DE102007040204B4

DE102007040204B4 - Kupplungsanordnung mit Axialverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102007040204B4
Application number: DE200710040204
Authority: DE
Inventors: Artur Dipl.-Ing. Grunwald; Nobushi Dipl.-Ing. Yamazaki
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2007-08-25
Filing date: 2007-08-25
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-08-26
Also published as: DE102007040204A1

Abstract

Kupplungsanordnung 2 mit steuerbarer Axialverstellvorrichtung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Kupplungsanordnung 2 umfasst eine Reibungskupplung mit einem ersten Kupplungsteil 3, einem relativ hierzu drehbaren zweiten Kupplungsteil 4 und einer Druckplatte 8, wobei die Druckplatte 8 drehfest und axial verschiebbar mit dem ersten Kupplungsteil 3 verbunden ist und eine konische Reibfläche 11 aufweist, die mit einer konischen Reibfläche 12 des zweiten Kupplungsteils 4 in Reibkontakt bringbar ist; eine Steuerkupplung mit einem Stützring 7, der axial abgestützt und koaxial zur Drehachse A der beiden Kupplungsteile 3, 4 drehbar gelagert ist, und einem Anpressring 6, der axial verschiebbar ist, wobei der Stützring 7 durch Axialverschiebung des Anpressrings 6 zumindest mittelbar an das zweite Kupplungsteil 4 angekoppelt wird; der Stützring 7 der Steuerkupplung und die Druckplatte 8 der Reibungskupplung bilden Teile einer Rampenanordnung der Axialverstellvorrichtung, die derart gestaltet sind, dass die Druckplatte 8 bei relativer Verdrehung gegenüber dem Stützring 7 ausgehend von einer angenäherten Position axial in Richtung zum zweiten Kupplungsteil 4 beaufschlagt wird, wobei der Anpressring 6 eine konische Reibfläche 13 aufweist, die mit einer konischen Gegenfläche 14 des Stützrings 7 zumindest mittelbar in Reibkontakt bringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung mit einer steuerbaren Axialverstellvorrichtung. Derartige Kupplungsanordnungen werden im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet, und zwar insbesondere zum antriebsmäßigen Verbinden zweier Antriebsstränge. Dabei liegt eine besondere Anwendung solcher Kupplungsanordnungen als Hang-on-Kupplung in mehrachsgetriebenen Fahrzeugen zum bedarfsweisen Zuschalten einer sekundären Antriebsachse an eine permanent angetriebene primäre Antriebsachse.
Aus der WO 2005/064182 A1 ist eine Axialverstellvorrichtung mit einer Kugelrampenanordnung zur Betätigung einer Lamellenkupplung bekannt. Eine erste Rampenscheibe ist mit dem Eingangsteil der Lamellenkupplung drehfest verbunden und wirkt auf diese axial ein. Eine zweite Rampenscheibe ist gegenüber dem Ausgangsteil der Lamellenkupplung über Konusflächen abbremsbar. Zum Abbremsen der zweiten Rampenscheibe ist ein Elektromagnet vorgesehen.
Die DE 690 19 426 T2 zeigt eine Kupplungsvorrichtung zum An- und Abkoppeln zweier Antriebswellen. Dabei sind eine Hauptkupplung und eine Steuerkupplung vorgesehen, die jeweils als Lamellenkupplungen ausgebildet sind. Die Steuerkupplung wird durch eine Betätigungsvorrichtung angesteuert. Beim Schließen der Steuerkupplung wird die Hauptkupplung durch einen entstehenden Drehzahlunterschied über eine Nockenringeinrichtung axial beaufschlagt.
Aus der US 5 492 194 A ist eine weitere Kupplungsanordnung mit Steuer- und Hauptkupplung bekannt. Die Steuerkupplung umfaßt eine Ankerplatte, die von einem Elektromagneten an ein Magnetgehäuse angezogen werden kann. Zwischen der Ankerplatte und dem Magnetgehäuse sind konische Reibflächen gebildet.
Die EP 1 081 402 A1 zeigt eine Kupplungsanordnung mit einer Steuerkupplung, einer parallel angeordneten Hauptkupplung und einem Elektromagneten. Die Hauptkupplung ist als Lamellenkupplung und die Steuerkupplung als Kegelkupplung ausgeführt. Indem bei angeregtem Elektromagneten die Steuerkupplung geschlossen wird, erfolgt über eine Kugelrampenanordnung eine Axialverschiebung des Trägers der äußeren Lamellen und dadurch ein Schließen der Hauptkupplung.
Die US 3 000 479 A zeigt ebenfalls eine Kupplungsanordnung mit einer Hauptkupplung und einer Steuerkupplung und einen Elektromagneten. Hierbei ist im Ausgangszustand bei nicht aktiviertem Elektromagneten die Steuerkupplung geschlossen, so daß über eine Kugelrampenanordnung die Hauptkupplung geschlossen ist. Bei Aktivierung des Elektromagneten wird direkt die Steuerkupplung und damit indirekt die Hauptkupplung geöffnet.
