DE102013218241A1

DE102013218241A1 - Klauenschaltelement umfassend eine Schiebemuffe für ein Automatgetriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013218241A1
Application number: DE201310218241
Authority: DE
Inventors: Peter Ziemer; Martin Brehmer; Christoph Margraf; Benjamin Schneider
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2015-03-26
Also published as: US9470274B2; CN204153124U; US20150068344A1

Abstract

Es wird ein Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) vorgeschlagen, bei dem die Schiebemuffe (3) in ihren zwei Endpositionen reibschlüssig axial fixiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klauenschaltelement umfassend eine Schiebemuffe für ein Automatgetriebe eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der Entwicklung von Automatikgetrieben ist zu erwarten, dass vermehrt Klauenschaltelemente eingesetzt werden, vor allem deshalb, weil diese gegenüber konventionellen Reibschaltelementen hinsichtlich der Schleppmomente deutlich günstiger sind, so dass der Gesamtwirkungsgrad des Getriebes erhöht werden kann.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, sowohl die reibschlüssigen Schaltelemente, beispielsweise Lamellenschaltelemente, als auch die formschlüssigen Schaltelemente bzw. die Klauenschaltelemente eines Automatgetriebes über hydraulisch betätigte Kolben mit entsprechendem Druck geschlossen zu halten.
Hierbei erfolgt die Druckölführung zum Kolben der Schaltelemente über drehende Elemente, welche mittels Spaltdichtungen, z.B. mittels eines Gleitlagers und/oder Rechteckringe abgedichtet sind. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Drehdurchführungen weisen bei Betätigung des Schaltelementes, insbesondere mit hohen Kupplungsdrücken, in nachteiliger Weise Verluste infolge von Leckage auf.
In manuellen und automatisierten Getrieben sowie in Doppelkupplungsgetrieben hingegen werden die größtenteils synchronisierten Klauenkupplungen über Schaltgabeln betätigt. Die Mitnahmeverzahnungen werden dabei mit einem Hinterschnitt versehen, um bei Last ein unbeabsichtigtes Auslegen zu verhindern. Im lastlosen Zustand wird die jeweilige Schiebemuffe durch angefederte Kugeln axial arretiert. Ferner werden die Schaltgabeln durch geeignete Vorrichtungen in ihrer axialen Lage fixiert.
Die angefederten Kugeln benötigen jedoch viel Bauraum, welcher gerade in Automatgetrieben nicht immer vorhanden ist.
Aus der US 5667330 A geht eine Klauenkupplung mit einem zentrischen, einseitig mit Druck beaufschlagbaren Kolben und einer Rückstellfeder hervor. Bei der bekannten Klauenkupplung ist zur Betätigung ein Finger vorgesehen, der durch ein in einer Welle vorgesehenes Langloch hindurchgreift. Bei der bekannten Klauenkupplung wird eine Betätigung der Klauenkupplung im Inneren der Welle realisiert.
Aus der DE 10 2009 026 707 A1 der Anmelderin ist eine Anordnung mit zumindest einer Klauenkupplung zum schaltbaren Koppeln und Entkoppeln einer Welle eines Automatgetriebes in Planetenbauweise mit zumindest einem Bauteil bekannt, wobei die Welle mit einem Bauteil eines Planetenradsatzes verbindbar ist und wobei die Klauenkupplung zentrisch im Wesentlichen innerhalb eines Sonnenrades des Planetenradsatzes angeordnet ist. Dadurch soll eine bauraumneutrale Anordnung geschaffen werden.
