DE102011005504A1

DE102011005504A1 - Lamellenschaltelement

Info

Publication number: DE102011005504A1
Application number: DE102011005504A
Authority: DE
Inventors: Kim Führer; Thomas Riedisser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2031-03-15
Also published as: DE102011005504B4

Abstract

Es wird ein Lamellenschaltelement (1) vorgeschlagen, bei dem auf der axial betrachtet dem Druckraum (6) abgewandten Seite des Kolbens (3) zur Betätigung des Lamellenschaltelementes (1) ein Ölleitblech (7) angeordnet ist, welches die kolbennahe Seite des Druckausgleichsraumes (10) des Lamellenschaltelementes (1) bildet, wobei das radial betrachtet innere Ende des Ölleitbleches (7) eine Öltrennkante (13) bildet, die bei offenem Lamellenschaltelement (1) das zuströmende Öl in den Druckausgleichsraum (10) leitet und bei geschlossenem Lamellenschaltelement (1) einen Teil des zuströmenden Öls in einen axial betrachtet zwischen dem Kolben (3) und dem Ölleitblech (7) gebildeten Raum (14) leitet, der als Ölstaubecken dient und über den Kühlöl von radial innen nach radial außen in das Lamellenpaket (2) des Lamellenschaltelementes (1) geleitet werden kann, wobei der Raum (14) nach dem Öffnen des Schaltelementes (1) weiter entleert wird und somit ein Nachkühlen des Schaltelementes (1) ermöglicht, wobei bei geschlossenem Lamellenschaltelement (1) das Abströmvolumen geringer als das Zuströmvolumen in den Raum (14) ist und wobei zur Ölversorgung des Lamellenschaltelementes (1) zwei in der Nabe (15) des Lamellenschaltelementes (1) eingebrachte Bohrungen (16, 17) bzw. Bohrungsgruppen vorgesehen sind, wobei die axial betrachtet der kolbenfernen Seite des Druckausgleichsraumes (10) am nächsten angeordnete Bohrung (16) bzw. Bohrungsgruppe das Kühlöl immer direkt in den Druckausgleichsraum (10) leitet und die weitere Bohrung (17) bzw. Bohrungsgruppe in Abhängigkeit der axialen Position des Kolbens (3) und somit der Öltrennkante (13) das Kühlöl bei offenem Lamellenschaltelement (1) in den Druckausgleichsraum (10) und bei geschlossenem Lamellenschaltelement (1) zur Kühlung des Lamellenpakets (2) in den Raum (14) zwischen dem Kolben (3) und dem Ölleitblech (7) leitet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lamellenschaltelement, insbesondere auf ein Lamellenschaltelement eines Automatgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zur Kühlung von Lamellenschaltelementen eine bedarfsgerechte Kühlölversorgung mittels einer separaten Ölzuführung und eines zusätzlichen Steuerventils zu realisieren, was in nachteiliger Weise in hohen Herstellungs- und Montagekosten sowie in einem erhöhten Bauraumbedarf resultiert. Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Kühlölversorgung einer Lamellenkupplung direkt über den Kupplungshub zu realisieren, mit dem Nachteil, dass die Kupplung nach dem Öffnen nicht nachgekühlt werden kann, da der zurückfahrende Kolben die Kühlölleitung verschießt.
Konzepte zur Kühlung von Lamellenschaltelementen, die sowohl eine direkte Kolbenhubbetätigung der Kühlölversorgung als auch die Möglichkeit der Nachkühlung zum Gegenstand haben, erfordern einen sehr komplexen und filigranen konstruktiven Aufbau und sind daher teuer, bauraumintensiv und mangelnd robust.
Aus der DE 10 2005 007 686 A1 der Anmelderin ist eine Kühlölzuführung für ein nasslaufendes Schalt- bzw. Anfahrelement bekannt, umfassend Mittel, die bei Betätigung des Schalt- bzw. Anfahrelementes über den Betätigungsdruck gegen die Kraft eines Federelementes oder gegen den Kühlöldruck zumindest eine Durchgangsbohrung eines radial betrachtet zwischen einer innerhalb des Schalt- bzw. Anfahrelementes vorgesehenen. Welle und dem Lamellenpaket angeordneten Bauteils mit zumindest einer entsprechenden, auf der Welle vorgesehenen und an einer Kühlölleitung angeschlossenen Durchgangsbohrung in Überdeckung bringen, wodurch die Kühlölzufuhr auf das Lamellenpaket des Schalt- bzw. Anfahrelementes freigegeben wird.