Weiterhin zeigt die JP 2004 060 863 A eine Kupplungsanordnung, bei der über eine Kugelrampenanordnung eine Axialkraft auf ein Kupplungselement aufgebracht wird, so daß dieses auf ein zweites Kupplungselement gepreßt wird. Über Bremsmittel kann die Relativdrehung in der Kugelanordnung verhindert werden, so daß in der Folge die beiden Kupplungselemente außer Eingriff gelangen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kupplungsanordnung vorzuschlagen, die einfach und kompakt baut sowie eine hohe Leistungsdichte bei kurzen Aktivierungszeiten aufweist.
Die Lösung liegt in einer Kupplungsanordnung mit einer steuerbarer Axialverstellvorrichtung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend
eine Reibungskupplung mit einem ersten Kupplungsteil, einem relativ hierzu drehbaren zweiten Kupplungsteil und einer Druckplatte, wobei die Druckplatte drehfest und axial verschiebbar mit dem ersten Kupplungsteil verbunden ist und eine konische Reibfläche aufweist, die mit einer konischen Reibfläche des zweiten Kupplungsteils in Reibkontakt bringbar ist;
eine Steuerkupplung mit einem Stützring, der axial abgestützt und koaxial zur Drehachse der beiden Kupplungsteile drehbar gelagert ist, und einem Anpreßring, der axial verschiebbar ist, wobei der Stützring durch Axialverschiebung des Anpreßrings zumindest mittelbar an das zweite Kupplungsteil angekoppelt wird;
wobei der Stützring der Steuerkupplung und die Druckplatte der Reibungskupplung Teile einer Rampenanordnung der Axialverstellvorrichtung bilden, die derart gestaltet sind, daß die Druckplatte bei relativer Verdrehung gegenüber dem Stützring ausgehend von einer angenäherten Position axial in Richtung zum zweiten Kupplungsteil beaufschlagt wird, wobei der Anpreßring eine konische Reibfläche aufweist, die mit einer konischen Gegenfläche des Stützrings zumindest mittelbar in Reibkontakt bringbar ist.
Dadurch, daß die Hauptkupplung zwei Kupplungsteile mit konischen Reibflächen aufweist, ist die gesamte Anordnung besonders kompakt aufgebaut, insbesondere in axiale Richtung. Ferner ergibt sich durch die konische Gestalt der Reibflächen eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit und Leistungsdichte bei relativ kleinem Bauraum. Ein weiterer Vorteil hinsichtlich eines kompakten und einfachen Aufbaus besteht in der Gestalt des Stützrings der Steuerkupplung und der Druckplatte der Reibungskupplung. Die Steuerkupplung kann hierbei auch als Pilotkupplung bezeichnet werden. Der Stützring und die Druckplatte haben eine doppelte Funktion, da sie neben ihrer Aufgabe als Stützring und Druckplatte gleichzeitig Teile der Rampenanordnung bilden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfaßt die Reibflächenpaarung der Steuerkupplung ebenfalls konische Reibflächen, das heißt der Anpreßring hat eine konische Reibfläche, die mit einer hierzu komplementären konischen Gegenfläche des Stützrings zumindest mittelbar in Reibkontakt bringbar ist. Die Ausgestaltung der Steuerkupplung mit konischen Reibflächen hat den Vorteil, daß eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit bei relativ kleinem Bauraum gegeben ist. Für beide konischen Reibflächenpaarungen, nämlich die der Hauptkupplung und die der Steuer kupplung gilt, daß die Konuswinkel größer als ein Selbsthemmungswinkel ausgestaltet sind. Damit wird sichergestellt, daß sich die jeweiligen Reibflächen beim Deaktivieren wieder öffnen lassen. Zumindest mittelbarer Reibkontakt bedeutet, daß zwischen der Reibfläche und der Gegenfläche auch Zwischenelemente angeordnet werden können, über die das Drehmoment übertragen wird. Eine lebensdauersichere und stabile Reibwertabstimmung ist mit konischen Reibscheiben aus entsprechenden Werkstoffen möglich, die drehfest gegenüber den Kupplungsteilen gehalten sind. Eine besonders gute Reibwirkung bzw. Drehmomentübertragung ergibt sich, wenn zwischen zwei einander zugeordneten Reibflächen eine oder mehrere konische Reibscheiben angeordnet sind, die gegenüber einem der Kupplungsteile verdrehsicher gehalten sind.
Der Stützring ist vorzugsweise gegenüber dem ersten oder zweiten Kupplungsteil axial abgestützt und koaxial zur Drehachse drehbar gelagert. Dabei ist es günstig, wenn zwischen dem Stützring und dem Kupplungsteil, gegen den sich der Stützring mittelbar abstützt, ein Axiallager vorgesehen ist.
