(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用変速機のための切替装置であって、
連結部材（３０）と、
各々が伝達軸（Ａ）の周りを回転可能な少なくとも１つの伝達シャフト（２４）と、
摩擦コーン（３４）を含み、伝達シャフト（２４）に対して回転せず、軸方向にシフト可能な状態で伝達シャフト（２４）と接続された摩擦接触リング（３２）と、
コーン状表面（３８）を含み、連結部材（３０）に対して回転せず、軸方向にシフト可能な状態で連結部材（３０）と接続された噛合いリング（３６）と、
コーン状表面（４２）を含み、連結部材（３０）に対して回転せず、軸方向にシフト可能な状態で連結部材（３０）と接続された作動体（４０）と、を含み、
伝達シャフト（２４）及び連結部材（３０）が、作動体（４０）の軸方向における開始位置において、回転方向で非連結の状態にあり、作動体（４０）の軸方向における摩擦接触位置において、回転方向で摩擦連結状態にあり、作動体（４０）の軸方向における噛合い位置において、回転方向で噛合い係合による連結状態にあり、
作動体（４０）が作動体（４０）の開始位置から噛合い位置へ軸方向に動くことにより、噛合いリング（３６）が噛合いリング（３６）の解放位置から噛合い位置へ軸方向に動いて噛合い位置に位置するとき、噛合いリング（３６）が伝達シャフト（２４）と噛合い係合による連結状態にあり、噛合いリング（３６）が解放位置に位置するとき、噛合いリング（３６）が伝達シャフト（２４）と噛合い係合による連結状態にはなく、
噛合いリング（３６）は、噛合い位置及び解放位置の間で軸方向に移動可能であり、解放位置に付勢される、切替装置。
【請求項２】
連結部材（３０）が、変速機ハウジングであることを特徴とする請求項１に記載の切替装置。
【請求項３】
連結部材（３０）が、上記の伝達シャフト（２４）に加えて、更なる伝達シャフト（２４）、または更なる伝達シャフト（２４）に強く接続された伝達シャフト要素（４３）であることを特徴とする請求項１に記載の切替装置。
【請求項４】
摩擦コーン（３４）が、作動体（４０）のコーン状表面（４２）に隣接したコーン状摩擦面（６４）とともに、噛合いリング（３６）のコーン状表面（３８）に隣接した反対側のコーン状摩擦面（６６）を含み、摩擦面（６４、６６）及びコーン状表面（３８、４２）が同軸で平行に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の切替装置。
【請求項５】
連結部材（３０）が、開始位置を画定する作動体（４０）のための軸方向停止部（４８）を含むことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の切替装置。
【請求項６】
作動体バネ要素（５０）が備えられ、作動体バネ要素（５０）が、軸方向で作動体（４０）を開始位置に付勢し、作動体バネ要素（５０）が、一方で連結部材（３０）を支持し、他方で作動体（４０）を支持することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の切替装置。
【請求項７】
伝達シャフト（２４）または更なる伝達シャフト（２４）に強く接続された伝達シャフト要素（５２）が、摩擦接触リング（３２）が他部材から離間したベンチレーション位置を画定する摩擦接触リング（３２）のための軸方向停止部（５４）を含むことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の切替装置。
【請求項８】
摩擦接触リングバネ要素（５６）が備えられ、摩擦接触リングバネ要素（５６）が、軸方向で摩擦接触リング（３２）を他部材から離間したベンチレーション位置に付勢し、特に、摩擦接触リングバネ要素（５６）が、一方で伝達シャフト（２４）を支持し、他方で摩擦接触リング（３２）を支持することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の切替装置。
【請求項９】
連結部材（３０）が、噛合いリング（３６）の解放位置を画定する噛合いリング（３６）のための軸方向停止部を含むことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の切替装置。
【請求項１０】
噛合いリングバネ要素（６０）が備えられ、噛合いリングバネ要素（６０）が、一方で連結部材（３０）を支持し、他方で噛合いリング（３６）を支持し、軸方向で噛合いリング（３６）を解放位置に付勢することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の切替装置。
【請求項１１】
作動体（４０）が、変化する作動力（ＦＢ）により軸方向で噛合い位置に付勢される可能性があり、噛合いリングバネ要素（６０）が、作動力（ＦＢ）に反して、噛合いリング（３６）にバネ力（ＦＦ）をかけ、バネ力（ＦＦ）の合計が、最大作動力（ＦＢ．ｍａｘ）の約６０〜９０％、好ましくは最大作動力（ＦＢ．ｍａｘ）の約７０〜８０％であることを特徴とする請求項１０に記載の切替装置。
【請求項１２】
第１の凹凸形（６８）が噛合いリング（３６）に形成され、軸方向で第１の凹凸形（６８）に隣接した第２の凹凸形（７０）が伝達シャフト（２４）または伝達シャフト（２４）に強く接続された伝達シャフト要素（５２）に形成され、作動体（４０）が作動体（４０）の開始位置から噛合い位置へ軸方向に動くことにより、噛合いリング（３６）が噛合いリング（３６）の解放位置から噛合い位置へ軸方向に動いて噛合い位置に位置したとき、凹凸形（６８、７０）が互いに係合して、回転方向において、伝達シャフト（２４）を連結部材（３０）に噛合い係合により連結することを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の切替装置。
