DE102004007759A1

DE102004007759A1 - Kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004007759A1
Application number: DE200410007759
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Fischer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-08

Abstract

Eine Kupplungsvorrichtung mit formschlüssigen Schaltelementen ist einem hydrodynamischen Drehmomentwandler nachgeschaltet angeordnet. Das Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers steht mit einer Antriebswelle in Verbindung, welche über formschlüssige Kupplungen (16, 20, 30) mit Abtriebsrädern (6, 8) verbunden werden kann. Eine Reibungskupplung (40) verbindet in jedem Schaltzustand der Kupplungsvorrichtung die Antriebswelle (4) mit mindestens einem der Zahnräder (6, 8).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Kupplungsvorrichtungen, insbesondere Klauenschaltkupplungen, werden häufig in Schaltgetrieben eingesetzt, um auch bei höheren Drehzahlen gute Wirkungsgrade zu erreichen. Insbesondere in Verbindung mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern bieten formschlüssige Kupplungen, sogenannte Klauenkupplungen, Vorteile.

Die DE 197 49 767 A1 offenbart ein automatisiertes Schaltgetriebe mit einem Drehmomentwandler, bei welchem das Turbinenrad eine Antriebswelle antreibt und bei welchem Abtriebsräder, sogenannte Losräder, über Klauenkupplungen mit der Antriebswelle verbindbar sind.

Die EP 0 812 398 B1 offenbart eine Lamellensynchronisierung, bei welcher eine Antriebswelle über formschlüssige Kupplungen mit Abtriebsrädern verbunden werden kann, und zusätzlich zur Angleichung der Drehzahl der Antriebswelle mit dem zu schaltenden Abtriebsrad vor dem Einspuren der formschlüssigen Kupplung eine Reibungskupplung das Abtriebsrad mit der Antriebswelle verbindet und die Lamellen dieser Reibungskupplung so lange im Schlupfzustand betrieben werden, bis eine Angleichung der Drehzahl stattgefunden hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klauenkupplungsvorrichtung, welche formschlüssige Schaltelemente und eine Reibungskupplung aufweist, zu verbessern.

Die Aufgabe wird mit einer, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden, gattungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gelöst.

Erfindungsgemäß weist die Kupplungsvorrichtung eine formschlüssige Einheit auf, über welche die Antriebswelle mit dem Abtriebsrad verbindbar ist. Zusätzlich weist die Kupplungsvorrichtung eine Reibungskupplung auf, über welche das Abtriebsrad mit der Antriebswelle verbunden werden kann. Hierbei ist die Reibungskupplung dergestalt ausgeführt, dass auch in der Schaltstellung, bei welcher keine formschlüssige Verbindung zwischen dem Abtriebsrad und der Antriebswelle besteht, die Antriebswelle über die Reibungskupplung mit dem Abtriebsrad verbunden ist. Oberhalb eines definierten Drehmoments befindet sich die Reibungskupplung im Schlupfzustand.

Insbesondere bei der Verwendung der Kupplungsvorrichtung in Verbindung mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler ist die permanente Verbindung des Abtriebsrades mit der Antriebswelle über die Reibungskupplung von Vorteil, da ein Zustand, bei welchem der Abtrieb des Untersetzungsgetriebes nicht mit der Antriebswelle verbunden ist, zu unzulässigen Zuständen im Drehmomentwandler führt, da das Turbinenrad einen Zustand mit unzulässig hoher Drehzahl annehmen kann. Vorzugsweise ist die Kupplung wie in der EP 0 812 398 B1 ausgeführt, welche hiermit vollständig mitumfaßt sein soll, jedoch ist die Fangverzahnung in ihrer Breite so ausgelegt, dass in der Mittelstellung sowohl die Fangeinrichtung des einen Abtriebsrades als auch die Fangeinrichtung des anderen Abtriebsrades mit der Fangverzahnung formschlüssig verbunden ist. Hierzu ist die Fangverzahnung in zwei Teilen ausgeführt, wobei ein erster Teil mit einem Teil des Lamellenpakets drehfest verbunden und ein zweiter Teil mit dem anderen Teil des Lamellenpakets verbunden ist, wodurch in der Mittelstellung der erste Teil die Drehzahl des einen Abtriebsrades und der andere Teil die Drehzahl des anderen Abtriebsrades auf weist. Somit besteht die Möglichkeit, dass beide Abtriebsräder unterschiedliche Drehzahlen aufweisen und dennoch über die schlupfende Reibungskupplung ein Drehmoment an der Antriebswelle anliegt, wodurch das Turbinenrad des hy-drodynamischen Drehmomentwandlers keine unzulässigen Drehzahlen aufweist. Somit ist gewährleistet, dass in jeder Schaltstellung die Antriebswelle, und somit das Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers, mit mindestens einem Abtriebsrad in Verbindung steht. Ist die Kupplungsvorrichtung in einer Richtung voll durchgeschaltet, wodurch die formschlüssige Kupplung die Antriebswelle mit dem Abtriebsrad verbindet, so ist die Reibungskupplung auch vollständig vom durch die formschlüssige Kupplung getrennten Abtriebsrad gelöst und die Außenlamellen, und somit die Fangverzahnung, weisen dieselbe Drehzahl auf wie die Antriebswelle und das mitt der Antriebswelle verbundene Abtriebsrad, wodurch in diesem Zustand keinerlei zusätzliche Reibungsverluste auftreten. Die Klauenkupplung zeichnet sich somit durch hohe Sicherheit in jedem Betriebszustand und einen guten Wirkungsgrad aus.

