DE102012204839A1

DE102012204839A1 - Schaltelement mit drei Schaltstellungen

Info

Publication number: DE102012204839A1
Application number: DE102012204839A
Authority: DE
Inventors: Kai Bornträger; Markus Müller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-02
Also published as: CN103363098B; US9309934B2; US20130256087A1; SE537791C2; CN103363098A; SE1350379A1

Abstract

Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) mit drei Schaltstellungen (A, B, C) mit einem einfach angesteuerten Schaltzylinder als Betätigungselement (8), einem Schaltelement (10, 14, 18, 20) zum Schalten in die drei Schaltstellungen (A, B, C) und einem Druckregler, wobei der Schaltzylinder als Zylinder, mit einer Arbeitsleitung, ausgebildet ist und das Schaltelement (10, 14, 18, 20) von mindestens einem Federelement (22, 38, 42) per Federkraft in eine Endlage (A) gedrückt wird und gegen diese Federkraft in die weiteren Schaltstellungen (B, C) verschoben wird. Die Mittelstellung (B) wird erkannt, indem bei Erreichen der korrekten Schaltelementposition ein sprunghafter Kraftanstieg beim Verschieben des Schaltelements gegen die Federkraft erzeugt wird und dadurch über einen Druckregler ein konkreter Druck für die Mittelstellung (B) eingestellt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements mit drei Schaltstellungen und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 9.
Schaltelemente zur Drehmomentübertragung, z. B. in Form von Schaltkupplungen bzw. Klauen, sind in mehrstufigen bzw. mehrgruppigen Zahnradwechselgetrieben wie z. B. Vorgelegegetrieben hinlänglich bekannt. Üblicherweise sind Vorgelegegetriebe mit auf einer Welle drehbar gelagerten Zahnrädern, sogenannten Losrädern, ausgeführt, welche mit Zahnrädern, die mit einer weiteren Welle drehfest verbundenen sind, in Eingriff stehen und sogenannte Zahnradpaarungen bilden. Durch wechselweises drehfestes Verbinden der drehbar auf der Welle gelagerten Zahnräder sind die Zahnradpaarungen zur Darstellung unterschiedlicher Gangstufen über entsprechende Schaltelemente, wie z. B. Synchronisierungen, Klauen oder Reibelement, in den Kraftfluss eines Vorgelegegetriebes zuschaltbar. Dies erfordert in der Regel ein Betätigungselement in Form eines manuellen Akuators, eines elektrischen Aktuators oder einer hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Kolben-Schaltzylinder-Anordnung. Bei derartigen Kolben-Schaltzylinder-Anordnungen ist ein Kolben axial verschiebbar in einem Schaltzylinder angeordnet. Der Kolben kann mindestens eine Schaltstellung aktiv anfahren und ist in Schieberichtung direkt oder indirekt fest mit dem Schaltelement verbunden. Das Betätigungselement kann dabei die Schaltelemente in Bezug auf die Welle, auf welcher die drehbar gelagerten Zahnräder angeordnet sind, mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder magnetisch von außen oder innen ansteuern.
Ein Schaltelement gehört üblicherweise einer Schaltgruppe eines Zahnradwechselgetriebes an. Eine Schaltgruppe wird dabei vorzugsweise aus zwei im Getriebe nebeneinander angeordneten, drehbar gelagerten Zahnrädern gebildet, die wechselweise durch ein Schaltelement in die Drehmomentübertragung eingeschaltet werden können. Wie z. B. aus der Schrift DE 197 56 639 A1 der Anmelderin bekannt, kann dabei für jede Schaltgruppe eines Zahnradwechselgetriebes ein Schaltelement mit einem doppelseitig wirkenden Schaltzylinder mit von einem Fluid bewegten Kolben eingesetzt werden.
Je nach Ausführung ist auch das Halten einer Mittelstellung in einer Schaltgruppe, in der Regel die Neutralstellung, erforderlich. In der Mittelstellung bzw. Neutralstellung ist es wichtig, dass sich kein Teil des Schaltelements im Eingriff mit einem Losrad befindet. Die Mittelstellung wird deshalb z. B. durch die passive Stellung des Betätigungselements umgesetzt. Dabei wird das Betätigungselement z. B. durch Federn in einer Mittelstellung gehalten und muss in die beiden übrigen Schaltstellungen aktiv gedrückt werden. Hierbei sind bei pneumatischer oder hydraulischer Ansteuerung zwei Arbeitsleitungen und zwei Kolbenflächen erforderlich. Ohne eine Anfederung in der Mittelstellung besteht die Gefahr, dass die Mittelstellung nicht exakt angefahren, eingestellt und gehalten werden kann und sich somit Teile eines Schaltelements mit einem Losrad in mindestens teilweisem Eingriff befinden.