【請求項１３】
凹凸形（６８、７０）は、回転方向に分配された幾つかの歯（８２）を含み、凹凸形（６８、７０）の歯（８２）は、軸方向に対して傾いた２つの対向する歯側面（８４）を含むことを特徴とする請求項１２に記載の切替装置。
【請求項１４】
連結部材（３０）がシリンダ領域（４４）を含み、作動体（４０）がピストンとして設計され、ピストンがシリンダ領域内で軸方向にシフト可能にガイドされていることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の切替装置。
【請求項１５】
シリンダ領域（４４）及びシリンダが、ピストンの軸方向の移動のための加圧チャンバ（４６）を画定することを特徴とする請求項１４に記載の切替装置。
【請求項１６】
幾つかの切替装置を有し、少なくとも１つの切替装置（２６、２８）が請求項１から１５の何れか１項に応じて設計された自動車用変速機であって、
駆動シャフト（１８）及び従動シャフト（２０）が備えられ、
各々の切替装置が非連結状態及び連結状態に切替可能であって、連結状態において、少なくとも１つの切替装置が摩擦接触位置及び噛合い位置に切替可能であり、
少なくとも１つの切替装置（２６、２８）に対して、伝達シャフト（２４）及び連結部材（３０）が関連付けられ、非連結状態において回転方向で非連結となり、連結状態において、摩擦のみ、または摩擦及び噛合いによる係合の何れかにより連結され、
切替装置の様々な切替組み合わせにより、自動車変速機の個々のギア段階に関連する駆動シャフト（１８）及び従動シャフト（２０）の間のギア比を調整可能であり、
少なくとも１つの切替装置（２６、２８）が、所定のギア段階において、非連結状態になり、他のギア段階において、摩擦接触状態になり、自動車用変速機の更に他のギア段階において、噛合い状態になる変速機。
【請求項１７】
自動車用変速機を作動する方法であって、変速機（１０）が、駆動シャフト（１８）、従動シャフト（２０）及び請求項１から１５の何れかによる切替装置（２６、２８）を含み、
各々の切替装置が非連結状態及び連結状態に切替可能であって、連結状態において、少なくとも１つの切替装置が摩擦接触位置及び噛合い位置に切替可能であり、
少なくとも１つの切替装置（２６、２８）に対して、伝達シャフト（２４）及び連結部材（３０）が関連付けられ、非連結状態において回転方向で非連結となり、連結状態において、摩擦のみ、または摩擦及び噛合い係合の何れかにより連結され、
切替装置の様々な切替組み合わせにより、自動車変速機の個々のギア段階に関連する駆動シャフト（１８）及び従動シャフト（２０）の間のギア比を調整可能であり、
ギア段階の変更の間、ギア比を変更するため、自動車用変速機の少なくとも１つの切替装置が、非連結状態から連結状態に変更され、または連結状態から非連結状態に変更され、
更なる切替装置（２６、２８）において、ギア段階の変更の間、連結状態であって、ギア比の変更を要しない場合、更なる切替装置（２６、２８）のトルク伝達容量を変更するため、摩擦接触位置から噛合い位置、または噛合い位置から摩擦接触位置に切り替える方法。
【請求項１８】
連結状態の更なる切替装置（２６、２８）において、関連する伝達シャフト（２４）及び関連する連結部材（３０）の間でトルクを伝達し、
切替装置（２６、２８）は、摩擦接触位置において、第１のトルク伝達容量を有し、噛合い位置において、第１のトルク伝達容量より大きい第２のトルク伝達容量を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
摩擦接触位置における切替装置（２６、２８）において、ギア段階の変更の間、この切替装置（２６、２８）の第１のトルク伝達容量を越える前に、摩擦接触位置から噛合い位置に切り替えることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の変速機用、特に全自動ステップ式変速機用の切替装置、及び自動車の変速機を作動させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車技術において、自動変速機、特に、油圧トルクコンバータ及び遊星変速機を有する全自動ステップ式変速機が、手動変速機に代わって使われる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような全自動ステップ式変速機は、牽引力の中断無しにパワーシフト変速機として作用し、パワーフローが遊星ギアを介して有効化され、個々の遊星歯車要素と連結するまたは解放されることにより、ギアチェンジが生じる。現在、個々の遊星歯車要素は、ほとんどの場合、マルチディスククラッチを用いて有効化されるが、マルチディスククラッチは、望まない大きな設置空間を要するだけでなく、構造的に複雑で重い。マルチディスククラッチは、最大トルクが伝達されるように設計されなければならないので、その上、多くの摩擦ポイントまたはディスクを要する。多くの摩擦ポイントのため、非連結状態において、望まないドラッグトルクが非常に大きく、伝達効率に不都合な影響をもたらす。
【０００４】