Nach einer ersten Ausführungsform ist der Anpreßring, der durch Axialverschiebung mit dem Stützring zusammenwirkt, drehfest und axial verschiebbar gegenüber dem zweiten Kupplungsteil gehalten. Bei dieser Ausführungsform kann der Stützring gegenüber dem ersten Kupplungsteil oder gegenüber dem zweiten Kupplungsteil axial abgestützt sein. Der Anpreßring kann nach einer ersten Variante radial außen relativ zum Stützring angeordnet sein, wobei die konische Reibfläche des Anpreßrings als Innenfläche gestaltet ist, und wobei die konische Gegenfläche des Stützrings als Außenfläche gestaltet ist. Nach einer zweiten Variante kann der Anpreßring auch radial innen relativ zum Stützring angeordnet sein, wobei die konische Reibfläche des Anpreßrings eine Außenfläche und die konische Gegenfläche des Stützrings eine Innenfläche ist. Die Funktionsweise der Steuerkupplung ist bei dieser Ausführungsform folgendermaßen. Durch Anziehen des mit dem zweiten Kupplungsteil drehfest verbundenen Anpreßrings in Richtung zum Stützring wird letzterer an das zweite Kupplungsteil angekoppelt und dreht sich relativ zum ersten Kupplungsteil. Hierdurch wird die Druckplatte in Richtung zum zweiten Kupplungsteil beaufschlagt, so daß die Hauptkupplung geschlossen wird.
Nach einer zweiten Ausführungsform ist der Anpreßring drehfest mit dem Stützring verbunden und gegenüber diesem axial verschiebbar, wobei die Ankoppelung bei Betätigung der Steuerkupplung an das zweite Kupplungsteil erfolgt. Bei Betätigung der Steuerkupplung wird der mit dem Stützring drehfest verbundene Anpreßring in Richtung zum zweiten Kupplungsteil gezogen und mit letzterem zumindest mittelbar in Reibkontakt gebracht. Damit dreht sich die Einheit aus Stützring und Anpreßring relativ zum ersten Kupplungsteil, so daß die Druckplatte in Richtung zweitem Kupplungsteil beaufschlagt und die Hauptkupplung geschlossen wird.
Die Kupplungsanordnungen beider Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, daß die steuerbare Axialverstellvorrichtung zum Schließen der Hauptkupplung nur eine relativ geringe Stellkraft aufbringen muß. Über die Steuerkupplung wird der Stützring an das zweite Kupplungsteil antriebsmäßig angekoppelt, wodurch eine Verdrehung des Stützrings relativ zur Druckplatte bewirkt wird. Da der Stützring und die Druckplatte Teile einer Rampenanordnung sind, bewirkt die relative Verdrehung von Stützring und Druckplatte eine axiale Beaufschlagung der Druckplatte in Richtung zum zweiten Kupplungsteil. Die Steuerkupplung erzeugt dabei im Zusammenspiel mit der Rampenanordnung eine Vervielfachung der primär eingesetzten Stellkraft der Axialverstellvorrichtung.
Nach einer Weiterbildung, die für beide vorstehend genannten Ausführungsformen gilt, weist das zweite Kupplungsteil ein Deckelteil auf, gegenüber dem der Stützring axial abgestützt und drehbar gelagert ist. Das Deckelteil kann beispielsweise über eine Schraubverbindung mit dem zweiten Kupplungsteil verbunden sein. Vorzugsweise ist das Deckelteil napfförmig gestaltet und hat einen Mantalabschnitt und einen sich daran anschließenden Boden, der eine Stützfläche für den Stützring bildet. Innerhalb des Deckelteils ist ein etwa torusförmiger Ringraum gebildet, in dem der Stützring, die Druckplatte und der Anpreßring aufgenommen sind. Auf diese Weise ist die Rampenanordnung nach außen gut abgekapselt. Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung hat das zweite Kupplungsteil einen äußeren Hülsenabschnitt, an dem die Reibfläche der Hauptkupplung gebildet ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfaßt die Axialverstellvorrichtung eine extern ansteuerbare Magnetspule. Die Magnetspule ist vorzugsweise in einem stehenden Gehäuse aufgenommen. Bei Aktivieren der Magnetspule wird der Anpreßring als Ankerplatte berührungslos axial angezogen. Die Magnetspule ist vorzugsweise mit einer elektronischen Regeleinheit zur Regelung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs verbunden. So wird erreicht, daß die Axialverstellvorrichtung in Abhängigkeit von Fahrzuständen angesteuert wird, um die Hauptkupplung bedarfgerecht zu schließen oder zu öffnen. Die elektromagnetisch ansteuerbare Axialverstellvorrichtung ermöglicht eine sehr kurze Aktivierungszeit für die Kupplungsanordnung.
Vorzugsweise sind die beiden Kupplungsteile mittels eines Radiallagers relativ zueinander drehbar gelagert. Hierfür hat eines der beiden Kupplungsteile einen Zapfen, der in eine Bohrung des anderen Kupplungsteils unter Zwischenschaltung des Radiallagers eingesteckt ist.
