DE102005016494A1

DE102005016494A1 - Kupplungsvorrichtung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs insbesondere für eine formschlüssige und eine reibschlüssige Kupplung

Info

Publication number: DE102005016494A1
Application number: DE102005016494A
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Fischer; Gerhard Dipl.-Ing. Buck; Martin Dipl.-Ing. Reck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2006-10-12
Also published as: US20070084692A1

Abstract

Es wird eine formschlüssige Kupplung (2) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für eine Kupplungsvorrichtung, umfassend eine formschlüssige Kupplung und eine Lamellenkupplung (2), vorgeschlagen, bei der ein mit dem Antrieb oder Abtreib drehfest verbundener Kolben (6) über eine als Klauenkupplung ausgebildete formschlüssige Kupplung (2), die einen Synchronring (1) umfasst, mit dem Außenlamellenträger (3) der Lamellenkupplung verbindbar ist, wobei zumindest einer mit dem Außenlamellenträger (3) der Lamellenkupplung verbundener Führungsstift (4) vorgesehen ist, der entlang einer auf dem Synchronring (1) der formschlüssigen Kupplung (2) vorgegebenen Kulisse (5) bewegbar ist, derart, dass bei der drehfesten Verbindung des Außenlamellenträgers (3) mit dem Kolben (6) für den Fall einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Bauteile diese sich so verdrehen können, dass die Klauenkupplung einrastet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine formschlüssige Kupplung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für eine Kupplungsvorrichtung, umfassend eine formschlüssige Kupplung und eine reibschlüssige Kupplung, welche einen Antrieb mit einem Abtrieb verbinden oder trennen, wobei die formschlüssige Kupplung im Öffnungs- und Schließsinne betätigbar ist, und im geöffneten Zustand der formschlüssigen Kupplung die reibschlüssige Kupplung vollständig vom Antrieb trennbar ist.
Bei den üblicherweise in Automatgetrieben eingesetzten Lamellenkupplungen oder Lamellenbremsen ist auch im geöffneten Zustand ein hohes Drehmoment für die Drehung mit einer Differenzdrehzahl notwendig, da die Lamellen auch infolge von Schmiermittel zwischen den Lamellen ein Schleppdrehmoment und somit einen entsprechenden Schleppverlust erzeugen.
Um das hierbei auftretende Schleppmoment zu reduzieren, wird nach dem Stand der Technik die Lamellenkupplung im geöffneten Zustand vollständig durch eine formschlüssige Kupplung getrennt, so dass im geöffneten Zustand die Lamellen die gleiche Drehzahl aufweisen.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, eine als Klauenkupplung ausgebildete formschlüssige Kupplung zu verwenden, die über eine Tellerfeder mit dem Außenlamellenträger der Lamellenkupplung verbindbar ist. Hierbei kann es in nachteiliger Weise dazu kommen, dass Zahn auf Zahn der Klauenkupplung aufeinanderstehen, wobei durch die Kraft der Tellerfeder ein Drehmoment erzeugt wird, welches verhindert, dass die Zähne sich gegeneinander bewegen können, um anschließend Zahn auf Lücke einrasten zu können. Dies hat zur Folge, dass die Klauenkupplung Zahn auf Zahn verspannt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine formschlüssige Kupplung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für eine Kupplungsvorrichtung, umfassend eine formschlüssige Kupplung und eine reibschlüssige Kupplung anzugeben, bei der eine Zahn auf Zahn Stellung und somit ein Verspannen der formschlüssigen Kupplung vermieden wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Baulänge der Kupplungsvorrichtung zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird eine formschlüssige Kupplung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für eine Kupplungsvorrichtung, umfassend eine formschlüssige Kupplung und eine reibschlüssige Kupplung vorgeschlagen, bei der ein mit dem Antrieb oder mit dem Abtrieb drehfest verbundener Kolben über eine als Klauenkupplung ausgebildete formschlüssige Kupplung, die einen Synchronring umfasst, mit dem Außenlamellenträger der Lamellenkupplung verbindbar ist, wobei zumindest einer mit dem Außenlamellenträger der Lamellenkupplung verbundener Führungsstift vorgesehen ist, der entlang einer auf dem Synchronring der formschlüssigen Kupplung vorgegebenen Kulisse bewegbar ist, derart, dass bei der drehfesten Verbindung des Außenlamellenträgers mit dem Kolben für den Fall einer Zahn auf Zahn Stellung der Bauteile, diese sich so verdrehen können, dass die Klauenkupplung einrastet.