従って、本発明の目的は、特に小型な構造で、容易に低コストで製造可能であり、特に高い伝達効率を提供する自動車用自動変速機を創造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、以下の切替装置により、上記目的を解決することができる。切り替え装置は、連結部材と、各々が伝達軸の周りを回転可能な幾つかの伝達シャフトと、摩擦コーンを含み、実質的に回転せず、軸方向にシフト可能に伝達シャフトと接続された摩擦接触リングと、コーン状表面を含み、実質的に回転せず、軸方向にシフト可能に連結部材と接続された形状はめ合いリングと、コーン状表面を含み、実質的に回転せず、軸方向にシフト可能に連結部材と接続された作動体と、を含み、伝達シャフト及び連結部材が、作動体の軸方向の開始位置において、回転方向で非連結の状態にあり、作動体の軸方向の摩擦接触位置において、回転方向で摩擦連結状態にあり、作動体の軸方向の形状はめ合い位置において、回転方向で係合による連結状態にあり、形状はめ合いリングは、形状はめ合い位置において、伝達シャフトと係合による連結状態にあり、解放位置において、伝達シャフトと係合による連結状態にはなく、形状はめ合いリングは、形状はめ合い位置及び解放位置の間で軸方向に移動可能であり、解放位置に付勢される。よって、機能的な用語として、切替装置は、形状はめ合い係合を伴うコーンクラッチであり、連結された部材は、好ましくは、非連結の開始位置に付勢される。従来のマルチディスクラッチと比較して、このような切替装置は、際だってよりコンパクトに構成され、エネルギ的にかなりより効率的である。切替装置の非連結状態において、伝達される最大トルクが、形状はめ合い係合により伝達されるので、従来のマルチディスククラッチに比べて、必要とされる摩擦点が少なく、ドラッグトルクの明らかな削減に繋がり、よって、伝達効率において前向きな影響を有する。作動体の摩擦接触位置が、軸方向で作動体の開始位置及び形状はめ合い位置の間に位置し、作動体が比較的小さなエネルギ消費で移動可能なある種の軸方向における中間位置を形成するのが好ましい。しかし、多くの荷重ケースにおいて、摩擦接触位置における切替装置のトルク伝達容量は、既に十分なトルク伝達になっており、形状はめ合い位置に至る作動体の更なる移動は必要ない。このことも、伝達効率に前向きの影響を有する。非常に高いトルク荷重を伴う荷重ケースの場合にのみ、切替装置のトルク伝達容量を増加させるため、作動体が、更なるエネルギ消費を伴って形状はめ合い位置に移動する。
【０００６】
切替装置の１つの実施態様では、連結部材が、変速機ハウジングである。これにより、切替装置が、回転可能な伝達シャフトの速度を落として、ハウジングと同様に回転しない状態で固定するブレーキとして機能する。
【０００７】
切替装置のその他の実施態様では、連結部材が、更なる伝達シャフト、または更なる伝達シャフトに強く接続された伝達シャフト要素である。２つの個別の伝達シャフトは、特に、切替装置により速度に適合する異なる遊星歯車セットの同軸に配置された伝達シャフトである。
【０００８】
好ましくは、摩擦コーンが、作動体のコーン状表面に隣接したコーン状摩擦面とともに、形状はめ合いリングのコーン状表面に隣接した反対側のコーン状摩擦面を含み、摩擦面及びコーン状表面が同軸で実質的に平行に形成されている。このようにして、伝達シャフトの回転が、手動変速機の複合同期態様のように、連結部材の回転速度に容易に素速く適合できる。連結部材が変速機ハウジングとして形成されているときには、速度はゼロとなる。
【０００９】
好ましくは、コーン状表面及び摩擦表面は、５°以上１５°以下、特に、約１０°のコーン角度αを含む。コーン角度は、コーンの開き角度の半分に対応する。変速機油としても散られる油圧は、切替装置の作動体に作用し、これらのコーン角度において、高速適応を実現するのに十分である。更に、これらのコーン角度がセルフロック範囲の外にあり、切替装置を非連結にするのに必要な力は、特に好ましくは、通常の標準的なバネのバネ力の範囲内にある。これにより、単純で省エネルギな非連結が可能になる。
【００１０】
切替装置のその他の実施態様では、連結部材が、開始位置を画定する作動体のための軸方向停止部を含む。軸方向停止部に対して作用するバネ荷重により。開始位置において、作動体を圧縮する必要がない。これにより、特に、切替装置のエネルギ的に効率的な動作に貢献する。
【００１１】
好ましくは、作動体バネ要素が、一方で連結部材を支持し、他方で作動体を支持し、特に、皿バネで形成される。皿バネは、永久的に大きな一定のバネ力を提供し、本ケースでは、作動体の信頼性の高い戻り動作を確保できる。
【００１２】
切替装置のその他の実施態様では、伝達シャフトまたは更なる伝達シャフトに強く接続された伝達シャフト要素が、摩擦接触リングのベンチレーション位置を画定する摩擦接触リングのための軸方向停止部を含む。
【００１３】
好ましくは、摩擦接触リングバネ要素が備えられ、摩擦接触リングバネ要素が、軸方向で摩擦接触リングをベンチレーション位置に付勢し、摩擦接触リングが、ベンチレーション位置及び摩擦接触位置の間を移動可能である。摩擦接触リングバネ要素は、一方で伝達シャフトを支持し、他方で摩擦接触リングを支持し、特に、皿バネで形成される。既に上述したように、皿バネは、永久的に大きな一定のバネ力を提供し、本ケースでは、伝達軸の連結部材からの信頼性の高い非連結動作を確保できる。よって、伝達機能の欠陥に導くかもしれない望まないドラッグトルクが、少なくとも強く減じられ、理想的には、摩擦接触リングバネ要素により完全に防ぐ。
【００１４】
切替装置のその他の実施態様では、連結部材が、形状はめ合いリングの解放位置を画定する形状はめ合いリングのための軸方向停止部を含む。形状はめ合いリングの解放位置において、伝達シャフト及び形状はめ合いリングは、回転方向において、係合による接続を形成せず、更に、最も良いのは、回転方向において（摩擦接触リングを介して）間接的に連結されることである。
【００１５】
