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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Betätigungsanordnung zum Betätigen eines Schaltelementes eines Getriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Die noch nicht veröffentlichte Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen
DE 10 2010 028 762.8 beschreibt eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Betriebszustandes von wenigstens einer bidirektional betätigbaren hydraulischen Stelleinrichtung eines Schaltelements einer Getriebeeinrichtung. Die Stelleinrichtung wird im Bereich von Wirkflächen eines Stellkolbenelements jeweils mit Hydraulikdruck beaufschlagt. Bei Anliegen des Hydraulikdruckes im Bereich einer ersten Wirkfläche an dem Stellkolbenelement greift eine in Richtung einer ersten Endlage des Stellkolbenelements wirkende Kraftkomponente an. Liegt der Hydraulikdruck an einer zweiten Wirkfläche des Stellkolbenelements an, greift an dem Stellkolbenelement eine in Richtung einer zweiten Endlage des Stellkolbenelements wirkende Kraftkomponente an. Die Wirkflächen des Stellkolbenelements sind jeweils Druckräumen zugeordnet, die mit einer Druckmesseinrichtung verbunden sind. Über die Messeinrichtung ist ausschließlich eine Sensierung der Endlagen bzw. der Anschlagpositionen des Stellkolbenelements möglich.
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Es hat sich gezeigt, dass die Erfassung bzw. Sensierung der Endlagen bzw. der Anschlagpositionen des Schaltelements über die Stelleinrichtung mit der bekannten Vorrichtung nicht möglich ist, wenn die Endlagen des Schaltelements nicht mit den Endlagen des Stellkolbenelements der Stelleinrichtung bzw. der Betätigungsanordnung übereinstimmen.
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Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulische Betätigungsanordnung zum Betätigen eines Schaltelements eines Getriebes der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, mit der eine Erfassung der Endlagen des Schaltelements über die Betätigungsanordnung möglich ist, auch wenn sich die Positionen der Endlagen von Schaltelement und Stellkolben unterscheiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und aus den Zeichnungen sowie der dazugehörigen Beschreibung ergeben.
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Es wird somit eine hydraulische Betätigungsanordnung zum Betätigen eines als Klauenschaltelement bzw. Schaltklaue ausgebildeten Schaltelements eines Getriebes vorgeschlagen, wobei die Betätigungsanordnung in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles auch reibschlüssige Schaltelemente, wie Lamellenkupplungen, Lamellenbremsen oder dergleichen betätigen kann. Die Betätigungsanordnung umfasst zumindest einen mit dem Schaltelement verbundenen Stellkolben oder dergleichen, mit dem das Schaltelement zumindest zwischen einer ersten Endlage als Schaltposition und einer zweiten Endlage als Neutralposition verstellt werden kann. Dazu ist der Stellkolben in einer Aufnahmebohrung oder dergleichen in einer Getriebewelle derart verschiebbar angeordnet, dass jedes Ende des Stellkolbens einem Druckraum zugeordnet ist. Jeder Druckraum kann je nach gewünschter Bewegungsrichtung des Stellkolbens bzw. des Schaltelements mit Hydraulikmittel beaufschlagt werden.
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Zum Erfassen der Endlagen des Schaltelementes über die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung ist vorgesehen, dass der Stellkolben zumindest eine die beiden Druckräume verbindende Durchströmungsöffnung oder dergleichen aufweist, wobei in der Durchströmungsöffnung zumindest ein Sensierelement vorgesehen ist, mit dem bei Erreichen einer der Endlagen des Schaltelements die Durchströmungsöffnung unabhängig von der Stellkolbenposition zum Erfassen der jeweiligen Endlagen des Schaltelements verschließbar ist.
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Auf diese Weise wird mit der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung eine hydraulische Sensierung der Endlagen des Schaltelements unabhängig von den Endlagen des Stellkolbens realisiert, indem das mit dem Stellkolben gekoppelte Sensierelement einen Toleranzausgleich ermöglicht, so dass Spiele und Toleranzen zwischen dem Schaltelement und dem Stellkolben bezüglich der jeweiligen Endlagen kompensiert wird.
