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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung, wie sie
insbesondere in einem Automatikgetriebe zum Aktivieren bzw. Deaktivieren
einer Gangstufe, in einer hydrodynamischen Kopplungseinrichtung
als Überbrückungskupplung
oder auch in einer nasslaufenden Kupplung bzw. als nasslaufende
Kupplung eingesetzt werden kann.
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Bei
derartigen Kupplungseinrichtungen werden zur Herstellung eines Drehmomentübertragungszustandes
zwei Reibflächenanordnungen,
diese beispielsweise jeweils umfassend mehrere als Lamellen oder
dergleichen ausgebildete Reibelemente, durch eine durch Fluiddruck
beaufschlagbare Anpressanordnung in gegenseitige Reibanlage gepresst.
Die Fluiddruckbeaufschlagung erfolgt im Allgemeinen dadurch, dass
die Anpressanordnung ein Kolbenelement umfasst, das zusammen mit
einem Gehäuse
oder dergleichen einen Druckfluidraum begrenzt und bei Variation
des Fluiddrucks in dem Druckfluidraum in Richtung einer Bewegungsachse, die
im Allgemeinen einer Drehachse des Gesamtsystems entspricht, bewegbar
ist, und zwar entweder in Richtung auf die Reibflächenanordnungen
zu, um den Reibeingriffszustand herzustellen, oder von diesem weg,
um den Reibeingriffszustand aufzuheben oder das übertragbare Drehmoment zu mindern.
Insbesondere beim Herstellen des Drehmomentübertragungszustandes ist es
wünschenswert,
weiche gemäß einer
vorbestimmten Regelvorgabe druchgeführte Schalt- bzw. Einkuppelvorgänge durchzuführen, was
eine möglichst
feindosierte Variation des auf die Anpressanordnung einwirkenden
Fluiddrucks erforderlich macht. Auch unter Berücksichtigung der auftretenden
und zu überwindenden
Reibkräfte
und unter Berücksichtigung
der erforderlichen mit Druckfluid beaufschlagbaren Oberfläche einer
derartigen Anpressanordnung wird es schwierig, bei den zum Herstellen
des vollständig
eingerückten
Zustands erforderlichen sehr hohen Drücken eine feine Dosierung des
Einrückvorgangs
und selbstverständlich auch
des Ausrückvorgangs
vorzunehmen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungseinrichtung
vorzusehen, bei welcher eine verbesserte Einrück- bzw. Ausrückcharakteristik
erzielbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
eine Kupplungseinrichtung, insbesondere für ein Automatikgetriebe, eine
hydrodynamische Kopplungseinrichung oder eine nasslaufende Kupplung, umfassend
zwei durch eine mit Druckfluid zu betätigende Anpressanordnung in
Reibeingriff bringbare Reibflächenanordnungen,
wobei die Anpressanordnung ein durch Druckfluid beaufschlagbares
und bei Druckfluidbeaufschlagung die Reibflächenanordnungen in Reibeingriff
pressendes erstes Kolbenelement sowie ein durch Druckfluid beaufschlagbares
und bei Druckfluidbeaufschlagung auf das erste Kolbenelement einwirkendes
zweites Kolbenelement umfasst.
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Bei
der vorliegenden Erfindung umfasst die Anpressanordnung also zwei
Kolbenelemente, von welchen eines unter Druckfluidbeaufschlagung
entweder direkt oder indirekt auf die Reibflächenformation einwirkt, die
durch dieses Kolbenelement also generierte Einrückkraft tatsächlich auch
auf die Reibflächenanordnungen übertragen
wird, während
das andere dieser Kolbenelemente druckabhängig auf das erste Kolbenelement
einwirkt bzw. einwirken kann. Jedes dieser Kolbenelemente stellt
selbstverständlich
eine durch Druckfluid beaufschlagbare Kolbenfläche bereit, so dass abhängig davon,
ob bzw. wie stark das zweitgenannte Kolbenelement auf das erstgenannte
einwirkt, eine druckabhängige
Variation der wirksamen Kolbenfläche
vorhanden ist.