好ましくは、形状はめ合いリングバネ要素が備えられ、形状はめ合いリングバネ要素が、軸方向で形状はめ合いリングを解放位置に付勢し、形状はめ合いリングが、解放位置及び形状はめ合い位置を移動可能になっている。形状はめ合いリングバネ要素は、一方で連結部材（３０）を支持し、他方で形状はめ合いリング（３６）を支持することができ、特に、波状バネパックまたはスパイラルバネパックとして形成される。強く初期荷重がかけられた波状バネパックまたはスパイラルバネパックを用いることによって、はめ合いリングバネ要素として望まれる、数キロニュートンのオーダーの大きなバネ力を有するフラットなバネ特性を、容易に低コストで実現することができる。
【００１６】
特に好ましくは、作動体が、変化する作動力により軸方向で形状はめ合い位置に付勢される可能性があり、形状はめ合いリングバネ要素が、作動力に反して、形状はめ合いリングにバネ力をかけ、バネ力が、最大作動力の約６０〜９０％、好ましくは約７０〜８０％に対応する。これにより、形状はめ合いリングバネ要素のバネ力に反した高い作動力で、形状はめ合いリングだけが、その形状はめ合い位置に移動し、変化する作動値の大きな部分が、摩擦接触のための制御範囲として利用可能である。この結果、有利なことに、切替装置におけるスリップ範囲の特に繊細な制御をもたらす。
【００１７】
切替装置のその他の実施態様では、第１の凹凸形が形状はめ合いリングに形成され、軸方向で第１の凹凸形に隣接した第２の凹凸形が伝達シャフトまたは伝達シャフトに強く接続された伝達シャフト要素に形成され、形状はめ合いリングが軸方向の形状はめ合い位置にいるときに、凹凸形が互いに係合して、回転方向において、伝達シャフトを連結部材に係合により接続する。この係合による、特に、凹凸形を介した伝達シャフト及び連結部材の互いの係合は、大きな伝達トルクの摩耗のない伝達を永久的に提供する。
【００１８】
本実施態様では、凹凸形は、回転方向に分配された幾つかの歯を含み、凹凸形の歯は、軸方向に対して傾いた２つの対向する歯側面を含み、２つの歯側面は、くさび形状のように、軸方向で隣接した他の凹凸形の方に集まる。伝達シャフト及び連結部材の間の係合による連結を形成する間、勾配の付いた歯側面は、凹凸形が互いに係合するのを促進し、特に、滑らかながたつきのない切替動作に貢献する。更に、勾配の付いた歯側面は、荷重下における係合による連結の分離にも貢献する。
【００１９】
切替装置のその他の実施態様では、連結部材がシリンダ領域を含み、作動体がピストンとして設計され、ピストンがシリンダ領域内で軸方向にシフト可能にガイドされている。
【００２０】
本実施態様におけるシリンダ領域及びシリンダが、ピストンの軸方向の移動のための加圧チャンバを画定する。例えば、伝達シャフトを減速させるため、または更なる伝達シャフトの回転に適合させるため、油圧がこのチャンバに適用可能である。油圧アクチュエータの代わりに他のアクチュエータ、特に、切替装置の電気的なアクチエータも、その他の実施態様として想定できる。
【００２１】
本発明は、更に、幾つかの切替装置を有し、少なくとも１つの切替装置が上記のように設計された自動車用変速機を含み、自動車用変速機には、駆動シャフト及び従動シャフトが備えられ、各々の切替装置が非連結状態及び連結状態に切替可能であって、連結状態において、少なくとも１つの切替装置が摩擦接触位置及び形状はめ合い位置に切替可能であり、少なくとも１つの切替装置に対して、伝達シャフト及び連結部材が関連付けられ、非連結状態において回転方向で非連結となり、連結状態において、摩擦のみ、または摩擦及び係合の何れかにより連結され、切替装置の様々な切替組み合わせにより、自動車変速機の個々のギア段階に関連する駆動シャフト及び従動シャフトの間のギア比を調整可能であり、少なくとも１つの切替装置が、所定のギア段階において、非連結状態になり、他のギア段階において、摩擦接触状態になり、自動車用変速機の更に他のギア段階において、形状はめ合い状態になる。各々のギア段階において要求されるトルク伝達容量に応じて、従来の自動車用自動変速機に反して、切替装置の連結が、摩擦により、または摩擦及び係合により選択的に有効になる。よって、消耗のギアチェンジの場合、自動車用の変速機が、特に省エネルギの態様で作動可能であり、特筆すべきは、特に高い伝達効率に導く。
【００２２】
更に、以下の方法によっても、上記の目的を解決できる。自動車用変速機を作動する方法であって、変速機が、駆動シャフト、従動シャフト及び幾つかの切替装置を含み、各々の切替装置が非連結状態及び連結状態に切替可能であって、連結状態において、少なくとも１つの切替装置が摩擦接触位置及び形状はめ合い位置に切替可能であり、少なくとも１つの切替装置に対して、伝達シャフト及び連結部材が関連付けられ、非連結状態において回転方向で非連結となり、連結状態において、摩擦のみ、または摩擦及び係合の何れかにより連結される。切替装置の様々な切替組み合わせにより、自動車変速機の個々のギア段階に関連する駆動シャフト及び従動シャフトの間のギア比を調整可能であり、ギア段階の変更の間、ギア比を変更するため、自動車用変速機の少なくとも１つの切替装置が、非連結状態から連結状態に変更され、または連結状態から非連結状態に変更される。更に、更なる切替装置において、ギア段階の変更の間、連結状態であって、ギア比の変更を要しない場合、更なる切替装置のトルク伝達容量を変更するため、摩擦接触位置から形状はめ合い位置、または形状はめ合い位置から摩擦接触位置に切り替える。切替装置の連結状態における実際に伝達されるトルクに対するトルク伝達容量の適応は、特に、自動車用変速機の省エネルギ動作を提供し、特に高い伝達効率に導く。
【００２３】
他の１つの方法によれば、連結状態の更なる切替装置において、関連する伝達シャフト及び関連する連結部材の間でトルクを伝達し、切替装置は、摩擦接触位置において、第１のトルク伝達容量を有し、形状はめ合い位置において、第１のトルク伝達容量より大きい第２のトルク伝達容量を有する。
【００２４】