Des Weiteren ist aus der US 3,823,802 eine nicht dynamisch druckausgeglichene Lamellenkupplung bekannt, bei der der Kühlölfluss gesteuert wird und über die axiale Bewegung des Kolbens freigeschaltet wird.
Die US 2004/0154894 A1 beschreibt eine dynamisch druckausgeglichene Lamellenkupplung mit gesteuertem Kühlöldurchfluss, bei der der Querschnitt eines Ringkanals, über den das Kühlöl in einen Bereich radial unterhalb des Lamellenpakets gefördert wird, durch den Kupplungskolben verändert wird. Hierbei wird der Druckausgleichsraum der Lamellenkupplung über eine separate Kühlölleitung versorgt; der Ölfluss zur Kühlung der Kupplung hat keine Rückwirkung auf die Befüllung des Druckausgleichsraums.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lamellenschaltelement anzugeben, welches nur im Bedarfsfall, d. h. während des Schließvorgangs oder im geschlossenen Zustand mit Kühlöl ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Ölzuführung und eines zusätzlichen Steuerventils versorgt wird, so dass im geöffneten Zustand die Schleppmomente durch gezieltes Wegleiten des Kühlöls von den. Lamellen reduziert werden. Des Weiteren soll ein Nachkühlen des wieder öffnenden Schaltelementes ermöglicht werden. Ferner soll bei geringen Herstellungs- und Montagekosten eine kompakte Bauweise erzielt werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Lamellenschaltelement vorgeschlagen, mit einem Kolben zur Betätigung des Lamellenschaltelementes, auf dessen axial betrachtet dem Druckraum des Kolbens abgewandten Seite ein Ölleitblech angeordnet ist, welches die kolbennahe Seite des Druckausgleichsraumes des Lamellenschaltelementes bildet, wobei das radial betrachtet innere Ende des Ölleitbleches eine Öltrennkante bildet, die bei offenem Schaltelement das zuströmende Öl in den Druckausgleichsraum leitet.
Die radial betrachtet äußere Seite und die axial betrachtet kolbenferne Seite des Druckausgleichsraumes werden vorzugsweise durch eine Stauscheibe gebildet; vorzugsweise liegt das radial betrachtet äußere Ende des Ölleitblechs an der radial betrachtet äußeren Seite des Druckausgleichsraumes bzw. der Stauscheibe an und kann entlang dieser Seite bzw. entlang der Stauscheibe in axialer Richtung gemäß der axialen Bewegung des Kolbens gleiten.
Der Kolben und das Ölleitblech sind derart ausgeführt, dass axial betrachtet zwischen dem Kolben und dem Ölleitblech ein Raum gebildet wird, der bei Ölzuführung als Ölstaubecken dient und über den Kühlöl von radial innen nach radial außen in das Lamellenpaket geleitet werden kann, wobei das Abströmvolumen geringer als das Zuströmvolumen ist.
Ferner sind zur Ölversorgung des Lamellenschaltelementes zwei in der Nabe des Lamellenschaltelementes eingebrachte, vorzugsweise parallel zueinander angeordnete Bohrungen bzw. Bohrungsgruppen vorgesehen, wobei die axial betrachtet der Stauscheibe bzw. der kolbenferne Seite des Druckausgleichsraumes am nächsten angeordnete Bohrung bzw. Bohrungsgruppe das Kühlöl immer direkt in den Druckausgleichsraum leitet und die weitere Bohrung bzw. Bohrungsgruppe in Abhängigkeit der axialen Position des Kolbens und somit der Öltrennkante das Kühlöl bei offenem Lamellenschaltelement in den Druckausgleichsraum und bei geschlossenem. Lamellenschaltelement zur Kühlung des Lamellenpakets in den Raum zwischen dem. Kolben und dem Ölleitblech leitet, der als Ölstaubecken dient.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird in Abhängigkeit der axialen Position des Kolbens des Lamellenschaltelementes das über die zwei Bohrungen bzw. Bohrungsgruppen zuströmende Öl bei geschlossenem Schaltelement zur Kühlung des Schaltelementes und zur gleichzeitigen stetigen Befüllung des Druckausgleichraumes geleitet.