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Um
diese druckabhängige
Variation der wirksamen Kolbenfläche
definierter vorgeben zu können, wird
weiter vorgeschlagen, dass dem ersten Kolbenelement eine dieses
in Richtung Aufheben des Reibeingriffs der Reibflächenanordnungen
vorspannende erste Vorspannanordnung zugeordnet ist und dem zweiten
Kolbenelement eine dieses in Richtung Mindern der Einwirkung auf
das erste Kolbenelement vorspannende zweite Vorspannanordnung zugeordnet
ist, wobei die erste Vorspannanordnung und die zweite Vorspannanordung
jeweils eine Vorspannfeder umfassen können. Durch die Abstimmung
der durch die Vorspannanordnungen generierten Vorspannkräfte auf
die bei den jeweiligen Kolbenelementen vorhandenen Kolbenflächen wird
es möglich, dafür zu sorgen,
dass beispielsweise bei vergleichsweise geringen Drücken die
Vorspannwirkung der zweiten Vorspannanordnungen noch nicht überwunden
wird, eine druckabhängige
Variation der Einwirkung des zweiten Kolbenelements auf das erste
Kolbenelement also nicht vorliegt, während der Druck bereits ausreicht,
um das erste Kolbenelement entgegen der Vorspannwirkung der ersten
Vorspannanordnung zum Herstellen des Reibeingriffs zwischen den
Reibflächenanordnungen
zu bewegen.
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Um
in einfacher Weise dafür
sorgen zu können,
dass beide Kolbenelemente mit im Wesentlichen dem gleichen Fluiddruck
belastet werden können,
wird weiter vorgeschlagen, dass das erste Kolbenelement und das
zweite Kolbenelement zusammen einen Druckfluidraum zur Aufnahme
von das erste Kolbenelement und das zweite Kolbenelement beaufschlagendem
Druckfluid mitbegrenzen.
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Hierzu
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das erste Kolbenelement
und das zweite Kolbenelement ringartig ausgebildet sind, wobei weiter
vorgeschlagen wird, dass das erste Kolbenelement und das zweite
Kolbenelement bezüglich
einer Bewegungsachse radial gestaffelt angeordnet sind.
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Der
Aufbau kann weiter derart sein, dass das erste Kolbenelement das
zweite Kolbenelement radial außen
umgebend angeordnet ist und bezüglich diesem
fluiddicht in Richtung der Bewegungsachse verlagerbar ist. Auf diese
Art und Weise wird durch die radiale Staffelung der Kolbenelemente
auch erreicht, dass das weiter außen liegende erste Kolbenelement
im Rotationszustand bei grundsätzlich
gleichem statischen Fluiddruck auf Grund der nach radial außen sich
verstärkenden
Fliehkrafteinwirkung grundsätzlich
einen höheren
Druck erfährt,
als das radial weiter innen liegende zweite Kolbenelement, so dass
eine fliehkraftabhängige übermäßig starke Einwirkung
des zweiten Kolbenelements auf das erste Kolbenelement vermieden
werden kann.
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Um
den Druckfluidraum in Zusammenwirkung mit den beiden Kolbenelementen
begrenzen zu können,
wird weiter vorgeschlagen, dass eines der Kolbenelemente bezüglich eines
den Druckfluidraum mitbegrenzenden Gehäuses fluiddicht bewegbar geführt ist
und dass eines der Kolbenelemente bezüglich eines den Druckfluidraum
mitbegrenzenden Nabenelements fluiddicht bewegbar geführt ist.
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Auch
die Wechselwirkung zwischen den beiden Kolbenelementen kann unter
Zwischenlagerung einer elastischen Anordnung, wie zum Beispiel einer Wellfeder
oder dergleichen, erfolgen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Automatikgetriebe, bei
welchem in Zuordnung zumindest einer Gangstufe zumindest eine erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung
vorgesehen ist.
