专利名称：可液压操作或者气动操作的形状配合的换档元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的、可液压操作或者气动操作的、形状 配合的换档元件。
背景技术：
本发明特别地涉及一种可液压操作或者气动操作的、形状配合的换档元件，用于 可负载换档的自动变速器，优选用于呈行星结构形式或者中间轴结构形式或者混合结构形 式构造的自动变速器，或者用于带有多个分动区(Bereich)的无级变速器，例如用于流体 静力的、机械的或者电的多分动区变速器。在可负载换档的自动变速器中通常设置有可液压操作的片式换档元件。所述片式 换档元件通过液压式操作的活塞受到压缩并且以这种方式受到操作，所述活塞的压力通过 液压控制装置得到控制。在这种情况下，可以通过有针对性地调整操作力并且进而调整不 同的转速下的摩擦力矩实现不出现牵引力中断的负载换档。有缺陷的是，所述片式换档元件在打开状态下由于摩擦面之间的小间距以及其中 所含有的油或者空气_油混合物在差异转速的情况下具有拖拽力矩。形状配合的换档元件或者爪齿式离合器和爪齿式制动器已由大量其他车辆以及 特别是由变速器应用得以公知；例如这样实施的换档元件在自动的中间轴变速器或者可切 换的纵向锁销(Sperre)或横向锁销中使用。在这些应用中，换档元件通常以可气动操作或 者可电机械式操作的方式来实施。在一定的结构状况中，可以用形状配合的换档元件替代片式换档元件。在这种情 况下，是指在换高档时仅脱开的换档元件，或者是指仅在倒档时挂入的换档元件。这种变速器例如由申请人的DE 10244023A1得出。在此，提出一种自动变速器，包 括多个换档元件和多个可通过换档元件接入能流中的齿轮，其中，为了对速比进行调整，各 闭合换挡元件中的至少一个。在公知的变速器中，在换高档时接入的换档元件构造为摩擦配合的换档元件，其 中，在换高档时表现为各自仅有待脱开的换档元件实施为呈爪齿形式的形状配合的换档元 件。依照DE 10244023A1，所述形状配合的换档元件可以实施为可液压操作的或者可机械操 作的换档元件。通过使用形状配合的换档元件或者爪齿很大程度上避免了拖拽力矩。此外，与片 式换档元件相比，爪齿由于形状配合的传递而需要较小的操作力和较少的结构空间。为了利用液压控制件以液压的方式操作自动变速器内形状配合的换档元件或者 爪齿，通过已经存在的液压压力适当地操作爪齿是尤其具有优点的。如果爪齿直接与液压系统的活塞相连，则这会招致不利，即，当处于齿搭齿位置 时，由于液压系统中活塞的突然停止，特别地在多重受阻的情况下，则产生了反作用。此外， 当越过齿搭齿位置时，爪齿的嵌入速度有可能过低，不能在足够短的时间内实现承力齿面 的充分叠合，这是因为爪齿推移速度依赖于可供使用的体积流并且进而依赖于泵设计方案和通道横截面以及活塞面。也有可能出现如下情况，其中，在一定的差速的情况下，速度不足以能够使爪齿在 碰到空隙时足够深地对入(einrilcken)，而确保充分的叠合。为了解决这个问题，可以将爪齿空隙扩大；对此可选地或者附加地，可以改变爪齿 的斜切程度(Anschragung)。对于爪齿空隙扩大的情况下，在负载切换时，换档元件处的 运转余隙(Umschlagspiel)增加，这不利地影响到驾驶舒适性和噪音产生。对于改变爪齿的斜切程度的情况下，产生了轴向作用的抵抗力，由此，爪齿总是被 压力阻滞住；此外，所述轴向力作用于相关轴向轴承，随之相应不利地作用于寿命和效率。
发明内容
本发明基于如下任务，即，给出一种可液压操作或者气动操作的、形状配合的换档 元件，所述换档元件适于用在可负载换档的自动变速器中或者用在无级变速器中，其中，现 有技术中公知的所提到的缺陷得以避免。特别地，换档元件的爪齿的啮入速度应被提高，并 且应保证充分地叠合承力的爪齿齿面。该任务通过权利要求1的特征得到解决。其他按本发明的构造方案和优点由从属 权利要求得到。