DE102017203764A1

DE102017203764A1 - Betätigungsvorrichtung zum Betätigen eines Getriebeschaltelements

Info

Publication number: DE102017203764A1
Application number: DE102017203764.4A
Authority: DE
Inventors: Tamas Gyarmati
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung zum Betätigen eines Getriebeschaltelements. Die Betätigungsvorrichtung ist gekennzeichnet durch einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben, die relativ zueinander beweglich sind, ein Gehäuse mit einem Kolbenraum, in dem der erste Kolben und der zweite Kolben angeordnet sind, und wenigstens eine Öffnung zum Zuführen von Öl in den Kolbenraum, wobei der zweite Kolben wahlweise durch den ersten Kolben und das zugeführte Öl oder durch das zugeführte Öl in eine Betätigungsstellung drückbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung zum Betätigen eines Getriebeschaltelements. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Getriebe mit einer solchen Betätigungsvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Betätigungsvorrichtungen bekannt, mittels denen Getriebeschaltelemente betätigt werden können. Dabei müssen die Betätigungsvorrichtungen zum Teil sich widersprechende Anforderungen erfüllen. So ist einerseits gewünscht, dass durch die Betätigungsvorrichtung eine hohe Betätigungskraft auf das Getriebeschaltelement ausgeübt wird, so dass hohe Drehmomente an dem Getriebeschaltelement anliegen können. Dies ist insbesondere bei einem Anfahrvorgang, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, relevant, bei dem hohe Stellmomente auftreten. Üblicherweise wird die Bereitstellung der höheren Betätigungskraft dadurch realisiert, dass eine groß dimensionierte Betätigungsvorrichtung eingesetzt wird. Gleichzeitig besteht andererseits auch der Wunsch, dass eine genaue Regelung des in einen Kolbenraum der Betätigungsvorrichtung zugeführten Öls erfolgt, um ein weiches Anfahren beispielsweise des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen und damit den Fahrkomfort zu erhöhen. Eine genaue Regelung ist bei groß dimensionierten Betätigungsvorrichtungen oftmals nicht in der gewünschten Weise möglich.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine Betätigungsvorrichtung vorzustellen, mittels der hohe Betätigungskräfte realisiert werden können und die nicht groß dimensioniert ist.
Die Aufgabe wird durch eine Betätigungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben, die relativ zueinander beweglich sind, ein Gehäuse mit einem Kolbenraum, in dem der erste Kolben und der zweite Kolben angeordnet sind, und wenigstens eine Öffnung zum Zuführen von Öl in den Kolbenraum, wobei der zweite Kolben wahlweise durch den ersten Kolben und das zugeführte Öl oder durch das zugeführte Öl in eine Betätigungsstellung drückbar ist.
Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung weist den Vorteil auf, dass die durch den zweiten Kolben auf das Getriebeschaltelement ausgeübte Betätigungskraft auf einfache Weise eingestellt werden kann. So kann durch den zweiten Kolben eine erste Betätigungskraft auf das Getriebeschaltelement ausgeübt werden, wenn der zweite Kolben durch den ersten Kolben und das Öl in die Betätigungsstellung gedrückt wird. Alternativ kann durch den zweiten Kolben eine zweite Betätigungskraft, die kleiner als die erste Betätigungskraft ist, auf das Getriebeschaltelement ausgeübt werden, wenn der zweite Kolben nicht durch den ersten Kolben, sondern durch das Öl in die Betätigungsstellung gedrückt wird. Im Ergebnis kann eine Betätigungsvorrichtung bereitgestellt werden, die je nach Bedarf die benötigte Betätigungskraft bereitstellt. Insbesondere kann durch die Betätigungsvorrichtung eine hohe Betätigungskraft bereitgestellt werden, ohne die Notwendigkeit, die Betätigungsvorrichtung groß zu dimensionieren.
Im Sinne der Erfindung entspricht die Betätigungsstellung einer Stellung des zweiten Kolbens, bei dem der zweite Kolben eine Betätigungskraft auf das Getriebeschaltelement ausübt und dieses somit betätigt, also schließt oder öffnet. Das Getriebeschaltelement kann ein Lamellenpaket aufweisen, das durch den zweiten Kolben betätigt wird. Darüber hinaus kann das Getriebeschaltelement als Bremse oder Kupplung ausgeführt sein. Das Getriebeschaltelement kann als Anfahrelement dienen.
Bei einer besonderen Ausführung kann die Betätigungsvorrichtung eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweisen, durch die jeweils Öl in den Kolbenraum zugeführt werden kann. So kann ein erstes Öl durch die erste Öffnung in den Kolbenraum und ein zweites ÖL kann durch die zweite Öffnung in den Kolbenraum zugeführt werden. Natürlich ist die Anzahl der Öffnungen der Betätigungsvorrichtung nicht auf zwei beschränkt. Dabei kann die durch den zweiten Kolben auf das Getriebeschaltelement ausgeübte Betätigungskraft davon abhängen, durch welche der Öffnungen das Öl in den Kolbenraum zugeführt wird. Durch die Auswahl der Anzahl der Öffnungen und der Öffnungen, durch die das Öl tatsächlich in den Kolbenraum strömen soll, kann eine genaue Regelung des in den Kolbenraum zugeführten Öls realisiert werden. Dementsprechend kann durch Einsatz der Betätigungsvorrichtung ein weiches Anfahren beispielsweise eines Kraftfahrzeugs realisiert werden. Die Ölzuführung in den Kolbenraum kann durch eine der Öffnungen oder durch alle Öffnungen erfolgen.