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Weiter
betrifft die vorliegende Erfindung eine hydrodynamische Kopplungseinrichtung,
wie zum Beispiel einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, der als Überbrückungskupplung
eine erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung
umfasst. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine nasslaufende
Kupplung für
den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, die mit einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung
aufgebaut ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende Figur detailliert
beschrieben, welchem in prinzipartiger Darstellung einen Teil-Längsschnitt
einer erfindungsgemäß aufgebauten
Kupplungseinrichtung veranschaulicht.
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Die
erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung 10 ist
als so genannte Lamellenkupplung aufgebaut, umfasst also zwei Reibflächenanordnungen 12, 14 jeweils
mit einer Mehrzahl von ringscheibenartig aufgebauten Reibelementen 16, 18.
Die Reibelemente von einer der Reibflächenanordnungen 14, 16 können Reibbeläge tragen,
während
die anderen als Belchringe ausgebildet sind. Grundsätzlich können auch
die Reibelemente 16, 18 beider Reibflächenanordnungen 12, 14 Reibbeläge tragen,
oder es können beide
Reibflächenanordnungen 12, 14 mit
ohne Reibbeläge
versehenen Metallscheiben oder dergleichen aufgebaut sein.
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Die
Reibelemente 16 der Reibflächenanordnung 12 können mit
einem allgemein mit 20 bezeichneten Gehäuse oder Kupplungszylinder
zur gemeinsamen Drehung um eine Drehachse A gekoppelt sein, beispielsweise über jeweilige
Verzahnungsformationen, die eine gewisse Axialbewegbarkeit der Reibelemente 16 bezüglich des
Gehäuses 20 zulassen.
Die Reibelemente 18 der Reibflächenanordnung 14 können mit
einem Reibelemententräger 22 zur
gemeinsamen Drehung um die Drehachse A gekoppelt sein, wobei auch
hier zum Durchführen
von Ein- und Ausrückvorgängen eine
Axialrelativbewegbarkeit gewährleistet
ist. Bei Einsatz der Kupplungseinrichtung 10 in einem Automatikgetriebe
kann das Gehäuse 12 ein
Gehäuse
der Kupplung oder eine andere Kupplungskomponente sein, während der
Träger 22 mit
einer Getriebebaugruppe gekoppelt sein kann, die zum Einlegen oder
Auslegen einer Gangstufe mit dem Gehäuse 20 zu verkoppeln
oder von dieser freizugeben ist. Bei Einsatz der Kupplungseinrichtung 10 in einem
hydrodynamischen Drehmomentwandler oder als nasslaufende Kupplung
in einem Antriebsstrang kann das Gehäuse 20 dann das Wandler-
bzw. Kupplungsgehäuse
sein, das mit einer Antriebswelle zur Drehung um die Drehachse A
zu koppeln ist, während
der Träger 22 beispielsweise über eine
Torsionsschwingungsdämpferanordnung
mit einer Abtriebsnabe bzw. gegebenenfalls auch einem Turbinenrad
gekoppelt oder zu koppeln ist.
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Um
die beiden Reibflächenanordnungen 12, 14 in
gegenseitigen Reibeingriff pressen zu können, ist eine allgemein mit 24 bezeichnete
Anpressanordnung vorgesehen. Diese umfasst zwei im dargestellten
Fall radial gestaffelt liegende und jeweils ringartig ausgebildete
Kolbenelemente 26, 28. Das Kolbenelement 26 ist
in seinem radial äußeren Bereich
unter Zwischenlagerung eines Dichtungselements 30 an einem
zylindrischen Abschnitt 32 des Gehäuses 20 in Richtung
der Drehachse A fluiddicht bewegbar geführt. Das radial innere Kolbenelement 28 ist
unter Zwischenlagerung eines Dichtungselements 34 in Richtung
der Drehachse A an einem Nabenelement 36 oder dergleichen
fluiddicht bewegbar geführt.