Das Problem des sicheren Anfahrens der Mittelstellung kann auch durch mechanische Lösungen ohne Anfederung in der Mittelstellung gelöst werden. Eine Lösung zeigt z. B. die Schrift DE 40 38 170 A1 . Es wird ein Schaltzylinder mit einem doppelseitig druckmittelbeaufschlagbaren, über Steuerorgane, wie Wegeventile, steuerbaren Kolben, der mit einem Schaltelement gekoppelt ist betrachtet. Der Kolben besteht aus zwei entgegengesetzt wirkenden, in einem gemeinsamen Zylindergehäuse verschiebbaren Doppelkolben und jedem der beiden Doppelkolben ist im Zylindergehäuse ein Druckraum mit einem Druckmittelanschluss zugeordnet. Der erste Kolben jedes Doppelkolbens ist mit einem Schaltelement bewegungsstarr und der zweite Kolben jedes Doppelkolbens mit einem ersten Kolben freiverschiebbar verbunden. Die beiden Doppelkolben werden bei beiderseitigem Druckausgleich mit ihrem freiverschiebbaren, zweiten Kolben gegen einen Anschlag des Zylindergehäuses in der Neutralstellung gehalten und wechselweise bei jeweils einseitiger Druckbeaufschlagung aus der Neutralstellung in die Schaltstellung verschoben, wobei der drucklose Doppelkolben mit seinen beiden Kolben des druckbeaufschlagten Doppelkolbens seine Schaltverschiebung erhält.
Ein doppelseitig ansteuerbarer Schaltzylinder mit zwei Arbeitsleitungen und mit entsprechender Ansteuerung kann aber z. B. aus Gründen wie mangelndem Bauraum oder auch aus einem Gleichteileansatz bzw. Plattformgedanken mit einem Grundgetriebe teilweise nicht oder nur schwer umgesetzt werden.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung mit einem hydraulisch oder pneumatisch angesteuerten Betätigungselement in Form eines Schaltzylinders mit einer Arbeitsleitung, drei Schaltstellungen eines Schaltelements zur Schaltung eines Schaltpakets sicher anzufahren. Dabei soll besonders die Mittelstellung abgesichert werden, so dass in dieser Stellung kein Kontakt zwischen Bauteilen der Losräder und der Schaltelemente bestehen kann.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs und des Nebenanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Grundgedanke der Erfindung ist dabei, dass zum Verschieben eines Kolbens in einem Zylinder gegen eine Kraft ein bestimmter Fluiddruck als Verschiebekraft nötig ist. Steigt die Gegenkraft ab einem bestimmten Punkt auf dem Stellweg, von einer Schaltstellung in die nächste, sprunghaft an, kann dieser Punkt des Stellwegs erkannt und beibehalten werden, indem der Fluiddruck und damit die Verschiebekraft nicht weiter erhöht wird. Um den Kolben weiter zu verschieben, muss der Fluiddruck im Druckraum des Zylinders erhöht werden bis eine größere Verschiebekraft aufgebaut wird, als von der Gegenkraft auf den Kolben ausgeübt wird.
Die Erfindung löst das Problem in der Weise, dass ein Schaltelement durch ein Federelement in eine erste Endstellung gedrückt wird. Zum Umschalten muss das Schaltelement hydraulisch bzw. pneumatisch betätigt gegen die Kraft des Federelements entlang des Stellwegs verschoben werden. Um die Mittelstellung, Neutralstellung, genau zu erkennen, wird bei Erreichen der mittleren Position über eine spezielle Kontur an der Anlage des Federelements eine Verkürzung des Hebelarms erzeugt. Unter Anlage des Federelements werden die Elemente verstanden, die am Federelement anliegen wie z. B. Druckstücke zur Übertragung der Kraft auf das Federelement, Gegenstücke oder Halterungen, die das Federelement aufnehmen. Dadurch ergibt sich ein sprunghafter Anstieg der benötigten Verschiebekraft, die erforderlich ist, um das Schaltelement weiter zu bewegen und die dritte Schaltstellung in der zweiten Endlage des Kolbens zu erreichen. Dieser Kraftsprung ermöglicht bei einem fluidbetätigten System die Einstellung eines konkreten Drucks. Dabei werden Tellerfedern oder Membranfedern in verschiedenen Ausführungsformen als Federelemente verwendet. Die Tellerfeder kann so ausgelegt sein, dass sie eine quasi über den Stellweg konstante Federkraft aufbringt. Um entgegen des Stellwegs zu verfahren, ist kein Druckaufbau des Betätigungselements nötig, da das Federelement das Schaltelement durch die Federkraft zurückdrückt.