Bei offenem Schaltelement wird das Öl über beide Bohrungen bzw. Bohrungsgruppen direkt in den Druckausgleichraum geleitet, wodurch ein sehr schnelles Befüllen ermöglicht wird. Dies führt zu einer Verbesserung des Ansprechverhaltens und der Regelbarkeit des Schaltelementes nach dem Start des Antriebsaggregates und somit zu einer Erhöhung des Schaltkomforts.
Gleichzeitig wird bei geschlossenem Schaltelement in das durch den Kolben und das Ölleitblech gebildeten Ölstaubecken Kühlöl geleitet, welches sich nach dem Öffnen des Schaltelementes weiter entleert und somit ein Nachkühlen des Schaltelementes ermöglicht.
Somit wird ein Lamellenschaltelement geschaffen, welches einen hohen funktionalen Nutzen bei relativ geringen Gesamtmehrkosten sowie geringen Bauraumvergrößerungen im Vergleich zu Lamellenschaltelementen nach dem Stand der Technik ermöglicht.
Dadurch, dass gemäß der Erfindung keine separate Ölzuführung zur bedarfsgerechten Schmierung und Kühlung des Lamellenschaltelementes erforderlich ist, reduziert sich in vorteilhafter Weise der zirkulierende Ölvolumenstrom innerhalb des Getriebes, was sich auf den Getriebewirkungsgrad sowie auf die den Kosten sehr positiv auswirkt.
Ein weiterer Vorteil des Aufbaus des erfindungsgemäßen Lamellenschaltelementes besteht darin, dass mit zunehmendem Verschleiß bzw. bei Deformation von Bauteilen des Schaltelementes die Funktionalität nicht beeinträchtigt wird, da ein erhöhter Kupplungshub die Überdeckung der Öltrennkante zu den Bohrungen, die bei geschlossenem Schaltelement das Öl in den Raum zwischen dem Kolben und dem Ölleitblech leiten, vergrößert und somit zu einer noch deutlicheren Auftrennung der Strömungspfade führt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1: Eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgeführten Lamellenschaltelementes;
2: Eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 1;
3: eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgeführten Lamellenschaltelementes im geöffneten Zustand zur Veranschaulichung der Strömungspfade des Öls; und
4: eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgeführten Lamellenschaltelementes im geschlossenen Zustand zur Veranschaulichung der Strömungspfade des Öls.
Lamellenschaltelemente sind dem Fachmann bestens bekannt, so dass im Rahmen der Figurenbeschreibung nur die erfindungsrelevanten Bauteile beschrieben und erläutert werden.
In 1 ist ein hydraulisch betätigbares Lamellenschaltelement 1 eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs dargestellt, umfassend ein Lamellenpaket 2 und einen durch Hydraulikdruck gegen die Kraft eines Federelementes 4 axial verschieblich angeordneten Kolben 3. Die Zuführung der Hydraulikflüssigkeit zur Betätigung des Kolbens 3 ist mit dem Bezugszeichen 5 versehen.
Gemäß der Erfindung ist auf der axial betrachtet dem Druckraum 6 abgewandten Seite des Kolbens 3 ein Ölleitblech 7 angeordnet, welches über Durchstellungen 8 mit dem Kolben 3 verbunden, vorzugsweise KE-verschweißt, ist. Bezugnehmend auf 2 sind zwischen den Durchstellungen 8 über den Umfang verteilt Ölleitnutungen 9 vorgesehen, so dass ein Ölfluss radial betrachtet von innen nach außen zur Kühlung des Lamellenpakets 2 ermöglicht wird.