据此，提出一种可液压操作或者气动操作的、形状配合的换档元件，包括可液压 操作或气动操作的活塞，该活塞具有活塞腔，液压介质或者压力介质位于所述活塞腔中；带 有爪齿啮合部的爪齿以及在对入状态下所述爪齿啮合部嵌入其中的对应爪齿，其中，通过 在爪齿和对应爪齿相互处于齿搭齿位置时解除爪齿与液压或气动的体积流的联系及通过 由与活塞保持有效连接的机械装置对爪齿的预紧，来提高爪齿的啮合速度。按照本发明的改进方案，爪齿空隙，也就是爪齿可以啮入其中的窗口，保持得尽量 小，从而使得在换档元件贴靠的状态下齿搭齿位置的概率尽可能高。在这种情况下，在所 限定的转速窗口中保留有足够的时间，以便补充足够多的体积流并且在机械装置中蓄积由 体积流产生的能量。当爪齿碰到空隙时，按照本发明的爪齿通过所蓄积的能量被非常强烈 地加速，由此，保证了充分叠合爪齿齿面。在本发明特别具有优点的实施方式的范围内，提出用于对换档元件的爪齿进行 预紧的机械装置被实施为弹簧，所述弹簧在液压式操作或气动式操作的活塞与换档元件的 爪齿之间以如下方式布置，即，所述弹簧将爪齿和活塞相互压开，其中，所述活塞的压力由 液压式或气动式控制器加以控制。按照本发明，换档元件附加地具有约束装置(Rilckhalteeinrichtimg)，该约束装 置将爪齿收在自身与弹簧之间，以防止在活塞未被操作时，爪齿从轴向上看朝向对应爪齿 的方向运动。此外，还设置有另外的弹簧，用于回推(对于在无压力状态下换档元件的状态为 打开的情况)或者对入(对于在无压力状态下换档元件的状态为闭合的情况)爪齿，其中， 在所述活塞被液压操作时，该弹簧对抗活塞起作用。
下面，本发明借助附图以举例的方式详细阐述。其中
图1示出按照本发明的形状配合的换档元件的优选实施方式在分离的状态下的 示意剖面图；图2示出图1中按照本发明的形状配合的换档元件在贴靠状态下的示意剖面图；图3示出图1中按照本发明的形状配合的换档元件在被预紧的状态下的示意剖面 图；图4示出图1中按照本发明的形状配合的换档元件在挂入状态下的示意剖面图； 以及图5示出按照本发明的形状配合的换档元件的另一优选实施方式在分离的状态 下的示意剖面图。
具体实施例方式在图1中示出按照本发明的、可液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件的 示例性组装方案。所述换档元件包括可液压操作或气动操作的活塞1，所述活塞1具有活塞腔2，液 压介质或者压力介质位于所述活塞腔2中；带有爪齿啮合部4的爪齿3以及在对入状态下 爪齿啮合部4嵌入其中的对应爪齿5。按照本发明，设置有弹簧6作为用于预紧爪齿3的机械装置，机械装置在活塞1与 爪齿3之间以如下方式布置，即，所述弹簧6将爪齿3和活塞1相互压开。通过弹簧3，使得 在爪齿3与5相互处于齿搭齿位置时，活塞1能够继续推移。此外，如图1中可以看出地，还设置有用作分离弹簧的弹簧7，用于回推(对于在无 压力状态下换档元件的状态为打开的情况，这相应于所示实施方式)或者对入(对于在无 压力状态下换档元件的状态为闭合的情况)爪齿3，其中，当所述活塞被液压操作或气动操 作时，弹簧7对抗活塞1起作用。在图1所示的示例中，换档元件在无压力状态下是打开的，从而当所述活塞被向 右推移时，弹簧7对抗活塞1起作用。对于换档元件在无压力状态下闭合或者对入的情况下(常闭式布置 (normally-closed-Anordnung))，活塞腔 2 和弹簧 7 互换。在另一没有示出的实施方式的范围内，替代弹簧7地设置有另一压力腔，对爪齿 的回推(对于在无压力状态下换档元件的状态为打开的情况)或者分离(对于在无压力状 态下换档元件的状态为闭合的情况)通过构建作用于活塞1的对抗压力以液压的方式实 现。按照本发明，在换档元件中设置有约束装置8，约束装置8将爪齿3收在自身与弹 簧6之间，以防止在活塞1未被操作时，爪齿3从轴向看在朝向对应爪齿的方向运动。在 所示示例中，约束装置8实施为活塞1的部件，并且形状配合地构造；爪齿3保持在弹簧6 与装置8之间。优选地，约束装置8与活塞1 一体地构成。此外按照本发明设置为，爪齿空隙保持得尽可能小，从而在换档元件贴靠时齿搭 齿位置的概率尽可能高。在图2中示出了图1中所示的在贴靠状态下的按照本发明的换档元件，其中，爪齿 3和对应爪齿5彼此相对的位置是齿搭齿位置；弹簧3未被预紧。
