die Tellerfeder 12 zumindest teilweise in Richtung zur betätigungskolbennahen Stirnseite des Rastierungsringkolbens 24 übergreift.
  • Schließlich verfügt die Lamellenkupplung 1 beispielhaft über einen Betätigungssensor 31, mit dem die formschlüssige Verbindung zwischen dem Rastierungsringkolben 24 und dem Innenlamellenträger 21 feststellbar sowie an ein hier nicht dargestelltes Getriebesteuerungsgerät weiterleitbar ist. Dieser Betätigungssensor 31 ist optimal.
  • Die Wirkungsweise dieser Lamellenkupplung lässt sich an besten durch eine Zusammenschau der 1 bis 4 erläutern. Dabei zeigt 3 die Abhängigkeit des Betätigungsweges S des Betätigungskolbens 9 über dem Betätigungsdruck P, während 4 das von der Lamelienkupplung 1 übertrag bare Drehmoment M_K in Abhängigkeit von diesem Betätigungsdruck P verdeutlicht.
  • Ausgehend vom Nichtbetätigungszustand der Lamellenkupplung gemäß 1 wird durch die Druckmittelleitungen 6 und 7 ein Druckmittel in den Druckraum 8 geleitet. Dies führt beginnend mit einem Anfangsdruck P_0 zu einem Befülldruck P_1, ab dem die Lamellenkupplung 1 ein Drehmoment M_K übertragen kann. Wie 2 und 3 verdeutlichen, wird der Betätigungskolben 9 beim Aufbau des Befülldrucks P_1 gegen die Rückstellkraft der Tellerfeder 12 entlang eines Betätigungsweges F nach rechts verschoben.
  • Sobald der Ringsteg 14 des Betätigungskolbens 9 auf die diesem zugewandte Stirnseite des Rastierungsringkolbens 24 eine Kraft ausübt, wird letzterer ebenfalls nach rechts verschoben, so dass zunächst nur über die Schraubenfedern 28 eine Betätigungskraft auf die kupplungslamellenferne Stirnseite des Andrückrings 22 ausgeübt wird. Dabei bewegt sich der Betätigungskolben 9 gemäß 3 weiter nach rechts entlang eines Betätigungsweges G, wobei der Betätigungsdruck von dem Wert P_1 auf den Wert P_2 ansteigt und das von der Lamellenkupplung 1 übertragbare Drehmoment M_K gemäß 4 proportional zum Betätigungsdruck P ansteigt.
  • Da die umfangsverteilten Kolben 27 an dem Rastierungsringkolben 24 erst nach dem Überdrücken des freien Federweges der vorgespannten Schraubenfedern 28 axial auf der druckraumnahen Stirnseite des Andrückringes 22 aufliegen, kann in diesem Bereich der proportionalen Abhängigkeit des Kupplungsmomentes M_K vom Betätigungsdruck P die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Lamellenkupplung 1 bzw. einer Lamellenbremse sehr feinsinnig eingestellt werden, welches beispielsweise beim Schlupfbetrieb eines solchen Getriebeschaltelements von Bedeutung sein kann.
  • Sofern der Schließvorgang an der Lamellenkupplung 1 weiter fortgeführt wird, erfolgt gemäß 2 und 3 entlang eines Betätigungsweges H des Betätigungskolbens 9 eine formschlüssige Verbindung bzw. Verrastung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Kupplung. Dazu wird die Rastierungsverzahnung 25 an dem Rastierungsringkolben 24 in Eingriff mit der Rastierungsverzahnung 26 am Innenlamellenträger 21 gebracht, welches bei einem Betätigungsdruck P_3 vollzogen ist.