Für den Fall, dass das Öl nicht durch alle Öffnungen in den Kolbenraum zugeführt wird, kann die Betätigungskraft davon abhängen, durch welche der Öffnungen das Öl tatsächlich in den Kolbenraum zugeführt wird. Bei einer Zuführung des ersten Öls durch die erste Öffnung und des zweiten Öls durch die zweite Öffnung in den Kolbenraum kann die durch den zweiten Kolben auf das Getriebeschaltelement ausgeübte Betätigungskraft kleiner sein als wenn nur das erste Öl durch die erste Öffnung in den Kolbenraum zugeführt wird. Der Kolbenraum kann ringförmig ausgebildet sein.
Die erste Öffnung kann Bestandteil einer ersten Ölleitung und die zweite Öffnung kann Bestandteil einer zweiten Ölleitung sein. Die erste Ölleitung kann mit einer in dem Getriebe vorhandenen Ölquelle fluidisch verbunden und/oder der Betätigungsvorrichtung zugeordnet sein. Die zweite Ölleitung kann eine Abzweigung einer dritten Ölleitung sein, die einer anderen Betätigungsvorrichtung eines anderen Getriebeschaltelements zugeordnet ist.
Bei einem Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung kann das erste Öl durch die erste Öffnung in den Kolbenraum zugeführt werden, wobei in diesem Fall keine Ölzuführung durch die zweite Öffnung erfolgt. Das in den Kolbenraum zugeführte erste Öl und der erste Kolben drücken den zweiten Kolben in die Betätigungsstellung. Dies bedeutet, dass auf den zweiten Kolben zwei gleichgerichtete Kräfte, nämlich die durch den ersten Kolben und die durch das erste Öl jeweils ausgeübte Kraft, wirken. Daher ist die auf den zweiten Kolben wirkende Resultierende Kraft, die der durch den zweiten Kolben auf das Getriebeschaltelement ausgeübten Betätigungskraft entspricht, hoch.
Bei einem alternativen Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung können das erste Öl durch die erste Öffnung und das zweite Öl durch die zweite Öffnung in den Kolbenraum zugeführt werden. In diesem Fall drückt das zugeführte erste Öl den zweiten Kolben in die Betätigungsstellung. Von dem ersten Kolben wird keine Kraft auf den zweiten Kolben ausgeübt. Die auf den zweiten Kolben wirkende Kraft ist geringer als bei dem zuvor beschriebenen Betriebszustand, so dass auch die von dem zweiten Kolben auf das Getriebeschaltelement ausgeübte Betätigungskraft kleiner ist als bei dem zuvor beschriebenen Betriebszustand.
Bei einem alternativen Betriebszustand kann das zweite Öl durch die zweite Öffnung in den Kolbenraum zugeführt werden. Dabei erfolgt keine Ölzuführung durch die erste Öffnung in den Kolbenraum. In diesem Fall wird auf den zweiten Kolben keine Kraft ausgeübt, die den zweiten Kolben in die Betätigungsstellung drückt. Dementsprechend wird durch den zweiten Kolben auch keine Betätigungskraft auf das Getriebeschaltelement ausgeübt.
Bei einer ganz besonderen Ausführung kann die Betätigungsvorrichtung einen dritten Kolben aufweisen. Dabei kann der dritte Kolben bezogen auf den ersten und zweiten Kolben derart angeordnet sein, dass eine dritte Wirkfläche des dritten Kolbens zwischen einer ersten Wirkfläche des ersten Kolbens und einer zweiten Wirkfläche des zweiten Kolbens angeordnet ist. Der dritte Kolben kann relativ zu dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben beweglich sein. Dabei kann der dritte Kolben derart ausgebildet und angeordnet sein, dass der erste Kolben den zweiten Kolben in die Betätigungsstellung drücken kann, ohne in Kontakt mit dem dritten Kolben zu gelangen. Der erste Kolben und/oder der zweite Kolben und/oder der dritte Kolben können jeweils ringförmig ausgebildet sein.
Der Kolbenraum kann eine erste Kammer, eine zweite Kammer und eine dritte Kammer aufweisen. Die erste Kammer kann sich zwischen dem Gehäuse und dem ersten Kolben ausgebildet sein. Dabei kann das Gehäuse einen in den Kolbenraum ragenden Vorsprung umfassen. Der erste Kolben kann den Vorsprung teilweise umschließen, wobei sich die erste Kammer zwischen dem Vorsprung und dem ersten Kolben ausbildet.
Die zweite Kammer kann zwischen dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben ausgebildet sein und die dritte Kammer kann zwischen dem dritten Kolben und dem zweiten Kolben ausgebildet sein. Die erste Kammer und die dritte Kammer können miteinander fluidisch verbunden sein. Als fluidische Verbindung zwischen der ersten Kammer und der dritten Kammer wird eine Verbindung verstanden, bei der beispielsweise ein Strömen des ersten Öls von der ersten Kammer in die dritte Kammer oder umgekehrt möglich ist.
Der erste Kolben kann derart ausgebildet und angeordnet sein, dass bei einer Beaufschlagung der ersten Wirkfläche mit dem ersten Öl der erste Kolben in Richtung zur zweiten Wirkfläche bewegt wird, wenn in der zweiten Kammer kein zweites Öl vorhanden ist. Bei einer Beaufschlagung der ersten Wirkfläche mit dem zweiten Öl bewegt sich der erste Kolben in eine von der Betätigungsstellung und/oder der zweiten Wirkfläche weg weisende Richtung, wenn in der ersten Kammer kein erstes Öl vorhanden ist.
