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Die
vorliegende Erfindung betrifft Reibungsvorrichtungen wie Kupplungs-
oder Bremsanordnungen für
Getriebe, Differentiale oder Bremsanlagen, und insbesondere solche
Vorrichtungen, die ein kolbenbetätigtes
Kupplungs- oder Bremspaket einschließlich Trennplatten und Reibscheiben
haben.
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Der
hier beschriebene Getriebemechanismus umfasst einen hydrokinetischen
Drehmomentwandler mit einem beschaufelten Laufrad, das von einer
Brennkraftmaschine für
ein Kraftfahrzeug angetrieben wird. Der Wandler umfasst ebenfalls
eine beschaufelte Turbine und einen beschaufelten Stator, der in
torusförmiger
Strömungsbeziehung
zu dem Laufrad angeordnet ist. Die Turbine ist mit Drehmoment-Eingangselementen
eines mehrgängigen
Planetengetriebesystems verbunden. Der Ausgangsabschnitt des Getriebesystems
ist mit einer Getriebe-Abtriebswelle verbunden, die ihrerseits mit
den Fahrzeug-Zugrädern
durch eine Antriebswelle und eine Differential-Achsen-Anordnung
verbunden ist.
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Das
Reaktionselement für
das Getriebesystem kann durch die verbesserte Reibscheibenkupplung
der vorliegenden Erfindung festgelegt werden. Diese Bremswirkung
dient dazu, ein Teil eines Getriebesatzes in einem speziellen Gangbereich
festzuhalten. Es ist bekannt, bei bestimmten Anwendungen verschiedene
Reibungsvorrichtungen mit Mehrscheibenpaketen kombiniert zu verwenden,
um verschiedene Antriebsverbindungen durch das Getriebe oder Differential
hindurch zu bilden und dadurch verschiedene Gänge im Betrieb bereitzustellen
oder ein Bauteil abzubremsen.
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Bei
bestimmten vorbekannten Mechanismen wird das Einrücken einer
Niedriggang-Bandbremse begleitet von einem unerwünschten Ruck aufgrund des plötzlichen
Aufbringens des Reibungsbremsmomentes. Es wurden Versuche unternommen,
um das Einrücken
der Reibungsbremsbänder
in Umgebungen dieser Art zu dämpfen,
wobei eine Anordnung in US-Patent-Nr.
3 005 490 Duffy
und eine andere Anordnung in US-Patent-Nr.
2 633 712 gezeigt
sind. US-Patent-Nr.
3 693 800 beschreibt eine Dämpfungswirkung
in einer Reibscheibenbremse, im Gegensatz zu einer Bandbremse, und
sie sorgt für
eine Speicherwirkung anschließend
an ein anfängliches gedämpftes Einrücken der
Reibscheiben, wenn der Mechanismus für einen Niedriggangbetrieb
konditioniert wird. Die Dämpfungswirkung,
die während
der anfänglichen
Bremsbetätigung erfolgt,
resultiert in einer reduzierten oder modifizierten Drehmomentkapazität. Dem schließt sich
ein Anschlagen des Hauptkolbenabschnittes des Mechanismus an. Während ein
Speichervorgang erfolgt, wirkt der Abschnitt der zusammengesetzten
Kolbenkonstruktion, welcher für den
anfänglichen
Bremseingriff sorgt, mit dem Hauptkolbenabschnitt zusammen, um eine
gemeinsame Arbeitskammer zu bilden. Während sich der Hauptkolbenabschnitt
relativ zu dem kleineren Kolbenabschnitt bewegt, erfolgt eine Speicherwirkung
wegen der Kompression einer Kolbenfeder, die auf den Hauptkolbenabschnitt
wirkt.
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Wenn
sich der Hauptkolbenabschnitt relativ zu dem kleineren Kolbenabschnitt
in seine Grenzposition bewegt hat, steigt der Bremsservodruck auf seinen
maximalen Wert an, wodurch die volle Bremswirkung hergestellt wird.
In diesem Augenblick nähert sich
die Bewegung des Reaktionselementes relativ zu dem stationären Getriebegehäuse der
Nullwinkelgeschwindigkeit.
