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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeuggetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der
DE 44 15 664 A1 bekannt geworden ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei einem Fahrzeug mit einem Automatikgetriebe bringt eine Kupplungsanordnung eine sich drehende Welle wie etwa eine Maschinenkurbelwelle mit einer stationären Welle wie etwa einer Antriebswelle in Eingriff oder koppelt diese, um Leistung von der Maschine auf die Antriebsräder zu übertragen. Ähnlich bringt die Kupplungsanordnung die betreffenden Wellen außer Eingriff, um die Leistungsübertragung zu unterbrechen und beispielsweise ein sanftes Schalten zwischen den verschiedenen Zahnrädern eines Planetenradsatzes zu ermöglichen. Hydraulische Kupplungsanordnungen oder hydraulische Kupplungen sind insbesondere hydraulisch betätigte Drehmomentübertragungsvorrichtungen, die im Allgemeinen eine Reihe von Reibungselementen besitzen, die in einem Kupplungspaket in einem Kupplungsgehäuse angeordnet sind. Das Kupplungspaket wird durch einen Kupplungseinrückkolben, der in einem Kupplungseinrückhohlraumabschnitt des Gehäuses angeordnet ist, betätigt, wobei der Kolben durch Zufuhr eines nicht kompressiblen Hydraulikfluids angetrieben oder gespeist wird. Wenn der hydraulische Kupplungsdruck verringert wird, wird die Kupplung ausgerückt oder Kupplungsdruck verringert wird, wird die Kupplung ausgerückt oder außer Eingriff gebracht, während dann, wenn der Kupplungsdruck erhöht wird, die Kupplung betätigt oder eingerückt wird.
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Bei einer sich drehenden Kupplungsanordnung dreht sich ein Kupplungsgehäuse mit einem Kupplungseinrückhohlraum zusammen mit einem der zwei sich drehenden Elemente oder Wellen, wobei eine Kupplungsrückstellfeder zur Vorspannung bzw. Vorbelastung des Kupplungseinrückkolbens beiträgt. Wenn die Kupplungsanordnung nicht eingerückt ist, kann die Kupplungseinrückansprechzeit verbessert werden, indem ein relativ niedriger Fluiddruck in dem Einrückhohlraum aufrechterhalten wird. Wenn die Kupplung eine relativ hohe Umdrehungsgeschwindigkeit erreicht, kann jedoch die durch die Drehung des Kupplungsgehäuses verliehene Zentrifugalkraft ein wesentliches Druckgefälle oder eine wesentliche zentrifugale Einrückkraft in dem Kupplungseinrückhohlraum hervorrufen. Wenn die zentrifugale Einrückkraft die durch die Vorspannfeder aufgebrachte Rückstellfederkraft übersteigt, kann dies zu einem versehentlichen oder vorzeitigen Einrücken der Kupplung führen.
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Die zentrifugale Einrückkraft kann durch Anordnen eines gesonderten Ausgleichshohlraums gegenüber dem Kupplungseinrückhohlraum in dem Kupplungsgehäuse kompensiert werden. Die Drehung der Kupplungsanordnung füllt den Ausgleichshohlraum mit Fluid, das dann teilweise aus dem Ausgleichshohlraum abgezogen werden kann, wenn die Drehung aufhört. Wenn der Ausgleichshohlraum mit Fluid gefüllt ist und sich die Kupplungsanordnung dreht, wirkt das in dem Ausgleichshohlraum rotierende Fluid derart, dass eine zentrifugale Ausgleichskraft oder ein Druck erzeugt wird, der sich der zentrifugalen Einrückkraft widersetzt oder dieser entgegenwirkt, was dazu beiträgt, dass die durch das Druckgefälle in dem Kupplungseinrückhohlraum erzeugte Einrückkraft wenigstens teilweise kompensiert oder aufgehoben wird. Wenn der Kupplungseinrückhohlraum an einer sich drehenden Getriebekomponente, die zu einer relativ hohen Beschleunigung und einer hohen Umdrehungsgeschwindigkeit fähig ist, wie etwa einer mit einem Elektromotor in einem Hybridfahrzeuggetriebe verbundenen Antriebswelle, angebracht ist, ist jedoch ein relativ schnelles Befüllen des Ausgleichshohlraums mit Fluid wesentlich, um einen ausgleichenden Gegendruck zu dem schnell ansteigenden Einrückhohlraumdruck zu schaffen und ein vorzeitiges Einrücken und daher einen Verschleiß oder eine Überhitzung der hydraulischen Kupplung zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeuggetriebe zu schaffen, das diesem Bedarf gerecht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Fahrzeuggetriebe gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer sich drehenden hydraulischen Kupplung gemäß der Erfindung, wobei die untere Hälfte der Figur längs einer anderen Ebene als die obere Hälfte geschnitten worden ist; und