Der zweite Kolben kann derart angeordnet und ausgebildet sein, dass sich bei einer Beaufschlagung der zweiten Wirkfläche mit dem ersten Öl der zweiten Kolben in Richtung zur Betätigungsstellung bewegt. Die Betätigungsvorrichtung kann eine Rückstellmittel, wie eine Feder aufweisen, die ein Rückführen des zweiten Kolbens von der Betätigungsstellung in eine Ausgangsstellung bewirkt, wenn in der dritten Kammer kein erstes Öl vorhanden ist.
Der dritte Kolben kann derart angeordnet und ausgebildet sein, dass sich bei einer Beaufschlagung der dritten Wirkfläche mit dem in der dritten Kammer befindlichen ersten Öl die dritte Wirkfläche in Richtung zu der ersten Wirkfläche bewegt, wenn in der zweiten Kammer kein zweites Öl vorhanden ist. Bei einer Beaufschlagung der dritten Wirkfläche mit dem ersten und zweiten Öl bewegt sich die dritte Wirkfläche in Richtung zu der zweiten Wirkfläche.
Der erste Kolben kann derart ausgebildet sein, dass die erste Wirkfläche parallel zu der zweiten und/oder dritten Wirkfläche angeordnet ist. Darüber hinaus kann die erste Wirkfläche quer, insbesondere senkrecht, zu einer Bewegungsrichtung des ersten Kolbens sein. Die durch das erste Öl auf die erste Wirkfläche ausgeübte Kraft kann gleichgerichtet zu der Bewegungsrichtung des ersten Kolbens sein. Die zweite Wirkfläche kann quer, insbesondere senkrecht, zu der Bewegungsrichtung des zweiten Kolbens sein. Die durch das erste Öl auf die zweite Wirkfläche ausgeübte Kraft kann gleichgerichtet zu der Bewegungsrichtung des zweiten Kolbens sein.
Darüber hinaus kann die dritte Wirkfläche quer, insbesondere senkrecht, zu der Bewegungsrichtung des dritten Kolbens sein. Die Bewegungsrichtung des ersten Kolbens und die Bewegungsrichtung des zweiten Kolbens und/oder die Bewegungsrichtung des dritten Kolbens können parallel zueinander und/oder gleichgerichtet sein.
Die durch den zweiten Kolben auf das Getriebeschaltelement ausgeübte Betätigungskraft hängt unter anderem von der Größe der ersten Wirkfläche und der zweiten Wirkfläche ab. Insbesondere ist die Betätigungskraft umso höher, je größer die mit Öl beaufschlagte erste Wirkfläche und/oder zweite Wirkfläche ist.
Bei einer besonderen Ausführung kann die erste Öffnung derart angeordnet sein, dass das erste Öl durch die erste Öffnung in die erste Kammer zugeführt wird. Von der ersten Kammer kann das erste Öl in die dritte Kammer strömen. Dabei kann das durch die erste Öffnung eingeströmte erste Öl nicht in die zweite Kammer gelangen. Die zweite Öffnung kann derart angeordnet sein, dass das zweite Öl durch die zweite Öffnung in die zweite Kammer zugeführt wird. Dabei kann das durch die zweite Öffnung zugeführte Öl nicht in die erste Kammer und die dritte Kammer strömen.
Das Unterbinden einer Ölströmung von der ersten Kammer und/oder der dritten Kammer in die zweite Kammer oder umgekehrt kann besonders einfach dadurch realisiert werden, dass die erste Kammer und die dritte Kammer von der zweiten Kammer abgedichtet sind. Das Abdichten kann durch Dichtungen erfolgen, die mit den jeweiligen Kolben drehfest verbunden sind.
Die oben beschriebene Zuweisung der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung zu den einzelnen Kammern ermöglicht folgende Betriebszustände der Betätigungsvorrichtung. So kann bei einem Zuführen des ersten Öls durch die erste Öffnung in die erste Kammer der erste Kolben in Richtung zum zweiten Kolben bewegt werden. Dabei kann der erste Kolben gegen den zweiten Kolben stoßen und anschließend eine Kraft auf den zweiten Kolben ausüben, die den zweiten Kolben in die Betätigungsstellung bewegt. Das in die erste Kammer eingeströmte erste Öl kann in die dritte Kammer einströmen und dort eine weitere Kraft auf den zweiten Kolben ausüben, die diesen ebenfalls in die Betätigungsstellung bewegt.
Alternativ kann bei einem alleinigen Zuführen des zweiten Öls durch die zweite Öffnung in die zweite Kammer kann nur das in die dritte Kammer zugeführte Öl den zweiten Kolben in die Betätigungsstellung drücken. In diesem Fall übt der erste Kolben keine Kraft auf den zweiten Kolben aus.
Bei einer ganz besonderen Ausführung kann der erste Kolben einen ersten Steg, der sich von einem Ende der ersten Wirkfläche erstreckt, und einen zweiten Steg aufweisen, der sich von einem anderen Ende der ersten Wirkfläche erstreckt. Der erste und/oder zweite Steg können mit der ersten Wirkfläche drehfest verbunden sein. Darüber hinaus können sich der erste Steg und/oder zweite Steg quer, insbesondere senkrecht, zur ersten Wirkfläche in die gleiche Richtung erstrecken und/oder parallel zu der Bewegungsrichtung des ersten Kolbens verlaufen. Außerdem können der erste und zweite Steg gleich lang sein.
Der zweite Kolben kann einen anderen Steg aufweisen, der sich von einem Ende der zweiten Wirkfläche erstreckt und/oder mit der zweiten Wirkfläche drehfest verbunden ist. Der andere Steg kann sich quer zur zweiten Wirkfläche erstrecken und/oder parallel zu der Bewegungsrichtung des zweiten Kolbens verlaufen. Insbesondere kann sich der andere Steg ausgehend von der zweiten Wirkfläche in Richtung zum ersten Kolben erstrecken.