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Baulängenreduktion dadurch erzeugt, dass die Kulisse für den Füh rungsstift derart dimensioniert ist, dass in der Ausgangsstellung die Zahnspitzen der Sperrverzahnungen des Synchronringes und des Außenlamellenträgers sich nicht gegenüberstehen, sondern die Flanken der Zähne aneinander anliegen. Dadurch wird die Baulänge der gesamten Kupplung um zwei mal der Zahnhöhe reduziert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen formschlüssigen Kupplung im geschlossenen Zustand;
2 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen formschlüssigen Kupplung im deaktivierten Zustand;
3 bis 10 schematische Ansichten (jeweils eine Schnittansicht und eine Draufsicht) der Relativposition von Außenlamellenträger, Synchronring und Kolben für unterschiedliche Phasen der Kupplungsbetätigung, welche die Funktionsweise der erfindungsgemäßen formschlüssigen Kupplung veranschaulichen und
11 und 12 eine perspektivische schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Synchronringes.
Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf 1 und 2 ist zur Ermöglichung der Drehung der Bauteile der einen Synchronring 1 umfassenden formschlüssigen Kupplung 2 zueinander bei einer Zahn auf Zahn Stellung ein mit dem Außenlamellenträger 3 der Lamellenkupplung verbundener Führungs stift 4 vorgesehen, der entlang einer auf dem Synchronring 1 der formschlüssigen Kupplung 2 vorgegebenen Kulisse 5 bewegbar ist. Bei der gezeigten Ausführungsform wird ein mit dem Antrieb drehfest verbundener Kolben 6 drehfest mit dem Außenlamellenträger 3 verbunden. In 1 ist die formschlüssige Kupplung 2 im geschlossenen und in 2 im deaktivierten Zustand dargestellt.
In 3 ist der Ausgangszustand vor dem Schließen der formschlüssigen Kupplung 2 dargestellt. Durch die Pfeile wird die jeweilige Bewegungsrichtung der Bauteile verdeutlicht. Pfeil A veranschaulicht die Radialbewegung des Kolbens 6, Pfeil B die Radialbewegung des Synchronringes 1 und Pfeil C die Radialbewegung des Außenlamellenträgers 3. Wie aus der Figur ersichtlich, ist in dieser Phase die Drehrichtung des Kolbens 6 entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Außenlamellenträgers 3 und des Synchronringes 1. Durch den in einer Kulisse 5 im Synchronring 1 angeordneten und mit dem Außenlamellenträger 3 verbundenen Führungsstift 4 wird ein Anlaufen des Synchronringes 1 auf die Reibfläche des Kolbens 6 verhindert. Ein Anlaufen des Synchronringes 1 auf die auf dem Kolben 6 angeordnete Endscheibe 7 ist möglich; dies erfolgt jedoch kraftlos. Wie in der Figur dargestellt, ist gemäß der Erfindung die für die dem Kolben 6 abgewandte Seite des Synchronringes 1 vorgesehene Endscheibe 7 vorzugsweise radial betrachtet unterhalb des Synchronringes 1 angeordnet, wodurch die Baulänge reduziert wird.
Ferner ist zur Baulängenreduktion die Sperrverzahnung doppelseitig angeschrägt, was in einem geringeren axialen Verfahrweg der Bauteile resultiert.
Durch die Führung des Führungsstiftes 4 in der Kulisse 5 und des Schleppmoments zwischen Synchronring und Kolben entfällt die Notwendigkeit einer Ansynchronisation; der Außenlamellenträger 3 und der Synchronring 1 sind dadurch für die Sperrstellung radial zueinander ausgerichtet. Mit 8 bzw. 9 sind die Sperrverzahnungen des Synchronringes 1 bzw. des Außenlamellenträgers 3 der reibschlüssigen Kupplung bezeichnet. Durch den Pfeil D wird eine erfindungsgemäße Maßnahme zur Baulängenreduktion verdeutlicht; hierbei sind in der Ausgangsstellung die Zahnspitzen der Sperrverzahnungen 8 bzw. 9 des Synchronringes 1 bzw. des Außenlamellenträgers 3 derart angeordnet, dass die Flanken der Zähne aneinander anliegen. Zu diesem Zweck ist die Kulisse 5 für den Führungsstift 4 derart dimensioniert, dass eine Relativbewegung von Außenlamellenträger 3 und Synchronring 1 zueinander, welche in einem größeren Abstand zwischen den beiden Bauteilen resultieren würde, verhindert wird. Dadurch wird die Baulänge der gesamten Kupplung in vorteilhafter Weise um zwei mal der Zahnhöhe reduziert.