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Zeitsteueröffnungen
können
in dem Hauptkolbenabschnitt gebildet sein. Die Größe der Öffnungen
wie auch die Eigenschaften der auf den Hauptkolbenabschnitt wirkenden
Feder können
entsprechend speziellen Auslegungsmerkmalen variiert werden. Wenn
auch derartige Anordnungen für
ihren vorgesehenen Zweck geeignet sind, stellen sie jedoch keine
leicht montierbare Reibscheibenkupplung zur Verfügung, die in einem begrenzten
radialen Raum zwischen einem Drehmomentwandler und einem Getriebe
für ein
Fahrzeug mit Vorderradantrieb untergebracht werden kann.
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JP
04 277327A , von der der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht,
offenbart eine hydraulisch betätigte
Vorrichtung mit Kupplungspaketen, die mit einem einzigen hydraulischen
Kolben funktionsmäßig verbunden
sind, um die Drehmomentübertragung zwischen
zwei Punkten in einem Leistungsgetriebe zu ändern, welches ein Kupplungspaket
hat, das umfasst: eine erste und zweite Gruppe Reibglieder eine erste
Feder an der der Kolben angreift, und eine zweite Feder die zwischen
die erste Gruppe Reibglieder und die zweite Gruppe Reibglieder eingesetzt
ist.
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Somit
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe mit einer
Reibungskupplung zu schaffen, die eine variable Drehmomentverstärkung mit
einer ersten und zweiten Gruppe getrennter Platten und Reibscheiben
hat, welche wahlweise in Übereinstimmung
mit einer Doppelfederanordnung eingerückt werden, wobei eine der
Federn zwischen einem einzelnen Kolben zur Reibscheibenbetätigung und der
ersten Gruppe getrennter Platten und Reibscheiben angeordnet ist
und die andere der Federn zwischen der ersten und zweiten Gruppe
getrennter Platten und Reibscheiben angeordnet ist und wobei der
auf den einzelnen Kolben der Reibscheibenkupplung wirkende Druck
bestimmt, wann die erste und zweite Gruppe getrennter Platten und
Reibscheiben eingerückt
werden, um die Reibungskupplungsverstärkung zu ändern.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine derartige Reibungskupplung
in einem rotierenden Gehäuse
zu positionieren und dadurch die Reibungskupplungsverstärkung zwischen
einem Drehmomenteneingang und -ausgang eines automatischen Getriebes
zu steuern, wobei die Reibungskupplung eine variable Drehmomentenübertragung
entsprechend dem auf den einzelnen Kolben für die Reibungskupplungsbetätigung angelegten
Druck zu erzeugen.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige
Reibscheibenkupplung mit außen
verkeilten Platten, die mit einem festen Gehäuse verbunden sind, und mit
innen verkeilten Reibscheiben, die mit einem Planetengetriebesatz verbunden
sind, zu schaffen, um Gangwechsel innerhalb eines automatischen
Getriebes bereitzustellen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft, wie beansprucht, eine hydraulisch
betätigte
Vorrichtung mit Kupplungspaketen, die mit einem einzigen hydraulischen
Kolben funktionsmäßig verbunden
sind, um die Drehmomentübertragung
zwischen zwei Punkten in einem Leistungsgetriebe zu ändern, welches
ein Kupplungspaket hat, das umfasst: eine erste und zweite Gruppe
Reibglieder, eine erste Feder, an der der Kolben angreift, und eine
zweite Feder, die zwischen die erste Gruppe Reibglieder und die
zweite Gruppe Reibglieder eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Feder zwischen den Kolben und die erste Gruppe Reibglieder
eingesetzt ist und die zweite Feder eine größere Federkraft als die erste Feder
hat und aktiv ist, wenn die erste Gruppe Reibglieder von dem Kolben
erfasst wird, um die Kraft der zweiten Feder zu überwinden, wodurch die erste Gruppe
Reibglieder zuerst erfasst wird und dann die zweite Gruppe Reibglieder
erfasst wird, um eine zweistufige Reibscheiben-Kupplungsverstärkung zu erzeugen,
und wobei die erste Reibscheiben-Kupplungsverstärkung eine Steigung hat, die
von der Federrate der ersten Feder abhängt, und die zweite Reibscheiben-Kupplungsverstärkung eine
Steigung hat, die von der Federrate der zweiten Feder abhängt.
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Die
vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass sie eine kompakte zweistufige
Reibungskupplung in einem Getriebe schafft, die für einen
Einsatz in einem begrenzten radialen Raum zwischen einem Drehmomentwandler
und einem Getriebe eines Vorderantriebes geeignet ist.
