机动车变速器的换挡装置

摘要

本发明涉及一种机动车变速器的换挡装置，包括一个构造为空心轴的具有径向孔（5、6、7、8）的驱动轴（2）、至少一个设置在驱动轴（2）上的输出元件（3）、一个可轴向移动地设置在空心轴（2）中的换挡元件（4）、在径向孔（5、6、7、8）中可径向移动的构造为球的耦合件（9、10、11、12），其中所述输出元件（3）可通过换挡元件（4）的轴向移动和球（9、10、11、12）的径向移动与驱动轴（2）耦合和脱接。建议所述换挡元件构造为换挡活塞（4）并且空心轴（2）构造为换挡缸（2a）。

权利要求

1.机动车变速器的换挡装置，包括：一个构造为空心轴的具有径向孔(5、6、7、8、24)的驱动轴(2)；至少一个设置在驱动轴(2)上的输出元件(3)；一个在空心轴(2)中可轴向移动地设置的换挡元件(4)；在径向孔(5、6、7、8；24)中可径向移动的构造为球的耦合件(9、10、

11、12、26)，其中所述输出元件(3)能够通过换挡元件(4)的轴向移动和球(9、10、11、12；26)的径向移动与驱动轴(2)耦合和脱接，其特征在于，所述换挡元件构造为换挡活塞(4)并且空心轴(2)构造为换挡缸(2a)。

2.根据权利要求1的换挡装置，其特征在于，在所述至少一个输出元件(3)的区域中设置至少一排径向孔(5、6；7、8)并且所述换挡活塞(4)在圆周侧具有至少一个配置给径向孔(5、6、7、8)和球(9、10、11、12)的环形凹槽(16、17)。

3.根据权利要求1或2所述的换挡装置，其特征在于，所述输出元件(3)具有设有孔壁的孔(20)并且在孔壁中加工出袋状缺口(21；25、28、30)。

4.根据权利要求3所述的换挡装置，其特征在于，所述袋状缺口构造为具有不对称的横截面(25、30)的纵向凹槽，该横截面的轮廓具有一个与球(26)匹配的弧部(25a)和一个平坦地结束的斜面(25b)。

5.根据权利要求3所述的换挡装置，其特征在于，所述袋状缺口构造为具有径向对称的横截面(28)的纵向凹槽，该横截面(28)的轮廓与球(26)匹配。

6.根据权利要求1或2所述的换挡装置，其特征在于，所述换挡活塞(4)能够被液压、气动或机械地操作。

7.根据权利要求1或2所述的换挡装置，其特征在于，所述至少一个输出元件构造为齿轮(3)。

8.根据权利要求1至7之一所述的换挡装置在自动变速器中的应用。

说明书

机动车变速器的换挡装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种由DE 937 990已知的机动车变速器的换挡装置。

背景技术

[0002] DE 937 990公开了一种用于机动车变速器的换挡装置，在该变速器中各个挡位通过一个所谓的滑键轴来切换。一个构造为空心轴的其上设有齿轮的变速器主轴本身容纳有可轴向移动的滑键轴。在齿轮区域中空心轴具有径向孔，换挡球可径向移动地设置在所述径向孔中并且为了耦合换挡球被滑键轴彼此压离。由此在相应齿轮和变速器主轴之间形成不可相对旋转的连接。

[0003] 已知在当今的机动车变速器中、也包括自动变速器中使用牙嵌离合器来切换各个挡位。牙嵌离合器的优点在于其结构相对紧凑并且在此可传递相对大的扭矩。牙嵌离合器的缺点在于，牙嵌离合器在实践中只能在转速差为零时才能切换，在此总是会出现所谓的齿对齿位置(Zahn-auf-Zahn-Stellung)，在该位置中离合器不能接合。这一问题至今未能得到令人满意的解决。

发明内容

[0004] 本发明的任务在于提供一种适合的离合器，该离合器一方面允许传递相对大的扭矩并且另一方面避免了齿对齿位置。

[0005] 该任务通过根据本发明的机动车变速器的换挡装置解决，该换挡装置包括：一个构造为空心轴的具有径向孔的驱动轴；至少一个设置在驱动轴上的输出元件；一个在空心轴中可轴向移动地设置的换挡元件；在径向孔中可径向移动的构造为球的耦合件，其中所述输出元件能够通过换挡元件的轴向移动和球的径向移动与驱动轴耦合和脱接，根据本发明规定，所述换挡元件构造为换挡活塞并且空心轴构造为换挡缸。此外，该任务通过根据本发明所述的换挡装置在自动变速器中的应用来解决。