Bei einem Zuführen von Öl in die erste Kammer kann der erste Kolben, insbesondere die erste Wirkfläche, gegen das von der zweiten Wirkfläche entfernte Ende des anderen Stegs stoßen. Im Ergebnis wird ein einfach aufgebauter zweiter Kolben bereitgestellt, bei dem sichergestellt ist, dass er durch den ersten Kolben betätigt werden kann.
Der dritte Kolben kann ein weiteren Steg und ein Anschlagselement aufweisen, wobei sich der weitere Steg von einem Ende der dritten Wirkfläche erstreckt und/oder mit der dritten Wirkfläche drehfest verbunden ist. Das Anschlagselement kann an dem von der dritten Wirkfläche entfernten Ende des weiteren Stegs angeordnet und/oder mit diesem verbunden sein. Der weitere Steg kann sich quer zur dritten Wirkfläche erstrecken und/oder parallel zu der Bewegungsrichtung des dritten Kolbens verlaufen. Zudem kann der weitere Steg länger ausgeführt sein als der erste und/oder zweite Steg des ersten Kolbens.
Der dritte Kolben kann derart ausgebildet und angeordnet sein, dass bei einem Zuführen von dem ersten Öl durch die erste Öffnung in den Kolbenraum das Anschlagselement gegen das Gehäuse stößt. Alternativ kann bei einem Zuführen von dem ersten Öl durch die erste Öffnung in den Kolbenraum und von dem zweiten Öl durch die zweite Öffnung in den Kolbenraum das Anschlagselement gegen ein von der ersten Wirkfläche entferntes Ende des zweiten Stegs stoßen.
Der zweite Kolben kann den dritten Kolben teilweise umschließen. Insbesondere kann der andere Steg die dritte Wirkfläche und einen Teil des weiteren Stegs des dritten Kolbens umschließen.
Von ganz besonderem Vorteil ist ein Getriebe mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung. Das Getriebe kann ein Mehrganggetriebe sein, das mehrere Schaltelemente und Radsätze zur Realisierung von Gängen mit unterschiedlicher Übersetzung aufweist. Das Getriebe kann in einem Kraftfahrzeug eingebaut werden.
In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung in einem Ruhezustand,
2 eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung in einem Betriebszustand, bei dem durch den zweiten Kolben eine hohe Betätigungskraft auf das Getriebeschaltelement ausgeübt wird,
3 eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung im einem Betriebszustand, bei dem durch den zweiten Kolben eine geringere Betätigungskraft auf das Getriebeschaltelement ausgeübt wird und
4 eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung in einem Betriebszustand, bei dem durch den zweiten Kolben keine Betätigungskraft auf das Getriebeschaltelement ausgeübt wird.

Die in 1 dargestellte Betätigungsvorrichtung zum Betätigen eines nicht dargestellten Getriebeschaltelements weist einen ersten Kolben 1 und einen zweiten Kolben 2 auf, die relativ zueinander beweglich sind. Darüber hinaus weist die Betätigungsvorrichtung ein Gehäuse 3 mit einem Kolbenraum 4 auf, in dem der erste Kolben 1 und der zweite Kolben 2 angeordnet sind. Außerdem weist die Betätigungsvorrichtung eine erste Öffnung 5 und eine zweite Öffnung 6 auf, durch die jeweils Öl in den Kolbenraum 4 zugeführt werden kann. Dabei kann durch die erste Öffnung 5 ein erstes Öl und durch die zweite Öffnung 6 ein zweites Öl in den Kolbenraum 4 zugeführt werden. Der zweite Kolben 2 kann dabei ausgehend von der in 1 dargestellten Ausgangsstellung wahlweise durch den ersten Kolben 1 und das in den Kolbenraum 4 zugeführte Öl oder durch das in den Kolbenraum 4 zugeführte erste Öl, also ohne Betätigung durch den ersten Kolben 1, in eine in 2 gezeigte Betätigungsstellung gedrückt werden.
Das Gehäuse 3 weist einen Vorsprung 23 auf, der eine äußere Wandung 24, eine innere Wandung 25 und eine Stirnfläche 26 aufweist, die mit der äußeren Wandung 24 und der inneren Wandung 25 verbunden ist. Die äußere Wandung 24 ist bezogen auf eine nicht dargestellte Getriebemittelachse in radialer Richtung weiter weg angeordnet als die innere Wandung 25. Im Vorsprung 23 ist eine erste Ölleitung 30 eingelassen, die die erste Öffnung 5 aufweist. Die erste Öffnung 5 und die Stirnfläche 26 des Vorsprungs 23 sind in einer Ebene angeordnet. In der ersten Ölleitung 30 kann ein erstes Ventil 31 angeordnet sein. Der Vorsprung 23 steht von einer Seitenwand 29 des Gehäuses 3 in den Kolbenraum 4 hervor.
Das Gehäuse 3 weist außerdem eine Außenwand 27 und eine Innenwand 28 auf, die den Kolbenraum 4 begrenzen, wobei die Außenwand 27 von der Getriebemittelachse weiter entfernt angeordnet ist als die Innenwand 28. Die Außenwand 27 und Innenwand 28 sind mit der Seitenwand 29 verbunden. An dem durch das Gehäuse 3 nicht begrenzten Ende des Kolbenraums 4 ist ein nicht dargestelltes Getriebeschaltelement angeordnet, das durch den zweiten Kolben 2 betätigt wird.