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Vorzugsweise
sind die Federn als Federn mit reduzierter Breite ausgebildet, und
die Platten und Reibscheiben sind Bauteile reduzierter Breite, wodurch
die radiale Abmessung eines Mehrganggetriebes verringert wird.
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Außerdem hat
die erste Feder vorzugsweise einen Innendurchmesser, der an dem
Kolben angreift, einen mit dem Gehäuse verbundenen Schnappring,
und die erste Feder hat einen Außendurchmesser, der an dem
Schnappring angreift, wobei die erste Feder im entspannten Zustand
den Kolben außer
Eingriff mit der ersten Gruppe getrennter Platten und Reibscheiben
positioniert.
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Die
zweite Feder hat dann ebenfalls vorzugsweise einen Innendurchmesser,
der an einer Trennplatte in der ersten Gruppe getrennter Platten
und Reibscheiben angreift, einen zweiten Schnappring, der mit dem
Gehäuse
verbunden ist, und die zweite Feder hat einen Außendurchmesser, der an dem Schnappring
angreift, wobei die zweite Feder im entspannten Zustand die zweite
Gruppe getrennter Platten und Reibscheiben freigibt.
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung werden nun beispielhaft einige Ausführungsformen derselben
beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 eine schematische Ansicht
ein hydraulisches Mehrgang-Leistungsgetriebe
der Bauart ist, die für
eine Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
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2 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht
einer zweistufigen Reibscheibenkupplung in der vorliegenden Erfindung
ist;
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3 eine fragmentarische Schnittansicht eines
anderen Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist; und
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4 ein Graph der Betriebseigenschaften einer
die vorliegende Erfindung enthaltenden Reibungskupplung ist.
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Das
Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Primärantrieb wie eine Brennkraftmaschine
im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet
die Fahrzeug-Antriebsräder,
die durch einen geeigneten Differential-Achsenmechanismus mit einer
Antriebswelle verbunden sind, welche ihrerseits mit der Abtriebswelle 14 des
Getriebes verbunden ist. Die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10 ist
mit dem Laufrad 16 eines hydrokinetischen Drehmomentwandlers 18 verbunden.
Das Laufrad 16 umfasst ein Gehäuse, das die beschaufelten
Teile des Wandlers einschließt,
wobei der letztere aus dem Laufrad 16, der Turbine 20 und
dem Stator 22 besteht. Die beschaufelten Wandlerteile sind
in der üblichen
Weise in torusförmiger
Strömungsbeziehung zueinander
angeordnet. Der Stator 22 ist der Lage, in Drehrichtung
des Laufrades zu drehen; er wird jedoch gegen eine Drehung in der
entgegengesetzten Richtung durch die Überholbremse 24 abgebremst, welche
durch eine stationäre
Statorbuchsenwelle 26 gelagert wird.
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Der
Drehmomentwandler weist eine Sperrkupplung 25 auf, die
bei Gangwechseln wahlweise gesteuert gelöst wird, wodurch der Drehmomentwandler
Stöße absorbiert,
wenn der Primärantrieb 10 Drehmoment
durch das Getriebe leitet. Ein derartiger Betrieb des Drehmomentwandlers
erfolgt bei relativ niedriger Drehzahl und bei relativ hohem Drehmoment.
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Das
Getriebe umfasst eine Eingangskupplungsanordnung 28 und
eine Gangwechselanordnung 30. Für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung
sei darauf hingewiesen, dass derartige Anordnungen eine Anzahl Reibungsvorrichtungen
umfassen, welche wahlweise betätigt
werden, um in bekannter Weise ein erwünschtes Übersetzungsverhältnis und/oder
einen erwünschten
Richtungssinn des Antriebes für
das Getriebe herzustellen.
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Jede
der Reibungsvorrichtungen wird wahlweise in Übereinstimmung mit einem Getrieberegler 32 betätigt, welcher
entweder manuell oder elektronisch gesteuert wird, um wahlweise
Hydraulikflüssigkeit
zu Betriebskolben für
die Reibungsvorrichtungen in bekannter Weise zu leiten. Wie schematisch
in 1 dargestellt ist,
kann eine derartige Steuerung ein Getriebe-Steuerventil 34 umfassen,
und Strömungsmittel
wird diesem unter Druck von einer Pumpe 36 durch eine Leitung 38 zugeführt. Der
Strömungsmitteldruck
innerhalb der Leitung 38 wird durch ein Entlastungsventil 40 geregelt,
das überschüssiges Strömungsmittel
zu einem Ablass oder Sumpf 42 an der Leitung 43 zurückführt.