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2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils eines in 1 gezeigten verbesserten Ausgleichshohlraums für hydraulische Kupplung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In den Zeichnungen, worin über die gesamten mehreren Figuren hinweg gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 eine Querschnittsansicht eines Getriebe 8 mit einer drehbaren Kupplungsanordnung 10 gezeigt, die in Bezug auf ein Paar drehbarer Komponenten wie etwa koaxialer innerer bzw. äußerer Wellen 12, 13, die um eine Mittellinie bzw. Drehachse 11 oder in Bezug auf diese drehbar sind, angebracht ist. Die Drehachse 11 teilt 1 in eine obere und eine untere Hälfte, die versetzte Querschnittsansichten zeigen, die längs verschiedener Ebenen aufgenommen sind, um die inneren Einzelheiten der Kupplungsanordnung 10 klarer aufzuzeigen. Die drehbaren Wellen 12, 13 besitzen jeweilige Innendurchmesser oder Innenflächen 15, 14 und jeweilige Außendurchmesser oder Außenflächen 16, 18, wobei zwischen den Wellenflächen 14, 16 ein zylindrischer Kanal oder ein zylindrisches Volumen 20 definiert ist. Das Volumen 20 steht mit einer nicht mit Druck beaufschlagen Quelle von Fluid 22 wie etwa einem Getriebebehälter oder einer Getriebeölwanne (nicht gezeigt) in Fluidverbindung. Das Fluid 22 wie etwa ein Getriebefluid, ein Getriebeöl oder ein anderes Fluid, das zur Verwendung als Kühlmittel und/oder Schmiermittel bei einer sich drehenden hydraulischen Kupplung geeignet ist, füllt das Volumen 20, das außerdem mit einer vorzugsweise zylindrischen Fluidbefüllöffnung 24, die gebohrt, gestochen oder anderweitig in der äußeren Welle 13 ausgebildet ist, in Fluidverbindung steht. Obwohl in 1 eine repräsentative Konfiguration mit zwei koaxiale Wellen gezeigt ist, können Fachleute erkennen, dass die Anzahl und der Typ der verwendeten Drehwellen vom Standpunkt dieser Erfindung variieren können.
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Die Kupplungsanordnung 10 kann in einem Stück gegossen oder geformt sein oder geschweißt sein, derart, dass sie eine glockenförmige Konfiguration oder ein glockenförmiges Kupplungsgehäuse 25 bildet, das wenigstens teilweise einen primären Gehäusehohlraum 26 und einen sekundären Hohlraum 28 definiert. Der primäre Hohlraum 26 ist geeignet bemessen und gestaltet, um einen Kupplungseinrückkolben 28, einen Kupplungskolbenanschlag 31, eine Rückstellfeder 38 und einen Ausgleichskolben 32 aufzunehmen. Der sekundäre Hohlraum 27 umschließt den Rest des Kupplungsgehäuses, das das Kupplungspaket 40 umfasst, wie in 1 gezeigt ist. In dem primären Hohlraum 26 weist der Kupplungseinrückkolben 28 vorzugsweise einen Ausfahr- oder Armabschnitt 39 auf, wobei der Armabschnitt 39 glocken- oder becherförmig gestaltet ist, um mit einem Kupplungspaket 40 in Eingriff zu gelangen, wenn der Kupplungseinrückkolben 28 betätigt oder anderweitig in Eingriff gebracht wird. Der Ausgleichskolben 32 besitzt eine Hauptfläche 55, die konfiguriert ist, um sich der Rückstellfeder 38 zu widersetzen. Der Kupplungseinrückkolben 28 und der Ausgleichskolben 32 definieren zwischen sich wenigstens teilweise einen Ausgleichshohlraum 50 innerhalb des primären Hohlraums 26. Ähnlich definieren der Kupplungseinrückkolben 28 und das Kupplungsgehäuse 25 zwischen sich wenigstens teilweise einen Kupplungseinrückhohlraum 44 innerhalb des primären Hohlraums 26. Der Kupplungseinrückhohlraum 44 steht mit einem Fluidkanal 46 in Fluidverbindung, der eine Zufuhr mit Druck beaufschlagten Fluids 23 bei Leitungsdruck, beispielsweise von einer steuerbaren Quelle von Druck wie etwa einer Pumpe (nicht gezeigt), aufnimmt, wobei mehrere dynamische Fluiddichtungen 64 die Fluidöffnung 47 flankieren.