Die Rampenanordnung ist vorzugsweise in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet. Hierfür haben der Stützring und die Druckscheibe in einander zugewandten Stirnflächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen, wobei jeweils zwei einander gegenüberliegende Kugelrillen gemeinsam ein Paar bilden und eine Kugel aufnehmen. Die Kugelrampenanordnung zeichnet sich durch eine präzise Ansteuerbarkeit, eine hohe Kraftübertragungsfähigkeit bei geringem axialem Bauraum aus.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind erste Federmittel zum Rückstellen des Stützrings und zweite Federmittel zum Rückstellen des Anpreßrings vorgesehen. Die Federmittel sind so gestaltet, daß die Reibflächenpaarungen bei deaktiviertem Elektromagneten geöffnet sind, das heißt daß die Steuerkupplung und die Hauptkupplung freigeschaltet sind. So können die beiden Kupplungsteile der Hauptkupplung und die damit verbundenen Antriebswellen unabhängig voneinander drehen. Bei Aktivieren des Elektromagneten wird die Hauptkupplung geschlossen und die beiden Antriebswellen miteinander antriebsverbunden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben. Hierin zeigt:
1 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer ersten Ausführungsform im Halblängsschnitt;
2 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform im Halblängsschnitt; und
3 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer dritten Ausführungsform im Längsschnitt.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2 mit einer steuerbaren Axialverstellvorrichtung 53 in einer ersten Ausführungsform. Die Kupplungsanordnung 2 umfaßt eine Steuerkupplung 54 und eine Reibkupplung 55 als Hauptkupplung, die über eine Kugelrampenanordnung 59 von der Steuerkupplung 54 betätigt wird.
Die Reibkupplung 55 weist ein erstes Kupplungsteil 3 und ein zweites Kupplungsteil 4 auf, die relativ zueinander um eine Drehachse A drehbar sind. Das erste Kupplungsteil 3 hat an seiner dem zweiten Kupplungsteil 4 zugewandten Stirnseite eine Bohrung 19, in die ein Zapfen 60 des zweiten Kupplungsteils 4 eingesteckt und mittels eines Radiallagers 22 drehbar gelagert ist. Durch Betätigen der Reibkupplung 55 lassen sich das erste und das zweite Kupplungsteil 3, 4 aneinander an- bzw. voneinander abkoppeln.
Das erste Kupplungsteil 3 umfaßt einen Wellenzapfen, mit dem eine Druckplatte 8 über eine Längsverzahnung 25 drehfest und axial verschieblich verbunden ist. Die Druckplatte 8 ist über Federmittel 15 gegen einen mit dem Wellenzapfen 3 verbundenen Sicherungsring 27 axial abgestützt. Die Druckplatte 8 weist an ihrem radial äußeren Ende eine konische Reibfläche 11 auf, die sich in Richtung zum zweiten Kupplungsteil 4 verjüngt. Das zweite Kupplungsteil 4 hat eine äußere umlaufenden Hülsenansatz 56, der eine zur Reibfläche 11 gegengleiche konische Reibfläche 12 aufweist. Durch axiales Beaufschlagen der Druckplatte 8 in Richtung zum zweiten Kupplungsteil 4 werden die konische Reibfläche 11 der Druckplatte 8 und die konische Reibfläche 12 des zweiten Kupplungsteils 4 in Reibkontakt gebracht. Das erste Kupplungsteil 3, das zweite Kupplungsteil 4 und die Druckplatte 8 bilden somit die Reibungskupplung 55, die bei Betätigung der Druckplatte 8 ein Drehmoment zwischen den beiden Kupplungsteilen 3, 4 überträgt. Im unbetätigten Zustand wird die Druckplatte 8 durch die Federmittel 15 in Richtung vom zweiten Kupplungsteil 4 weg beaufschlagt, so daß die Reibflächen 11, 12 außer Eingriff sind und die Reibkupplung 55 geöffnet ist.
An seinem dem zweiten Kupplungsteil 4 entgegengesetzt gerichteten Ende hat der Wellenzapfen eine weitere Längsverzahnung 24 zum drehfesten Verbinden mit einem nicht dargestellten Anschlußbauteil, beispielsweise mit einer Längsantriebswelle oder einem Achsdifferential eines Kraftfahrzeugs.
Das zweite Kupplungsteil 4 ist mit dem Kupplungskorb 28 einer nur teilweise dargestellten Viscokupplung 57 fest verbunden, beispielsweise durch eine Schweißverbindung. Der Kupplungskorb 28 hat an einer Innenfläche ein Längsprofil 23, in die nicht dargestellte Außenlamellen der Viscokupplung drehfest eingreifen können. Weiter hat die Viscokupplung 57 eine Kupplungsnabe 30 mit einer äußeren Längsverzahnung 31, in die nicht dargestellte Innenlamellen drehfest eingreifen können. Die Außen- und die Innenlamellen sind axial abwechselnd angeordnet und bilden gemeinsam ein Lamellenpaket. Die Kupplungsnabe 30 ist relativ zum Kupplungskorb 28 um die Drehachse A drehbar gelagert und gegenüber diesem mittels in Ringnuten 58 einsitzenden Dichtungen (nicht dargestellt) abgedichtet. In ihrer Innenbohrung hat die Kupplungsnabe 30 eine Längsverzahnung 48 zum drehfesten Verbinden einer nicht dargestellten Anschlußwelle.
