JP5184835B2 - 差動ピストン - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に従う、差動ピストンのための作動流体供給装置に関するものである。

差動ピストンは、ピストン・シリンダー構成の中にあるピストンであり、それは当該ピストンの反対側で加圧することができる。それは、差動ピストンを流体物質の作用で２つの正反対の方向に動かすことができるように用いられるか、及び／または、それは、ピストンを非常に正確に（細やかに）特定の位置に持って行くことができるように、及び／または、ピストンの望ましい速度プロフィル（速度特性）を得るように、及び／または、ピストンによって行使され生じた力（パワー）をより正確に調整することができるように、使用される。

基本的に、差動ピストンは、少なくとも２つの圧力面を有しており、その各圧力面にそれぞれ１つの圧力室が割り当てられており、その圧力室は、圧力面が作動流体によって交互に加圧される場合に力がピストンに対して交互に正反対の方向に生じる、というように配置されている。このとき発生するピストン力は、周囲の値は無視して、有効圧力面と作動流体の圧力との積として生じる。正反対の作用方向を持つ有効圧力面を同時に加圧すると、結果として生じるピストンの力は、部分ピストン力の差ないし符号付きの和の合計として生じる。

ピストンが、例えば第１圧力室を加圧することによって位置がずれた後、−例えば機械式バネを使ってもたらされる−外部の力によっては元の位置に復帰させられない場合、あるいは、復帰力が調整可能であるべきなら、このために、第１圧力室は無圧に切換えられるか、あるいは、その圧力は減圧され、そして、第２圧力室の配分された加圧により、ピストンは規定された力で元の位置に復帰される。

作動流体による加圧のために有効な、ピストンの正反対の両側に配置された圧力面が、おおよそ同じ大きさである時、所定の加圧の際、ピストンの当該二つの圧力面のそれぞれに力が生じ、その力は少なくともほぼ同量であるが、しかし、同一条件下でそれぞれ他方の圧力面を加圧する際に生じるであろう力に対して正反対の作用方向を持つ。それ故、このような差動ピストンは、開口部をとおり、そしてそれによって結合された無圧切換をそのつど一方の圧力室に、そして、加圧をそのつど他方の圧力室にほぼ平等に両方向に作動させることができる。

さらに差動ピストンは、一方で、結果的に生じる比較的大きな力をピストンにもたらすことができるよう、もしくは、高い調整速度を実現することができるよう、そして他方で、必要な場合、発生するピストンの力及び／またはピストンの速度及び／またはピストンの位置の微調整を行うことができるよう、使用される。このとき、作動流体の所定の最大圧で結果的に大きなピストン力を生じるためには、結果的に比較的大きなピストン面が必要になり、他方、結果的に所望の小さいピストン力を生じるためには、ピストンの速度またはピストン位置の微調整にとって、結果的に比較的小さいピストン面が有利である。結果的に生じるピストン面は、差動ピストンの場合、ピストンの正反対の両側にあるピストン面の差から生じる。このとき、少なくともピストンの一方の側に多数の部分ピストン面が付加的に作用すること、及び／または、有効なピストン面がそれにふさわしい幾何学的設計によってピストンの調整ストロークを介して変化することも、もちろん可能である。

解説された差動ピストンの設計上固有の利点により、ピストンの大きな力とピストンの速い動きとをもたらす可能性、また、緩慢なピストンの動きと正確なピストンの位置決めと発生する小さなピストンの力とをもたらす可能性、また、ピストンの作用方向を反転し、それによって、例えば機械的復帰バネを省くことができ、且つ、復帰力を簡単で正確な方法で調整できるよう設計できる可能性、が存在する。

さらなる利点は、これについての別の解決策と比較して、機能的に必要な部品点数が少ないことと、比較的簡単で省スペースな構造と、そこから生じる、傾向として低くなる製造コストと、比較的軽い総重量と、にある。これによって、差動ピストンは、特にトランスミッション技術、ここでは特にオートマチックトランスミッション、その中でも極めて特別に自動車用オートマチックトランスミッション、の分野で、特別な利点を提供する。この分野での差動ピストンの使用は、特に、本件出願人のＤＥ１９９３２６１４Ａ１からすでに知られている。