Ein erfindungsgemäßer sprunghafter Anstieg der benötigten Verschiebekraft kann ebenfalls durch eine Kombination aus mindestens zwei Federelementen erreicht werden. Dabei übt ein erstes Federelement eine erste Kraft entgegen der Verschieberichtung auf das Schaltelement aus und ab einer bestimmten Position auf dem Stellweg wird diese erste Gegenkraft durch eine zweite Gegenkraft, hervorgerufen von einem zweiten Federelement, ergänzt. Damit ergibt sich ebenfalls ein sprunghafter Anstieg der benötigten Verschiebekraft. In dieser erfindungsgemäßen Variante werden Torsionsfedern als Federelemente eingesetzt. Die unterschiedlichen Federkräfte können natürlich auch durch mehrere Federelemente erzeugt werden.
Anhand der folgenden Zeichnungen werden die Erfindung und die Ausführungsvarianten genauer beschrieben:
1: Skizze zur hydraulischen Betätigung einer Klaue (Stand der Technik)
2: Skizze einer erfindungsgemäßen Hebelverkürzung und zugehörige Kennlinien
3: Skizze der Betätigung eines Druckstücks mit einer Kombination aus zwei Federn
4: Erfindungsgemäßes Verfahren mit Kontur am Gegenstück
5: Verfahren analog 4 mit Kontur an Druckstück und am Gegenstück
In der 1 (Stand der Technik) werden die drei Schaltstellungen A, B, C kurz erläutert. Es sind drei Schaltgruppen 2, 4, 6 mit jeweils einem Betätigungselement 8 in Form eines angesteuerten Zylinders mit Kolben, und einem Schaltelement 10, das direkt mit dem Kolben verbunden ist, dargestellt. Jede Schaltgruppe 2, 4, 6 ist in einer der drei Schaltstellungen A, B, C abgebildet. Die erste Schaltgruppe 2 befindet sich in der Schaltstellung A, wobei der Kolben des Betätigungselements 8 sich in seiner ersten Endstellung befindet. In dieser Schaltstellung ist das Schaltelement 10 im Eingriff mit dem, dem Betätigungselement 8 näher liegenden Zahnrad. Die zweite Schaltgruppe 4 ist in der gezeigten Darstellung in der zweiten Schaltstellung B, der Neutral- bzw. Mittelstellung. Der Kolben des Betätigungselements 12 des Schaltelements 4 befindet sich in einer Mittelstellung und das Schaltelement 14 steht dabei mit keinem der Zahnräder der Schaltgruppe 4 im Eingriff. Die dritte Schaltgruppe 6 zeigt den Kolben des Betätigungselements 16 und damit auch das Schaltelement 18 in der dritten Schaltstellung C. Das Schaltelement 18 ist in der dritten Schaltstellung C im Eingriff mit dem weiter vom Betätigungselement 16 entfernteren Zahnrad der Schaltgruppe 6. Der Kolben ist in seiner zweiten Endstellung angelangt.