Das Nabenelement 36 kann beispielsweise mit dem Gehäuse 20 fest
verbunden sein, kann beispielsweise aber auch als Welle oder dergleichen
ausgebildet sein. Auf diese Art und Weise wird ein Druckfluidraum 38 durch
die beiden Kolbenelemente 26, 28, das Gehäuse 20 und
das Nabenelement 36 begrenzt, wobei durch eine nicht dargestellte
Leitungsanordnung Druckfluid in den Druckfluidraum 38 eingeleitet
bzw. aus diesem abgezogen werden kann.
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Man
erkennt in der 1 weiter, dass das radial äußere Kolbenelement 26 unter
Zwischenlagerung eines Dichtungselements 40 auf dem radial
inneren Kolbenelement 28 fluiddicht und bezüglich diesem
in Richtung der Drehachse A bewegbar geführt ist, so dass grundsätzlich die
Möglichkeit
besteht, die beiden Kolbenelemente 26, 28 unabhängig voneinander
zu bewegen.
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Die
beiden Kolbenelemente können
in einfacher Art und Weise beispielsweise als Belch- oder Drehbauteile
hergestellt werden. Die verschiedenen Dichtungselemente 30, 34 bzw. 40 können als
herkömmliche
Bohrringe oder Profildichtringe ausgebildet sein.
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Dem
radial äußeren ersten
Kolbenelement ist eine in Form einer Rückstellfeder 42 ausgebildete erste
Vorspannanordnung zugeordnet. Dem radial inneren zweiten Kolbenelement 28 ist
eine ebenfalls in Form einer Rückstellfeder 44 ausgebildete
zweite Vorspannanordnung zugeordnet. Die beiden Rückstellfedern 42, 44 stützten sich
axial bezüglich
des Nabenelements 36 ab und erzeugen somit eine Vorspannwirkung
für die
beiden Kolbenelemente 26, 28, welche diese in
Richtung Verringerung des Volumens des Druckfluidraums 38 belastet.
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Bei
der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung
können
die beiden durch die Kolbenelemente 26, 28 bereitgestellten
und letztendlich den Druckfluidraum 38 auch begrenzenden
Kolbenflächen 46, 48 so
aufeinander und auch auf die Vorspannwirkung der beiden Rückstellfedern 42, 44 abgestimmt
sein, dass sich im Betrieb die im Folgenden erläuterte Wirkcharakteristik ergibt.
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Es
sei zunächst
angenommen, dass der Fluiddruck im Druckfluidraum 38 vergleichsweise
gering ist, so dass durch die beiden Vorspannanordnungen bzw. Rückstellfedern 42, 44 die
beiden Kolbenelemente 26, 28 maximal in Richtung
von den Reibflächenanordnungen 12, 14 weg
bewegt sind. Wird zum Einrücken
der Kupplungseinrichtung 10 dann der Fluiddruck im Druckfluidraum 38 erhöht und erreicht das
Druckniveau eine vorbestimmte Schwelle, so wird zunächst das
radial äußere erste
Kolbenelement 26 entgegen der Vorspannwirkung der Rückstellfeder 42 axial
verschoben, während
die Rückstellfeder 44 noch
eine ausreichend große
Vorspannkraft erzeugt, um das Kolbenelement 28 in seiner
Ausgangsstellung zu halten. Da bei ungefähr gleicher radialer Erstreckung
der beiden Kolbenelemente 26, 28 auf Grund der
Anordnung weiter radial außen
das Kolbenelement 26 eine größere Kolbenfläche 46 haben wird,
als das Kolbenelement 28, können zum Erreichen dieser Charakteristik
die beiden Rückstellfedern 42, 44 grundsätzlich mit
gleicher Kraftwirkung bereitgestellt werden. Ein vorbestimmter Druck
wird auf Grund der größeren Kolbenfläche 46 zunächst zur
Verschiebung des Kolbenelements 26 führen.
