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GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, die eine Klauenkupplung und eine Scheibenkupplung aufweist, und insbesondere auf eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, die eine Klauenkupplung und eine Scheibenkupplung mit minimaler Kapazität zum Bereitstellen von Heraufschaltvorgängen mit anstehender Leistung aufweist.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung dar und können, müssen jedoch nicht Stand der Technik bilden.
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Ein typisches Mehrdrehzahl-Automatik oder -Hybridgetriebe verwendet eine Kombination von Drehmomentübertragungsvorrichtungen wie etwa Kupplungen oder Bremsen, um eine Mehrzahl von Vorwärts- und Rückwärts-Übersetzungsverhältnissen oder -Drehzahlverhältnissen zu erzielen. Die Auswahl der Drehzahlverhältnisse wird üblicherweise durch ein Mikroprozessor-Getriebesteuermodul ausgeführt, das verschiedene Fahrzeugparameter, z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, und verschiedene Fahrereingabesignale, z. B. die Fahrpedalposition, zum Auswählen der richtigen Drehzahlverhältnisse nutzt. Daraufhin rückt das Getriebe eine Kombination der Drehmomentübertragungsvorrichtungen ein, um die gewünschten Drehzahlverhältnisse bereitzustellen.
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Diese Drehmomentübertragungsvorrichtungen enthalten allgemein Scheibenkupplungen oder Klauenkupplungen, die üblicherweise in Handschaltgetrieben verwendet werden. Scheibenkupplungen sind üblicherweise für ausreichende Drehmomentkapazität für alle eingerückten Betriebsbedingungen des Getriebes ausgelegt und sind dementsprechend robust. Allerdings erfordern typische Scheibenkupplungen häufig erheblichen Packungsraum und können Probleme mit dem gleichmäßigen Einrücken unter leichten Drehmomentlasten erzeugen und können außerdem zu erheblichen Spinverlusten beitragen. Im Gegensatz dazu besitzen Klauenkupplungen Spinverluste von nahezu null, können aber wegen fehlender Drehmomentkapazität vor dem vollen Einrücken nicht für Heraufschaltvorgänge mit anstehender Leistung verwendet werden, was eine Unfähigkeit zur Aufnahme von Energie und zum Synchronisieren der Drehzahl vor dem Einrücken liefert. Dementsprechend besteht im Gebiet ein Bedarf an einer Drehmomentübertragungsanordnung, die die Merkmale der Scheibenkupplung, z. B. die Fähigkeit zur Bereitstellung von Heraufschaltvorgängen mit anstehender Leistung, mit den Merkmalen der Klauenkupplung, z. B. minimierte Packung, minimierter Spinverlust und robuste Drehmomentkapazität, kombiniert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird eine Drehmomentübertragungsanordnung zum selektiven Übertragen von Drehmoment zwischen einem ersten Glied und einem zweiten Glied in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs geschaffen.
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In einer Ausführungsform enthält die Drehmomentübertragungsvorrichtung eine Scheibenkupplung, die zwischen das erste Glied und das zweite Glied geschaltet ist, wobei die Scheibenkupplung eine maximale Drehmomentkapazität aufweist, die begrenzt ist, um Vollgas-Einzelübergangs-Heraufschaltvorgänge in dem Getriebe zu ermöglichen, wenn die Scheibenkupplung vollständig eingerückt ist. Eine Klauenkupplung ist mit dem ersten Glied verbunden und ist selektiv mit dem zweiten Glied verbunden. Die Klauenkupplung ist mit der Scheibenkupplung in Reibungseingriff, wenn die Scheibenkupplung eingerückt ist, wobei die Klauenkupplung mit dem zweiten Glied verbunden wird, bevor das übertragene Drehmoment die maximale Drehmomentkapazität der Scheibenkupplung übersteigt.
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In einer anderen Ausführungsform ist ein Kolben in Kontakt mit der Scheibenkupplung hydraulisch verlagerbar, um die Scheibenkupplung und die Klauenkupplung einzurücken.