2 zeigt die Skizze einer erfindungsgemäßen Hebelverkürzung und die zugehörige Kennlinien in den drei bereits vorgestellten Schaltstellungen A, B und C. Die Darstellung zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Druckstück 20, das mit einem hier nicht gezeigten Betätigungselement verbunden ist, und an einer Seite an einer Tellerfeder 22 anliegt. Das Druckstück 20 ist Teil eines Schaltelements. Die Tellerfeder 22 liegt radial innen, an der vom Druckstück 20 abgewandten Seite an einer Halterung 24 an. Das Druckstück 20 dient zur Übertragung des Betätigungsdrucks ausgehend vom Betätigungselement über das Druckstück 20 auf die Tellerfeder 22, wobei die Tellerfeder 22 mit ihrer Federkraft bereits in der Schaltstellung A vorgespannt ist und gegen das Druckstück 20 drückt. Das Druckstück 20 liegt nicht flächig an der Tellerfeder an, sondern ist mit einer speziellen Kontur versehen. In diesem erfindungsgemäßen Beispiel wird dies durch zwei Konturelemente 26, 28 in Form von spitz zulaufenden Erhöhungen auf der der Tellerfeder 22 zugewandten Seite des Druckstücks 20 dargestellt. Das Konturelement 26 ist radial weiter von der Achse der Tellerfeder 22 entfernt, als das Konturelement 28. In der ersten Schaltstellung A liegt das Druckstück 20 nur mit dem Konturelement 26 an der Tellerfeder 22 an. Um in die Mittelstellung, die Schaltstellung B, zu gelangen, muss das Betätigungselement das Druckstück 20 und die Tellerfeder 22 gegen die Federkraft der Tellerfeder 22 verschieben. Die Druckübertragung geschieht dabei so lange über das Konturelement 26 bis die zweite Schaltstellung B erreicht wird und die Tellerfeder 22 eine Position einnimmt, in der beide Konturelemente 26 und 28 die Tellerfeder 22 berühren. Ab diesem Zeitpunkt wird bei weiterer Betätigung des Schaltelements in Richtung dritter Schaltstellung C die Druckübertragung vom Konturelement 28 übernommen. Der Abstand des Konturelements 28 vom Punkt, an dem die Tellerfeder 22 an der Halterung 24 anliegt, ist dabei kleiner als der des Konturelements 26. Damit wird der Hebel zur Kraftübertragung des Betätigungselements verkürzt und eine höhere Kraft muss aufgebracht werden, um das Druckstück 20 weiter in Richtung Schaltstellung C zu verschieben. Dies führt dazu, dass verschiedene Drücke notwendig sind, um ausgehend von der Schaltstellung A in die Schaltstellung C zu verfahren, so dass für jede Schaltstellung A, B, C konkrete Betätigungsdrücke definiert werden können. Der Betätigungsdruck kann damit so eingestellt werden, dass alle Schaltstellungen A, B, C sicher angefahren werden.
Das Kennlinienfeld 30 zeigt die notwendigen Drücke des Betätigungselements zu jeder Schaltstellung A, B, C auf dem jeweils zugehörigen Punkt auf dem Stellweg S_A, S_B, S_C. In der ersten Schaltstellung A liegt ein bestimmter Betätigungsdruck p₁ an, der notwendig ist, um mit dem Konturelement 26 die Tellerfeder 22 in Richtung Schaltstellung B zu verschieben. An der zweiten Schaltstellung B tritt ein sprunghafter Anstieg des Betätigungsdrucks auf und es wird ein Druck p₂ nötig um die Tellerfeder weiter in die zweite Schaltstellung B zu verschieben. In der Ausgangsschaltstellung A muss kein Druck aufgebracht werden, da das Betätigungselement sich dort in seiner Endstellung befindet.
Das Kennlinienfeld 32 zeigt die Funktion der Konturelemente 26, 28 über den Stellweg S_A, S_B, S_C auf. Bis zur Schaltstellung B findet die Druckübertragung über das Konturelement 26 statt. Ab dem Moment in der zweiten Schaltstellung B, an dem beide Konturelemente 26, 28 anliegen, findet die Kraftübertragung beim weiteren Verfahren in Richtung dritter Schaltstellung C mit dem Konturelement 28 statt.
Im Kennlinienfeld 34 ist die Überdeckung bzw. der Eingriff des Schaltelements in die Zahnrädern der Schaltgruppe über den Stellweg S_A, S_B, S_C abgebildet. In der ersten Schaltstellung A befindet sich das Schaltelement mit den Klauen eines ersten Zahnrads Z1 der Schaltgruppe im Eingriff. In der dritten Schaltstellung C ist das Schaltelement mit den Klauen eines zweiten Zahnrads Z2 der Schaltgruppe im Eingriff. In der zweiten Schaltstellung B, der Neutralstellung, darf aufgabengemäß kein Teil des Schaltelements mit einem Zahnrad Z1, Z2 in Verbindung stehen. Die Kennlinie zeigt, dass vor Erreichen der zweiten Schaltstellung B sich die Verbindung des Schaltelements mit dem ersten Zahnrad Z1 löst und erst auf dem Weg von der zweiten Schaltstellung B in die dritte Schaltstellung C das Schaltelement in das zweite Zahnrad Z2 eingreift.