Weitere Merkmale sind der Figuren-Beschreibung zu entnehmen.
Es zeigen:
1 die Kupplungsvorrichtung in einer Mittelstellung;
2 die Kupplungsvorrichtung während der Schaltung und
3 die Kupplungsvorrichtung in einer vollständig geschalteten Stellung.
Der prinzipielle Aufbau der Kupplungsvorrichtung nach 1 bis 3 entspricht, bis auf die Fangverzahnung 62, der Kupplungsvorrichtung in der EP 0 812 398 B1 , welche vollständig mitumfaßt sein soll.
1.
Die Antriebswelle, die sogenannte Getriebewelle 4, ist mit einem nicht gezeigten Turbinenrad eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers verbunden oder steht mit diesem in Verbindung und ist diesem nachgeschaltet nachgeordnet. Ein erstes Abtriebsrad, das Zahnrad 6, und ein zweites Abtriebsrad, das Zahnrad 8, sind über eine formschlüssige Kupplung, dem Kupplungskörper 16, dem Kupplungskörper 20, der Schiebemuffe 30 und dem Synchronkörper 12 mit der Getriebewelle 4 verbindbar. In der Mittelstellung der Kupplungsvorrichtung befinden sich die formschlüssigen Kupplungen in geöffnetem Zustand, wodurch kein Drehmoment über die Kupplungskörper 16 und 20 auf den Synchronkörper 12 übertragen werden kann. Ohne zusätzliche Maßnahmen würde in diesem Betriebszustand das Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers eine unzulässig hohe Drehzahl aufweisen. In dieser Mittelstellung ist die Fangverzahnung 62 so breit ausgelegt, dass das erste Teil 81 der Fangverzahnung 62 drehfest, jedoch axial verschiebbar, mit der Fangeinrichtung 66 und das zweite Teil 82 drehfest, jedoch axial verschiebbar, mit der Fangeinrichtung 50 in Verbindung stehen. Da die Fangeinrichtungen 50 und 66 mit den Zahnrädern 6 und 8 drehfest verbunden sind und das erste Teil 81 und das zweite Teil 82 über das Lamellenpaket 40 mit der Schiebemuffe 30 verbunden sind, welche mit dem Synchronkörper 12 drehfest verbunden ist, wird die Getriebewelle 4 und somit das Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers über das Lamellenpaket 40 innerhalb eines zulässigen Drehzahlbereichs gehalten. Das erste Teil 82 und das zweite Teil 81 sind in axialer Richtung einerseits über das Bauteil 44 und das Bauteil 46 und über eine Anlaufscheibe 83 fixiert. Somit ist es möglich, dass das erste Teil 81 und das zweite Teil 82 unterschiedliche Drehzahlen aufweisen, da sich das Kupplungspaket 40 im Schlupfzustand befindet.
2:
Wird die Kupplungsvorrichtung über die Schaltgabel 64 aus der Mittelstellung in eine Schaltstellung verschoben, so verschiebt sich ebenfalls die Fangverzahnung 62 in axialer Richtung, wodurch das erste Teil 81 in drehfester Verbindung mit der Fangeinrichtung 66 verbleibt, jedoch das zweite Teil 82 die Fangeinrichtung 50 verläßt, wodurch das Zahnrad 6 frei drehen kann. Die Höhe der Differenzdrehzahl wird durch das eingestellte Reibmoment des Lamellenpakets 40 bestimmt.
3:
Ist die Schaltung vollständig vollzogen, so ist der Kupplungskörper 20 formschlüssig über die Schiebemuffe 30 und den Synchronkörper 12 mit der Getriebewelle 4 verbunden. Die Fangverzahnung 62 weist somit dieselbe Drehzahl wie die Getriebewelle 4 auf, wodurch keinerlei Reibverluste mehr in dem Lamellenpaket 40 entstehen. In diesem durchgeschalteten Zustand entstehen keinerlei Reibungsverluste in der Kupplungsvorrichtung, wodurch ein sehr guter Wirkungsgrad erzielt wird.