Die Steuerkupplung 54, die zur Betätigung der Hauptkupplung 55 dient, umfaßt eine elektrisch ansteuerbare Magnetspule 21, einen Anpreßring 6 als Anker sowie einen Stützring 7, gegen den der Anpreßring 6 angezogen werden kann. Die Magnetspule 21 ist in einem hier nicht dargestellten Gehäuse, in dem das erste und das zweite Kupplungsteil 3, 4 um die Drehachse A drehbar gelagert sind, ortsfest gehalten. Der Anpreßring 6 ist über eine Längsverzahnung 29 drehfest und axial verschieblich mit dem Hülsenansatz 56 des zweiten Kupplungsteils 4 verbunden. Der Anpreßring 6 weist eine konische Reibfläche 13 auf, die sich in Richtung der Magnetspule 6 öffnet und die bei Betätigung der Magnetspule 21 mit der konischen Gegenfläche 14 des Stützrings 7 in Reibkontrakt tritt. Der Anpreßring 6 ist radial außerhalb des Stützrings 7 angeordnet, wobei die konische Gegenfläche 14 des Stützrings 7 eine Außenfläche bildet, und wobei die konische Reibfläche 13 des Anpreßrings 6 eine Innenfläche bildet.
Die Kupplungsanordnung 2 umfaßt weiter eine Kugelrampenanordnung 59, die als Bauteile den Stützring 7 der Steuerkupplung 54 und die Druckscheibe 8 des ersten Kupplungsteils 3 umfaßt. Der Stützring 7 und die Druckscheibe 8 weisen in einander zugewandten Stirnflächen mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende Kugelrillen 61, 62 mit über der Länge veränderlicher Tiefe auf. In jeweils einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen 61, 62 ist jeweils eine Kugel 5 aufgenommen, über die sich der Stützring 7 und die Druckscheibe 8 gegeneinander axial abstützen. Der Stützring 7 ist über ein Axiallager 17 gegenüber einer Stützplatte 10 koaxial zur Drehachse A drehbar gelagert und axial abgestützt. Die Stützplatte 10 ist ihrerseits gegenüber dem ersten Kupplungsteil 3 mittels eines Sicherungsrings 20 axial abgestützt. Die Funktionsweise der Kugelrampenanordnung 59 ist derart, daß bei relativer Verdrehung des Stützrings 7 relativ zur Druckplatte 8, letztere axial in Richtung zum zweiten Kupplungsteil 4 beaufschlagt wird. Die Kugelrillen 61, 62 sind in beide Umfangsrichtungen symmetrisch gestaltet, so daß die Betätigung der Kugelrampenanordnung 59 drehrichtungsunabhängig ist. Eine Rückstellung der Druckplatte 8 in Richtung Stützring 7 erfolgt über die als Tellerfeder 15 gestalteten Federmittel 15. Im folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung erläutert.
Wird an der Magnetspule 21 eine Spannung angelegt, baut sich ein etwa torusförmiges Magnetfeld um die Magnetspule 21 auf. Hierdurch wird eine axiale Zugkraft erzeugt, die den gemeinsam mit dem zweiten Kupplungsteil 4 rotierenden Anpreßring 6 in Richtung zum stehenden Gehäuse der Magnetspule 21 heranzieht. Diese Anzugskraft wird aufgrund der konischen Reibflächen 13, 14 in eine Betätigungsmoment der Kugelrampenanordnung 59 umgewandelt. Durch die relative Verdrehung des Stütz rings 7 relativ zur Druckplatte 8 wandern die Kugeln 5 in den Kugelrillen 61, 62 in Bereiche geringerer Rillentiefe, so daß die Druckplatte 8 in Richtung zum zweiten Kupplungsteil 4 axial verschoben wird. Hierdurch werden die konischen Reibflächen 11, 12 der Reibkupplung 55 in Reibkontakt miteinander gebracht, so daß ein Drehmoment zwischen den beiden Kupplungsteilen 3, 4 übertragen wird.
Die Kraft, mit der der Anpreßring 6 axial angezogen wird, ist von der Stromstärke abhängig, mit der die Magnetspule 21 beaufschlagt wird. Je höher die Anzugskraft der Magnetspule 21 ist, desto stärker ist die Reibungskraft zwischen dem Stützring 7 und dem Anpreßring 6 und desto größer ist die relative Verdrehung des Stützrings 7 relativ zur Druckscheibe 8. Je größer die relative Verdrehung zwischen den Rampenscheiben, desto weiter wird die Druckplatte 8 in Richtung zum zweiten Kupplungsteil 4 beaufschlagt und desto größer ist das übertragene Drehmoment.
Wird die Magnetspule 21 deaktiviert, wird der Anpreßring 6 über hier nicht dargestellte Federmittel axial in Richtung von der Magnetspule 21 weg beaufschlagt. Die konische Reibfläche 13 und die konische Gegenfläche 14 sind voneinander beabstandet und es besteht kein Reibkontakt. In diesem Zustand dreht der Stützring 7 gemeinsam mit der Druckplatte 8 um die Drehachse A. Die Federmittel 15 beaufschlagen die Druckplatte 8 weg vom zweiten Kupplungsteil 4, so daß die konische Reibfläche 11 und die konische Gegenfläche 12 voneinander beabstandet sind. Die Reibungskupplung 55 ist somit geöffnet, so das erste und das zweite Kupplungsteil 3, 4 voneinander entkoppelt sind und kein Drehmoment übertragen wird.