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In einer nochmals anderen Ausführungsform enthält die Scheibenkupplung eine Reaktionsscheibe, die verschiebbar mit einem Träger verbunden ist, und eine Reibscheibe, die verschiebbar mit dem zweiten Glied verbunden ist, wobei der Träger durch den Kolben und durch die Klauenkupplung gestützt ist.
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In einer nochmals anderen Ausführungsform steht die Klauenkupplung in Reibungseingriff mit der Reibscheibe, wenn der Kolben die Scheibenkupplung berührt und verlagert.
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In einer nochmals anderen Ausführungsform berührt ein Vorbelastungsglied die Klauenkupplung und ist es zum Vorbelasten der Klauenkupplung zum Ausrücken mit dem zweiten Glied und zum Ausrücken der Scheibenkupplung konfiguriert.
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Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen mit Bezug auf die folgende Beschreibung und auf die beigefügten Zeichnungen hervor, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf dieselbe Komponente, auf dasselbe Element oder auf dasselbe Merkmal beziehen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
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1 ist eine beispielhafte schematische Darstellung eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug;
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2 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Drehmomentübertragungsanordnung in einer ersten Position und eines beispielhaften Getriebes in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Drehmomentübertragungsanordnung in einer zweiten Position und eines beispielhaften Getriebes in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung; und
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4 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Drehmomentübertragungsanordnung in einer dritten Position und eines beispielhaften Getriebes in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, die vorliegende Anwendung oder die vorliegenden Verwendungen nicht einschränken.
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In 1 ist ein beispielhafter Antriebsstrang allgemein durch das Bezugszeichen 10 angegeben. Der Antriebsstrang enthält einen Motor 12, die mit einem Getriebe 14 verbunden ist. Ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, kann der Motor 12 ein herkömmlicher Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor oder irgendein anderer Typ einer Antriebsmaschine sein. Außerdem können zwischen dem Motor 12 und dem Getriebe 14 zusätzliche Komponenten wie etwa hydrodynamische Fluidantriebsvorrichtungen wie etwa Drehmomentwandler und Fluidkopplungen angeordnet sein, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der Motor 12 führt dem Getriebe 14 ein Antriebsdrehmoment zu.
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Das Getriebe 14 enthält ein üblicherweise gegossenes Metallgehäuse 16, das die verschiedenen Komponenten des Getriebes 14 einschließt und schützt. Das Gehäuse 16 enthält verschiedene Öffnungen, Durchlässe, Schultern und Flansche, die diese Komponenten positionieren und stützen. Das Getriebe 14 enthält eine Getriebeeingangswelle 18, eine Getriebeausgangswelle 20 und eine Zahnrad- und Kupplungsanordnung 22. Es sollte gewürdigt werden, dass das Getriebe 14, obgleich das Getriebe 14 als ein Hinterradantriebsgetriebe dargestellt ist, andere Konfigurationen aufweisen kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Getriebeeingangswelle 18 ist mit dem Motor 12 verbunden und empfängt ein Eingangsdrehmoment oder eine Eingangsleistung von dem Motor 12. Die Getriebeausgangswelle 20 ist vorzugsweise mit einer Achsantriebseinheit (nicht gezeigt) verbunden, die z. B. Gelenkwellen, Differentialanordnungen und Antriebsachsen enthalten kann. Die Getriebeeingangswelle 18 ist mit der Zahnrad- und Kupplungsanordnung 22 gekoppelt und führt ihr ein Antriebsdrehmoment zu.