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Vorzugsweise kann als Sensierelement ein sich in der Durchströmungsöffnung des Stellkolbens axial bewegbares bzw. verschiebbares Kolbenelement oder dergleichen mit zumindest einer axialen Durchtrittsöffnung für das Hydraulikmittel vorgesehen sein, wobei die Querschnittsform des Sensierelements bzw. des Sensierkolbens an die Form der Durchströmungsöffnung des Stellkolbens angepasst ist und nicht zwingend kreisförmig ausgeführt sein muss. Entscheidend ist, dass das Sensierelement bzw. das Kolbenelement die Durchströmungsöffnung derart abdichtet, dass ausschließlich die axiale Durchtrittsöffnung von Hydraulikmittel durchströmt wird, so dass bei Erreichen einer Endlage des Schaltelements ein vollständiges Verschließen der Durchtrittsöffnung sichergestellt ist. Dadurch wird der Druck in dem entlüfteten, nicht mit Druck beaufschlagten Druckraum bei Erreichen einer der Endlagen des Schaltelements entsprechend abgesenkt, sodass die auftretende Druckdifferenz zwischen dem mit Druck beaufschlagten Druckraum und dem belüfteten Druckraum bei Erreichen der Endlage des Schaltelements mit zum Beispiel einem Drucksensor oder dergleichen von der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung erfasst werden kann.
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Beispielsweise kann die vorgeschlagene Betätigungsanordnung als Schaltelement ein über einen Verbindungsbolzen oder dergleichen mit dem Stellkolben verbundenes Klauenschaltelement betätigen. Das Klauenschaltelement kann vorzugsweise drehfest jedoch axial verschiebbar mit der Getriebewelle verbunden sein, so dass das Klauenschaltelement in der Schaltposition eine Verbindung zwischen einem Hohlradträger oder dergleichen als Getriebeelement und einer Antriebswelle als Getriebewelle herstellen kann. In der Neutralposition, also in der zweiten Endlage des Klauenschaltelements, kann dieses den Hohlradträger oder dergleichen von der Antriebswelle entkoppeln. Es ist auch denkbar, dass mit dem Klauenschaltelement andere bzw. weitere Getriebeelemente mit einer Welle des Getriebes gekoppelt und entkoppelt werden. Beispielsweise ist es auch denkbar, dass mit dem Klauenschaltelement zwei auf der Welle angeordnete Getriebeelemente unabhängig von der Welle miteinander verbunden und/oder jeweils mit der Welle gekoppelt werden, so dass weitere Schaltpositionen zum Beispiel als Endlagen oder auch als Zwischenlagen bzw. Zwischenpositionen von der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung erfasst werden können. Insbesondere besteht auch die Möglichkeit, dass nicht nur formschlüssige, sondern auch reibschlüssige Schaltelemente von der vorgeschlagenen Betätigungsanordnung betätigt und deren Endlagen bzw. Zwischenlagen erfasst werden können.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen, in denen exemplarisch zwei mögliche Ausführungsvarianten dargestellt sind, weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische, geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung zum Betätigen eines Schaltelements gemäß einer ersten Ausführungsvariante in einer ersten Endlage des Schaltelements als Schaltposition;
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2 eine schematische, geschnittene Ansicht der Betätigungsanordnung gemäß der ersten Ausführungsvariante in einer zweiten Endlage des Schaltelements als Neutralposition;
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3 eine schematische, geschnittene Ansicht der Betätigungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante in einer ersten Endlage des Schaltelements als Schaltposition; und
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4 eine schematische, geschnittene Ansicht der Betätigungsanordnung gemäß der zweiten Ausführungsvariante in einer zweiten Endlage des Schaltelements als Neutralposition.
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In den 1 bis 4 sind verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungsanordnung zum Betätigen eines exemplarisch als Klauenschaltelement 1 ausgebildeten Schaltelements eines Getriebes eines Fahrzeuges dargestellt. Das Klauenschaltelement 1 dient beispielhaft dazu, einen Hohlradträger 2 des Getriebes mit einer als Antriebswelle 3 ausgebildeten Getriebewelle zu koppeln oder zu entkoppeln. Dazu ist das Klauenschaltelementelement 1 drehfest mit der Antriebswelle 3 jedoch axial verschiebbar auf der Antriebswelle 3 gelagert. Das Klauenschaltelement 1 kann über die Betätigungsanordnung zwischen einer ersten Endlage als Schaltposition, in der das Klauenschaltelement 1 mit dem Hohlradträger 2 drehfest verbunden ist und somit eine Verbindung zwischen dem Hohlradträger 2 und der Antriebswelle 3 realisiert, und einer zweiten Endlage als Neutralposition verstellt werden, in der das Klauenschaltelement 1 von dem Hohlradträger 2 entkoppelt ist und somit an einem Lamellenträger 4 des Getriebes als Anschlag anliegt.