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Die
Gangwechselanordnung 30 ist innerhalb eines äußeren Gehäuses 50 untergebracht,
von der ein Teil in 2 dargestellt
ist; es hat kleine Abmessungen bzw. ein reduziertes Profil in radialer
Richtung, und zwar teilweise deswegen, weil es ein geschliffenes
Gehäuse 60 enthält, das
eine Reibungskupplung 80 mit schlankem Profil gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst, welches Merkmale aufweist, die für eine zweistufige
Verstärkung
sorgen, so dass der die Kupplung 80 betätigende Druck ansteigt; die
Kupplung 80 hat eine erhöhte Drehmomentübertragung
und die Änderung
des Bremsmomentes erfolgt allmählich,
um die Gangwechsel durch die Planetengetriebesätze einer Gangwechselanordnung 30 zu ändern, deren
Einzelheiten dem Fachmann bekannt sind und die für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung
nicht weiter erläutert
werden müssen.
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Die
Reibungskupplung 80 der vorliegenden Erfindung steuert
den Verlauf des Drehmomentes durch bekannte Getriebesätze, um
den Verlauf des Drehmomentes von einem Eingang 82 zu einem
Ausgang 84 durch bremsende Teile eines Getriebesatzes innerhalb
des Gangwechselabschnittes 30 zu steuern.
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Die
Reibungskupplung 80, wie in einem Ausführungsbeispiel beschrieben
wird, ist eine Reibungskupplung mit zweistufiger Verstärkung, welche mehrere
Sätze getrennter
Platten und Reibscheiben hat, die innerhalb des Gangwechselabschnittes
eines Getriebes in Form einer Bremsanwendung dargestellt sind. Gegebenenfalls
können
jedoch derartige Merkmale der zweistufigen Verstärkung in jeder beliebigen Umgebung
verwendet werden, bei der Reibungskupplungen mit zweistufiger Verstärkung eingesetzt
werden, und zwar einschließlich
von Reibungsvorrichtungen, wie sie in Verbindung mit Differentialen
oder Bremssystemen eines Getriebes (entweder als Bremse oder Kupplung)
verwendet werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist die Bremse 80 in einem geerdeten
Gehäuse 60 untergebracht, das
ein festgelegtes Bremsgehäuse 60 bildet.
Ein einzelner hydraulisch betätigter
Kolben 85 ist innerhalb einer Bohrung 87 im Gehäuse 60 gelagert.
Der Kolben 85 wird mit Druckmittel durch einen Kanal 82 beaufschlagt,
der mit der Leitung 38 durch das Steuerventil 34 verbunden
ist. Die Bremse 80 umfasst eine erste Gruppe außen verkeilter
Platten 86 und eine zweite Gruppen außen verkeilter Platten 88,
die durch das Gehäuse 60 festgelegt
sind. Die Platten 86 wirken mit einer ersten Gruppe innenverkeilter
Reibscheiben 90 zusammen, welche mit einem Teil 91 eines Getriebesatzes
verbunden sind, und die Platten 88 wirken mit einer zweiten
Gruppe innenverkeilter Reibscheiben 92 zusammen, die ebenfalls
mit dem Getriebesatz-Getriebeteil 91 verbunden
sind. Gemäß der Erfindung
greift der einzelne Betriebskolben 85 an einer ersten Feder 94 an,
die eine Federkraft hat, welche den Kolben 85 an einer
Schulter 96 in eingefahrener Stellung innerhalb einer Zylinderbohrung
87 im Gehäuse 60 hält. Die
erste Feder 94 positioniert ein Ringsegment 98 an
dem Kolben 85 außer
Anlage mit einer der Platten 86, wenn die Bremse gelöst ist. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
bilden die Platten und Scheiben 86, 90 eine erste
Gruppe 100 aus Platten und Reibungselementen, welche anfangs
gelöst sind,
und die Platten und Scheiben 88 und 92 bilden eine
zweite Gruppe Platten und Reibungselemente 102, die anfangs
gelöst
sind. Zwischen die erste und zweite Gruppe 100, 102 Platten
und Reibungselemente ist eine zweite Feder 104 eingesetzt,
die im entlasteten Zustand mit ihrem Innendurchmesser eine innere 86b der
Platten 86 berührt
und mit ihrem Außendurchmesser
einen Schnappring 86 berührt, welcher am Gehäuse 60 festgelegt
ist. Die erste Feder 94 greift in gleicher Weise mit ihrem
Außendurchmesser
an einem Schnappring 108 an, der am Gehäuse 60 festgelegt
ist. Wie dargestellt, bestehen die Gruppen 100, 102 aus
Bauteilen verlängerter
Breite, wobei die radiale Breite im wesentlichen die gleiche ist
wie die der zugehörigen
Federn.