6
当在齿搭齿位置时活塞1基于体积流而继续朝向最大位置的方向运动(也就是 说，在图中向右)，如图3所示的那样，弹簧6被压缩并且被预紧，其中，当爪齿3或者说爪齿 啮合部4在继续的转动时碰到对应爪齿的空隙时，则爪齿3通过蓄积在弹簧6中的能量被 非常强烈地加速，并且进而迅速地对入，由此，保证了充分地叠合承力的爪齿齿面。对入状 态下的按照本发明的换档元件是图4的主题。在本发明另一实施方式的范围内，其为图5的主题，分离弹簧7不直接作用于活塞 1，而是直接作用于爪齿3并且进而通过弹簧6间接作用于活塞1 ；弹簧3类似于依照图1、 2、3和4的实施例设置在爪齿3与活塞1之间，并且使得在齿搭齿位置时活塞能够继续推 移，并且因此能够实现由此决定的对弹簧3的预紧。在图5中示出的示例中，不需要单独的 约束装置，这是因为在未操作活塞1的情况下，爪齿3的运动被弹簧7阻止。按照本发明，弹簧6和7可以实施为单个的螺旋弹簧、螺旋弹簧组、盘形弹簧、盘形 弹簧组或者其他机械弹簧。此外，可以使用油、空气或者其他合适的压力介质作为用来操作活塞的压力介质。此外，爪齿啮合部可以既被构造为轴向爪齿，也被构造为径向爪齿或者被构造为 任意的形状配合的适于传递扭矩的装置。在使用爪齿式离合器时，也就是当两侧均转动时， 可以有利地设置有附加的旋转平衡件(Rotationsausgleich)，例如可以布置在分离弹簧的 腔内。不言而喻地，每个结构性构造方案，特别是按照本发明的换档元件的构件自身或 者彼此间的并且就此而言技术上有意义的每个空间布置方案都落在这里的权利要求的保 护范围中，即便这些构造方案并未详细地在图中或者在说明书中表达，但不影响换档元件 的如在权利要求中所给出那样的功能。附图标记
1活塞
2活塞腔
3爪齿
4爪齿啮合部
5对应爪齿
6弹簧
7分离弹簧
8约束装置
权利要求
1.能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件，包括能液压操作或气动操作的活塞(1)，所述活塞(1)具有活塞腔(2)，液压介质或者压力 介质位于所述活塞腔(2)中；带有爪齿啮合部(4)的爪齿(3)以及对应爪齿(5)，所述爪齿啮合部(4)在对入状态下 嵌入所述对应爪齿(5)中，其特征在于，通过在所述爪齿(3)和(5)彼此处于齿搭齿位置时解除所述爪齿(3)与 液压或气动的体积流的联系，以及通过利用与所述活塞(1)保持有效连接的机械装置(6) 对所述爪齿(3)进行预紧，来提高所述爪齿(3)的啮合速度。
2.按照权利要求1所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件，其特征在 于，其中，爪齿空隙，也就是爪齿(3)能够啮合在其中的窗口被保持得尽量小，从而在所述 换档元件贴靠的状态下，所述爪齿(3)和(5)彼此处于齿搭齿位置的概率尽可能地高。
3.按照权利要求1或2所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件，其特 征在于，所述机械装置(6)为了对所述换档元件的所述爪齿(3)进行预紧而实施为弹簧，所 述弹簧在所述活塞(1)与所述换档元件的所述爪齿(3)之间以如下方式布置，即，所述弹簧 将所述爪齿(3)和所述活塞(1)彼此压开，并且在所述爪齿(3)和(5)彼此处于齿搭齿位 置时使得所述活塞(1)能够继续推移并因此能够实现由此决定的对所述弹簧(3)的预紧， 从而当所述爪齿(3)或者说所述爪齿啮合部(4)在继续转动中碰到所述对应爪齿(5)的空 隙时，所述爪齿(3)通过蓄积在所述弹簧(6)中的能量被非常强烈地加速，并且因此被非常 迅速地对入，由此，保证充分地叠合承力的爪齿齿面。
4.按照权利要求3所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件，其特征在 于，设置有用于回推(对于在无压力状态下所述换档元件的状态为打开的情况)或者对入 (对于在无压力状态下所述换档元件的状态为闭合的情况)所述爪齿(3)的弹簧(7)，其 中，当所述活塞(1)被液压操作或气动操作时，所述弹簧(7)对抗所述活塞(1)起作用。