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Innerhalb des Ausgleichshohlraums 50 wird der Ausgleichskolben 32 auf einer Seite durch die zwischen den Kolben 32, 28 in dem Ausgleichshohlraum 50 angeordnete Kupplungsrückstellfeder 38 und auf der anderen Seite durch einen Ausgleichskolbenanschlag 52 im Wesentlichen fest oder stationär in Bezug auf den gleitenden oder beweglichen Kupplungseinrückkolben 28 gehalten. Die Kupplungsrückstellfeder 38 ist konfiguriert, um beim Außereingriffbringen der Kupplungsanordnung 10 den Kupplungseinrückkolben 29 vorzubelasten. In dem Kupplungseinrückhohlraum 44 ist der Kupplungseinrückkolben 28 funktional an dem Kupplungskolbenanschlag 31 befestigt, wobei der Kupplungskolbenanschlag 31 mehrere Kanäle oder Durchgangsöffnungen 30 aufweist, die so gestaltet sind, dass sie ein freies Strömen von mit Druck beaufschlagtem Fluid oder Druckfluid 23 durch den Kupplungskolbenanschlag 31 innerhalb des Kupplungseinrückhohlraums 44 ermöglichen. Das Druckfluid 23 tritt in den Kupplungseinrückhohlraum 44 durch eine Fluidöffnung 47 ein, die über den Fluidkanal 46 mit einer Druckfluidquelle wie beispielsweise einer Pumpe, die dazu dient, Fluid bei einem niedrigen Leitungsdruck PL von vorzugsweise etwa 13,8–20,7 KPa bereitzustellen, in Fluidverbindung steht.
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Da aufgrund des niedrigen Leitungsdrucks PL der Kupplungseinrückhohlraum 44 vorzugsweise bei im Wesentlichen vollem Pegel des Fluids 23 gehalten wird, versetzt dann, wenn die Kupplungsanordnung 10 mit einer sich drehenden Welle wie etwa der Welle 13 verbunden oder gekoppelt ist, die Drehung bzw. die Rotation der Kupplungsanordnung 10 in ähnlicher Weise das Fluid 23 in dem Kupplungseinrückhohlraum 44 in Rotation, so dass eine in 2 durch den Pfeil 70 dargestellte Zentrifugalkraft erzeugt wird, die auf den Kupplungseinrückkolben 28 einwirkt. Bei Fehlen einer entgegengerichteten zentrifugalen Ausgleichskraft in dem Ausgleichshohlraum 50 kann der Kupplungseinrückkolben 28 vorzeitig das Kupplungspaket 40 betätigen und in Eingriff bringen, falls die zentrifugale Einrückkraft die durch die Rückstellfeder 38 verschaffte Rückstellkraft (PS) übersteigt (siehe 2).
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Um diesem zentrifugalen Einrückeffekt entgegenzuwirken, füllt sich bei Drehung der Kupplungsanordnung 10 der Ausgleichshohlraum 50 über die Befüllöffnung 24 mit nicht mit Druck beaufschlagtem Fluid 22, wobei dadurch die Drehung das Fluid 22 in dem Ausgleichshohlraum 50 in Rotation versetzt und gleichzeitig eine entgegengerichtete zentrifugale Ausgleichskraft in dem Ausgleichshohlraum 50 erzeugt. Die zentrifugale Ausgleichskraft (Pfeil 72) ist idealerweise gleich der zentrifugalen Einrückkraft (Pfeil 70). Da das Volumen an Fluid 22 in dem Ausgleichshohlraum 50 auf niedrigem Pegel oder Leerpegel sein kann, wenn die Kupplungsanordnung 10 stillsteht, erfordert jedoch die Verbindung oder Kopplung der Kupplungsanordnung 10 mit einer Vorrichtung, die zu einer schnellen Beschleunigung fähig ist, wie beispielsweise einem Hybridgetriebemotor einen schnellen Zustrom von Fluid 22, um den Ausgleichshohlraum 50 zu befüllen, und das Bereitstellen einer ununterbrochenen zentrifugalen Ausgleichskraft (Pfeil 72), die der schnell zunehmenden zentrifugalen Einrückkraft (Pfeil 70) in dem Kupplungseinrückhohlraum 44 entgegenwirken kann. Auf diese Weise kann der schnelle Zustrom von Fluid 22 dazu beitragen, ein vorzeitiges Kupplungseinrücken und/oder einen Verschleiß und eine Überhitzung der Kupplung zu vermeiden.