In 4 wird der Übergang in die Sperrstellung gezeigt, wobei der Kolben 6 gegen den Synchronring 1 gedrückt wird, wie durch den Pfeil E verdeutlicht. Die Sperrstellung ist Gegenstand der 5. Bei der Sperrstellung treffen die Sperrverzahnungen 8 und 9 aufeinander und ein Reibmoment zwischen dem Kolben 6 und dem Außenlamellenträger 3 wird aufgebaut (in der Figur ist die axiale Bewegung des Synchronringes 1 durch den Pfeil F veranschaulicht). Des weiteren wird die Differenzdrehzahl zwischen dem Kolben 6 und dem Außenlamellenträger 3 bzw. dem Synchronring 1 abgebaut, so dass in der Sperrstellung keine Differenzdrehzahl zwischen dem Kolben 6 und dem Außenlamellenträger 3 sowie dem Kolben 6 und dem Synchronring 1 vorhanden ist. Nachdem die Synchrondrehzahl erreicht worden ist, geht das Reibmoment zwischen dem Kolben 6 und dem Außenlamellenträger 3 auf Null zurück.
Beim Entsperren durch Wegfall des Reibmomentes werden der Kolben 6 und der Synchronring 1 weiter axial in Richtung auf den Außenlamellenträger 3 bewegt. Der Synchronring wird durch Abgleiten der Sperrverzahnung verdreht. Diese Phase ist Gegenstand der 6; in 7 wird die Freiflugphase darge stellt, bei der der Kolben weiter in Richtung des Außenlamellenträgers 3 geschoben wird, so dass die Sperrverzahnung 8 des Synchronringes 1 zwischen den Verzahnungslücken des Außenlamellenträgers 3 geführt wird. Hierbei wird durch das Schleppmoment zwischen den Lamellen, welches durch Gegenläufigkeit vom Außenlamellenträger und Losrad erzeugt wird, eine Differenzdrehzahl zwischen dem Kolben 6 und dem Außenlamellenträger 3 bzw. dem Synchronring 1 erzeugt.
Eine weitere axiale Bewegung des Kolbens 6 in Richtung auf den Außenlamellenträger 3 führt zum Einfädeln der Verzahnung 10 des Kolbens 6 in die Verzahnungslücken des Außenlamellenträgers 3, wie in 8 veranschaulicht. Hierbei ist eine radiale Verdrehung des Außenlamellenträgers 3 beim Aufeinandertreffen der angeschrägten Verzahnungsstirnflächen möglich. Der aktivierte Zustand der formschlüssigen Kupplung 2 wird in 9 dargestellt.
Beim Ausfädeln werden gemäß 10 der Kolben 6 und der von der Endscheibe, welche am Kolben befestigt ist, mitgezogene Synchronring 1 aus der Verzahnung des Außenlamellenträgers 3 geführt, wobei der Führungsstift 4 ab einem zurückgelegten Weg des Synchronringes 1 gegen die Kulisse 5 drückt und der Synchronring 1 gegen die Endscheibe 7 gedrückt wird. Auf diese Weise entsteht eine Differenzdrehzahl zwischen dem Außenlamellenträger 3 und dem mit gleicher Geschwindigkeit drehenden Synchronring 1 und dem Kolben 6, wobei der Synchronring 1 über die Kulissenführung durch das Schleppmoment in die Ausgangsstellung entsprechend 3 gedreht wird.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass, wie anhand 11 veranschaulicht, der Synchronring 1 doppelseitig verwendbar ist, d.h. spiegelbildlich anwendbar ist. Zu diesem Zweck sind im Synchronring 1 Kulissen 5, 5' für Links- bzw. Rechtseinbau vorgesehen; pro Einbaulage ist zumindest eine Kulisse 5, 5' erforderlich. Gemäß der Erfindung wird der Synchronring nicht über den zumindest einen Führungsstift 4, sondern über den Außendurchmesser in Verbindung mit dem Kopfkreisdurchmesser des Außenlamellenträgers 3 zentriert.
Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Bauteile der formschlüssigen Kupplung an sich sowie zueinander und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion der formschlüssigen Kupplung, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform des Synchronrings. Zur einfacheren Herstellung des Synchronrings kann die Kulisse 5 nach hinten offen sein. Die Funktionsweise wird dadurch nicht beeinflußt. Im deaktivierten Zustand der Kupplung spielt es keine Rolle, wenn die Reibflächen von Kolben und Synchronring sich kraftlos berühren.
Ein weiterer Vorteil des Synchronrings mit offener Kulisse 5 ist eine mögliche Bauraumverkürzung. Der Synchronring kann beinahe um die Stegbreite am Kulissenende verkürzt werden.