2 zeigt erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 21 in einer zweiten Ausführungsform. Diese entspricht hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise in weiten Teilen der Ausführungsform gemäß 1, auf deren Beschreibung hinsichtlich der Gemeinsamkeiten Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile sind mit um Index 1 tiefergestellten Bezugsziffern versehen. Im folgenden wird auf die Unterschiede eingegangen.
Das erste Kupplungsteil 3₁ ist vorliegend als Hohlwelle gestaltet und weist an seinem der Reibkupplung 55 abgewandten Ende einen Flanschansatz 32 zur drehfesten Verbindung mit einem Anschlußbauteil auf. Hierfür sind am Flanschansatz 32 Bohrungen 33 vorgesehen, in denen nicht dargestellte Verschraubungsmittel eingedreht werden können. Das erste Kupplungsteil 3₁ ist über ein Wälzlager 34 gegenüber dem Kupplungsgehäuse 9 auf der Drehachse A drehbar gelagert. Das zweite Kupplungsteil 4₁ ist über das Radiallager 22₁ relativ zum erstem Kupplungsteil 3₁ drehbar gelagert. Eine Schraube 35, die in einem koaxial zur Drehachse A befindlichen Gewinde 36 des zweiten Kupplungsteils 4₁ eingeschraubt ist, verspannt das erste Kupplungsteil 3₁ über ein Axiallager 37 mit dem zweiten Kupplungsteil 4₁ . Zwischen dem ersten Kupplungsteil 3₁ und dem zweiten Kupplungsteil 4₁ sind an der Kontaktstelle Gleitflächen 38 vorgesehen, so daß die beiden Kupplungsteile 3₁ , 4₁ drehbar zueinander sind.
Das zweite Kupplungsteil 4₁ umfaßt ein mittels Schraubmitteln 39 angeschraubtes Deckelteil 18, so daß das zweite Kupplungsteil 4₁ im Halbschnitt betrachtet eine etwa U-förmige Gestalt hat. In dem so gebildeten Ringraum sind der Stützring 7₁ , die Druckplatte 8 und der Anpreßring 6₁ aufgenommen. Der Anpreßring 6₁ ist etwa hülsenförmig gestaltet und mittels einer Lagerhülse 41 auf einer Außenfläche des ersten Kupplungsteils 3₁ drehbar gelagert. An einer Außenfläche hat der Anpreßring 6₁ eine Längsverzahnung 29₁ , die in eine entsprechende Innenverzahnung des Deckelteils 18 drehfest eingreift. Die konische Reibfläche 14₁ ist als Außenfläche gestaltet und an einem radial nach außen abstehenden Ringabschnitt gebildet, wobei sich die Reibfläche 14₁ in Richtung zum Elektromagneten verjüngt. Die konische Gegenfläche 14₁ des Stützrings 7₁ ist als Innenfläche gestaltet. Der Anpreßring 6₁ wird bei axialer Beaufschlagung durch die Magnetspule 21 über die konischen Reibflächen 13₁ , 14₁ mit dem Stützring 7₁ in Reibkontakt gebracht. Zum Rückstellen des Anpreßrings 6₁ bei deaktivierter Magnetspule 21 in Richtung zweitem Kupplungsteil 4 sind Federmittel 16 in Form einer Tellerfeder vorgesehen, die gegen eine Radialfläche des Ringabschnitts abgestützt sind.
Der Stützring 7₁ ist über ein Axiallager 17₁ gegenüber dem mit dem zweiten Kupplungsteil 4₁ verbundenen Deckelteil 18 abgestützt. Spreizkräfte, die in der Rampenanordnung erzeugt werden und die Druckplatte 8 von dem Stützring 7₁ weg beaufschlagen, werden somit allein von dem zweiten Kupplungsteil 4₁ abgestützt, wodurch sich ein günstiger Kraftfluß ergibt. Die Federmittel 15₁ zum Rückstellen der Druckplatte 8 sind bei der vorliegenden Ausführungsform gegen das zweite Kupplungsteil 4₁ axial abgestützt. Dabei ist zwischen den Federmitteln 15 und der Druckplatte 8 eine reibungsmindernde Gleitscheibe 40 vorgesehen. Im Anschluß an das zweite Kupplungselement 4₁ kann ebenfalls eine Viscokupplung gemäß der in 1 gezeigten Kupplungsanordnung vorgesehen sein.