好ましくは、摩擦接触位置における切替装置において、ギア段階の変更の間、この切替装置の第１のトルク伝達容量を越える前に、摩擦接触位置から形状はめ合い位置に切り替える。このように、自動車用変速機において、最小のエネルギ消費で、信頼性の高いトルク伝達を確実に行うことができる。個々の切替装置において伝達されるトルクが変速機の設計により各々のギア段階に対してわかるが、摩擦接触位置及び形状はめ合い位置の間におけるそれぞれの切替装置のこのような動作が、自動車用変速機の変速コントローラへの最小のエネルギ消費で実行することができる。    
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る切替装置を有する全自動ステップ式変速機の変速機ダイアグラムである。
【図２】作動体の軸方向の開始位置における本発明に係る切替装置の模式的な断面図である。
【図３】図２による切替装置の詳細断面図である。
【図４】作動体の軸方向の摩擦位置における本発明に係る切替装置の模式的断面図である。
【図５】作動体の軸方向の摩擦位置における本発明に係る切替装置のその他の模式的断面図である。
【図６】作動体の軸方向の摩擦接触位置における本発明に係る切替装置の模式的断面図である。
【図７】作動体の軸方向の形状はめ合い位置における本発明に係る切替装置の模式的断面図である。
【図８】図２から図７による切替装置の作動体の部分断面斜視図である。
【図９】図２から図７による切替装置の作動体バネ要素の部分断面斜視図である。
【図１０】図２から図７による切替装置の摩擦接触リングの部分断面斜視図である。
【図１１】図２から図７による切替装置の摩擦接触リングの部分断面斜視図である。
【図１２】図２から図７による切替装置の摩擦接触リングバネ要素の部分断面斜視図である。
【図１３】図２から図７による切替装置の伝達シャフト強く接続される伝達シャフト要素の部分断面斜視図である。
【図１４】図２から図７による切替装置の形状はめ合いリング部分断面斜視図である。
【図１５】図２から図７による切替装置の形状はめ合いリングバネ要素の部分断面斜視図である。
【図１６】作動体の軸方向の開始位置における本発明に係る切替装置の他の実施形態の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の更なる特徴や利点について、図面を参照しながら好ましい実施形態により、以下のように示される。
【００２７】
図１は、トルクコンバータ１２、４つの遊星変速機または遊星歯車セット１４、及び模式的に示された変速機ハウジング１６を有する自動車用の電気油圧作動全自動ステップ式変速機１０を示す。更に、駆動シャフト１８，従動シャフト２０及び幾つかの伝達シャフト２４が備えられ、以下の遊星歯車では、キャリアも伝達シャフト２４として参照される。伝達シャフト２４は、個々の遊星歯車セット１４に関連し、それぞれに同軸に配置される。
【００２８】
更に、ステップ式変速機１０は、油圧をかけることができて、伝達シャフト２４を更なる伝達シャフト２４または変速機ハウジング１６に連結でき、または伝達シャフト２４を更なる伝達シャフト２４または変速機ハウジング１６から非連結にすることができる切替装置２６、２８を含む。
【００２９】
伝達シャフト２４を変速機ハウジング１６に連結する切替装置２６も、ブレーキ装置として参照される。２つの伝達シャフト２４を互いに連結する切替装置２８も、連結装置として参照される。例示的な本実施形態では、６つの切替装置２６、２８が備えられ、３つの切替装置２６がブレーキ装置として形成され、３つの切替装置２８が連結装置として形成される。図１によれば、一例として、２つのブレーキ装置と１つの連結装置が連結状態にあり（ハッチングで示す）、１つのブレーキ装置と２つの連結装置が非連結状態にある。
【００３０】
切替装置２６、２８の様々な切替の組合せにより、ステップ式変速機１０の個々のギア段階に対応した駆動シャフト１８及び非駆動シャフト２０の間のギア比が得られる。
【００３１】
全自動ステップ式変速機１０の全般的構造及びモード動作は、従来技術から一般的に知られているので、同様のことは更に説明しない。以下では、自動車用変速機を作動させるための本発明に係る方法、及び本発明に係る切替装置２６、２８の構造的設計及び機能についてのみ、詳細に説明する。
【００３２】
各々の切替装置２６、２８は、非連結状態及び連結状態に切り替えられる。連結状態では、少なくとも１つの切替装置２６、２８が、摩擦接触位置及び形状はめ合い位置に切り替えられる。少なくとも１つの切替装置２６、２８に対して、伝達シャフト２４及び連結部材３０が関連し、非連結状態では回転方向において非連結状態になり、連結状態において、摩擦のみ、または摩擦及び係合により、回転方向において連結される。
【００３３】
ステップ式変速機１０の個々のギア段階に関連する駆動シャフト１８及び従動シャフト２０の間のギア比は、切替装置２６、２８の様々な切替の組み合わせにより調整される。ギア段階の変更の間、ステップ式変速機１０の少なくとも１つ、好ましくは確実に２つの切替装置２６、２８が作動されて、ギア比を変更するため、非連結状態から連結状態に、または連結状態から非連結状態に切り替えられる。同時に、連結状態であって、ギア比を変更する必要のない更なる切替装置２６、２８が作動され、更なる切替装置２６、２８のトルク伝達容量を変更するため、摩擦接触位置から形状はめ合い位置に、または形状はめ合い位置から摩擦接触位置に切り替えられる。切替装置２６、２８の連結状態におけるトルク伝達容量を実際に伝達されるトルクに適合することは、特に、ステップ式変速機１０の省エネルギにおける作動をもたらし、特に高伝達効率に導く。
【００３４】