In dem Gehäuse 3 ist eine zweite Ölleitung 32 eingelassen, die die zweite Öffnung 6 aufweist. Die zweite Öffnung 6 und die Außenwand 27 des Gehäuses sind in derselben Ebene angeordnet. Die erste Ölleitung 30 und die zweite Ölleitung 32 befinden sich an unterschiedlichen Stellen des Gehäuses 3. In der zweiten Ölleitung 32 kann ein zweites Ventil 33 angeordnet sein.
Die Betätigungsvorrichtung weist neben dem ersten Kolben 1 und dem zweiten Kolben 2 einen dritten Kolben 7 auf, der ebenfalls im Kolbenraum 4 angeordnet ist. Der erste Kolben 1 weist eine erste Wirkfläche 9, einen ersten Steg 14 und einen zweiten Steg 16 auf. Der erste Steg 14 erstreckt sich von einem radial äußeren Ende der ersten Wirkfläche 9 in Richtung zur Seitenwand 29. Der zweite Steg 16 erstreckt sich von einem radial inneren Ende der ersten Wirkfläche 9 in Richtung zur Seitenwand 29. Der erste Steg 14 und der zweite Steg 16 sind gleich lang. Darüber hinaus sind der erste Steg 14 und der zweite Steg 16 mit der ersten Wirkfläche 9 drehfest verbunden.
Der zweite Kolben 2 weist einen anderen Steg 18 und eine zweite Wirkfläche 10 auf Der andere Steg 18 ist mit der zweiten Wirkfläche 10 drehfest verbunden und erstreckt sich von einem radial äußeren Ende der zweiten Wirkfläche 10 in Richtung zum ersten Kolben 1. Dabei erstreckt sich der andere Steg 18 derart weit von der zweiten Wirkfläche 10, dass in dem in 1 gezeigten Ruhezustand der Betätigungsvorrichtung ein Spalt zwischen dem ersten Kolben 1 und einer zum ersten Kolben 1 weisenden Auflagefläche 15 des anderen Stegs 18 vorhanden ist. Der zweite Kolben 2 ist mit einer Rückstellfeder 34 wirkverbunden, wobei sich ein Ende der Rückstellfeder 34 an der zweiten Wirkfläche 10 abstützt. Das andere Ende der Rückstellfeder 34 kann mit dem nicht dargestellten Getriebeschaltelement wirkverbunden sein.
Der dritte Kolben 7 weist einen weiteren Steg 20, ein Anschlagselement 21 und eine dritte Wirkfläche 8 auf. Der weitere Steg 20 ist mit der dritten Wirkfläche 8 drehfest verbunden und erstreckt sich von einem radial inneren Ende der dritten Wirkfläche 8 in Richtung zur Seitenwand 29. Der weitere Steg 20 ist dabei länger ausgeführt als der erste und zweite Steg 14, 15 des ersten Kolbens 1. Das Anschlagselement 21 ist mit dem weiteren Steg 20 drehfest verbunden und an dem von der dritten Wirkfläche 8 entfernten Ende angeordnet. Das Anschlagselement 21 erstreckt sich von dem weiteren Steg 21 in radialer Richtung bezogen auf die nicht dargestellte Getriebemittelachse.
Der erste, zweite und dritte Kolben 1, 2, 7 sind derart angeordnet, dass die dritte Wirkfläche 8 in axialer Richtung bezogen auf die nicht dargestellte Getriebemittelachse zwischen der ersten Wirkfläche 9 und der zweiten Wirkfläche 10 angeordnet ist. Der erste, zweite und dritte Kolben 1, 2, 7 können sich in Bewegungsrichtung B innerhalb des Kolbenraums 4 bewegen. Die Bewegungsrichtung B verläuft im Wesentlichen senkrecht zu der ersten, zweiten und dritten Wirkfläche 8, 9, 10.
Zwischen dem Vorsprung 23 und dem ersten Kolben 1 ist eine erste Kammer K1 ausgebildet, die mit der ersten Ölleitung 30 fluidisch verbunden ist. Die erste Kammer K1 wird seitens des ersten Kolbens 1 durch den ersten Steg 14, die erste Wirkfläche 9 und den zweiten Steg 16 und seitens des Vorsprungs 23 durch die äußere Wandung 24, die Stirnfläche 26 und die innere Wandung 25 begrenzt. Zwischen dem ersten Kolben 1 und dem dritten Kolben 7 ist eine zweite Kammer K2 ausgebildet. Die zweite Kammer K2 wird durch die erste Wirkfläche 9, den zweiten Steg 16, die dritte Wirkfläche 8, den weiteren Steg 20 und einen Teil anderen Stegs 18 begrenzt. Zwischen dem zweiten Kolben 2 und dem dritten Kolben 7 ist eine dritte Kammer K3 ausgebildet. Die dritte Kammer K3 wird durch die zweite Wirkfläche 10, die dritte Wirkfläche 8 und einen Teil des anderen Stegs 18 begrenzt.
Die erste Öffnung 5 ist unmittelbar mit der ersten Kammer K1 fluidisch verbunden. Die erste Kammer K1 ist mittels eines ersten Ölkanals 17 mit der dritten Kammer K3 fluidisch verbunden. Dies bedeutet, dass das durch die erste Öffnung 5 in die erste Kammer eingeströmte Öl von dort durch den ersten Ölkanal 17 in die dritte Kammer K3 strömt. Die zweite Ölleitung 32 ist mittels eines zweiten Ölkanals 19 mit der zweiten Kammer K2 fluidisch verbunden. Dabei ist die zweite Öffnung 6 unmittelbar mit der zweiten Ölleitung 32 fluidisch verbunden.