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Die Zahnrad- und Kupplungsanordnung 22 enthält eine Mehrzahl von Zahnradsätzen und eine Mehrzahl von Wellen. Die Mehrzahl von Zahnradsätzen kann einzelne kämmende Zahnräder wie etwa Planetenradsätze, die mit der Mehrzahl von Wellen verbunden sind oder selektiv verbunden werden können, enthalten. Die Mehrzahl von Wellen kann Vorgelegewellen oder Nebenwellen, Hohl- und Mittelwellen, Rücklauf- oder Leerlaufwellen oder Kombinationen davon enthalten. Es sollte gewürdigt werden, dass die spezifische Anordnung und die Anzahl der Zahnradsätze und die spezifische Anordnung und die Anzahl der Wellen innerhalb des Getriebes 14 variieren können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Die Zahnrad- und Kupplungsanordnung 22 enthält ferner wenigstens eine Drehmomentübertragungsanordnung 30. Der Drehmomentübertragungsmechanismus 30 ist selektiv einrückbar, um durch selektives Koppeln einzelner Zahnräder innerhalb der Mehrzahl von Zahnradsätzen mit der Mehrzahl von Wellen wenigstens eines einer Mehrzahl von Übersetzungs- oder Drehzahlverhältnissen zu initiieren. Die Drehmomentübertragungsanordnung 30 wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
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Außerdem enthält das Getriebe 14 ein Getriebesteuermodul 32. Das Getriebesteuermodul 32 ist vorzugsweise eine elektronische Steuervorrichtung, die einen vorprogrammierten Digitalcomputer oder Prozessor, Steuerlogik, zum Speichern von Daten verwendeten Speicher und wenigstens ein E/A-Peripheriegerät aufweist. Die Steuerlogik enthält eine Mehrzahl von Logikroutinen zum Überwachen, Manipulieren und Erzeugen von Daten. Das Getriebesteuermodul 32 steuert über ein Hydrauliksteuersystem 34 die Betätigung der Drehmomentübertragungsanordnung 30. Das Hydrauliksteuersystem 34 ist durch selektives Übermitteln eines Hydraulikfluids zu der Drehmomentübertragungsanordnung 30, das die Drehmomentübertragungsvorrichtung einrückt, zum selektiven Einrücken der Drehmomentübertragungsanordnung 30 betreibbar. In dem gegebenen Beispiel steht das Hydraulikfluid unter Druck von einer Pumpe 36, die durch den Motor 12 angetrieben wird, mit der Drehmomentübertragungsanordnung 30 in Verbindung. Die Pumpe 36 kann von verschiedenen Typen, z. B. eine Zahnradpumpe, eine Schieberpumpe, eine Gerotorpumpe oder irgendeine andere Verdrängerpumpe, sein.
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In 2 ist die Drehmomentübertragungsanordnung 30 in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung in funktionaler Zuordnung mit einer ersten Komponente oder mit einem ersten Glied 40 und mit einer zweiten Komponente oder mit einem zweiten Glied 42 innerhalb des Getriebes 10 dargestellt. Die Drehmomentübertragungsanordnung 30 ist zum Übertragen von Drehmoment zwischen der ersten Komponente 40 und der zweiten Komponente 42 betreibbar. In dem gegebenen Beispiel ist die erste Komponente 40 ein feststehendes Gehäuse und ist die zweite Komponente 42 eine drehbare Welle oder ein drehbares Glied. Allerdings sollte gewürdigt werden, dass jede der Komponenten 40 und 42 z. B. ein Getriebekasten oder -gehäuse, ein Zahnrad oder irgendeine andere Komponente in einem Getriebe sein kann. Dementsprechend ist die Drehmomentübertragungsanordnung 30 in dem gegebenen Beispiel eine Bremse, obgleich gewürdigt werden sollte, dass die Drehmomentübertragungsanordnung 30 eine Kupplung sein kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Allgemein enthält die Drehmomentübertragungsanordnung 30 ein Gehäuse 44, eine Nabe 46 und eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 48. Das Kupplungsgehäuse 44, die Nabe 46 und die Drehmomentübertragungsvorrichtung 48 sind koaxial zueinander und definieren eine Achse ”X”. Die Nabe 46 ist um die Achse ”X” drehbar.