ただし、まさにこの分野において、注意すべき多様なフレーム条件のために、特に非常に多くのコンポーネント及び機能をわずかな取付けスペースに無理に収容するために、時折、差動ピストンの使用を阻止または少なくとも困難にしてきたスペース状況が明らかになっている。

特に、二つの圧力室が流体物質の分離された配管によって供給される差動ピストンの一般的設計は、これまで、少なくとも１本の流体物質の配管が、自由に使用できるスペースのために、ピストンの一方の側に配置されなければならないか、あるいは、配置されるべきであって、これによって加圧すべき圧力室がピストンのもう一方の側にあり、ピストンの迂回（バイパス）が例えば環状配管によって不可能であるか望まれない場合には、困難であり、また、不可能でさえあった。

流体物質の配管の端部を、圧力室とは反対側から、ピストンを迂回する該当する配管を介して、圧力室に向いた側に導いて、当該圧力室を流体物質の配管に接続するということは、多くの場合に可能ではある。ただし、その場合、しばしば、かなりの配管長さと幾何学的に複雑な配管の取り回しを甘受しなければならず、これは一方で、かなりの製造の手間とそれに伴うコスト高を招き、他方で、それによって傾向として大きくなる配管の抵抗により、好ましからぬ圧力低下を招いたり、特に空圧運転装置の場合には、振動問題に繋がることがある。

特に大部分が環状フォームをしていて、そのピストンが、例えば、トランスミッションの場合にしばしばそうであるように、軸またはシャフト上に配置されている、という差動ピストンの場合、圧力室の少なくとも一室の供給は、前記軸またはシャフトの内部に形成されている軸方向および径方向の流体物質路を通って、しばしば有利に行われ得る。但し、これは、配管の長さ及び存在するシャフトや軸の直径が所望に短い場合に、従来技術により、最大で差動ピストンの１つの圧力室に対してのみ、しばしば可能である。さらに、もう１つの圧力室への通路は、たいていの場合、ピストン自体によってさえぎられ、従って、単純な、例えば軸方向の穴を介しては、供給できない。この場合、外からの圧力材の供給が望まれない時、多少ゆとりを持って差動ピストンを迂回することが、これまでは必要であった。

そのような環状配管のために、例えば、軸方向の孔が、差動ピストン内に軸受けされている軸またはシャフトの内部で径方向の孔によって適切な箇所で外側に導かれ、別の部材の一部、例えば周囲を取り巻いているハウジングの一部、と漏れのないように結合されており、その孔を通じて、作動流体が径方向外側に導かれ、引き続いて、例えば径方向外側から、あるいは、側面で、圧力室に作動流体が供給される。このことは、しかし、通常、前述の欠点を伴ってしまう。

こうした背景に基いて、本発明は、加圧するべき圧力室とそれに付属する作動流体の供給装置とがピストンの反対側に配置されているとき、あるいは、作動流体の供給装置がリング形状のピストンの径方向内側に配置されていてピストンに対し軸方向に向いた圧力室に供給されるべきとき、圧力室への作動流体の供給が高価な迂回配管なしに確保され得る、という差動ピストンを提供することを課題とする。

この課題の解決は、主たる請求項の特徴から明らかになり、他方、本発明の有利な実施の形態は、下位請求項から理解することができる。

本発明には、圧力室への圧力材の供給が差動ピストン内にある経路を介して実現されれば、上述の問題は回避できる、という認識が根底にある。

それによると、本発明は、差動ピストンの運動方向に対して本質的に垂直に延伸する第１部分と、差動ピストンの運動方向に本質的に延伸する第２部分と、を備え、第１有効ピストン面を差動ピストンの第１部分の第１側に有しており、第２有効ピストン面を差動ピストンの第１部分の第２側に有しており、第１有効ピストン面には第１圧力室が割り当てられ、第２有効ピストン面には第２圧力室が割り当てられており、それらは、それぞれ少なくとも１つの流体物質路を介して、圧力のかかった作動流体、特には油圧オイルあるいは圧縮空気、で加圧することができ、少なくとも第１または第２圧力室は、本質的に運動方向に延伸する第２部分の少なくとも一部によって規定されている、という差動ピストンを前提にしている。