Ferner geht aus der DE 10 2009 026 710 A1 der Anmelderin eine Anordnung mit zumindest einer Klauenkupplung hervor, welche mit wenigstens einem Bauteil eines Getriebes verbindbar ist, wobei die Klauenkupplung im Wesentlichen innerhalb eines Lagerträgers des Getriebes angeordnet ist und einen feststehenden Zylinder aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Klauenschaltelement umfassend eine Schiebemuffe, insbesondere für ein Automatgetriebe anzugeben, welches nur zur Schaltung Energie benötigt und einen möglichst geringen Bauraumbedarf aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Klauenschaltelement vorgeschlagen, bei dem die Schiebemuffe in ihren zwei Endpositionen – geschaltet bzw. offen – bauraum- und kostengünstig reibschlüssig, mittels eines Bauteils, vorzugsweise mittels zumindest eines ortsfest angeordneten Bauteiles, das vorzugsweise als Elastomerbauteil ausgeführt ist, axial fixiert wird. Die axiale Kraft, die bei Betätigung auf die Schiebemuffe wirkt, ist höher als die Haftreibung zwischen der Schiebemuffe und dem ortsfest angeordneten Bauteil, zwischen dem und der Schiebemuffe der Reibschluss entsteht. Wenn die Schiebemuffe betätigt wird, gleitet sie entlang der Lauffläche des Bauteiles, zwischen dem und der Schiebemuffe der Reibschluss zur axialen Fixierung der Schiebemuffe in den Endpositionen entsteht, z.B. des Elastomerbauteiles.
Die Verzahnungen des erfindungsgemäßen Klauenschaltelementes sind vorzugsweise ohne Flankenwinkel bzw. ohne einen Hinterschnitt ausgeführt.
Gemäß der Erfindung wird die Schiebemuffe des Klauenschaltelementes über einen z.B. im Gehäuse angeordneten, also nicht mitdrehenden Betätigungskolben betätigt, welcher beispielsweise mit Fingern oder mit einem umlaufenden Vorsprung in eine Nut in der Schiebemuffe hineinragt. Hierbei ist zwischen den beiden Bauteilen ein axiales Spiel vorgesehen.
Die Endlagenfixierung der Schiebemuffe erfolgt dabei vorzugsweise über den Betätigungskolben mit eigenen definierten Endlagen. Erfindungsgemäß sind, um den Reibkontakt zwischen dem im drucklosen Zustand in seiner jeweiligen Lage vor allem durch seine Dichtelemente über Reibschluss gehaltenen Betätigungskolben und der in ihrer jeweiligen Lage durch das Elastomerbauteil ebenfalls über Reibschluss gehaltenen Schiebemuffe aufzulösen, an den beiden Endlagen des Betätigungskolbens Mittel vorgesehen, welche diesen nach Rücknahme des Betätigungsdruckes teilrückstellen.
Im Rahmen einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel zur Teilrückstellung des Betätigungskolbens als federnde Elemente ausgeführt, wobei im Rahmen einer Weiterbildung vorgeschlagen wird, die federnden Elemente an den beiden Endlagen des Kolbens vorgespannt auszuführen bzw. anzuordnen, um eine definierte Teilrückstellung zu erzielen. Die federnden Elemente können als Teller- oder Wellfedern ausgeführt sein.
Ohne Vorspannung wird der Betätigungskolben in einem Bereich von einer Restvorspannkraft größer 0 bis gleich 0 teilrückgestellt. Durch die Vorspannung entsteht der Vorteil, dass das Axialspiel zwischen der Schiebemuffe und dem Betätigungskolben kleiner ausgeführt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Teilrückstellung des Betätigungskolbens nicht durch federnde Bauelemente sondern durch EIastomerpuffer zu erzielen, wobei die Elastomerpuffer und das jeweilige Dichtelement, das beispielsweise als anvulkanisierter Lippendichtring ausgeführt sein kann, vorzugsweise einstückig ausgeführt sind. Durch diese Ausgestaltung entsteht der Vorteil, dass bei einer Absenkung der Herstellungs- und Montagekosten der erforderliche Bauraum weiter reduziert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Betätigungskolben in einer Hülse zusammen mit den Dichtelementen und Mitteln zur Teilrückstellung des Betätigungskolbens vormontiert bzw. eingebaut ist, wobei die vormontierte Hülse in ein Gehäuse, z.B. in ein Getriebegehäuse ggf. auf Anschlag eingepresst wird und montageseitig durch ein weiteres Bauteil oder ein Sicherungselement axial fixiert wird.