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Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 48 ist innerhalb des Kupplungsgehäuses 44 und radial zwischen dem Kupplungsgehäuse 44 und der Nabe 46 angeordnet. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 48 enthält einen Kolben 50, der innerhalb einer ringförmigen Tasche 52 angeordnet ist, die in einer Innenoberfläche 54 des Kupplungsgehäuses 44 gebildet ist. Der Kolben 50 enthält einen radial verlaufenden Scheibenabschnitt 56, einen axial verlaufenden Kreisring 58 und ein radial verlaufendes Anlegeglied 60. Der Scheibenabschnitt 56, der Kreisring 58 und das Anlegeglied 60 sind in dem gegebenen Beispiel als ein einheitliches Vollteil konstruiert. Das Anlegeglied 60 enthält eine Anlegefläche 62, die axial in Richtung zweier Kupplungselemente 64 und 66 weist, die im Folgenden ausführlicher beschrieben werden. Die Anlegefläche 62 ist vorzugsweise ringförmig und planar. Die Innen- und die Außendichtung 68 bzw. 70 dichten den Kolben 50 gegenüber der ringförmigen Tasche 52 ab. Der Kolben 50 ist hydraulisch zu betätigen, um innerhalb der ringförmigen Tasche 52 in einer Richtung zu den Kupplungselementen 64 und 66 in eine Eingriffsstellung zu gleiten oder sich zu verlagern oder von den Kupplungselementen 64 und 66 in eine Nichteingriffsposition zu gleiten oder sich zu verlagern.
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Mit dem Kolben 50 ist eine Stützscheibe 72 gekoppelt, Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, verläuft die Stützscheibe 72 von dem Kolben 50 weg im Wesentlichen axial und stützt das erste Element 64. Wie im Folgenden weiter beschrieben ist, ist die Stützscheibe 72 unterbrochen.
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Das erste Kupplungselement 64 enthält eine Reaktionsscheibe 74 und eine Reibscheibe 76. Die Reaktionsscheibe 74 ist mit der Stützscheibe 72 verbunden und durch sie gestützt. Zum Beispiel enthält die Reaktionsscheibe 74 einen Schlitz oder eine Öffnung 78, der bzw. die die Stützscheibe 72 dadurch aufnimmt. Somit ist die Reaktionsscheibe 74 gegenüber der Stützscheibe 72, dem Kolben 50 und dem Kupplungsgehäuse 44 drehfest und entlang der Achse ”X” durch den Kolben 50 axial verlagerbar. Die Reibscheibe 76 enthält Keilprofile 80, die mit einem ersten Satz von Nuten 82, die an einer Außenoberfläche der Nabe 46 gebildet sind, kämmen. Somit ist die Reibscheibe 76 an der Nabe 46 drehfest, entlang der Achse ”X” aber axial verlagerbar.
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Das zweite Kupplungselement 66 enthält eine Klauenkupplung 84, die benachbart zu der Reibscheibe 76 angeordnet ist. Die Klauenkupplung 84 enthält Außenkeilprofile 86, die mit geformten Nuten 88 kämmen, und Innenzähne 90, die mit einem zweiten Satz von Nuten 92, die an der Außenoberfläche der Nabe 46 gebildet sind, selektiv eingriffsfähig sind. Somit ist die Klauenkupplung 84 gegenüber dem Kupplungsgehäuse 44 drehfest, entlang der Achse ”X” aber axial verlagerbar. Ferner enthält die Klauenkupplung 84 ein Komplement [engl.: ”compliment”] von Öffnungen oder Aperturen 94, die Abschnitte der Stützscheibe 72 aufnehmen, Abschnitte der Stützscheibe 72 verlaufen durch die Öffnungen 94 und sind über eine Haltevorrichtung 96 an der Klauenkupplung 84 gehalten.