Das Kennlinienfeld 36 zeigt den Verlauf der Federkraft über den Stellweg S_A, S_B, S_C. Wie bereits beschrieben, kann eine Tellerfeder 22 so eingesetzt werden, dass die Betätigungskraft über einen Stellweg annähernd gleich bleibt. In diesem Beispiel wurde die Tellerfeder 22 vorgespannt bis sie annähernd die Kraft F₁ aufweist. Dies entspricht der Vorspannkraft, mit der der Kolben des Betätigungselements in seiner Ausgangsstellung A belastet wird. Um von der ersten Schaltstellung A in die zweite Schaltstellung B zu verfahren, muss ein Betätigungsdruck aufgebracht werden, der größer ist als die Federkraft F₁. Ab der zweiten Schaltstellung B steigt die Federkennlinie an. Um von der zweiten Schaltstellung B in die dritte Schaltstellung C, der zweiten Endstellung des Kolbens des Betätigungselements, zu verfahren muss damit zumindest eine größere Kraft als F₂ vom Betätigungselement aufgebracht werden. Der Kraftanstieg der Tellerfeder 22 ab der zweiten Schaltstellung B, der durch die Federkennlinie aufgezeigt wird, kann den sprunghaften Druckanstieg zur Erkennung der Mittelstellung zusätzlich unterstützen.
Wie bereits beschrieben, kann der sprunghafte Druckanstieg nicht nur über eine definierte Kontur an der Anlage einer Tellerfeder erreicht werden, sondern auch durch die Betätigung eines Druckstücks in Kombination mit Spiralfedern. Dies wird in 3 dargestellt. Das Druckstück 20 ist hier nicht mit einer speziellen Kontur versehen, sondern mit einem Ende einer ersten Spiralfeder 38 verbunden. Diese ist auf der Gegenseite, in Richtung des Schaltwegs S, an einem räumlich fixierten Gegendruckstück 40 befestigt. Die erste Spiralfeder 38 wird in der Ausgangslage bereits durch das Druckstück 20 mit Druck beaufschlagt. Das Druckstück 20 ist Teil des Schaltelements und mit einem nicht dargestellten Betätigungselement verbunden. Am Gegendruckstück 40 ist an derselben Fläche, an der die erste Feder 38 angebracht ist, eine zweite Spiralfeder 42 angebracht. Die zweite Spiralfeder 42 ist unter Druckbeanspruchung zwischen das Gegendruckstück 40 und eine erste Innenseite eines U-förmigen Halteelements 44 eingefügt. Die zweite Innenseite des U-förmigen Halteelements 44 liegt an der vom Druckstück 20 abgewandten Seite des Gegendruckstücks 40 an. Die erste Spiralfeder 38 wirkt auf das Druckstück 20 mit einer Kraft F₃ entgegen dem Stellweg. Der Stellweg ist der Weg, der vom Betätigungselement bzw. vom Druckstück 20 zurückgelegt werden muss, um von der ersten Schaltstellung A in die zweite Schaltstellung B bzw. in die dritte Schaltstellung C zu verfahren. Das Schaltelement ist in allen drei Schaltstellungen in 3 abgebildet. In der Ausgangsschaltstellung A drückt die Federkraft F₃ der ersten Spiralfeder 38 gegen das Druckstück 20. Um in die zweite Schaltstellung B zu verfahren muss deshalb die Federkraft F₃ der ersten Spiralfeder 38 überwunden werden. Erreicht das Druckstück 20 die Außenseite des U-förmigen Halteelements 44 ist die Schaltstellung B erreicht. Ein sprunghafter Druckanstieg wird an dieser Stelle dadurch erzielt, indem zum weiteren Verfahren in die dritte Schaltstellung C zusätzlich zu Federkraft F₃ der ersten Spiralfeder 38 auch die Federkraft F₄ der zweiten Spiralfeder 42 wirkt. Das U-förmige Halteelement 44 dient dabei der genauen Positionierung der zweiten Schaltstellung B bzw. des sprunghaften Druck-anstiegs mit Hilfe der zweiten Spiralfeder 42. Um in die dritte Schaltstellung C verfahren zu können, müssen ab der zweiten Schaltstellung B die Federkräfte F₃ und F₄ überwunden werden. Verfährt das Druckstück nun weiter in die dritte Schaltstellung C, werden nicht nur die zwei Spiralfedern 38, 42 zusammengedrückt, sondern auch das U-förmige Halteelement 44 in Richtung des Stellwegs verschoben.