  • Dadurch, dass in dieser Betätigungssituation der Rastierungsringkolben 24 über den axialen Abschnitt 29 des Andrückringes 22 mit dem Außenlamellenträger 3 sowie über die formschlüssige Verbindung mittels der Rastierungsverzahnungen 25, 26 mit dem Innenlamellenträger 21 drehfest verbunden ist, ist die Lamellenkupplung 1 sozusagen mechanisch kurzgeschlossen. Dadurch ist über diese Lamellenkupplung 1 ein maximales Drehmoment M_K übertragbar, dessen Höhe lediglich von der mechanischen Drehmomentübertragungsfähigkeit der genannten Verzahnungen 25, 26 abhängt. In 4 ist dies durch die vertikale Linie des Drehmomentverlaufs dargestellt.
  • Durch den vorgestellten Aufbau des Getriebeschaltelements kann dieses so ausgelegt werden, dass es das Drehmoment M_K des genannten Proportionalitätsbereiches (4) problemlos über sein reibschlüssiges Element 32 übertragen kann. Die Übertragung von höheren Drehmomenten wird dagegen durch die geschilderte mechanische Verrastung des Eingangs- und des Ausgangsteils des Schaltelementes ermöglicht, ohne dass ein mechanischer Schaden an den Reibelementen 18, 19 zu befürchten wäre.
  • Zusätzlich kann über Drehzahlsensoren die Differenzdrehzahl an der Kupplung bzw. Bremse ermittelt und die Rastierung der Kupplung so lange hinausgezögert werden, bis diese ermittelte Differenzdrehzahl nahe oder gleich Null ist
    • 1
    Lamellenkupplung, Schaltelement
    2
    Getriebewelle
    3
    Außenlamellenträger; radial äußeres Teil
    4
    Dichtmittel
    5
    Dichtmittel
    6
    Druckmittelkanal in der Getriebewelle
    7
    Druckmittelkanal in dem Außenlamellenträger
    8
    Druckraum
    9
    Ringkolben
    10
    Dichtmittel
    11
    Dichtmittel
    12
    Tellerfeder
    13
    Axialanschlag
    14
    Ringsteg
    15
    freies Ende des Außenlamellenträgers
    16
    Axialanschlag
    17
    Axialführung
    18
    Außenlamelle
    19
    Innenlamelle
    20
    Axialführung
    21
    Innenlamellenträger, radial innerer Teil
    22
    Andrückring
    23
    Axialführung
    24
    Rastierungsringkolben
    25
    Rastierungsverzahnung am Rastierungsringkolben
    26
    Rastierungsverzahnung am Innenlamellenträger
    27
    Kolben
    28
    Schraubenfeder
    29
    axialer Abschnitt des Andrückrings
    30
    Anschlag am Andrückring
    31
    Sensor
    32
    reibschlüssiges Element
    33
    formschlüssiges Element
    A
    Schaltelement
    B
    Schaltelement
    C
    Schaltelement
    D
    Schaltelement
    E
    Schaltelement
    F
    Kolbenstellweg mit Tellerfederwirkung
    G
    Kolbenstellweg mit Schraubenfederwirkung
    H
    Kolbenstellweg während der Verrastungsphase
    M_K
    Übertragbares Kupplungsdrehmoment
    S
    Kolbenstellweg
    P
    Betätigungsdruck

Claims (18)

  1. Schaltelement zur Drehmomentübertragung in einem Automatgetriebe, mit einem reibschlüssigen Element und einem formschlüssigen Element, welche über einen gemeinsamen druckmittelbetätigbaren Aktuator betätigungswirksam ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Aktuator zum Schließen des Schaltelements (1) gleichzeitig derart auf das reibschlüssige Element (32) und das formschlüssige Element (33) wirkt, dass in einem oberhalb des Befülldrucks (P_1) des Aktuators liegenden Betätigungsdruckbereich (P_1 bis P_2) das von dem reibschlüssigen Element (32) übertragbare Drehmoment (M_K) proportional mit dem Betätigungsdruck (P) des Druckmittels ansteigt, und oberhalb einer vorbestimmten Betätigungsdruckschwelle (P_2) das formschlüssige Element (33) geschlossen wird.