[0006] 从已知的换挡装置出发，根据本发明的第一方面规定，所述换挡元件构造为换挡活塞并且空心轴构造为换挡缸。由此实现以下优点：可通过换挡活塞的轴向移动来切换设置在空心轴上的输出元件、优选齿轮。优选通过液压或气动压力介质加载换挡活塞。由此可实现紧凑的换挡装置，该换挡装置无需同步。根据本发明的离合器可在较轻的负载和较小的转速差范围内进行切换、即为了导入换挡过程无需要求驱动元件和输出元件具有相同的转速。

[0007] 根据一种优选实施方式，在所述至少一个输出元件的区域中设置至少一排径向孔，为所述径向孔配置设置在换挡活塞上的环形凹槽。当环形凹槽在径向上与径向孔对齐时，球通过输出元件的内部轮廓向内被压到环形凹槽中，从而输出元件或齿轮脱接。在另一种情况下，即在环形凹槽不对齐径向孔，而是换挡活塞的圆周面向内封闭径向孔时，则球被向外压并且输出元件或者说齿轮与驱动轴不可相对旋转地连接、即耦合。

[0008] 根据另一种优选的实施方式，所述输出元件具有设有孔壁的孔并且在孔壁中加工出袋状缺口，所述缺口的数量和分布相应于径向孔。在耦合状态中袋状缺口部分地容纳球，从而在驱动元件和输出元件之间形成形锁合。

[0009] 根据另一种优选的实施方式，所述袋状缺口构造为具有不对称的横截面轮廓的纵向凹槽，并且所述横截面轮廓具有一个与球匹配的弧部和一个平坦地结束的斜面。由此实现了软接合。不对称的横截面轮廓与旋转方向有关地用于右旋或用于左旋。

[0010] 根据另一种优选的实施方式，所述袋状缺口构造为具有径向对称的横截面轮廓的纵向凹槽，所述横截面轮廓与球匹配并且与旋转方向无关。

[0011] 根据另一种优选的实施方式，所述换挡活塞可被液压、气动或机械地操作。待选择的执行器因此可适配所给定的条件。

[0012] 根据另一种优选的实施方式，所述至少一个输出元件构造为齿轮。该齿轮因此可作为变速器一个挡位的空套齿轮设置在驱动轴上并且在需要时与驱动轴耦合。在此可在驱动轴上并排设置多个齿轮。在此情况下应相应延长换挡活塞。

[0013] 根据本发明的另一方面，根据本发明的换挡装置可特别有利地用于自动变速器中。在此产生下述优点：根据本发明的形锁合的离合器可代替具有上述缺点的牙嵌离合器。由此实现了在换挡舒适性——较大的转速差范围——和结构空间需求方面的优点。

附图说明

[0014] 下面详细说明附图示出的本发明的一种实施例，可由下述说明和/或附图得出其它特征和/或优点。附图如下：

[0015] 图1为根据本发明的换挡装置的轴向剖面图；

[0016] 图2a为在与输出元件耦合时的径向半剖面图；

[0017] 图2b为在与输出元件脱接时的径向半剖面图；

[0018] 图3为根据本发明的换挡装置的换挡活塞；

[0019] 图4为换挡装置的构造为换挡缸的空心轴；

[0020] 图5为输出元件中的具有袋状缺口的第一内部轮廓；

[0021] 图6为具有袋状缺口的第二内部轮廓；和

[0022] 图7为具有袋状缺口的第三内部轮廓。

具体实施方式

[0023] 图1示出根据本发明的换挡装置1，该换挡装置具有构造为空心轴2的驱动轴以及构造为齿轮3的输出元件。空心轴2构造为换挡缸2a并且容纳有换挡活塞4。在空心轴2的壁中设置第一排径向孔5、6和第二排径向孔7、8，所述径向孔本身分别容纳有构造成球9、10、11、12的可径向移动的耦合件。空心轴2具有一个端壁2b，用于使换挡活塞4复位的压缩弹簧
13支撑在所述端壁上。另一方面，换挡活塞4的行程通过挡圈14限定，所述挡圈嵌入空心轴2中的一个凹槽15中。换挡活塞4被显示于两个位置中、即上半部4a处于锁止位置中并且下半部4b处于解锁状态中。换挡活塞具有两个环绕的环形凹槽16、17，所述环形凹槽的凹槽横截面匹配球9至12。齿轮3通过轴向固定元件18、19固定在驱动轴2上并且具有一个孔20，在所述孔中在圆周上分布地加工出构造为纵向凹槽的袋状缺口21。缺口21用于在锁止的、即耦合的状态中容纳球9、11。为了固定换挡位置设置卡锁元件22。

[0024] 图2a和图2b分别示出根据图1的剖视线的径向半剖面图。图2a示出图1中的具有换挡活塞位置的上半部4a。球11一方面形锁合地容纳在齿轮3的纵向凹槽21中并且在径向内部支撑在换挡活塞4的圆周4c上。齿轮3在该位置中因此与驱动轴2不可相对旋转地连接。图2b示出具有换挡位置(图1)的下半部4b：在此球12通过孔20的圆周被压入凹槽17中。齿轮3因此脱接。图2a和2b的视图是示意性的、即并不完整；例如未示出径向孔7、8，但这在图4中更详细地示出。