Die Magnetspule 21 ist axial sowie radial im Kupplungsgehäuse 9 festgehalten. In der einen Richtung liegt die Magnetspule 21 an einem Boden 49 des Kupplungsgehäuses 9 an. In der anderen Richtung wird die Magnetspule 21 durch einen Sicherungsring 50 axial gehalten. In Umfangsrichtung liegt die Spule 21 in einem ringförmigen Aufnahmeabschnitt 51 des Kupplungsgehäuses 9 ein. Die Magnetspule 21 sichert zudem den Lagerinnenring des Lagers 34 in eine erste axiale Richtung. In die entgegengesetzte Richtung ist der Lagerinnenring des Lagers 34 mittels eines Sicherungsrings 52 gegenüber einem Lageransatz des Gehäuses 9 fixiert.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2₂ in einer weiteren Ausführungsform im Längsschnitt. Diese entspricht hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise in weiten Teilen der Ausführungsform gemäß 1, auf deren Beschreibung hinsichtlich der Gemeinsamkeiten insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen und abgewandelte Bauteile sind mit um Index 2 tiefergestellten Bezugsziffern versehen. Im folgenden werden die Besonderheiten der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Das zweite Kupplungsteil 4₂ weist ein mittels Schraubmitteln 39₂ angeschraubtes Deckelteil 18₂ auf, so daß das zweite Kupplungsteil 4₂ im Halbschnitt eine etwa U-förmige Gestalt hat. In dem so gebildeten Ringraum sind der Stützring 7₂ , die Druckplatte 8 sowie die Anpreßplatte 6₂ aufgenommen. Der Anpreßring 6₂ ist vorliegend drehfest und axial beweglich mit dem Stützring 7₂ verbunden und wird durch Aktivieren der Magnetspule 21 über die Flächen 13₂ , 14₂ mit dem Deckelteil 18₂ des zweiten Kupplungsteils in Reibkontakt gebracht. Der Anpreßring 6₂ ist radial innerhalb des Deckelteils 18₂ und radial außerhalb des Stützrings 7₂ angeordnet. Dabei bildet die konische Reibfläche 13₂ eine Außenfläche des Anpreßrings 6₂ , und die konische Gegenfläche des Deckelteils 18₂ bildet eine Innenfläche. Der Anpreßring 6₂ ist über eine Längsverzahnung 29₂ mit dem Stützring 7₂ axial verschieblich aber drehfest verbunden. Der Stützring 7₂ ist über ein Axiallager 17₂ gegenüber dem Deckelteil 18₂ des zweiten Kupplungsteils 4₂ abgestützt. Spreizkräfte, die in der Rampenanordnung entstehen und die Druckplatte 8 von dem Stützring 7₂ weg beaufschlagen, werden somit allein von dem zweiten Kupplungsteil 4₂ abgestützt.
Zwischen den einander zugeordneten Reibflächenpaaren 11, 12; 13, 14 ist jeweils eine Reibscheibe 42, 43 angeordnet. Die Reibscheiben 42, 43 weisen einen Reibkonus auf, der zwischen den Reibflächen angeordnet ist, sowie mehrere über den Umfang verteilte axiale Ansätze, die in Bohrungen 44, 45 des ersten Kupplungsteils 4₂ bzw. des Deckelteils 18₂ eingreifen und somit verdrehgesichert gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 4₂ sind.
Es sind in 3 weiter das Kupplungsgehäuse 9 gezeigt, in dem die Magnetspule 21 fest einsitzt. Das erste Kupplungsteil 3₁ ist drehfest mit einem Flanschansatz 32₂ verbunden, der mittels des Wälzlagers 34₂ in einem Lageransatz des Kupplungsgehäuses 9 auf der Drehachse A drehbar gehalten ist. Die Federmittel zum Rückstellen des Anpreßrings 6 und der Druckplatte 8 sind vorliegend nicht dargestellt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Anpreßring 6₂ bei Aktivieren der Magnetspule 21 in Richtung zum stehenden Gehäuse der Magnetspule 21 axial angezogen. Dabei kommt die Reibfläche 14₂ über die Reibscheibe 42 in Reibkontakt mit der Reibfläche 13₂ des Deckelteils 18₂ , so daß ein Drehmoment vom Deckelteil 18₂ auf den Anpreßring 6₂ übertragen wird. Auf diese Weise wird der Stützring 7₂ gegenüber der Druckplatte 8 verdreht, so daß letztere in Richtung zum zweiten Kupplungsteil 4 axial beaufschlagt wird. Die konischen Reibflächen 11, 12 werden über die Reibscheibe 43 in Reibkontakt gebracht, so daß ein Drehmoment zwischen den beiden Kupplungsteilen 3, 4 übertragen wird. In deaktiviertem Zustand der Magnetspule 21 werden der Anpreßring 6 und die Druckplatte 8 von den nicht dargestellten Federmitteln axial aufeinander zu beaufschlagt, so daß die Reibflächenpaare 11, 12; 13, 14 außer Kontakt sind und die Steuerkupplung 54 und damit die Hauptkupplung 55 geöffnet sind.

