四工况流体缸、其操作方法以及机动车辆变速器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及四工况流体缸、机动车辆变速器以及操作四工况流体缸的方法。
【背景技术】
[0002]四工况气动式工作缸常常用于工业中，例如在汽车领域中用于自动齿轮箱或伺服换档齿轮箱。在四轨道齿轮箱中可能需要四工况缸，以便选择四个可能的通道中的一个通道。关于如今的缸，取决于用以控制缸的磁性阀的数量的两种方案已经得到广泛应用。最常用的构造包括四个三通双位常闭磁性阀、具有不同直径的三个活塞，并且由此包括四个腔室。在例如DE102006035938B4中描述了另一个可能的方案，该方案具有三个三通双位阀(3/2阀)，该文献公开了具有致动缸的齿轮致动器。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供改进的四工况流体缸、改进的机动车辆变速器以及改进的操作四工况流体缸的方法。
[0004]该目的是通过根据主权利要求的四工况流体缸、机动车辆变速器和操作四工况流体缸的方法来实现的。
[0005]本发明是基于以下的发现，即四工况流体缸可以被设计成借助于仅仅两个阀和两个弹簧进行操作。具体地，四工况气动式工作缸可以被设计成借助于仅仅两个三通双位常闭(3/2NC)电磁阀进行操作。从而，提供了四工况气动式工作缸具有少于三个3/2阀的有利概念。通过将两个缸致动磁性阀之外的所有阀替换为其它用于聚积能量的部件(例如弹簧)，减少了磁性阀的数量。
[0006]有利地，减少阀的数量还减小了阀所占用的空间，这使得根据本发明实施例的缸更易于用在可用空间不足的地方。因此，不再需要将阀与工作缸分离并将阀移动到不同位置。在这个方面中，反应或切换事件可以最小化。另一个问题当然是可以降低机加工阀座、空气通道和磁性阀自身的价格。
[0007]本发明提供一种四工况流体缸，该缸具有缸壳体和活塞杆，缸壳体具有第一端部和相对的第二端部，活塞杆从缸壳体的第一端部伸出，该缸还包括:
[0008]主活塞，该主活塞刚性地连接到活塞杆并被布置成能够在缸壳体内运动，其中在主活塞和缸壳体的第一端部之间形成第一腔室；
[0009]第一弹簧，该第一弹簧布置在缸壳体的第一端部与主活塞之间，并且用于将主活塞偏压远离缸壳体的第一端部；
[0010]第一阀，该第一阀能够连接到流体供应装置，并且用于控制第一腔室内的流体压力；
[0011]浮动活塞，该浮动活塞布置在缸壳体内，以便围绕主活塞的一部分配合并且能够相对于主活塞运动，其中在主活塞和浮动活塞与缸壳体的第二端部之间形成第二腔室；
[0012]第二阀，该第二阀能够连接到流体供应装置，并且用于控制第二腔室内的流体压力；
[0013]活塞缓冲器，该活塞缓冲器布置在缸壳体的第二端部与主活塞和浮动活塞之间，用来缓冲浮动活塞的运动；以及
[0014]第二弹簧，该第二弹簧布置在缸壳体的第二端部与活塞缓冲器之间，用于将活塞缓冲器偏压远离缸壳体的第二端部。
[0015]四工况流体缸可以是用于机动车辆变速器齿轮箱或类似物的气动缸或液压缸。缸壳体可以包括缸筒、缸头部以及底部端部或顶盖，缸头部相当于缸壳体的第一端部，活塞杆在这里从缸壳体伸出，底部端部或顶盖相当于缸壳体的第二端部。主活塞可以机械地连接到或联接到活塞杆。活塞杆可以穿过缸壳体的第一端部中的开口，其中诸如密封环或类似物的第一密封元件可以布置在该开口中，以便以不透流体的方式密封活塞杆与缸壳体的第一端部之间的间隙。第一弹簧和第二弹簧可以是螺旋弹簧或类似物。第一弹簧可以布置在第一腔室中。活塞杆可以延伸穿过由第一弹簧围绕的空间。第一弹簧可以抵靠在缸壳体的第一端部的内壁表面上，并且可以抵靠在主活塞的面向缸壳体的第一端部的表面上。第一腔室可以通过缸壳体的内壁表面的一部分和主活塞的面向缸壳体的第一端部的表面以不透流体的方式进行密封。第二密封元件可以布置成用以以不透流体的方式密封主活塞的圆周表面与缸壳体的内壁表面之间的间隙。第一阀可以借助于流体管线连接到第一腔室，该流体管线通到第一腔室中。浮动活塞可以大致为环形的或类似的形状。第三密封元件可以布置成用以以不透流体的方式密封浮动活塞的内圆周表面与主活塞的圆周表面之间的间隙。第四密封元件可以布置成用以以不透流体的方式密封浮动活塞的外圆周表面与缸壳体的内壁表面之间的间隙。第二腔室可以通过缸壳体的内壁表面的一部分以及主活塞和浮动活塞的面向缸壳体的第二端部的表面以不透流体的方式进行密封。活塞缓冲器和第二弹簧可以布置在第二腔室中。第二弹簧可以抵靠在缸壳体的第二端部的内壁表面上，并且可以抵靠在活塞缓冲器的面向缸壳体的第二端部的表面上。浮动活塞能够运动以形成和脱离到活塞缓冲器的面向浮动活塞的表面上的抵靠。活塞缓冲器可以包括形成在活塞缓冲器的面向浮动活塞的表面中的凹入部分，其中该凹入部分的尺寸形成为用以容纳主活塞的面向缸壳体的第二端部的端部部分。第二阀可以借助于流体管线连接到第二腔室，该流体管线通到第二腔室中。