Das Ölleitblech 7 bildet die kolbennahe Seite des Druckausgleichsraumes 10 des Lamellenschaltelementes 1, wobei die radial betrachtet äußere Seite und die axial betrachtet kolbenferne Seite des Druckausgleichsraumes 10 durch eine Stauscheibe 11 gebildet werden. Das radial betrachtet äußere Ende 12 des Ölleitblechs 7 liegt bei dem gezeigten Beispiel an der Stauscheibe 11 an und kann gemäß der Bewegung des Kolbens 3 entlang der Stauscheibe 11 in axialer Richtung gleiten, wobei das radial betrachtet innere Ende des Ölleitbleches 7 eine Öltrennkante 13 bildet, die bei geöffnetem Schaltelement das zuströmende Öl in den Druckausgleichsraum 10 leitet. In 1 ist mit dem Bezugszeichen 20 eine Dichtung bezeichnet.
Der Kolben 3 und das Ölleitblech 7 sind derart ausgeführt, dass axial betrachtet zwischen dem Kolben 3 und dem Ölleitblech 7 ein Raum 14 gebildet wird, der bei Ölzuführung als Ölstaubecken dient und über den Kühlöl von radial innen durch die Ölleitnutungen 9 nach radial außen in das Lamellenpaket 2 geleitet werden kann; das Abströmvolumen ist hierbei geringer als das Zuströmvolumen.
Wie aus 2 ersichtlich, sind zur Ölversorgung des Lamellenschaltelementes 1 zwei in der Nabe 15 des Lamellenschaltelementes 1 eingebrachte, parallel zueinander angeordnete Bohrungen 16, 17 vorgesehen, wobei die axial betrachtet der Stauscheibe 11 am nächsten angeordnete Bohrung 16 das Kühlöl unabhängig von der axialen Position des Kolbens 3 und somit der Öltrennkante 13 immer direkt in den Druckausgleichsraum 10 leitet.
Die weitere Bohrung 17 leitet in Abhängigkeit der axialen Position des Kolbens 3 und somit der Öltrennkante 13 das Kühlöl bei offenem Lamellenschaltelement 1 in den Druckausgleichsraum 10 und bei geschlossenem Lamellenschaltelement 1 zur Kühlung des Lamellenpakets 2 in den Raum 14 zwischen dem Kolben 3 und dem Ölleitblech 7, der als Ölstaubecken dient.
Dies wird anhand der Detailansicht im rechten Teil der 1 veranschaulicht, wobei mit dem Bezugszeichen 13 die Öltrennkante bei geöffnetem Lamellenschaltelement und mit dem Bezugszeichen 13' die Öltrennkante bei geschlossenem Lamellenschaltelement bezeichnet ist.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel weist der Kolben 3 eine Eindrehung 18 zur Ölabschleuderung auf; ferner kann ein Öldamm 19 vorgesehen sein, um die Verteilung des Öls zu den Lamellen zu optimieren.
Gegenstand der 3 ist die Verteilung des zuströmenden Öls bei geöffnetem Lamellenschaltelement, wobei die Strömungspfade durch die Pfeile veranschaulicht werden. Bei geöffnetem Schaltelement 1 wird das Öl über beide Bohrungen 16, 17 direkt in den Druckausgleichraum 10 geleitet, wodurch ein sehr schnelles Befüllen ermöglicht wird und eine Verbesserung des Ansprechverhaltens und der Regelbarkeit des Schaltelementes nach dem Start des Antriebsaggregates erzielt wird.
Bezugnehmend auf 4 wird bei geschlossenem Schaltelement 1 das durch die Bohrung 17 strömende Öl in den durch den Kolben 3 und das Ölleitblech 7 gebildeten Ölstaubecken 14 geleitet, wobei ein Teil des Öls von radial innen durch die Ölleitnutungen 9 nach radial außen in das Lamellenpaket 2 geleitet wird. Da das Abströmvolumen geringer ist als das Zuströmvolumen entleert sich das Ölstaubecken 14 nach dem Öffnen des Schaltelementes 1 weiter und ermöglicht somit in vorteilhafter Weise ein Nachkühlen des Schaltelementes 1.