Die Betätigungsvorrichtung weist eine erste Dichtung 11 auf, die mit dem ersten Steg 14 drehfest verbunden ist. Die erste Dichtung 11 verhindert, dass das in dem zweiten Ölkanal 19 vorhandene zweite Öl in die erste Kammer K1 strömen kann. Die erste Dichtung 11 ist zwischen dem ersten Steg 14 und der äußeren Wandung 24 des Vorsprungs 23 angeordnet. Darüber hinaus weist die Betätigungsvorrichtung eine zweite Dichtung 12 auf, die mit dem zweiten Steg 16 drehfest verbunden ist. Die zweite Dichtung 12 ist zwischen dem zweiten Steg 16 und dem weiteren Steg 20 angeordnet und verhindert, dass das erste Öl aus der ersten Kammer K1 und/oder dem ersten Ölkanal 17 in die zweite Kammer K2 strömen kann.
Die Betätigungsvorrichtung weist außerdem eine dritte Dichtung 13 auf, die mit der dritten Wirkfläche 8 drehfest verbunden ist. Die dritte Dichtung 13 ist zwischen der dritten Wirkfläche 8 und dem anderen Steg 18 angeordnet und verhindert, dass das zweite Öl aus der zweiten Kammer K2 in die dritte Kammer K3 strömen kann. Darüber hinaus weist die Betätigungsvorrichtung eine vierte Dichtung 22 und eine fünfte Dichtung 35 auf. Die vierte Dichtung 22 verhindert, dass das in dem zweiten Ölkanal 19 befindliche Öl in einen anderen Bereich der zweiten Kammer K2 strömen kann, der die erste, zweite, dritte Kammer K1, K2, K3, den ersten Ölkanal 17 und den zweiten Ölkanal 19 nicht umfasst. Darüber hinaus ist die vierte Dichtung 22 zwischen dem anderen Steg 18 und der Außenwand 27 angeordnet. Die fünfte Dichtung 35 verhindert, dass das in dem ersten Ölkanal 17 und/oder der dritten Kammer K3 vorhandene erste Öl in einen anderen Bereich des Kolbenraums 4 strömen kann, der die erste, zweite, dritte Kammer K1, K2, K3, den ersten Ölkanal 17 und den zweiten Ölkanal 19 nicht umfasst. Die fünfte Dichtung 35 ist zwischen der zweiten Wirkfläche 10 und der Innenwand 28 angeordnet.
1 zeigt die Betätigungsvorrichtung in einem Ruhezustand, also in einem Zustand, bei dem kein Öl in der ersten Kammer K1, und/oder der zweiten Kammer K2 und/oder in der dritten Kammer K3 vorhanden ist.
Anhand der 2 bis 4 wird nun die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung erläutert.
In 2 wird ausgehend von dem in 1 dargestellten Ruhezustand das erste Ventil 31 geöffnet und das erste Öl fließt über die erste Ölleitung 30 durch die erste Öffnung 5 in die erste Kammer K1 hinein. Das eintretende erste Öl drückt gegen die erste Wirkfläche 9. Der erste Kolben 1 bewegt sich dadurch aus seiner Ausgangsstellung (gestrichelt dargestellt) in Richtung zur zweiten Wirkfläche 10. Dabei kann die erste Wirkfläche 9 den in 1 dargestellten Spalt zwischen der ersten Wirkfläche 9 und dem von der zweiten Wirkfläche 10 abgewandten Ende des anderen Stegs 18 überwinden und gelangt in Kontakt mit der Auflagefläche 15 des anderen Stegs 18. Der erste Kolben 1 bewegt sich weiter in Bewegungsrichtung B1 und übt auf den zweiten Kolben 2 eine Kraft aus.
Das in die erste Kammer K1 eingeströmte erste Öl strömt über den ersten Ölkanal 17 in die dritte Kammer K3 ein. Dort übt das erste Öl eine andere Kraft auf die dritte Wirkfläche 8 aus, die eine Bewegung des dritten Kolbens 7 in Bewegungsrichtung B3 bewirkt, wobei die Bewegungsrichtung B3 des dritten Kolbens 7 entgegengesetzt zur der Bewegungsrichtung B1 des ersten Kolbens 1 gerichtet ist. Der dritte Kolben 7 bewegt sich solange in Bewegungsrichtung B3 bis das Anschlagselement 21 gegen die Seitenwand 29 stößt. Der weitere Steg 20 weist Löcher auf, so dass auch in dieser Stellung des dritten Kolbens 7 die fluidisch Verbindung zwischen der ersten Kammer K1 und der dritten Kammer nicht unterbrochen ist.
Das in die dritte Kammer K3 eingeströmte erste Öl wirkt außerdem auf die zweite Wirkfläche 10 und übt somit eine weitere Kraft auf den zweiten Kolben 2 aus. Die Kraft bewirkt ebenfalls eine Bewegung des zweiten Kolbens 2 ausgehend von einer Ausgangsstellung (gestrichelt dargestellt) in Bewegungsrichtung B2, die gleichgerichtet ist zur Bewegungsrichtung B1 des ersten Kolbens 1, bis der zweite Kolben 2 in die in 2 gezeigte Betätigungsstellung gelangt. Bei der Bewegung des zweiten Kolbens 2 in die Betätigungsstellung wird die Rückstellfeder 34 gespannt.
Bei diesem Betriebszustand wirken zwei Kräfte auf den zweiten Kolben 2, so dass die von dem zweiten Kolben 2 auf das Getriebeschaltelement ausgeübte Betätigungskraft hoch ist. Ein derartiger Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung wird vorzugsweise bei dem in einem Kraftfahrzeug eingebauten Getriebe für die Gänge 1, 2 und R (Rückwärtsgang) benötigt, da in diesen Gängen am Getriebeschaltelement besonders hohe Drehmomente auftreten.