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Die
Anpressanordnung 24 wird daher mit einer im Vergleich zur
Gesamtkolbenfläche
vergleichsweise kleinen Kolbenfläche 46 des
radial äußeren ersten
Kolbenelements wirksam sein und somit mit vergleichsweise feiner
Dosierbarkeit die beiden Reibflächenanordnungen 12, 14 in
Richtung Herstellen des Reibzustandes bewegen können. Bei weiterem Druckanstieg
wird allmälich
dann auch die Vorspannkraft der Rückstellfeder 44 überwunden,
und das zweite Kolbenelement 28 wird beginnen, sich in
der gleichen axialen Richtung zu bewegen, wie das erste Kolbenelement 26.
Dabei bewirkt das zweite Kolbenelement 28 beispielsweise über eine
elastische Anordnung 50, wie zum Beispiel eine Wellfeder,
auf das erste Kolbenelement 26 ein und erzeugt somit eine zusätzliche
Kraft, die über
das erste Kolbenelement 26 auf die Reibflächenanordnungen 12, 14 übertragen
wird und diese somit dann verstärkt
in Richtung Einrücken
belastet. Dabei wird durch den Einsatz der elastischen Anordnung 50 dafür gesorgt,
dass kein schlagartiger Übergang
zum zusätzlichen
Wirksamwerden des Kolbenelements 28 auftritt, sondern ein allmälicher Anstieg
der von diesem auf das radial äußere Kolbenelement 26 ausgeübten Kraft
erhalten wird.
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Mit
dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Kupplungseinrichtung 10 wird es möglich, druckabhängig mit
verschieden großen
wirksamen Gesamtkolbenflächen
zu arbeiten, so dass insbesondere bei kleineren Drücken auch
eine kleinere wirksame Kolbenfläche
genutzt wird und somit eine feinere Dosierbarkeit beim Einrücken und
beim Ausrücken der
Kupplungseinrichtung 10 erhalten wird. Dabei ist auch von
Vorteil, dass das bei diesen kleineren Drücken wirksame und unmittelbar
auch auf die Reibflächenanordnungen 12, 14 einwirkende
erste Kolbenelement 26 das radial äußere der beiden Kolbenelemente
ist, so dass im Rotationszustand auch auftretende Fliehkrafteinflüsse auf
dieses Kolbenelement 26 stärker wirken, als auf das radial
innere Kolbenelement 28. Fliehkrafteinflüsse haben
somit nicht zur Folge, dass eine der Intention des Ausgestaltens
mit zwei verschiedenen Kolbenelementen gegenläufige Einwirkung erzielt wird.
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Durch
die Abstimmung der Kolbenflächen 46, 48 der
beiden Kolbenelemente 26, 28 auch auf die durch
die Rückstellfedern 42, 44 generierten
Kräfte
wird es möglich,
den Übergang
von der Wirksamkeit nur des Kolbenelements 26 zu dem Zustand,
in welchem beide Kolbenelemente 26, 28 sozusagen als
ein einheitliches Kolbenelement wirksam sind, und zwar dann gegen
die Rückstellwirkung
beider Rückstellfedern 42, 44,
eine bessere Regelbarkeit der Einrückvorgänge und der Ausrückvorgänge erzielt
wird. Diese Regelbarkeit bzw. die Durchführung von Ein- und Auskuppelvorgängen kann
noch unterstützt
werden durch den an der von der Druckfluidkammer 38 abgewandten
Seite der beiden Kolbenelemente 26, 28 vorherrschenden
Fluiddruck, dessen Größe ggf.
ebenfalls eingestellt werden kann, um entsprechend der dann vorhandenen
Druckdifferenz die gewünschten
Bewegungen der Kolbenelemente 26, 28 erzielen
zu können.