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Ferner enthält die Drehmomentübertragungsanordnung 30 eine Rückstellfeder 98, die benachbart zu der Klauenkupplung 84 angeordnet ist. Die Rückstellfeder 98 ist an einem Ende davon durch einen Sprengring 102 befestigt, der innerhalb einer in der Innenoberfläche 54 des Kupplungsgehäuses 44 gebildeten Nut 100 angeordnet ist. Die Rückstellfeder 98 ist so positioniert, dass sie die Klauenkupplung 84 axial von dem zweiten Satz von Nuten 92 weg vorbelastet. Es sollte gewürdigt werden, dass die Rückstellfeder 98 in irgendeiner Anzahl verschiedener Arten gehalten sein kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Um die Drehmomentübertragungsanordnung 30 einzurücken, wird der Kolben 50 durch eine Strömung von Druckhydraulikfluid auf einer Anlegeseite des Kolbens 50 betätigt. Der Kolben 50 wird in Richtung des ersten Kupplungselements 64 gegen die Vorbelastung der Feder 98 in einer axialen Richtung verlagert. Die Anlegefläche 62 des Kolbens 50 berührt die Reaktionsscheibe 74 und bewegt die Reaktionsscheibe 74 relativ zu der Stützscheibe 72 in Richtung der Reibscheibe 76. In einer in 3 gezeigten eingerückten Position ist das erste Kupplungselement 64 eingerückt, während das zweite Kupplungselement 66 nicht eingerückt ist. In diesem Zustand wird Drehmoment über das Kupplungsgehäuse 44, das Keilprofil 88, das Keilprofil 86, die Klauenkupplung 84, die Reibscheibe 76 zur Nabe 46 übertragen. Während dieses Zustands wird über den Kolben 50, die Reaktionsscheibe 74, die Reibscheibe 76, die Klauenkupplung 84, die Vorbelastungsfeder 98, den Halter 102 und in das Kupplungsgehäuse 44 eine Kraft angelegt. Das erste Kupplungselement 64 ist so konfiguriert, dass es eine Drehmomentkapazität aufweist, die Heraufschaltvorgänge mit anstehender Leistung (Vollgas-Einzelübergangs-Heraufschaltvorgänge) durch das Getriebe 14 zulässt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Steifheit der Vorbelastungsfeder 98 in der Weise abgestimmt wird, dass die angelegte Kraft groß genug ist, um zu ermöglichen, dass die Reibscheibe 76 Energie aufnimmt, aber niedrig genug ist, um zu ermöglichen, dass die Vorbelastungsfeder 98 den Eingriff der Keilprofile 90 und 92 verhindert. Außerdem wird die Klauenkupplung 84 mit der Reibscheibe 76 und somit mit der Nabe 46 rotatorisch synchronisiert, während die Last über das erste Kupplungselement 64 zunimmt, während sich der Kolben 50 verlagert.
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Während sich der Kolben 50 weiter verlagert und bevor das erste Kupplungselement 76 seine maximale Drehmomentkapazität übersteigt, gelangt die Klauenkupplung 84 mit der Nabe 46 über den zweiten Satz von Nuten 92 wie in 4 gezeigt in Eingriff. In diesem Zustand wird die Drehmomentkapazität der Drehmomentübertragungsanordnung 30 durch die Drehmomentkapazität der Klauenkupplung 84 bestimmt. Diese Vorrichtung macht sich vorteilhaft die Fähigkeit zunutze, die moderne Antriebsstrang-Steuersysteme jetzt haben, eine akute [engl.: ”acute”] Steuerung des Motordrehmoments während Schaltereignissen zu ermöglichen. Dies verringert die Menge an Schaltenergie, die abgegeben werden muss, und erfordert dadurch weniger Kupplungsscheiben für das Wärmemanagement. Während Kupplungsausrückereignissen soll die Klauenkupplung 84 freigegeben werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Reibscheibe 76 eine gleichmäßige Freigabe der Drehmomentfähigkeit bereitstellt.
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Zum Ausrücken der Drehmomentübertragungsanordnung 30 wird die Anlegeseite des Kolbens 50 druckentlastet und bewegt die Rückstellfeder 98 die Klauenkupplung 84 und somit die Stützscheibe 72 und den Kolben 50 in die Nichteingriffsposition zurück, wodurch das Kupplungsgehäuse 44 von der Nabe 46 entkoppelt wird.
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Die Beschreibung der Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft, und Änderungen, die nicht vom Hauptpunkt der Erfindung abweichen, sollen im Umfang der Erfindung liegen. Solche Änderungen werden nicht als Abweichung vom Erfindungsgedanken und vom Umfang der Erfindung angesehen.