In 4 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren mit Kontur am Gegenstück aufgezeigt. Die Kontur zur Veränderung des wirkenden Hebels muss nicht zwingend an einem Druckstück bzw. auf der Seite des Betätigungselements angebracht werden. Die Kontur kann auch durch ein separates, bei der Tellerfeder 22 angrenzend angebrachtes Gegendruckstück erfolgen, das an der vom Druckstück 20 abgewandten Seite platziert ist, oder, wie hier dargestellt, über die Gestaltung der Halterung 24, in die die Kontur direkt eingearbeitet wurde. Es gibt wiederum zwei Konturelemente 46 und 48. Das erste Konturelement 46 befindet sich dabei direkt am Anlagepunkt der Tellerfeder 22 an der Halterung 24. Das Schaltelement ist wiederum in allen drei Schaltstellungen A, B, C dargestellt. In der ersten Schaltstellung A, der ersten Endlage des Kolbens des Betätigungszylinders, wird über das Druckstück 20 eine Kraft auf die Tellerfeder 22 ausgeübt, so dass die Tellerfeder 22 vorgespannt ist. Die Tellerfeder 22 liegt nur am Konturelement 46 an der Halterung 24 an. Wird nun das Betätigungselement in Richtung der dritten Schaltstellung C in Richtung des Stellwegs verschoben, liegt bei Erreichen der zweiten Schaltstellung B auch das zweite Konturelement 48 an der Tellerfeder 22 an. Dadurch verkürzt sich der wirkende Hebel des Druckstücks 20 auf die Tellerfeder 22 und es findet ein sprunghafter Druckanstieg statt. Um in die dritte Schaltstellung C weiter zu fahren, muss eine höhere Kraft bzw. ein höherer Druck auf das Druckstück 20 bzw. auf die Tellerfeder 22 ausgeübt werden. Die zweite Schaltstellung B kann damit eindeutig angesteuert werden.
Ein starker Druckanstieg kann auch dadurch erreicht werden, dass eine entsprechende Kontur an verschiedenen Elementen der Schaltgruppe angebracht werden kann. In 5 wird beispielhaft eine Kontur am Druckstück 20 und an der Halterung 24 angebracht. Die 5 zeigt ebenfalls, dass die Kontur zur Hebelverkürzung unterschiedlich gestaltet sein kann. Hier sind keine spitz zulaufende einzelne Konturelemente dargestellt, sondern Konturflächen 50 und 52. Es sind weitere gleichwirkende Ausgestaltungen von Konturen möglich. Zur Veranschaulichung des Schaltablaufs ist das Schaltelement in allen drei Schaltstellungen A, B, C abgebildet. In der Ausgangsstellung A drückt das Druckstück 20, das Teil des Schaltelements ist, gegen die vorgespannte Tellerfeder 22. Die Tellerfeder 22 liegt an der Halterung 24 radial innen an der Kannte der Konturfläche 52 an. Das Druckstück 20 berührt die Tellerfeder 22 nur mit der radial außen zum Rand der Tellerfeder 22 hin liegenden Kante der Konturfläche 50. Wird nun das Druckstück 20 in Richtung des Stellwegs in die zweite Schaltstellung B gedrückt, muss das Betätigungselement mindestens die Kraft der Tellerfeder 22 überwinden, um verfahren zu können. Ist die zweite Schaltstellung B erreicht liegen die Flächen 50 und 52 an der Tellerfeder 22 an. Beim anschließenden Verfahren von der zweiten Schaltstellung B in die dritte Schaltstellung C entsteht eine erfindungsgemäße Hebelverkürzung. Die Tellerfeder 22 liegt beim Verschieben in Richtung des Stellwegs an der zur Halterung 24 hin liegenden Kante der Fläche 50 und an der dem Druckstück 20 am nächsten liegende Kante der Fläche 52 an. Der Hebel der Tellerfeder 22 wird damit verkürzt und eine entsprechend größere Kraft muss aufgebracht werden, um aus der zweiten Schaltstellung B in die dritte Schaltstellung C zu schalten. Der erfindungsgemäße sprunghafte Druckanstieg ist damit herbeigeführt.