In der 3 wird ausgehend von dem in 2 dargestellten Betriebszustand nun zusätzlich zu dem ersten Ventil 31 das zweite Ventil 33 geöffnet, so dass über die zweite Ölleitung 32 durch die zweite Öffnung 6 das zweite Öl in den zweiten Ölkanal 19 hineinfließt. Das zweite Öl strömt von dem zweiten Ölkanal 19 durch in dem anderen Steg 18 vorhanden Löcher in die zweite Kammer K2. Die Zufuhr von dem zweiten Öl in die zweite Kammer K2 bewirkt, dass sich der zweite Kolben 2 ausgehend von der gestrichelt dargestellten Stellung in Bewegungsrichtung B2 zu der dritten Wirkfläche 10 bewegt. Dies führt dazu, dass das Anschlagelement 21 nicht mehr an der Seitenwand 29 anliegt.
Das in der dritten Kammer K3 vorhandene erste Öl übt auf die dritte Wirkfläche 8 eine Kraft aus, die zur ersten Wirkfläche 9 gerichtet ist. Da das Anschlagelement 21 sich nicht mehr an der Seitenwand 29 abstützt, wird diese Kraft nicht mehr über den weiteren Steg 20 und das Anschlagelement 21 an das Gehäuse 3 abgeführt, sondern über das in der zweiten Kammer K2 befindliche inkompressible zweite Öl an die erste Wirkfläche 9 übertragen. Diese Kraft kann, wie in 3 dargestellt ist, dazu führen, dass der erste Kolben 1 nicht mehr in unmittelbarem Kontakt mit dem zweiten Kolben 2 ist. Auf die Wirkfläche 9 kann neben der zuvor beschriebenen durch das zweite Öl übertragenen Kraft eine durch das erste Öl bewirkte weitere Kraft wirken, die entgegengesetzt zu der von dem zweiten Öl übertragenen Kraft ist.
Im Ergebnis wirken auf die erste Wirkfläche 9 nun zwei zueinander entgegengesetzt zueinander gerichtete Kräfte, die sich im Wesentlichen aufheben. Aus diesem Grund wird von dem ersten Kolben 1 keine Kraft auf den zweiten Kolben 2 ausgeübt. Bei diesem Betriebszustand wird nur durch das in der dritten Kammer K3 vorhandene dritte Öl eine Kraft auf den zweiten Kolben 2 ausgeübt. Dementsprechend ist die von dem zweiten Kolben 2 auf das Getriebeschaltelement ausgeübte Betätigungskraft kleiner als bei dem in 2 dargestellten Betriebszustand.
In der 4 ist das erste Ventil 31 geschlossen und nur noch das zweite Ventil 33 ist geöffnet. Außerdem ist in der ersten Kammer K1 und der dritten Kammer K3 kein erstes Öl vorhanden. Das in die zweite Kammer K2 zugeführte zweite Öl drückt den ersten Kolben K1 in Bewegungsrichtung B1 zur Seitenwand 29 und stellt somit sicher, dass kein Kontakt zwischen dem ersten Kolben 1 und dem zweiten Kolben 2 besteht. Die Rückstellfeder 34 drückt den zweiten Kolben 2 in seine Ausgangsposition. In diesem Betriebszustand wirkt keine Kraft auf den zweiten Kolben 2, die ihn in die Betätigungsstellung drückt. Der erste Kolben 1 und der zweite Kolben 2 werden soweit verschoben, dass sich der Spalt zwischen dem ersten Kolben 1 und der Auflagefläche 15 des Stegs 18 ausbildet.
Bezugszeichenliste

1: erster Kolben
2: zweiter Kolben
3: Gehäuse
4: Kolbenraum
5: erste Öffnung
6: zweite Öffnung
7: dritter Kolben
8: dritte Wirkfläche des dritten Kolbens
9: erste Wirkfläche des ersten Kolbens
10: zweite Wirkfläche des zweiten Kolbens
11: erste Dichtung
12: zweite Dichtung
13: dritte Dichtung
14: erster Steg des ersten Kolbens
15: Auflagefläche
16: zweiter Steg des ersten Kolbens
17: erster Ölkanal
18: anderer Steg des zweiten Kolbens
19: zweiter Ölkanal
20: weiterer Steg des dritten Kolbens
21: Anschlagelement
22: vierte Dichtung
23: Vorsprung
24: äußere Wandung des Vorsprungs
25: innere Wandung des Vorsprungs
26: Stirnfläche des Vorsprungs
27: Außenwand
28: Innenwand
29: Seitenwand
30: erste Ölleitung
31: erstes Ventil
32: zweite Ölleitung
33: zweites Ventil
34: Rückstellfeder
35: fünfte Dichtung
B: Bewegungsrichtung
B1: Bewegungsrichtung des ersten Kolbens
B2: Bewegungsrichtung des zweiten Kolbens
B3: Bewegungsrichtung des dritten Kolbens
K1: erste Kammer
K2: zweite Kammer
K3: dritte Kammer

Claims

Betätigungsvorrichtung zum Betätigen eines Getriebeschaltelements, gekennzeichnet durch einen ersten Kolben (1) und einen zweiten Kolben (2), die relativ zueinander beweglich sind, ein Gehäuse (3) mit einem Kolbenraum (4), in dem der erste Kolben (1) und der zweite Kolben (2) angeordnet sind, und wenigstens eine Öffnung zum Zuführen von Öl in den Kolbenraum (4), wobei der zweite Kolben (2) wahlweise durch den ersten Kolben (1) und das zugeführte Öl oder durch das zugeführte Öl in eine Betätigungsstellung drückbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Öffnung (5) zum Zuführen eines ersten Öls in den Kolbenraum (4) und eine zweite Öffnung (6) zum Zuführen eines zweiten Öls in den Kolbenraum (4), wobei eine durch den zweiten Kolben (2) auf das Getriebeschaltelement ausgeübte Betätigungskraft davon abhängt, durch welche der Öffnungen eine Ölzuführung in den Kolbenraum (4) erfolgt.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise a. bei einem Zuführen von dem ersten Öl durch die erste Öffnung (5) in den Kolbenraum (4) das zugeführte erste Öl und der erste Kolben (1) den zweiten Kolben (2) in die Betätigungsstellung drückt oder dass b bei einem Zuführen von dem ersten Öl durch die erste Öffnung (5) und von dem zweiten Öl durch die zweite Öffnung (6) in den Kolbenraum (4) das zugeführte erste Öl den zweiten Kolben (2) in die Betätigungsstellung drückt oder dass c bei einem Zuführen von dem zweiten Öl durch die zweite Öffnung (6) in den Kolbenraum (4) keine Kraft auf den zweiten Kolben (2) wirkt, die den zweiten Kolben (2) in die Betätigungsstellung drückt.
Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen dritten Kolben (7), wobei eine dritte Wirkfläche (8) des dritten Kolbens (8) zwischen einer ersten Wirkfläche (9) des ersten Kolbens (2) und einer zweiten Wirkfläche (10) des zweiten Kolbens (2) angeordnet ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine erste Kammer (K1) zwischen dem Gehäuse (3) und dem ersten Kolben (1) und eine zweite Kammer (K2) zwischen dem ersten Kolben (1) und dem dritten Kolben (7) und eine dritte Kammer (K3) zwischen dem dritten Kolben (7) und dem zweiten Kolben (2), wobei die erste Kammer (K1) und die dritte Kammer (K3) miteinander fluidisch verbunden sind.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass a. sich bei einer Beaufschlagung der ersten Wirkfläche (9) mit dem ersten Öl der erste Kolben (1) in Richtung zur zweiten Wirkfläche (10) bewegt, wenn in der zweiten Kammer (K2) kein zweites Öl vorhanden ist und/oder dass b. sich bei einer Beaufschlagung der ersten Wirkfläche (9) mit dem zweiten Öl der erste Kolben (1) in eine von der zweiten Wirkfläche (10) weg weisende Richtung bewegt, wenn in der ersten Kammer (K1) kein erstes Öl vorhanden ist und/oder dass c. sich bei einer Beaufschlagung der zweiten Wirkfläche (10) mit dem ersten Öl der zweite Kolben (2) in Richtung zur Betätigungsstellung bewegt und/oder dass d. sich der zweite Kolben (2) in seine Ausgangsstellung bewegt, wenn in der dritten Kammer (K3) kein erstes Öl vorhanden ist und/oder dass e. sich bei einer Beaufschlagung der dritten Wirkfläche (8) mit dem in der ersten Kammer (K1) befindlichem ersten Öl die dritte Wirkfläche (8) in Richtung zu der ersten Wirkfläche (8) bewegt, wenn in der zweiten Kammer (K2) kein zweites Öl vorhanden ist und/oder dass f. sich bei einer Beaufschlagung der dritten Wirkfläche (8) mit dem ersten und zweiten Öl die dritte Wirkfläche (8) in Richtung zu der zweiten Wirkfläche (10) bewegt.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass a. die erste Öffnung (5) derart angeordnet ist, dass das erste Öl durch die erste Öffnung (5) in die erste Kammer (K1) zuführbar ist und/oder dass b. dass die zweite Öffnung (6) derart angeordnet ist, dass das zweite Öl durch die zweite Öffnung (6) in die zweite Kammer (K2) zuführbar ist.
Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (K1) und die dritte Kammer (K3) von der zweiten Kammer (K2) abgedichtet sind.
Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (1) einen ersten Steg (14), der sich von einem Ende der ersten Wirkfläche (9) erstreckt, und einen zweiten Steg (16) aufweist, der sich von einem anderen Ende der ersten Wirkfläche (9) erstreckt.
Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben (2) einen anderen Steg (18) aufweist, der sich von einem Ende der zweiten Wirkfläche (10) erstreckt.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Zuführen von dem ersten Öl in die erste Kammer (K1) der erste Kolben (1) gegen das von der zweiten Wirkfläche (8) entfernte Ende des anderen Stegs (18) stößt.
Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kolben (7) einen weiteren Steg (20) und ein Anschlagselement (21) aufweist, wobei sich der weitere Steg (20) von einem Ende der dritten Wirkfläche (8) erstreckt und das Anschlagselement (21) an dem von der dritten Wirkfläche (8) entfernten Ende des weiteren Stegs (20) angeordnet ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass a. bei einem Zuführen von dem ersten Öl durch die erste Öffnung (5) in den Kolbenraum (4) das Anschlagselement (21) gegen das Gehäuse (3) stößt oder dass b. bei einem Zuführen von dem ersten Öl durch die erste Öffnung (5) in den Kolbenraum (4) und von dem zweiten Öl durch die zweite Öffnung (6) in den Kolbenraum (4) das Anschlagselement (21) gegen ein von der ersten Wirkfläche (9) entferntes Ende des zweiten Stegs (16) stößt.
Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolben (2) den dritten Kolben (7) teilweise umschließt.
Getriebe mit einer Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14.