差動ピストンの第２の軸方向の部分は、作動流体供給装置と供給すべき圧力室との間にあり、従来技術によれば、多少コスト高に迂回されなければならなかった。

提示された前記課題を解決するために、差動ピストンは圧力材誘導路を有し、これによって、少なくとも１つの流体物質路が、複数の圧力室の少なくとも１つと作用結合できる。

この驚くほどシンプルな解決法により、前述の従来技術の問題は、少なくとも大幅に回避することができ、とりわけ、より短い配管経路及びより少ない配管抵抗を実現することができる。この場合、上記圧力材誘導路は、ここでは作動流体の圧密誘導に対する製造コストがかなり低いので、密閉され差動ピストンの完全に内部に配設されることが好ましい。しかしながら、個々のケースでは、例えば孔の代わりに、例えば研削溝の形状の単なるカット（凹部）をピストンの表面に設けるということも有意義であるかもしれない。そうすれば、それが、差動ピストンを取り巻くハウジングの対応する表面との組み合わせで、圧力材誘導路を形成する。

この場合、圧力材誘導路が少なくとも本質的に第２の、差動ピストンの運動方向に延伸する差動ピストンの第２部分の内部に配置されていると、しばしば有利である。というのは、このようにすれば、比較的短い配管経路を差動ピストンの内部に実現できるし、そして多くの場合には直線的な配管誘導を実現できるからである。

これに対し、圧力材誘導路が、少なくとも本質的に差動ピストンの径方向の第１部分の内部に配置されていると、ピストンストロークが、それ以外は同じ設計であるにも拘らず、場合によっては、増大され得る。というのは、作動流体の第２圧力室への導入部は、差動ピストンの第２の軸方向の部分を密閉するシールによっては規定されないからである。さらに、この種の設計は、第１圧力室の圧力材供給に対しても考慮に値する。

差動ピストンが、差動ピストンの運動方向に対して径方向に延伸するリングピストンとして形成されている場合、本発明には特別な意味が与えられる。というのは、ここでは、一方でしばしば、作動流体の供給は、ピストン内部の中央空隙部によって与えられており、他方、迂回配管は、この場合、たいてい高価で長い配管経路及び高い配管抵抗と結びついているからである。

このとき、圧力供給路は、作動流体の流入および／または排出を許す開口部を、リングピストンの径方向内壁に有している。この径方向内壁は、この場合、多くのケースで、差動ピストンの運動方向に見て円形であろう。しかし、必要であれば、任意の他の輪郭をも有することができる。いずれにせよ、この種の実施の形態は、かなりまっすぐな（直線的な）配管を可能にする。

この場合において、径方向内壁の径方向内側にもう１つの別のエレメントが配設されていて、その中に少なくとも１本の流体物質路が存在し、そして圧力誘導する流体接続のために圧力誘導路が設けられているならば、これは、必要であれば互いに分離した多数の孔ないし圧力材誘導路が設けられ、例えば、２つの圧力室に別々に作動流体を供給することができる、という利点を提供する。

この場合、前記エレメントがシャフトまたは軸であるとき、特に有利である。というのは、差動ピストンの、問題がない比較的一般的な設計が、支持シャフトないし軸受シャフトに適用することができるからであり、さらに、簡単かつ一般に知られている方法で、中空シャフトを作動流体の供給に使用することができるからである。もちろん、中空シャフトまたは中空軸の代わりに、複数の互いの内部に配置された中空シャフトまたは中空軸の組み合わせも、使用することができる。

例えば中空シャフト内に配置された流体物質路と差動ピストンとの間で圧力誘導する圧密の流体接続を確実にするために、有利には、差動ピストンの運動方向で流体接続部の両側に、第１および第２シールエレメントが設けられる。その正確な設計は、個々のケースに存在する運転条件、特に作動流体、ならびに、気密性に対する要求に従ってなされなければならない。ここでは、原則として、任意のすでに知られている解決策が、シャフトないし中空シャフトの内側の穴からそのシャフトないし中空シャフトを収容する第２中空シャフトの外側までの径方向に圧密な結合のために適用され得る。