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Um die Füllrate des Ausgleichshohlraums 50 zu optimieren, tritt bei der Drehung der Kupplungsanordnung 10 nicht mit Druck beaufschlagtes Fluid 22 über einen Ausgleichshohlraum-Speisekanal 56 und durch eine Fluidbefüllöffnung 24, die eigens zugewiesen und in 1 gezeigt sind, in den Ausgleichshohlraum 50 ein. Um sich 2 zuzuwenden, wird dann, wenn Fluid 22 den Ausgleichshohlraum 50 füllt, darin enthaltene Luft durch einen gesonderten, dedizierten ersten Luftablasskanalabschnitt 58a verdrängt oder abgelassen, von dem aus sie in einen abgewinkelten zweiten Abschnitt 58b eintritt, der mit dem sekundären Hohlraum 27 in Fluidverbindung steht und der den ersten Abschnitt 58a im Punkt A schneidet. Nachdem sämtliche Luft aus dem Ausgleichshohlraum 50 abgelassen worden ist, kann überschüssiges Fluid 22 durch die Luftablasskanalabschnitte 58a, 58b aus dem Ausgleichshohlraum 50 entweichen. Durch Verwendung der oben erläuterten dedizierten Luftablasskanalabschnitte 58a, 58b kann in unbehinderter und uneingeschränkter Weise Luft aus dem Ausgleichshohlraum 50 ausgestoßen werden, womit das schnelle Befüllen des Ausgleichshohlraums 50 mit Fluid 22 unterstützt wird.
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Wenn sich die Kupplungsanordnung 10 dreht, entwickelt das rotierende Fluid 23 in dem Kupplungseinrückhohlraum 44 ein Druckgefälle oder eine zentrifugale Einrückkraft (Pfeil 70), wie hier bereits besprochen worden ist. Diese zentrifugale Einrückkraft (Pfeil 70) wirkt gemeinsam mit dem niedrigen Leitungsdruck, der von dem Druckfluid 23 aufgebracht wird und in 2 als Pfeil PL dargestellt ist, auf den Kupplungseinrückkolben 28 ein. Unter Annahme einer vernachlässigbaren zentrifugalen Ausgleichskraft (Pfeil 72) würde sich nur die Rückstellfederkraft PS dem Kupplungseinrückkolben 28 entgegensetzen. Falls die kombinierte Kraft (Pfeil 70 + PL) die Rückstellfederkraft PS überstiege, könnte sich somit der Kupplungseinrückkolben 28 zu dem Kupplungspaket 40 hin bewegen und dieses vorzeitig in Eingriff bringen oder betätigen. Daher sind der erste Abschnitt 58a und der zweite Abschnitt 58b des Luftablasskanals mit einem Steuerradius RC, gemessen in einer Richtung radial von der in 2 gezeigten Drehachse 11 der Wellen 12, 13 zu dem Schnittpunkt A, ausgebildet oder versehen. Mit anderen Worten, der Steuerradius RC ist die radial innerste Weite ausschließlich des ersten Luftablasskanalabschnitts 58a bezüglich der Drehachse 11, wobei Fluid 22, das in den ersten Abschnitt 58a eintritt, schließlich am Schnittpunkt A in den zweiten Abschnitt 58b überströmt. Der Steuerradius RC ist durch den innersten Radius jeglichen rotierenden Fluids 22, das in dem Ausgleichshohlraum 50 und dem ersten Abschnitt 58a eingeschlossen ist, bestimmt, wobei die Position des Punkts A auf der Grundlage des Betrags der auszugleichenden zentrifugalen Einrückkraft (Pfeil 70) gewählt wird. Beispielsweise nimmt durch Verschieben des Punkts A radial nach innen zu der Drehachse 11 hin die Ausgleichskraft (Pfeil 72) in dem Ausgleichshohlraum 50 zu, während durch Verschieben des Punkts A radial nach außen von der Drehachse 11 weg die Ausgleichskraft abnimmt. In dieser Weise wird der Steuerradius RC so gewählt, dass bei Anwendung auf den Ausgleichshohlraum 50 für eine gegebene zentrifugale Einrückkraft (Pfeil 70) die resultierende zentrifugale Ausgleichskraft (Pfeil 72) im Wesentlichen gleich der zentrifugalen Einrückkraft (Pfeil 70) ist, wodurch der zentrifugale Einrückeffekt in dem Kupplungseinrückhohlraum 44 kompensiert oder ausgeglichen wird.