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Die Betätigungsanordnung umfasst einen Stellkolben 5 zum axialen Betätigen des Klauenschaltelements 1 zwischen der ersten Endlage und der zweiten Endlage. Der Stellkolben 5 ist in einer Aufnahmebohrung 6 der Antriebswelle 3 axial verschiebbar angeordnet. Die Aufnahmebohrung 6 ist zentral bzw. koaxial in der Antriebswelle angeordnet und bildet quasi für den Stellkolben 5 einen Zylinderraum, so dass jedem Ende des Stellkolbens 5 ein Druckraum in dem Zylinderraum zugeordnet ist. Jeder Druckraum ist mit einer Hydraulikmittelversorgung verbunden, so dass die Druckräume je nach gewünschter Bewegungsrichtung des Stellkolbens 5 mit Hydraulikmittel bzw. mit Öl beaufschlagt werden können. Der Stellkolben 5 ist über einen Verbindungsbolzen 7 mit dem Klauenschaltelement 1 wirkverbunden, so dass die axiale Bewegung des Stellkolbens 5 auf das Klauenschaltelement 1 übertragen wird. Dementsprechend wird das Klauenschaltelement 1 zwischen der Schaltposition und der Neutralposition auf der Antriebswelle 3 bewegt.
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Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten weist der Stellkolben 5 zum Erfassen bzw. Detektieren der Endlagen des Klauenschaltelements 1 eine Durchströmungsöffnung 8 auf, die quasi als Axialbohrung in dem Stellkolben 5 eingebracht ist. Mit der Durchströmungsöffnung 8 wird eine hydraulische Verbindung zwischen den beiden Druckräumen geschaffen. In der Axialbohrung ist ein Sensierelement in Form eines weiteren Kolbenelements 9 vorgesehen. Das Kolbenelement 9 ist in der Durchströmungsöffnung 8 axial verschiebbar aufgenommen und weist eine axiale Durchtrittsöffnung 10 auf, durch die Hydraulikmittel von dem einen Druckraum in den anderen Druckraum der Aufnahmebohrung 6 strömen kann. Beim Erreichen einer Endlage des Klauenschaltelements 1 wird das Kolbenelement 9 durch das zwischen den Druckräumen durch die Durchtrittsöffnung 10 strömende Hydraulikmittel bzw. Öl bewegt, bis die Durchtrittsöffnung 10 des Kolbenelements 9 an einem Abdeckbereich verschlossen wird, so dass kein weiteres Hydraulikmittel aus dem mit Druck beaufschlagten Druckraum in den belüfteten Druckraum strömen kann. Dies erfolgt unabhängig davon, ob sich der Stellkolben 5 in einer Endlage befindet oder nicht.
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Durch das Verschließen der Durchströmungsöffnung 8 bzw. der Durchtrittsöffnung 10 des Kolbenelements 9 und durch den sich dadurch bildenden Druckunterschied zwischen den Druckräumen kann über eine nicht weiter dargestellte Messeinrichtung die Endlage des Klauenschaltelements 1 sensiert werden. Die Messeinrichtung kann unter anderem zum Erfassen des Druckunterschiedes zumindest einen Drucksensor oder dergleichen umfassen.
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Zum Ausgleich der Spiele und Toleranzen zwischen den Endlagen des Klauenschaltelements 1 und des Stellkolbens 3 wird die relativ zum Stellkolben 5 ausführbare axiale Bewegung des Kolbenelements 9 derart gewählt, dass jedes Ende des Kolbenelements 9 um eine vorbestimmte axiale Länge aus der Durchströmungsöffnung 8 des Stellkolbens 3 heraus in den jeweiligen Druckraum verschiebbar ist, wobei die axiale Länge so bemessen ist, dass jedes Ende des Kolbenelements 9 den die Durchtrittsöffnung 10 des Kolbenelements 9 verschließenden Abdeckbereich erreichen kann.
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In der Schaltposition bzw. im eingelegten Zustand des Klauenschaltelement 1 am Hohlradträger 2 wird der Stellkolben 3 und damit auch das Kolbenelement 9 in der Zeichnungsebene der 1 und 3 rechtsseitig mit Druck beaufschlagt, so dass sich zwischen dem Stellkolben 3 und dem Boden der Aufnahmebohrung 6 der Antriebswelle 3 ein Spalt einstellt, der von den Spielen und Toleranzen zwischen den Endlagen des Stellkolbens 3 und des Klauenschaltelements 1 abhängt. Das axial verschiebbare Kolbenelement 9 kann diesen Spalt überbrücken, indem das Kolbenelement 9 relativ zum Stellkolben 5 entsprechend nach links verschoben wird und an dem Boden der Aufnahmebohrung 6 der Antriebswelle 3 als Abdeckbereich für die Durchtrittsöffnung 10 anliegt.