  2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das formschlüssige Element (33) axial zwischen dem gemeinsamen Aktuator und dem reibschlüssigen Element (32) ausgebildet und/oder angeordnet ist.
  3. Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das reibschlüssige Element (32) Innenlamellen (18) und Außenlamellen (19) einer Lamellenkupplung (1) oder einer Lamellenbremse aufweist.
  4. Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das formschlüssige Element als Klauenkupplung ausgebildet ist.
  5. Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Aktuator einen in einem Zylinder axialverschieblich geführten und durch das Druckmittel bewegbaren Betätigungskolben (9) aufweist.
  6. Schaltelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungskolben (9) als Ringkolben ausgebildet ist, dessen eine axiale Stirnseite einem Druckraum (8) für das Druckmittel zugeordnet ist, dass auf die vom Druckraum (8) wegweisende Stirnseite des Betätigungskolbens (9) eine eine Rückstellkraft erzeugende Feder (12) wirkt, und dass an dem Betätigungskolben (9) ein axial in Richtung zu dem reibschlüssigen Element (32) und zu dem formschlüssigen Element (33) weisender Ringsteg (14) ausgebildet ist.
  7. Schaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das formschlüssige Element (33) einen Rastierungsringkolben (24) aufweist, der sich mit einer axialen Stirnseite über eine Mehrzahl von Federn (28) an einem axial verschieblichen Andrückring (22) abstützt, und dessen von dem Andrückring (22) wegweisende Stirnseite mit dem Ringsteg (14) am Betätigungskolben (9) in Wirkverbindung bringbar ist.
  8. Schaltelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastierungsringkolben (24) mit seinem radial äußeren Ende in einer Axialführung (23) axial geführt angeordnet ist.
  9. Schaltelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialführung (23) für den Rastierungsringkolben (24) an einem axialen Abschnitt (29) des Andrückrings (22) ausgebildet ist.
  10. Schaltelement nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastierungsringkolben (24) an seinem radial inneren Ende eine Rastierungsverzahnung (25) aufweist, die formschlüssig in eine Rastierungsverzahnung (26) an dem radial inneren Teil (21) des reibschlüssigen Elements (32) einführbar ist.
  11. Schaltelement nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axial verschiebliche Andrückring (22) in einer Axialführung (17) des radial äußeren Teils (3) des reibschlüssigen Elements (32) gelagert ist.
  12. Schaltelement nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastierungsringkolben (24) eine Mehrzahl von umfangsverteilten Kolben (27) aufweist, die jeweils koaxial in einer der Federn (28) angeordnet und mit ihrem freien Ende zu dem axial verschieblichen Andrückring (22) weisend ausgerichtet sind.
  13. Schaltelement nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radial äußere Teil (3) des reibschlüssigen Elements (32) als Außenlamellen (18) tragender Außenlamellenträger (3) und das radial innere Teil (21) des reibschlüssigen Elements (32) als Innenlamellen (19) tragender Innenlamellenträger (21) ausgebildet ist.
  14. Schaltelement nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement mit einem Sensor (31) zur Erfassung des Betätigungszustandes des reibschlüssigen Elements (32) und/oder des kraftschlüssigen Elements (33) ausgestattet ist.
  15. Schaltelement nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus (25, 26) des kraftschlüssigen Elements (33) mit einer Synchronisierungseinrichtung ausgestattet ist.
  16. Schaltelement nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftschlüssige Element (33) als Konus-/Doppelkonussynchronisiereinrichtung ausgebildet ist.
  17. Schaltelement nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastierungsverzahnung (26) am Innenlamellenträger (21) durch eine axiale Verlängerung der Axialführungsverzahnung (20) für die Innenlamellen (19) gebildet ist.
  18. Schaltelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Schaltelement (1) – insbesondere über Drehzahlsensoren – eine Differenzdrehzahl ermittelt wird und dass das formschlüssige Element (32) des Schaltelements (1) erst dann geschaltet wird, wenn diese ermittelte Differenzdrehzahl nahe oder gleich Null ist.
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