Ferner kann die Lauffläche des Elastomerbauteils zur Fixierung der Schiebemuffe in den zwei Positionen ballig ausgeführt sein, um dadurch die Sicherheit gegen eine unbeabsichtigte Axialbewegung der Schiebemuffe zu erhöhen.
Das erfindungsgemäße Klauenschaltelement kann anstelle des Betätigungskolbens mit einer Schaltgabel betätigt werden, welche mit Fingern in eine korrespondierende Nut der Schiebemuffe greift, wobei ein Kolben zur Betätigung der Schaltgabel vorgesehen ist, der im Wesentlichen achsparallel zur Schiebemuffe in einer Hülse angeordnet ist. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können in den beiden Endlagen des Kolbens Mittel zur Teilrückstellung des Kolbens vorgesehen sein, welche den Kolben nach Rücknahme des Betätigungsdruckes teilrückstellen. Die Mittel zur Teilrückstellung des Kolbens können als federnde Elemente, vorzugsweise als Druckfedern oder als EIastomerpuffer ausgeführt sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
1: eine schematische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Klauenschaltelementes, bei dem die Schiebemuffe durch einen Betätigungskolben betätigt wird;
2: eine schematische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Klauenschaltelementes, bei dem die Schiebemuffe durch einen Betätigungskolben betätigt wird;
3: eine schematische Ansicht einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Klauenschaltelementes, bei dem die Schiebemuffe durch einen Betätigungskolben betätigt wird; und
4: eine schematische Ansicht einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Klauenschaltelementes, bei dem die Schiebemuffe durch eine Schaltgabel betätigt wird.
In 1 ist eine schematische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Klauenschaltelementes 1 dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 2 ist das Gehäuse des Klauenschaltelementes 1 bezeichnet.
Gemäß der Erfindung wird die Schiebemuffe 3 des Klauenschaltelementes 1 in ihren zwei Endpositionen, die jeweils dem Klauenschaltelement 1 im geschlossenen bzw. offenen Zustand entsprechen reibschlüssig, vorzugsweise mittels zumindest eines Elastomerbauteiles 4 fixiert. Bei dem gezeigten Beispiel sind die Verzahnungen 5 des Klauenschaltelementes 1 ohne Flankenwinkel bzw. ohne einen Hinterschnitt ausgeführt.
Bezugnehmend auf 1 wird die Schiebemuffe 3 des Klauenschaltelementes 1 über einen im Gehäuse 2 angeordneten, nicht mitdrehenden hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Betätigungskolben 6 betätigt, welcher bei dem gezeigten Beispiel mit Fingern 7 in eine korrespondierende Nut 8 in der Schiebemuffe 3 hineinragt. Alterativ zu den Fingern 7 kann der Betätigungskolben 6 einen umlaufenden Vorsprung aufweisen, welcher in eine korrespondierende Nut 8 in der Schiebemuffe 3 hineinragt. Zwischen den Fingern 7 oder dem Vorsprung des Betätigungskolbens 6 und der Nut 8 der Schiebemuffe 3 ist ein axiales Spiel vorgesehen.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Endlagenfixierung der Schiebemuffe 3 über den Betätigungskolben 6, der axial betrachtet eigene definierte Endlagen bzw. Endpositionen aufweist, wobei an den beiden Endlagen des Betätigungskolbens 6 federnde Elemente 9, 10 vorgesehen sind, die den Betätigungskolben 6 nach Rücknahme des Betätigungsdruckes teilrückstellen.