Die Aufteilung des zuströmenden Öls bei geschlossenem Schaltelement 1 zwischen dem Druckausgleichraum 10 und dem Ölstaubecken 14 kann über die Anzahl und/oder den Durchmesser der Bohrungen 16, 17 erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Lamellenschaltelement
2: Lamellenpaket
3: Kolben
4: Federelemente
5: Zuführung
6: Druckraum
7: Ölleitblech
8: Durchstellung
9: Ölleitnutung
10: Druckausgleichsraum
11: Stauscheibe
12: äußeres Ende 12 des Ölleitblechs 7
13: Öltrennkante
13': Öltrennkante
14: Ölstaubecken
15: Nabe
16: Bohrung
17: Bohrung
18: Eindrehung
19: Öldamm
20: Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005007686 A1 [0004]
US 3823802 [0005]
US 2004/0154894 A1 [0006]

Claims

Lamellenschaltelement (1), dadurch gekennzeichnet, dass auf der axial betrachtet dem Druckraum (6) abgewandten Seite des Kolbens (3) zur Betätigung des Lamellenschaltelementes (1) ein Ölleitblech (7) angeordnet ist, welches die kolbennahe Seite des Druckausgleichsraumes (10) des Lamellenschaltelementes (1) bildet, wobei das radial betrachtet innere Ende des Ölleitbleches (7) eine Öltrennkante (13) bildet, die bei offenem Lamellenschaltelement (1) das zuströmende Öl in den Druckausgleichsraum (10) leitet und bei geschlossenem Lamellenschaltelement (1) einen Teil des zuströmenden Öls in einen axial betrachtet zwischen dem Kolben (3) und dem Ölleitblech (7) gebildeten Raum (14) leitet, der als Ölstaubecken dient und über den Kühlöl von radial innen nach radial außen in das Lamellenpaket (2) des Lamellenschaltelementes (1) geleitet werden kann, wobei der Raum (14) nach dem Öffnen des Schaltelementes (1) weiter entleert wird und somit ein Nachkühlen des Schaltelementes (1) ermöglicht, wobei bei geschlossenem Lamellenschaltelement (1) das Abströmvolumen geringer als das Zuströmvolumen in den Raum (14) ist und wobei zur Ölversorgung des Lamellenschaltelementes (1) zwei in der Nabe (15) des Lamellenschaltelementes (1) eingebrachte Bohrungen (16, 17) bzw. Bohrungsgruppen vorgesehen sind, wobei die axial betrachtet der kolbenfernen Seite des Druckausgleichsraumes (10) am nächsten angeordnete Bohrung (16) bzw. Bohrungsgruppe das Kühlöl immer direkt in den Druckausgleichsraum (10) leitet und die weitere Bohrung (17) bzw. Bohrungsgruppe in Abhängigkeit der axialen Position des Kolbens (3) und somit der Öltrennkante (13) das Kühlöl bei offenem Lamellenschaltelement (1) in den Druckausgleichsraum (10) und bei geschlossenem Lamellenschaltelement (1) zur Kühlung des Lamellenpakets (2) in den. Raum (14) zwischen dem Kolben (3) und dem Ölleitblech (7) leitet.
Lamellenschaltelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölleitblech (7) über Durchstellungen (8) mit dem Kolben (3) verbunden ist, wobei zwischen den Durchstellungen (8) über den Umfang verteilt Ölleitnutungen (9) vorgesehen sind, so dass ein Ölfluss radial betrachtet von innen nach außen zur Kühlung des Lamellenpakets (2) ermöglicht wird.
Lamellenschaltelement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Ölleitblech (7) und Kolben (3) stoffschlüssig ist.
Lamellenschaltelement (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radial betrachtet äußere Seite und die axial betrachtet kolbenferne Seite des Druckausgleichsraumes (10) des Lamellenschaltelementes (1) durch eine Stauscheibe (11) gebildet werden, wobei das radial betrachtet äußere Ende (12) des Ölleitblechs (7) an der Stauscheibe (11) anliegt und gemäß der Bewegung des Kolbens (3) entlang der Stauscheibe (11) in axialer Richtung gleiten kann.
Lamellenschaltelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilung des zuströmenden Öls bei geschlossenem Lamellenschaltelement (1) zwischen dem Druckausgleichraum (10) und dem Ölstaubecken (14) über die Anzahl und/oder den Durchmesser der Bohrungen (16, 17) erfolgt.