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In der Neutralposition bzw. in der ausgelegten Position des Klauenschaltelements 1 wird der Stellkolben 5 in der Zeichnungsebene der 2 und 4 von links mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird der Stellkolben 5 mit dem Kolbenelement 9 in der Zeichnungsebene der 2 und 4 nach rechts bewegt, so dass das Klauenschaltelement 1 in der zweiten Endlage in Anlage mit dem Innenlamellenträger 4 kommt. Im ausgelegten Zustand bzw. in der Neutralposition stellt sich ein Spalt zwischen dem Stellkolben 3 und dem zugeordneten Abdeckbereich für die Durchtrittsöffnung 10 des Kolbenelements 9 ein. Dieser Spalt ist wiederum abhängig von eventuell auftretenden Spielen und Toleranzen zwischen dem Klauenschaltelement 1 und dem Stellkolben 3 sowie den Toleranzen der beteiligten Bauteile. Das Kolbenelement 9 schafft den erforderlichen Toleranzausgleich, indem das Kolbenelement 9 in der Durchströmungsöffnung 8 relativ zum Stellkolben 5 weiter nach rechts bewegt wird bis das Kolbenelement 9 an dem Abdeckbereich anliegt und damit die Hydraulikmittelströmung unterbrochen wird, sodass sich der Druckunterschied zum Erfassen der Endlage des Klauenschaltelements 1 einstellt.
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In den 1 und 2 ist jeweils eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung dargestellt, bei der als Abdeckbereich für die Schaltposition bzw. die erste Endlage des Klauenschaltelements 1 jeweils der Boden der Aufnahmebohrung 6 in der Antriebswelle 3 vorgesehen ist. Als Abdeckbereich für die Neutralposition bzw. für die zweite Endlage des Klauenschaltelements 1 ist eine Scheibe 11 vorgesehen, mit der die Durchtrittsöffnung 10 des Kolbenelements 9 bei Erreichen der zweiten Endlage verschlossen wird. Die Scheibe 11 ist über einen Sprengring 12 axial am Innendurchmesser der Aufnahmebohrung 6 der Antriebswelle 3 fixiert.
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In den 3 und 4 ist jeweils eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung dargestellt, bei der wie auch bei der ersten Ausführungsvariante für die Schaltposition bzw. die erste Endlage des Klauenschaltelements 1 der Boden der Aufnahmebohrung 6 in der Antriebswelle 3 als Abdeckbereich für die Durchtrittsöffnung 10 des Kolbenelements 9 vorgesehen ist. Für die Neutralposition bzw. für die zweite Endlage des Klauenschaltelements 1 wird als Abdeckbereich eine in die Aufnahmebohrung 6 der Antriebswelle 3 eingepresste Hülse 13 vorgesehen, die einen radial nach innen abgewinkelten Endbereich 14 aufweist, der als Abdeckbereich für die Durchtrittsöffnung 10 des Kolbenelements 9 fungiert.
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Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante sind Anschlagbereiche in der Durchströmungsöffnung 8 des Stellkolbens 5 vorgesehen, um die axiale Bewegung des Kolbenelements 9 zu begrenzen, so dass ein Herausfallen des Kolbenelements 9 aus der Durchströmungsöffnung 8 im Rahmen der Relativbewegungen des Kolbenelements 9 verhindert wird. Zum Begrenzen der Relativbewegung in die Bewegungsrichtung zum Erreichen der Neutralposition bzw. der zweiten Endlage des Klauenschaltelements 1 wird bei beiden Ausführungsvarianten als Anschlagbereich für das Kolbenelement 9 eine entsprechende Durchmesserstufe 15 in der Durchströmungsöffnung 8 des Stellkolbens 5 vorgesehen.
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Für die Begrenzung der Relativbewegung des Kolbenelements 9 in die Bewegungsrichtung zur Schaltposition bzw. zur ersten Endlage des Klauenschaltelements 1 wird bei der ersten Ausführungsvariante als Anschlagbereich ein axialseitig in die Durchströmungsöffnung 8 des Stellkolbens 5 eingepresstes Hülsenelement 17 vorgesehen. Als Anschlagbereich für die Bewegungsrichtung zur Schaltposition bzw. zur ersten Endlage des Klauenschaltelements 1 wird bei der zweiten Ausführungsvariante ein an den Stellkolben 5 axialseitig angeschraubtes Plattenelement 16 vorgesehen, um die axiale Relativbewegung des Kolbenelements 9 entsprechend zu begrenzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klauenschaltelement
- 2
- Hohlradträger
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Lamellenträger
- 5
- Stellkolben
- 6
- Aufnahmebohrung
- 7
- Verbindungsbolzen
- 8
- Durchströmungsöffnung
- 9
- Kolbenelement
- 10
- Durchtrittsöffnung
- 11
- Scheibe
- 12
- Sprengring
- 13
- Hülse
- 14
- abgewinkelter Endbereich der Hülse
- 15
- Durchmesserstufe der Durchströmungsöffnung
- 16
- Plattenelement
- 17
- Hülsenelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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