[0025] 图3示出具有圆柱状圆周4c的换挡活塞4作为单个零件，在所述换挡活塞中加工出两个环形凹槽16、17，所述环形凹槽的半径匹配球(图1)的半径。

[0026] 图4示出空心轴2作为单个零件，该空心轴构造为具有缸底2b的换挡缸2a。在空心轴2的壁中加工出在圆周上分布的孔5、6、7、8，所述孔设置在轴向错开的两排中。孔5至8匹配球9至12的直径，从而所述球可在径向上移动。

[0027] 图5示出齿轮3的内部轮廓23(参照图1)以及在径向孔24区域中穿过空心轴2、换挡活塞4和齿轮3的局部剖面图。在齿轮3的孔20的圆周面中加工出多个、在所示实施例中为八个袋状缺口25，所述缺口具有参照径向r不对称的横截面。袋状缺口25构造为纵向凹槽并且相应于图1中的纵向凹槽21。缺口25的横截面轮廓、又称为横剖面由一个大致四分之一圆的弧部25a和一个平坦地结束的斜面或斜坡25b组成。该横截面轮廓25a、25b主要用于左旋的驱动轴(通过旋转箭头L示出)。由此可在耦合时实现对齿轮3的“柔和”的带动。在局部剖面图中示出的球26部分位于径向孔24中并且部分位于袋状缺口25中，由此在驱动轴2和输出元件3之间形成形锁合。球26或者说图1中的球9至12因此不构成夹紧件(例如在自由轮中)，而是构成用于形成形锁合的耦合件。在此出现的圆周方向上的力明显小于在夹紧件的情况下。通过在圆周上和在轴向上球的数量可使换挡装置匹配待传递的扭矩。

[0028] 图6示出另一种用于输出元件的内部轮廓27，在此在圆周上设置具有径向对称的横截面的袋状缺口28。该缺口28的横截面参照径向r对称并且具有大致半圆的轮廓，该半圆相应于球直径。内部轮廓27不仅适用于输出元件的右旋而且也适用于输出元件的左旋，这通过双向旋转箭头N示出。

[0029] 图7示出一种用于右旋(通过旋转箭头R标记)的内部轮廓29作为根据图5的内部轮廓23的对称物。所述内部轮廓29具有在圆周上分布的袋状缺口30，所述缺口类似于图5中的缺口25的轮廓具有不对称的横截面轮廓。通过该几何形状可实现驱动元件和输出元件之间的相对软的耦合，这对于相对窄的范围内的转速差是可能的。

[0030] 根据本发明的换挡装置1以下述方式工作：在根据位置4a与齿轮3耦合时(图1)换挡活塞4通过压缩弹簧13被压到轴向挡圈14上并且固定在该位置中。在位置4a中换挡活塞4未被加载压力。当应使齿轮3脱接时、即进入位置4b时，换挡活塞4的端面被气动或液压地加载压力并且在附图中向左移动，直到到达卡锁元件22并且换挡活塞4被固定在位置4b中。在此球9至12或26通过齿轮3的内部轮廓23(参见图5)被径向向内压入径向凹槽16、17中。由此形锁合解除并且齿轮3脱接。

[0031] 附图标记列表

[0032] 1   换挡装置

[0033] 2   驱动轴

[0034] 2a    换挡缸

[0035] 2b    端壁

[0036] 3   输出元件/齿轮

[0037] 4   换挡活塞

[0038] 4a    锁止的换挡位置

[0039] 4b    解锁的换挡位置

[0040] 4c    圆周

[0041] 5   径向孔

[0042] 6   径向孔

[0043] 7   径向孔

[0044] 8   径向孔

[0045] 9   球

[0046] 10  球

[0047] 11  球

[0048] 12  球

[0049] 13  压缩弹簧

[0050] 14  挡圈

[0051] 15  凹槽

[0052] 16  环形凹槽

[0053] 17  环形凹槽

[0054] 18  固定元件

[0055] 19  固定元件

[0056] 20  齿轮的孔

[0057] 21  纵向凹槽

[0058] 22  卡锁元件

[0059] 23  内部轮廓

[0060] 24  径向孔

[0061] 25  缺口/纵向凹槽

[0062] 25a   弧部

[0063] 25b   斜面

[0064] 26  球

[0065] 27  内部轮廓

[0066] 28  缺口

[0067] 29  内部轮廓

[0068] 30  缺口

[0069] L     左旋箭头

[0070] N     中性的双向箭头

[0071] R     右旋箭头

[0072] r     径向