Die federnden Elemente 9, 10 können beispielsweise als Tellerfedern ausgeführt sein. Durch die federnden Elemente 9, 10 wird der Reibkontakt zwischen dem im drucklosen Zustand in seiner jeweiligen Lage vor allem durch seine Dichtelemente 11 über Reibschluss gehaltenen Betätigungskolben 6 und der in ihrer jeweiligen Lage durch das Elastomerbauteil 4 ebenfalls über Reibschluss gehaltenen Schiebemuffe 3 aufgelöst. Die Dichtelemente 11 des Betätigungskolbens 6 können als anvulkanisierte Lippendichtringe ausgeführt sein. In den Figuren sind mit dem Bezugszeichen 15 Druckölzuführungen bezeichnet.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung und bezugnehmend auf 2 sind die federnden Elemente 9, 10 an den beiden Endlagen des Betätigungskolbens 6 vorgespannt ausgeführt bzw. angeordnet, um eine definierte Teilrückstellung zu erzielen. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel sind die als Tellerfedern ausgeführte federnde Elemente 9, 10 eingeklemmt angeordnet und somit vorgespannt.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 ist der Betätigungskolben 6 in einer Hülse 12 zusammen mit den Dichtelementen 11 und den federnden Elementen 9, 10 vormontiert bzw. eingebaut, wobei die vormontierte Hülse 12 in das Gehäuse 2 eingepresst wird und montageseitig durch ein weiteres Bauteil oder ein Sicherungselement axial fixiert wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, die Gegenstand der 3 ist, wird eine Teilrückstellung des Betätigungskolbens 6 nicht durch federnde Elemente, wie in 1 und 2 gezeigt, sondern durch EIastomerpuffer 13, 14 erzielt, wobei die Elastomerpuffer und das jeweilige Dichtelement 11, das beispielsweise als anvulkanisierter Lippendichtring ausgeführt sein kann, vorzugsweise einstückig ausgeführt sind. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel ist analog zu den Ausführungsbeispielen nach 1 oder 2 der Betätigungskolben 6 in einer Hülse 12 zusammen mit den Dichtelementen 11 und den Elastomerpuffern 13, 14 vormontiert bzw. eingebaut.
Zudem ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 die Lauffläche des Elastomerbauteils 4 zur axialen Fixierung der Schiebemuffe 3 des Klauenschaltelementes 1 in den zwei Endpositionen ballig ausgeführt, um dadurch die Sicherheit gegen eine unbeabsichtigte Axialbewegung der Schiebemuffe 3 zu erhöhen.
Gegenstand der 4 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klauenschaltelementes 1, bei dem anstelle eines Betätigungskolbens zur Betätigung der Schiebemuffe 3 eine Schaltgabel 16 vorgesehen ist. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Schiebemuffe 3 des Klauenschaltelementes 1 in ihren zwei Endpositionen, die jeweils dem Klauenschaltelement 1 im geschlossenen bzw. offenen Zustand entsprechen, reibschlüssig, vorzugsweise mittels zumindest eines Elastomerbauteiles 4 fixiert.
Die Schaltgabel 16 greift mit Fingern 7 in eine korrespondierende Nut 8 der Schiebemuffe 3, wobei der Kolben 17 zur Betätigung der Schaltgabel im Wesentlichen achsparallel zur Schiebemuffe 3 in einer Hülse 18 angeordnet ist. Hierbei sind in den beiden Endlagen des Kolbens 17 Mittel zur Teilrückstellung des Kolbens 17 vorgesehen, die den Kolben 17 nach Rücknahme des Betätigungsdruckes teilrückstellen, wobei die Mittel zur Teilrückstellung des Kolbens als federnde Elemente 19, vorzugsweise als Druckfedern, wie in 4 gezeigt, oder als EIastomerpuffer ausgeführt sind. Die federnden Elemente, insbesondere die Druckfedern können vorgespannt ausgeführt bzw. angeordnet sein, wodurch eine definierte Teilrückstellung des Kolbens 17 erzielbar ist.