連結状態において、少なくとも１つの切替スイッチ２６、２８が、関連する伝達シャフト２４及び関連する連結部材３０の間でトルクを伝達し、摩擦接触位置において、切替スイッチ２６、２８は、第１のトルク伝達容量を有し、形状はめ合い位置で、第１のトルク伝達容量よりも大きい第２のトルク伝達容量を有する。
【００３５】
特に有利な技術的なその他の方法によれば、ギア段階の変更の間に、切替装置２６、２８の第１のトルク伝達容量を越える前に、摩擦接触位置の切替スイッチ２６、２８が、摩擦接触位置から形状はめ合い位置に切り替えられる。このようにして、ステップ式変速機１０において、エネルギ消費を最小限に抑えながら、確実に信頼性の高いトルク伝達を行うことができる。
【００３６】
図２は、図１による全自動ステップ式変速機１０のための切替装置２６、２８の断面を示す。切替装置２６、２８は、結合部材３０、各々が伝達軸Ａの周りを回転可能な伝達シャフト２４と、摩擦コーン３４を含み、実質的に回転せずに、軸方向にシフト可能に伝達シャフト２４に接続された摩擦接触リング３２と、コーン表面３８を含み、実質的に回転せずに、軸方向にシフト可能に連結部材３０に接続された形状はめ合いリング３６と、コーン状表面４２を含み、実質的に回転せず、軸方向にシフト可能に連結部材３０と接続された作動体（４０）と、を有し、摩擦接触リング３２の摩擦コーン３４が、形状はめ合いリング３６及び作動体４０のコーン表面４２の間に伸びている。
【００３７】
作動体４０は、軸方向にシフト可能に配置され、作動体４０の軸方向の開始位置において、伝達シャフト２４及び連結部材３０は、回転方向において非連結状態であり、例えば、互いに対して自由に回転可能であり、作動体４０の軸方向の摩擦位置では、回転方向において連結され、作動体４０の軸方向の形状はめ合い位置では、回転方向において係合により連結される。
【００３８】
図２から図７に示すように、切替装置２６がブレーキ装置として機能し、変速機ハウジング１６において、遊星歯車セット１４の伝達シャフト３４を固定できるように、連結部材３０が変速機ハウジング１６により形成される。
【００３９】
その他として、連結部材３０が、更なる伝達シャフト２４（図１６も参照）に強く連結された伝達シャフト要素４３である場合もあり得る、そして、切替装置２８は、回転方向において、遊星歯車セット１４の伝達シャフト２４を他の遊星歯車セット１４と回転方向で連結することができる連結装置として機能する。その場合、当初の伝達シャフトの回転速度はそれぞれ適合され、その後、伝達シャフト２４は、摩擦接触、または摩擦接触及び係合による接合の何れかにより、実質的に非回転の接続となる。
【００４０】
図２によれば、連結部材３０は、シリンダ領域４４を含み、作動体４０がピストンとして設計されており、ピストンは、シリンダ領域４４の中で軸方向にシフト可能にガイドされている。シリンダ領域４４及びシリンダは、ピストンの軸方向の移動のための密封された加圧可能なチャンバ４６を画定する。ここで、作動体４０は一体的に成形されたコーン状表面４２を有するピストンとして形成される。しかし、特に製造上の理由から、その他の場合として、作動体３０が２つの部分で形成され、ピストン要素とともに、ピストン要素に強く連結された個別のコーン状表面を含むことも想定できる。
【００４１】
例示的な実施形態として、切替装置２６が、電気油圧作動全自動ステップ式変速機１０の一部であって、特に、駆動シャフト２４のブレーキ及び回転に影響を与えるため、チャンバ４６が油圧により加圧可能になっている。
【００４２】
油圧による作動の代わりに、もちろん、切替装置２６、２８電動による作動もその他の場合として想定できる。
【００４３】
非連結の状態から進んで、切替装置２６を連結する動作について、図２から図７を参照しながら以下に説明する。
【００４４】
図２及び図３に示すような切替装置２６が非連結の状態において、伝達シャフト２４及び連結部材３０は、回転方向において非連結である。例えば、伝達シャフト２４が連結部材３０に対して自由に回転可能である。
【００４５】
非連結の状態において、ピストンとして形成された作動体４０は、加圧されていない、または無視できる範囲にだけ加圧された、これにより連結部材３０において形成される軸方向停止部４９（図２）により画定される軸方向における開始位置に位置する。
【００４６】
切替装置２６の望まないドラッグトルクを避けるため、切替装置２６の非連結状態において、作動体４０をその開始位置に付勢するための作動体バネ要素５０が備えられている。作動体バネ要素５０は、一方で、作動体４０を支持し、他方で連結部材３０を支持する。これにより、作動体４０は、軸方向停止部４８に対して押され、よって、確実にその開始位置に保持される。
【００４７】
切替装置２６の非連結状態において、摩擦接触リング３２がベンチレーション状態にある。例えば、形状はめ合いリング３６または作動体４０のコーン状表面３８、４２は、摩擦接触リング３２の摩擦コーン３４から空間を隔てている（図３参照）。
【００４８】
図２によれば、伝達シャフト２４に強く接続された伝達軸シャフト要素５２が備えられ、摩擦接触リング３２のベンチレーション位置は、伝達軸シャフト要素５２に形成された軸方向停止部５４により画定される。
【００４９】
作動体４０と同様に、切替装置２６が非連結の状態で、望まないドラッグトルクを避けるようになっている。摩擦接触リング３２が、そのベンチレーション気位置で確実に保持される。このため、摩擦接触リング３２を軸方向停止部５４で画定されたベンチレーション位置に維持させるための摩擦接触リングバネ要素５６が備えられている。摩擦接触リングバネ要素５６は、一方で、伝達シャフト要素５２を介して作動体４０を支持し、他方で摩擦接触リング３２を支持する。これにより、摩擦接触リング３２は、軸方向停止部５４に対して押され、よって、確実にそのベンチレーション位置に保持される。