In heutigen Hybridgetrieben können bereits vorhandene Proportionaldruckregler für die Aufnahme des Drucksprungs verwendet werden. Bei einem Proportionaldruckregler entspricht ein konkreter Druck einem konkreten Strom. Es müssen keine weiteren Regler zusätzlich verbaut werden.
Bezugszeichenliste

2: Schaltgruppe
4: Schaltgruppe
6: Schaltgruppe
8: Betätigungselement
10: Schaltelement
12: Betätigungselement
14: Schaltelement
16: Betätigungselement
18: Schaltelement
20: Druckstück
22: Tellerfeder
24: Halterung
26: Konturelement
28: Konturelement
30: Kennlinienfeld Betätigungsdruck
32: Kennlinienfeld Konturelement
34: Kennlinienfeld Zahneingriff
36: Federkennlinie
38: erste Spiralfeder
40: Gegendruckstück
42: zweite Spiralfeder
44: U-förmiges Halteelement
46: Konturelement
48: Konturelement
50: Konturfläche am Druckstück
52: Konturfläche an der Halterung
A: erste Schaltstellung, erste Endlage
B: zweite Schaltstellung, Neutralstellung
C: dritte Schaltstellung, zweite Endlage
S_A: Position auf dem Stellweg bei Schaltstellung A
S_B: Position auf dem Stellweg bei Schaltstellung B
S_C: Position auf dem Stellweg bei Schaltstellung C
p₁, p₂, p₃: Betätigungsdruck
Z1: erstes Zahnrad
Z2: zweites Zahnrad
F₁, F₂, F₃, F₄: Federkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19756639 A1 [0003]
DE 4038170 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) mit drei Schaltstellungen (A, B, C) mit einem einfach angesteuerten Schaltzylinder als Betätigungselement (8), einem Schaltelement (10, 14, 18, 20) zum Schalten in die drei Schaltstellungen (A, B, C) und einem Druckregler, wobei der Schaltzylinder als Zylinder, mit einer Arbeitsleitung, ausgebildet ist und das Schaltelement (10, 14, 18, 20) von mindestens einem Federelement (22, 38, 42) per Federkraft in eine Endlage (A) gedrückt wird und gegen diese Federkraft in die weiteren Schaltstellungen (B, C) verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelstellung (B) erkannt wird, indem bei Erreichen der korrekten Schaltelementposition ein sprunghafter Kraftanstieg beim Verschieben des Schaltelements gegen die Federkraft erzeugt wird und dadurch über einen Druckregler ein konkreter Druck für die Mittelstellung (B) eingestellt werden kann.
Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sprunghafte Kraftanstieg durch eine Verkürzung eines Hebels erzeugt wird.
Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkürzung des Hebels über eine Kontur an der Anlage eines Federelements (22) erzeugt wird.
Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkürzung des Hebels über eine Kontur an einem Druckstück (20) und/oder an einer Halterung (24) des Federelements (22) erzeugt wird.
Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Federelemente Tellerfedern (22) verwendet werden.
Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sprunghafte Kraftanstieg durch mindestens zwei Federelemente (38, 42) erzeugt wird, wobei die Federkraft mindestens eines Federelements (38) ab einer ersten Schaltstellung (A) und die Federkraft mindestens eines zweiten Federelements (42) erst ab der Mittelstellung (B) auf das Schaltelement (10, 14, 18, 20) wirkt.
Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Spiralfedern (38, 42) als Federelemente eingesetzt werden.
Verfahren zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (22, 38, 42) so ausgelegt werden, dass sie eine annähernd über den Stellweg zwischen Ausgangsstellung (A) und Mittelstellung (B) konstante Federkraft aufbringen.
Vorrichtung zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) mit drei Schaltstellungen (A, B, C) mit einem Schaltzylinder als Betätigungselement (8) und einem Druckregler, wobei der Schaltzylinder als einfach angesteuerter Zylinder, mit einer Arbeitsleitung, ausgebildet ist und das Stellelement (10, 14, 18, 20) per Federkraft in eine Endlage (A) gedrückt wird und mittels Fluiddruck im Schaltzylinder gegen die Federkraft in die weiteren Schaltstellungen (B, C) verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung bei Erreichen der Mittelstellung (B) einen sprunghaften Anstieg des Betätigungsdrucks am Schaltelement (10, 14, 18, 20) erzeugt.
Vorrichtung zur Betätigung eines Schaltelements (10, 14, 18, 20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage der Federelemente (22) eine Kontur zur Verkürzung eines Hebels aufweist.