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Im
Betrieb sind die erste und zweite Gruppe Platten und Reibelemente 100, 102 normalerweise gelöst, und
das Getriebesatz-Bauteil 91 kann sich frei drehen, was
einen ersten Drehmomentenverlauf im Getriebe ermöglicht. Bei Einsatz eines ersten
Druckausbaus in der Zylinderbohrung 87 erhöht sich,
wie an der Linie 110 in 4 gezeigt
ist, das Bremsmoment mit einer ersten Rate, bis der Widerstand der Feder 94 überwunden
wird. An diesem Punkt bewegt sich das Ringsegment 98 des
Kolbens 85 gegen die äußere Platte 86a,
was die erste Gruppe Scheiben 100 in Anlage rückt, um
einen Anstieg auf ein Niveau herbeizuführen, das durch den Punkt 112 auf
der Linie 110 dargestellt ist. An diesem Punkt reicht der Druck
innerhalb der Zylinderbohrung 87 aus, um dafür zu sorgen,
dass die innere Platte 86b den Widerstand der Feder 104 überwindet
und dadurch den Innendurchmesser der Feder 104 gegen die
zweite Gruppe Platten und Reibscheiben 102 drückt, wodurch
eine zweite Verstärkung
des Bremsmomentes erzeugt wird, und zwar eine größere, wie durch die Linie 114 in 4 dargestellt ist, welche
eine größere Steigung
als die Linie 110 hat und somit ein grö ßeres Bremsmoment für ein vorgegebenes
Inkrement des Druckanstiegs in der Zylinderbohrung 87 sorgt.
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Die
Federn 94, 104 können kreisförmige Wellenfedern oder Scheibenfedern
sein, die innerhalb beschränkter
axialer Abmessungen des dargestellten Ausführungsbeispiels unterzubringen
sind. Es können
jedoch auch andere Federformen innerhalb des Rahmens der Erfindung
verwendet werden, solange sie für
eine zweistufige Verstärkungswirkung sorgen,
bei der eine sequentielle Betätigung
einer ersten Gruppe von Reibelementen die Funktion hat, einen Eingriff
einer zweiten Gruppe von Reibelementen herbeizuführen, um die erwünschte zweistufige Verstärkung einer
Bremse, Kupplung oder einer anderen Vorrichtung, welche derartige
hydraulisch betätigte
Reibelemente verwenden, zu erzeugen.
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Das
in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Kupplung 120 mit zweistufiger Verstärkung, die
zwischen einen Eingang 122 und einen Ausgang 124 eingesetzt
ist. Die Kupplung 120 hat eine erste Gruppe getrennter
Platten und Reibscheiben 126 und eine zweite Gruppe getrennter
Platten und Reibscheiben 128, welche beide innerhalb eines
rotierenden Gehäuses 130 untergebracht
sind. Ein Kolben 132 betätigt eine erste Feder 134,
um das Einrücken
der ersten Gruppe von Scheibe 126 zu steuern, bis das aufgebrachte
Drehmoment (PSI) groß genug
ist, um die größere Federkraft einer
zweiten Feder 136 zu überwinden,
welche zwischen die Gruppen 126, 128 eingesetzt
ist. Jede der Gruppen hat außen
verkeilte Platten 126a, 128a, die mit dem rotierenden
Gehäuse 130 verbunden
sind, und sie haben innen verkeilte Reibscheiben 126b, 128b,
die mit dem Ausgang 124 verbunden sind. Betätigungsdruck
wird dem Kolbenzylinder 138 durch ein stationäres Teil 140 zugeführt, das
bezüglich
des rotierenden Gehäuses 130 durch
geeignete Dichtungen 142 abgedichtet ist.