[0016]根据一个实施例，第一弹簧的弹簧力可以小于或等于第二弹簧的弹簧力。从而，第一弹簧的弹簧刚度或弹簧常数可以小于或等于第二弹簧的弹簧刚度或弹簧常数。第一弹簧和第二弹簧的弹簧力或弹簧常数可以具有预定的比率。第一和第二弹簧的刚度和预加载特性可以确定缸的不同工况中的弹簧力。该实施例的优点在于，主活塞和浮动活塞可以通过第一和第二弹簧的弹簧力所形成的力平衡而运动到精确地限定的位置。
[0017]根据另一个实施例，第一和第二阀可以是三通双位常闭电磁阀。每个磁性阀可以具有三个端口，流体管线可以连接到这些端口。第一阀的第一端口可以经由流体管线连接到缸的第一腔室。第二阀的第一端口可以经由流体管线连接到缸的第二腔室。第一和第二阀的第二端口可以连接到流体入口或加压流体贮存器。第一和第二阀的第三端口可以连接到流体出口。第一和第二阀可以形成为在第一或关闭阀位置中将它们的第一端口连接到它们的第三端口。第一和第二阀可以形成为在第二或打开阀位置中将它们的第一端口连接到它们的第二端口。该实施例的优点在于，电磁阀是极为可靠、使用寿命长、紧凑、节省动力的装置，并且能够进行安全且快速的切换操作。
[0018]根据另一个实施例，缸还可以包括止挡元件，该止挡元件附接到缸壳体，缸缓冲器被第二弹簧偏压成抵靠到该止挡元件上。止挡元件可以包括固定环或类似物，其可以从缸壳体的内壁表面伸出。第二弹簧可以布置在止挡元件与缸壳体的第二端部的内壁表面之间。缸缓冲器的一部分可以可动地接合在第二弹簧和止挡元件之间。该实施例的优点在于，缸缓冲器可以保持在限定的位置处，除非比第二弹簧的弹簧力大的力沿着朝向缸壳体的第二端部的方向作用在缸缓冲器上。
[0019]根据另一个实施例，主活塞的在面向第一腔室的表面上的有效横截面积可以小于主活塞和浮动活塞的在面向第二腔室的表面上的有效横截面积。换言之，主活塞的在第一腔室一侧上的有效横截面积是第一腔室中的流体的流体负荷可以在其上作用或施加压力的横截面积。从而，主活塞和浮动活塞的在第二腔室一侧上的有效横截面积包括第二腔室中的流体的流体负荷可以在其上作用或施加压力的主活塞和浮动活塞的组合的横截面积。主活塞的在第一腔室一侧上的主直径以及活塞杆的主直径确定了主活塞的在第一腔室一侧上的有效横截面积。浮动活塞的直径以及主活塞的在第二腔室一侧上的直径确定了活塞的在第二腔室一侧上的有效横截面积。由于前述不同的有效横截面积，第一和第二腔室中的相等流体压力可以使得主活塞和浮动活塞朝向缸壳体的第一端部运动。该实施例的优点在于，主活塞和浮动活塞可以通过主活塞和浮动活塞的有效横截面积上的流体负荷所形成的力平衡而运动到精确地限定的位置。
[0020]根据另一个实施例，主活塞可以具有:较大直径部分，其面向第一腔室并抵靠在缸壳体的内壁表面上；较小直径部分，其面向第二腔室；以及台阶部分，其处于较大直径部分和较小直径部分之间的过渡区域中，其中浮动活塞可以绕较小直径部分的一部分配合，并且能够运动以形成和脱离到台阶部分上的抵靠。该实施例的优点在于，主活塞和浮动活塞可以适应成能够相对于彼此运动，同时节省缸内的空间。
[0021]根据另一个实施例，缸壳体可以包括通孔，该通孔处于通过主活塞和浮动活塞的运动而能够在第一和第二腔室之间形成的可变体积的第三腔室的区域中。第三腔室可以分隔开，而不与加压流体进行任何接触。第三腔室的体积可以随着主活塞和浮动活塞相对于彼此的相对运动以及主活塞和浮动活塞相对于缸壳体的运动而变化。通孔以及第三腔室的形成允许主活塞和浮动活塞在缸壳体内进行平滑的运动。
[0022]此外，本发明提供一种机动车辆变速器，其包括:
[0023]四轨道齿轮箱，其具有四个换档通道；以及
[0024]上述形式的四工况流体缸，以用于一次选择一个换档通道。
[0025]机动车辆可以是客车或商用车辆。齿轮箱可以是自动齿轮箱或伺服换档齿轮箱。在机动车辆变速器的情况下，根据本发明实施例的四工况流体缸可以有利地与齿轮箱结合使用。具体地，流体缸可以用来使得在齿轮箱的换档机构中能够进行换档操作。例如，换档机构可以用于具有4个通道的6速轻载商用车辆的齿轮箱，第一通道用于倒档和可选的爬行档，第二通道用于第一和第二档，第