【００５０】
切替装置２６が非連結状態の場合において、形状はめ合いリング３６が図２に示すような軸方向の解放位置にあり、形状はめ合いリング３６が軸方向の解放位置にあるとき、伝達シャフト２４及び形状はめ合いリング３６が、回転方向において互いに係合による接続を形成せず、更に最も好ましいのは、摩擦接触リング３２を介して、回転方向に間接的に連結される。
【００５１】
図２及び図３によれば、連結部材３０は、例えば肩部で形成された、形状はめあいリング３６のための軸方向停止部５８を含む。形状はめ合いリング３６の解放位置は、軸方向停止部５８により画定される。
【００５２】
形状はめ合いリング３６及び伝達シャフト２４に強く連結された伝達シャフト要素５２の間の不慮の接触による係合による連結を避けるため、形状はめ合いリング３６を解放位置に維持させるための形状はめ合いリングバネ要素６０が備えられる。形状はめ合いリングバネ要素６０は、一方で、連結部材３０を支持し、他方で形状はめ合いリング３６を支持する。これにより、形状はめ合いリング３６は、軸方向停止部５８に対して押され、よって、確実にその解放位置に保持される。
【００５３】
図３は、図２による切替装置２６の摩擦コーン３４の領域における詳細を示す。摩擦コーン３４は、各々半径方向の内側及び外側に摩擦ライニング６２が施されていることが明らかである。よって、摩擦接触リング３２の摩擦コーン３４は、作動体４０のコーン状表面４２に隣接したコーン状摩擦面６４とともに、形状はめ合いリング３６のコーン状表面３８に隣接した反対側のコーン状表面６６を含み、摩擦面６４、６６及びコーン状表面３８、４２は、同軸で、実質的に平行に形成される。このようにして、連結状態において、大きな摩擦力を実現でき、伝達シャフト２４の回転速度に対する速い影響につながる。
【００５４】
特に好ましくは、コーン状表面３８、４２及び摩擦面６４、６６は、５°以上１５°以下、特に、約１０°のコーン角度αを含む。この角度範囲において、伝達シャフト２４及び伝達シャフト要素５２の間におけるチャンバ４６の中の伝達油のために用いられる油圧を伴って、摩擦モーメントが実現可能となり、十分な高速適応に導く。更に、コーン角度αの範囲において、作動体バネ要素５０及び摩擦接触リングバネ要素５６のバネ力は、要求に応じて、摩擦接続を再び確実に解放し、作動体４０を軸方向の開始位置に移動させ、摩擦接触リング３２をベンチレーション位置に移動させるのに十分である。
【００５５】
図４は、伝達シャフト２４及び連結部材３０の間の初期摩擦連結の状態にある切替装置２６を示す。チャンバ４６の加圧の結果、ピストンとして形成された作動体４０が、図２による開始位置から、作動体４０のコーン状表面４２が、既に、摩擦接触リング３２の摩擦面６４と第１の摩擦接触を形成するような範囲まで解放される。よって、図４に示す作動体４０は、既に軸方向の接触位置にいる。
【００５６】
しかし、図２及び図３を比較すると、摩擦接触リング３２及び形状はめ合いリング３６の軸方向の位置に関しては、何も変わっていない。
【００５７】
図５によれば、チャンバ４６内の油圧の増加により、図４に比べて、作動体４０は、軸方向で、その開始位置から更に離れた位置に移動して、摩擦接触位置にいる。作動体４０の軸方向の更なる動きにより、摩擦接触リング３２も、軸方向において、軸方向停止部５４の位置から離れた位置に移動する。これにより、摩擦接触リング３２は、図２から図４に示すような軸方向のベンチレーション位置にはおらず、摩擦コーン３４の摩擦面６６も形状はめ合いリング３６のコーン状表面３８に摩擦接触した軸方向の摩擦接触位置にいる。この摩擦接触リング３２との第１の摩擦接触において、形状はめ合いリング３６は、図３から図４に示すような解放位置に引き続きいる。
【００５８】
チャンバ４６内の更なる油圧の増加により、図６に示す作動体４０は、軸開始位置から少しだけ更に離れた位置に移動するが、未だに摩擦接触位置にいる。作動体４０の更なる移動の結果、形状はめ合いリング３６も、形状はめ合いリングバネ要素６０の力に反して、軸方向で解放され。伝達シャフト要素５２との係合による連結の直前に位置する。これにより、図６に示す切替装置２６の状態において、伝達シャフト２４及び連結部材３０の間で最大の摩擦モーメント伝達が生じる。これにより、切替装置２６は、連結状態における摩擦接触位置において、第１のトルク伝達容量を有する。
【００５９】
図７は、最終的に切替装置２６の係合による連結状態を示し、作動体４０は、図２に示す開示位置から、作動体４０が最も軸方向で偏った、形状はめ合い位置となる。作動体４０の更なる軸方向の動きにより、形状はめ合いリング３６も、図６に比べ、図２から図４に示す解放位置から、軸方向に更に離れた位置に移動する。そして、作動体４０は、形状はめ合いリング３６及び伝達シャフト要素５２が、回転方向で互いに係合して連結した形状はめ合い位置に達する。この連結状態における形状はめ合い位置において、切替装置２６は、第１のトルク伝達容量に比べて、より大きな第２のトルク伝達容量を有する。
【００６０】
具体的には、形状はめ合いリング３６に第１の凹凸形が形成され（図１４も参照）、伝達シャフト要素５２に、軸方向で第１の凹凸形に隣接した第２の凹凸形７０が形成される（図１３も参照）。図７に示す凹凸形６８、７０は、作動体４０及び形状はめ合いリング３６の軸方向の形状はめ合い位置において互いに連結し、回転方向において、伝達シャフト２４を連結部材３０に係合により連結する。
【００６１】
切替装置２６の連結動作により、伝達シャフト２４はその結果として速度ゼロまで減速され、回転方向において、変速機ハウジング１６により形成された連結部材３０に係合して固定される。
【００６２】