Für den Fall, dass die federnden Elemente als Elastomerpuffer ausgeführt sind, können diese mit den Dichtelementen 11 des Kolbens 17 einstückig ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste

1: Klauenschaltelement
2: Gehäuse
3: Schiebemuffe
4: Elastomerbauteile
5: Verzahnungen des Klauenschaltelementes 1
6: Betätigungskolben
7: Finger
8: Nut
9: federndes Element
10: federndes Element
11: Dichtelement
12: Hülse
13: EIastomerpuffer
14: EIastomerpuffer
15: Druckölzuführung
16: Schaltgabel
17: Kolben
18: Hülse
19: federndes Element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5667330 A [0007]
DE 102009026707 A1 [0008]
DE 102009026710 A1 [0009]

Claims

Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (3) in ihren zwei Endpositionen reibschlüssig axial fixiert wird.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (3) in ihren zwei Endpositionen mittels zumindest eines ortsfest angeordneten Bauteiles (4) reibschlüssig axial fixiert wird, wobei die Schiebemuffe (3) bei Betätigung entlang des Bauteiles (4) gleitet und wobei die axiale Kraft, die bei Betätigung auf die Schiebemuffe (3) wirkt, höher ist, als die Haftreibung zwischen Schiebemuffe (3) und Bauteil (4).
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (4), zwischen dem und der Schiebemuffe (3) der Reibschluss zur axialen Fixierung der Schiebemuffe (3) entsteht, als Elastomerbauteil ausgeführt ist.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche des Elastomerbauteils (4) ballig ausgeführt ist.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (3) über einen im Gehäuse (2) angeordneten, nicht mitdrehenden Betätigungskolben (6) betätigt wird, welcher mit Fingern (7) oder einem umlaufenden Vorsprung in eine korrespondierende Nut (8) in der Schiebemuffe (3) hineinragt, wobei zwischen den Fingern (7) oder dem Vorsprung des Betätigungskolbens (6) und der Nut (8) der Schiebemuffe (3) ein axiales Spiel vorgesehen ist, wobei der Betätigungskolben (6) eigene definierte Endlagen aufweist und wobei an den beiden Endlagen des Betätigungskolbens (6) Mittel (9, 10, 13, 14) vorgesehen sind, die den Betätigungskolben (6) nach Rücknahme des Betätigungsdruckes teilrückstellen.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Teilrückstellung des Betätigungskolbens (6) als federnde Elemente (9, 10) oder als Elastomerpuffer (13, 14) ausgeführt sind.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Elemente (9, 10) an den beiden Endlagen des Betätigungskolbens (6) vorgespannt ausgeführt sind, um eine definierte Teilrückstellung zu erzielen.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Elemente (9, 10) als Tellefedern oder Wellfedern ausgeführt sind.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerpuffer (13, 14) und die Dichtelemente (11) des Betätigungskolbens (6) einstückig ausgeführt sind.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche 5–9, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungskolben (6) in einer Hülse (12) zusammen mit den Dichtelementen (11) und den Mitteln (9, 10, 13, 14) zur Teilrückstellung des Betätigungskolbens (6) vormontiert bzw. eingebaut wird, wobei die vormontierte Hülse (12) in ein Gehäuse (2) eingepresst wird und montageseitig durch ein weiteres Bauteil oder ein Sicherungselement axial fixiert wird.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (3) über eine Schaltgabel (16) betätigt wird, welche mit Fingern (7) in eine korrespondierende Nut (8) in der Schiebemuffe (3) greift, wobei der Kolben (17) zur Betätigung der Schaltgabel (16) im Wesentlichen achsparallel zur Schiebemuffe (3) in einer Hülse (18) angeordnet ist, wobei in den beiden Endlagen des Kolbens (17) Mittel (19) zur Teilrückstellung des Kolbens (17) vorgesehen sind, die den Kolben (17) nach Rücknahme des Betätigungsdruckes teilrückstellen.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Teilrückstellung des Kolbens (17) als federnde Elemente (19) oder als Elastomerpuffer ausgeführt sind.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Elemente (19) als Druckfedern ausgeführt sind.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Elemente (19) vorgespannt ausgeführt sind.
Klauenschaltelement (1) umfassend eine Schiebemuffe (3) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerpuffer und die Dichtelemente (11) des Kolbens (17) einstückig ausgeführt sind.