5.按照权利要求3或4所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件，其特 征在于，所述分离弹簧(7)直接作用于所述活塞(1)。
6.按照权利要求4或5所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件，其特 征在于，设置有另外的压力腔来替代所述弹簧(7)，从而对所述爪齿(3)的回推(对于在无 压力状态下所述换档元件的状态为打开的情况)或者分离(对于在无压力状态下所述换档 元件的状态为闭合的情况)通过构建作用于所述活塞1的对抗压力以液压的方式来进行。
7.按照权利要求3或4所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件，其特 征在于，所述分离弹簧(7)直接作用于所述爪齿(3)，并且进而经由所述弹簧(6)间接作用 于所述活塞(1)，其中，在未操作所述活塞⑴的情况下的所述爪齿⑶的运动被所述弹簧 (7)防止。
8.按照前述权利要求1至6之一所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元 件，其特征在于，所述换挡元件具有约束装置(8)，所述约束装置(8)将所述爪齿(3)收在自 身与所述弹簧(6)之间，以便防止在所述活塞(1)未被操作时，所述爪齿(3)从轴向看朝 向所述对应爪齿(5)的方向运动。
9.按照权利要求8所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件，其特征在 于，所述约束装置(8)实施为所述活塞(1)的部件并且形状配合地构造。
10.按照权利要求8所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件，其特征 在于，所述约束装置(8)与所述活塞(1) 一体地构造。
11.按照前述权利要求之一所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件， 其特征在于，所述弹簧(6)和(7)被实施为单个螺旋弹簧、螺旋弹簧组、盘形弹簧、盘形弹簧 组或者其他机械弹簧。
12.按照前述权利要求之一所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件， 其特征在于，所述爪齿啮合部既被构造为轴向爪齿也被构造为径向爪齿，或者说被构造为 任意的形状配合的适于传递扭矩的装置。
13.按照前述权利要求之一所述的、能液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件， 其特征在于，对于所述换档元件的两侧均转动的情况，设置有旋转平衡件。
全文摘要
提出一种可液压操作或气动操作的、形状配合的换档元件，包括可液压操作或气动操作的活塞(1)，活塞(1)具有活塞腔(2)，液压介质或者压力介质位于活塞腔(2)中；带有爪齿啮合部(4)的爪齿(3)以及对应爪齿(5)，爪齿啮合部(4)在对入状态下嵌入对应爪齿(5)中，其中，通过在爪齿(3)和(5)彼此处于齿搭齿位置时解除爪齿(3)与液压或气动的体积流的联系，以及通过利用与活塞(1)保持有效连接的机械装置(6)对爪齿(3)的预紧，来提高爪齿(3)的啮合速度，其中，爪齿空隙，也就是爪齿(3)可啮合在其中的窗口被保持得尽量小，从而在换档元件的贴靠状态下爪齿(3)和(5)彼此处于齿搭齿位置的概率尽可能地高。
文档编号F16D25/061GK102007313SQ200980113302
公开日2011年4月6日 申请日期2009年3月24日 优先权日2008年4月16日
发明者拉尔夫·德雷布霍尔茨, 曼努埃尔·格茨, 格哈德·贡波采贝格, 马克·莫尔, 马蒂亚斯·赖施 申请人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司