その他の場合として、もし、連結部材３０が更なる伝達シャフト２４に強く連結された伝達シャフト要素４３として形成されている場合には、切替装置２８の連結動作により、伝達軸の回転方向における速度の同期及び係合による連結を有効にする。
【００６３】
図８は、作動体４０の部分断面図を示し、単純に形成された金属シート部材として、例示的な本実施形態が形成されている。作動体４０はピストンとして形成され、図８によれば、半径方向の外側に折り曲げられた歯７２を含む。歯７２は、連結部材３０の対応するガイド溝７４に連結し、実質的に回転せず、軸方向にシフト可能な状態で連結部材３０と接続する。しかし、特に製造上の理由から、その他の場合として、作動体３０が２つの部分で形成され、ピストン要素とともに、ピストン要素に強く連結された個別のコーン状表面を含むことも想定できる。
【００６４】
図９は、作動体４０を、軸方向において、図２及び図３に示す開始位置に位置付ける、一部断面の作動体バネ要素５０を示す。図９によれば、作動体バネ要素５０は、皿バネとして形成され、フラットで、理想的にはわずかに傾斜したバネ特性を有する。皿バネで形成された作動体バネ要素５０は、図９によれば半径方向に溝が設けられ、回転方向において、作動体４０に特に均一な軸方向の圧力をかけることができる。
【００６５】
図１３は、伝達シャフト２４に強く連結された伝達シャフト要素５２の部分断面図であり、単純に形成された金属シート部材として、例示的な本実施形態が形成されている。
【００６６】
摩擦接触リング３２を実質的に回転せず、軸方向にシフト可能に伝達シャフト要素５２を介して伝達シャフト２４と連結するため、摩擦接触リング３２の歯７６が係合するのが明らかに示されている。しかし図示された実施形態では、特に製造上の理由から、伝達シャフト要素５２の軸方向停止部５４が、伝達シャフト要素５２の周囲に分配された個別の停止クランプ８１により形成され、特に、バネ鋼クランプとして設計され、特に、伝達シャフト要素５２とラッチやクランプで固定される。
【００６７】
更に、回転方向において、伝達シャフト２４を連結部材３０に係合により連結するため、形状はめ合いリング３６の第１の凹凸形６８に係合可能な第２の凹凸形７０が示される（図６及び図７も参照）。
【００６８】
図１４は、形状はめ合いリング３６の部分断面図を示し、例示的な実施形態は、２つの部分で形成され、第１の凹凸形６８を有する凹凸形要素７７とともに、コーン状表面３８を有するコーン状表面要素７９を含む。作動体３０が２つの部分で形成され、ピストン要素とともに、ピストン要素に強く連結された個別のコーン状表面を含むことも想定できる。凹凸要素７７及びコーン状表面要素７９は、単純に型打ちされた、または単純に形成された金属シート部材として形成される。更に、凹凸形要素７７の第１の凹凸形６８の詳細が示される。
【００６９】
図１４によれば、形状はめあいリング３６の凹凸形要素７７及び形状はめ合いリング３６のコーン状表面要素７９の両方が、半径方向の外側に折り曲げられた歯８６を含み、連結部材３０の対応するガイド溝８８に係合して、実質的に回転せず、軸方向にシフト可能に連結部材３０と結合する。
【００７０】
自動車用変速機のその他の設計態様として、形状はめ合いリング３６が１つの部材で形成された金属シート部材として形成され、第１の凹凸形６８、コーン状表面３８及び歯８６を含む。
【００７１】
図１３及び図１４を参照すると、凹凸形６８、７０は、回転方向に分配された幾つかの歯８２を含むことが明らかである。第１の凹凸形６８は、軸方向に対して傾いた２つの対向する歯側面８４を含み、２つの歯側面８４は、くさび形状のように、軸方向で隣接した第２の凹凸形７０の方に集まる。同様に、第２の凹凸形７０は、軸方向に対して傾いた２つの対向する歯側面８４を含み、２つの歯側面８４は、くさび形状のように、軸方向で隣接した第１の凹凸形６８の方に集まる。
【００７２】
図１５は、形状はめ合いリングバネ要素６０の部分断面図を示し、例示的な実施形態は、波状のバネパックで形成される。強く初期荷重がかけられた波状のバネパックが切替装置２６に組み込まれ、クランプした状態では、平坦なバネ特性を有し、好ましくは、数キロニュートンのバネ強さを有し、特に、５ｋＮぐらいのオーダーに入るのが好ましい。
【００７３】
最後に、図１６は、図２から図７に示された切替装置２６と、単に以下の点で異なる切替装置２８を示す。切替装置２８では、連結部材３０が変速機ハウジング１６ではなく、更なる伝達シャフト２４に強く接続された更なる伝達シャフト２４または伝達シャフト要素４３である点で異なる。
【００７４】
言い換えれば、このことは、チャンバ４６が、そこに存在する油圧流体に沿った伝達軸Ａの周りを回転することを意味する。油圧流体が回転するので、チャンバ４６内に遠心力が生成され、これにより、作動体バネ要素５０に対して作動体４０を軸方向に押す他のものとの間で、及び更なる伝達シャフト２４の高速回転において、摩擦接触リング３２及び作動体４０の間の望まない摩擦接触を導く。よって、遠心力を補償するため、分離壁９０が備えられる。これにより、伝達シャフト要素３４のシリンダ領域４４において、作動体バネ要素５０が収容される更なるチャンバ９２を形成する。静止した更なる伝達シャフト２４により、更なるチャンバ９２は、大きく加圧された油圧流体に満たされ、更なる伝達シャフト２４の回転の間、遠心力だけがかかる。チャンバ４６内の油圧流体の遠心力の結果である、ピストンとして形成される作動体４０の軸方向の力は、実質的に互いにキャンセルされ、油圧流体の遠心力から生じる望まない速度依存の軸方向の力は、ピストンに作用しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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