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Daher umfasst ein Verfahren zum Kompensieren oder Ausgleichen dieses Einrückeffektes und zum Reduzieren des Kupplungsverschleißes das Berechnen der Zentrifugalkraft (Pfeil 70) in dem Kupplungseinrückhohlraum 44 für einen gegebenen Kupplungseinrückkolben 28. Als Nächstes wird die zentrifugale Ausgleichskraft (Pfeil 72) in einem gegenüberliegenden Ausgleichshohlraum 50 berechnet. Wie bereits oben offenbart worden ist, sind die zentrifugale Einrückkraft (Pfeil 70) und die zentrifugale Ausgleichskraft (Pfeil 72) idealerweise gleichwertig. Wegen der Durchmesserunterschiede und daher der Mantelflächenunterschiede wird dies durch Gestalten des Ausgleichshohlraums 50 in der Weise, dass über seiner kleineren jeweiligen Mantelfläche ein höherer Druck im Verhältnis zu dem Kupplungseinrückhohlraum 44 erreicht wird, vollzogen. Das Druckgefälle für den Ausgleichshohlraum 50 ist so entworfen, dass durch die Anordnung des Steuerradius RC, d. h. die Anordnung des Punkts A, bezüglich der Drehachse 11 der geeignete Druck verschafft wird. Um dieses Kräftegleichgewicht innerhalb des Kupplungseinrückhohlraums 44 und des Ausgleichshohlraums 50 mit ungleichen Mantelflächen zu erreichen, ist der Steuerradius RC vorzugsweise durch den innersten Radius jeglichen in dem Ausgleichshohlraum 50 eingeschlossenen rotierenden Fluids 22 bestimmt, wie bereits oben beschrieben worden ist. Die sich ergebende zentrifugale Ausgleichskraft (Pfeil 72) in dem Ausgleichshohlraum 50 ist im Wesentlichen gleich der zentrifugalen Einrückkraft (Pfeil 70) zuzüglich des niedrigen Leitungsdrucks (RL) des Fluids 23, vorzugsweise über den gesamten Betriebsdrehzahlbereich der sich Drehwellen 12, 13. Der Querschnittsdurchmesser der ersten und zweiten Luftauslasskanalabschnitte 58a, 58b ist vorzugsweise zylindrisch mit einem Durchmesser von etwa 2–3 mm oder einem Durchmesser, der groß genug ist, um einen freien Fluidfluss durch die Luftauslasskanalabschnitte 58a, 58b zu ermöglichen und die Bewegung des Kupplungseinrückkolbens 28 nicht über Gebühr zu beschränken.
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Wenn nun der erste Abschnitt 58a und der zweite Abschnitt 58b des Luftauslasskanals mit dem bereits oben beschriebenen Steuerradius RC konfiguriert sind, um den geeigneten Betrag an zentrifugaler Ausgleichskraft (Pfeil 72) in dem Ausgleichshohlraum 50 zu verschaffen, wird der Ausgleichshohlraum mit nicht mit Druck beaufschlagtem Fluid 22 von beispielsweise einem Ölvorratsbehälter oder einem anderen Kanal mit nicht mit Druck beaufschlagtem Öl innerhalb des Getriebes befüllt. Das Fluid 22 tritt durch die bereits oben beschriebene und in 1 gezeigte Befüllöffnung 24 in den Ausgleichshohlraum 50 ein, wobei in dem Ausgleichshohlraum 50 eingefangene oder enthaltene Luft über die dedizierten Luftauslasskanalabschnitte 58a, 58b, die in 2 näher gezeigt sind, schnell abgelassen oder abgezogen wird, ohne das Füllen von Fluid 22 in den Ausgleichshohlraum 50 zu stören, zu behindern oder anderweitig zu beschränken. Nach dem Ablassen der Luft kann überschüssiges Fluid 22 in dem Ausgleichshohlraum 50 durch die Luftauslasskanalabschnitte 58a, 58b entweichen.