前記エレメント、すなわち、例えば１本の中空シャフトが、さらに、差動ピストンの圧力室の少なくとも１室を少なくとも部分的に包囲するハウジングエレメントと回転しないように結合されるとき、差動ピストンと前記エレメントとの間の大幅に不可能になった（ausgeschlossenen）相対的回転のために、前記エレメントとリングピストンの径方向内壁との間の相対的回転運動用には設計されていない、単純なシール、例えばＯリング、を起用することができる。さらに、第２圧力室は、第２エレメント内の第２流体路を使っても非常に簡単に制御することができ、そのために、それは、径方向の孔によって対応する圧力室と結合される必要があるだけである。

本発明は、一つの実施の形態に基いて、さらに詳細に説明することができる。そのために、説明には図が添付されている。

この図は、回転対称の、本発明に従う差動ピストン１の上半分を示している。当該差動ピストン１は、差動ピストン１の運動方向Ｂに対して相対的に本質的に径方向の第１部分２と、本質的に差動ピストン１の運動方向Ｂに延伸する第２部分３と、を有する。第１部分２は、その第１ (右) の側５に第１有効ピストン面４を有し、当該ピストン面４は、シーエレメント１９及び２２ならびにいわゆるハウジングエレメント２０の一部分と機能的に関連して、第１圧力室８を形成している。

この圧力室８への圧力流体の供給は、ハウジングエレメント２０内のいわゆる第３の流体物質路１２を介して行われる。このハウジングエレメント２０は、差動ピストン１のためのハウジング機能の他に、同時に、ディスククラッチまたはディスクブレーキのディスクキャリヤーとしても役立っており、そしてさらに、図に暗示されているように、その径方向外側端に軸方向歯を有している。

差動ピストン１の径方向第１部分２の第２(左)側７には、第２の、この場合ではより小さい有効ピストン面６が形成されている。そのピストン面は、スリーブエレメント２３と、それに割り当てられた内側及び外側のスリーブシール２４及び２５と、差動ピストン１の軸方向の第２部分３と、ならびに、ハウジングエレメント２０の軸方向の部分とともに、第２圧力室９を包囲している。スリーブエレメント２３は、ディスク２６とスナップリング２７とにより、ハウジングエレメント２０に固定されている。このディスク２６は、同時に、ディスクスプリング２８を支持しており、このスプリングは、差動ピストン１に、第１圧力室８の方向に軸方向に予圧を与えている。

差動ピストン１は、さらに、スリーブ形状のピストン突起２１を有しており、これは、例えば、明示されていないディスククラッチやディスクブレーキを、作動力によって加圧できる。

本発明に従って、差動ピストン１の内部、ここでは差動ピストン１の軸方向の第２部分３の内部に、圧力材誘導路１３が設けられている。これはここでは、径方向の孔の形状をしている。この径方向の穴１３は、その径方向の外端が第２圧力室９内で終了しており、その径方向の内端が、ここではリングピストンとして形成されている差動ピストン１の径方向内壁１５の開口部１４内で終了している。この径方向の孔１３は、圧力を誘導する流体接続部１７を介して、いわゆる第２の径方向流体物質路１１と結合している。そこでは、作動流体の漏れは、第１及び第２シールエレメント１８及び１９によって防止される。この際、少なくとも第２シールエレメント１９は、ハウジングエレメント２０ないし前記エレメント１６に対して第１圧力室８をシールするためにも有利に必要とされることを、特に指摘しておかなければならない。

ハウジングエレメント２０と前記エレメント１６とは、図示された例では一体に融合している。この際、第２圧力室９への流体物質の供給は、中空シャフト２９を介して、流体物質路１０のダクトの図示されていないシールによって、前記エレメント１６に確実に行われる。

当然のことながら、本発明では、このエレメント１６は、ここに図示されたような、ハウジングエレメント２０の構成要素、中空シャフト２９の構成要素、あるいは、例えば配管のようなその他の部品、幾何学的に独自のエレメント、であろうとなかろうと、まったく任意である。

本発明で重要なことは、むしろ、圧力材誘導路１３を使っての第２圧力室９への作動流体の直接供給が、差動ピストン１を通して、直接そして径方向に行われることができるということである。この際、ここに図示されたような巧みな設計では、圧力材誘導路１３の他に、単に追加のシールエレメント１８が設けられ得る。