2: Synchronisierung
4: Getriebewelle
6: Zahnrad
8: Zahnrad
10: Nadellager
12: Synchronkörper
14: Verzahnung
16: Kupplungskörper
18: Federeinrichtung
20: Kupplungskörper
22: Federeinrichtung
24: Kupplungsverzahnung
26: Kupplungsverzahnung
28: Außenverzahnung
30: Schiebemuffe
32: Kupplungsverzahnung
34: innerer Lamellenträger
36: äußerer Lamellenträger
38: Außenverzahnung
40: Lamellenpaket
42: Tellerfeder
43: Innenverzahnung
44: Bauteil
46: Bauteil
50: Fangeinrichtung
52: Innenverzahnung
54: Außenverzahnung
56: Sicherungsring
58: Wellfeder
60: Fangverzahnung
62: Fangverzahnung
64: Schaltgabel
66: Fangeinrichtung
68: Innenverzahnung
70: Außenverzahnung
72: Sicherungsring
74: Wellfeder
76: Fangverzahnung
78: Sperrflanken
80: Vernietung
81: erstes Teil
82: zweites Teil
83: Anlaufscheibe

Claims

Kupplungsvorrichtung, welche in einer ersten Stellung eine Antriebswelle (4) formschlüssig mit einem ersten Abtriebsrad (6) und in einer zweiten Stellung die Antriebswelle (4) formschlüssig mit einem zweiten Abtriebsrad (8) verbindet, und mit einer Reibungskupplung (40), welche in einer ersten Stellung die Antriebswelle (4) mit dem ersten Abtriebsrad (6) und in einer zweiten Stellung die Antriebswelle (4) mit dem zweiten Abtriebsrad (8) verbindet, wobei die Reibungskupplung (40) oberhalb eines definierten Drehmoments eine Differenzdrehzahl zwischen der Antriebswelle (4) und dem Abtriebsrad (6, 8) zuläßt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stellung, bei welcher weder das erste Abtriebsrad (6) noch das zweite Abtriebsrad (8) über die formschlüssige Kupplung (16, 20, 30) mit der Antriebswelle (4) verbunden ist, mindestens ein Abtriebsrad über die Reibungskupplung (40) mit der Antriebswelle (4) verbunden ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Mittelstellung, bei welcher weder das erste Abtriebsrad (6) noch das zweite Abtriebsrad (8) über die formschlüssige Kupplung (16, 20, 30) mit der Antriebswelle (4) verbunden sind, das erste Abtriebsrad (6) und das zweite Abtriebsrad (8) über die Reibungskupplung (40) mit der Antriebswelle (4) verbunden sind.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (40) aus inneren Lamellen, welche drehfest mit der Antriebswelle (4) in Verbindung stehen, und aus äußeren Lamellen, welche mit einem äußeren Lamellenträger (62) drehfest verbunden sind, bestehen.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Lamellenträger (62) aus mindestens zwei zueinander verdrehbaren Teilen (81, 82) besteht, wobei jedes der beiden Teile (81; 82) mit äußeren Lamellen drehfest verbunden ist, und je ein Teil (81, 82) mit einem der beiden Abtriebsräder (6, 8) verbindbar ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung einem hydrodynamischen Drehmomentwandler nachgeschaltet angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (4) mit einer Turbinenwelle des hydrodynamischen Drehmomentwandlers in Verbindung steht.