1: Synchronring
2: formschlüssige Kupplung
3: Außenlamellenträger
4: Führungsstift
5: Kulisse
6: Kolben
7: Endscheibe
8: Sperrverzahnung des Synchronringes
9: Sperrverzahnung des Außenlamellenträgers
10: Verzahnung des Kolbens

Claims

Formschlüssige Kupplung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für eine Kupplungsvorrichtung, umfassend eine formschlüssige Kupplung und eine Lamellenkupplung, bei der ein mit dem Antrieb oder Abtrieb drehfest verbundener Kolben über eine als Klauenkupplung ausgebildete formschlüssige Kupplung, die einen Synchronring umfasst, mit dem Außenlamellenträger der Lamellenkupplung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer mit dem Außenlamellenträger (3) der Lamellenkupplung verbundener Führungsstift (4) vorgesehen ist, der entlang einer auf dem Synchronring (1) der formschlüssigen Kupplung vorgegebenen Kulisse (5) bewegbar ist, derart, dass bei der drehfesten Verbindung des Außenlamellenträgers (3) mit dem Kolben (6) für den Fall einer Zahn auf Zahn Stellung der Bauteile, diese sich so verdrehen können, dass die Klauenkupplung einrastet.
Formschlüssige Kupplung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (5) derart dimensioniert ist, dass bei deaktivierter formschlüssiger Kupplung (2) die Zahnspitzen der Sperrverzahnungen (8) bzw. (9) des Synchronringes (1) bzw. des Außenlamellenträgers (3) derart angeordnet sind, dass die Flanken der Zähne aneinander anliegen.
Formschlüssige Kupplung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (1) spiegelbildlich anwendbar ist, wobei im Synchronring (1) Kulissen (5, 5') für Links- bzw. Rechtseinbau vorgesehen sind und pro Einbaulage zumindest eine Kulisse (5, 5') erforderlich ist.
Formschlüssige Kupplung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronring (1) über den Außendurchmesser in Verbindung mit dem Kopfkreisdurchmesser des Außenlamellenträgers (3) zentriert wird.
Formschlüssige Kupplung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die dem Kolben (6) abgewandte Seite des Synchronringes (1) eine auf dem Kolben (6) angeordnete Endscheibe (7) vorgesehen ist, die radial betrachtet unterhalb des Synchronringes (1) angeordnet ist.