回転対称の、本発明に従う差動ピストンの上半分を示す図である。

符号の説明

１ 差動ピストン、リングピストン
２ 差動ピストン１の第１部
３ 差動ピストン１の第２部
４ 差動ピストン１の第１ピストン面
５ 差動ピストン１の第１部の第１側
６ 差動ピストン１の第２ピストン面
７ 差動ピストン１の第１部の第２側
８ 第１圧力室
９ 第２圧力室
１０ 第１流体物質路
１１ 第２流体物質路
１２ 第３流体物質路
１３ 圧力材誘導路、径方向の穴
１４ 開口部
１５ リングピストンの径方向の内壁
１６ その他のエレメント
１７ 圧力誘導する流体接続部
１８ 第１シールエレメント
１９ 第２シールエレメント
２０ ハウジングエレメント
２１ スリーブ形状のピストン突起
２２ 外側シールエレメント
２３ スリーブエレメント
２４ スリーブシール、外側
２５ スリーブシール、内側
２６ プレート
２７ スナップリング
２８ ディスクスプリング
２９ 中空シャフト
Ｂ 差動ピストンの運動方向

Claims (9)

1. 差動ピストン（１）の運動方向（Ｂ）に対して本質的に垂直に延伸する第１部分（２）と、
   差動ピストン（１）の運動方向（Ｂ）に本質的に延伸する第２部分（３）と、
   を備え、
   差動ピストン（１）の、第１部分（２）の第１側（５）に第１有効ピストン面（４）を、第２側に第２有効ピストン面（６）を、有しており、
   第１有効ピストン面（４）には第１圧力室（８）が割り当てられ、第２有効ピストン面（６）には第２圧力室（９）が割り当てられており、それらは、それぞれ少なくとも１つの流体物質路（１０、１１、１２）を介して、圧力のかかった作動流体で加圧することができ、
   少なくとも第１または第２圧力室（８、９）は、本質的に運動方向（Ｂ）に延伸する第２部分（３）の少なくとも一部によって規定されている差動ピストン（１）において、
   圧力材誘導路（１３）を有しており、それを介して、少なくとも１つの流体物質路（１０、１１、１２）が、前記圧力室（８、９）の少なくとも１つと機能的に結合可能である
   ことを特徴とする差動ピストン（１）。
2. 圧力材誘導路（１３）は、少なくとも本質的に、差動ピストン（１）の運動方向（Ｂ）に延伸する差動ピストン（１）の第２部分（３）の内部に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の差動ピストン。
3. 圧力材誘導路（１３）は、少なくとも本質的に、差動ピストン（１）の運動方向（Ｂ）に対して本質的に垂直に延伸する差動ピストン（１）の第１部分（２）の内部に配置されている
   ことを特徴とする請求項１または２の少なくとも１つに記載の差動ピストン。
4. 差動ピストン（１）は、差動ピストン（１）の運動方向（Ｂ）に対して径方向に延伸するリングピストン（１）である
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の差動ピストン。
5. 圧力材誘導路（１３）は、リングピストン（１）の径方向内壁（１５）内に１つの開口部（１４）を有している
   ことを特徴とする請求項４に記載の差動ピストン。
6. リングピストン（１）の径方向内壁（１５）の径方向内部に、もう１つのエレメント（１６）が配置されており、その内部に少なくとも１つの流体物質路（１０、１１、１２）が存在し、当該流体物質路は圧力を誘導する流体結合部（１７）を介して圧力材誘導路（１３）と結合している
   ことを特徴とする請求項５に記載の差動ピストン。
7. 前記エレメント（１６）は、シャフトまたは軸として形成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の差動ピストン。
8. 前記圧力を誘導する流体結合部（１７）は、差動ピストン（１）の運動方向（Ｂ）の両側で、第１および第２シールエレメント(１８、１９)によって、圧密に密閉されている
   ことを特徴とする請求項６または７のいずれかに記載の差動ピストン。
9. 前記エレメント（１６）は、２つの前記圧力室（８、９）の少なくとも１つを少なくとも部分的に包囲するハウジングエレメント（２０）と回転しないように結合されている
   ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の差動ピストン。

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