2: Kupplungsanordnung
3: erstes Kupplungsteil
4: zweites Kupplungsteil
5: Kugeln
6: Anpreßring
7: Stützring
8: Druckplatte
9: Gehäuse
11: konische Reibfläche
12: konische Reibfläche
13: Reibfläche
14: Gegenfläche
15: erste Federmittel
16: zweite Federmittel
17: Axiallager
18: Deckelteil
19: Bohrung
20: Sicherungsring
21: Magnetspule
22: Radiallager
23: Längsprofil
24: Längsverzahnung
25: Längsverzahnung
26: Längsverzahnung
27: Sicherungsring
28: Lamellenkorb
29: Längsverzahnung
30: Nabe
31: Längsverzahnung
32: Flanschansatz
33: Bohrungen
34: Lager
35: Schraube
36: Gewinde
37: Axiallager
38: Gleitflächen
39: Schraubmittel
40: Gleitscheibe
41: Gleithülse
42: Reibscheibe
43: Reibscheibe
44: Bohrung
45: Bohrung
46: Längsverzahnung
48: Längsverzahnung
49: deckelförmiges Ende
50: Sicherungsring
51: Ringförmiger Aufnahmeabschnitt
52: Sicherungsring
53: Axialverstellvorrichtung
54: Steuerkupplung
55: Hauptkupplung
56: Hülsenansatz
57: Viscokupplung
58: Ringnut
59: Kugelrampenanordnung
60: Zapfen
61: Kugelrille
62: Kugelrille
A: Drehachse
F: Axialkraft

Claims

Kupplungsanordnung (2) mit steuerbarer Axialverstellvorrichtung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Reibungskupplung mit einem ersten Kupplungsteil (3), einem relativ hierzu drehbaren zweiten Kupplungsteil (4) und einer Druckplatte (8), wobei die Druckplatte (8) drehfest und axial verschiebbar mit dem ersten Kupplungsteil (3) verbunden ist und eine konische Reibfläche (11) aufweist, die mit einer konischen Reibfläche (12) des zweiten Kupplungsteils (4) in Reibkontakt bringbar ist; eine Steuerkupplung mit einem Stützring (7), der axial abgestützt und koaxial zur Drehachse (A) der beiden Kupplungsteile (3, 4) drehbar gelagert ist, und einem Anpreßring (6), der axial verschiebbar ist, wobei der Stützring (7) durch Axialverschiebung des Anpreßrings (6) zumindest mittelbar an das zweite Kupplungsteil (4) angekoppelt wird; wobei der Stützring (7) der Steuerkupplung und die Druckplatte (8) der Reibungskupplung Teile einer Rampenanordnung der Axialverstellvorrichtung bilden, die derart gestaltet sind, daß die Druckplatte (8) bei relativer Verdrehung gegenüber dem Stützring (7) ausgehend von einer angenäherten Position axial in Richtung zum zweiten Kupplungsteil (4) beaufschlagt wird, wobei der Anpreßring (6) eine konische Reibfläche (13) aufweist, die mit einer konischen Gegenfläche (14) des Stützrings (7) zumindest mittelbar in Reibkontakt bringbar ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (7) gegenüber einem der beiden Kupplungsteile (3, 4) axial abgestützt und drehbar gelagert ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßring (6) drehfest und axial verschiebbar mit dem zweiten Kupplungsteil (4) verbunden ist und durch Axialverschiebung mit dem Stützring (7) in Reibkontakt bringbar ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßring (6) radial außen relativ zum Stützring (7) angeordnet ist, wobei die konische Reibfläche (13) des Anpreßrings (6) als Innenfläche gestaltet ist, und wobei die konische Gegenfläche (14) des Stützrings (7) als Außenfläche gestaltet ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßring (6) radial innen relativ zum Stützring (7) angeordnet ist, wobei die konische Reibfläche (13) des Anpreßrings (6) als Außenfläche gestaltet ist und wobei die konische Gegenfläche (14) des Stützrings (7) als Innenfläche gestaltet ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungsteil (4) ein Deckelteil (18) umfaßt, gegenüber dem der Stützring (7) axial abgestützt und drehbar gelagert ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stützfläche (10) des Deckelteils (18) und einer Stirnfläche des zweiten Kupplungsteils (4) ein Ringraum gebildet ist, in dem der Stützring (7), die Druckplatte (8) und der Anpreßring (6) aufgenommen sind.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßring (6) drehfest und axial verschiebbar mit dem Stützring (7) verbunden ist und durch Axialverschiebung mit dem zweiten Kupplungsteil (4) in Reibkontakt bringbar ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßring (6) eine konische Reibfläche (13) aufweist, die mit einer konischen Gegenfläche (14) des zweiten Kupplungsteils (4) zumindest mittelbar in Reibkontakt bringbar ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Reibfläche (13) als Außenfläche des Anpreßrings (6) gebildet ist und, daß die konische Gegenfläche (14) als Innenfläche des Deckelteils (18) gebildet ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (7) mittels eines Axiallagers (17) gegenüber dem einen der beiden Kupplungsteile (3, 4) axial abgestützt und drehbar gelagert ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverstellvorrichtung eine Magnetspule (21) umfaßt, und daß der Anpreßring (6) in Form einer Ankerplatte gestaltet ist, der durch die Magnetspule (21) axial beaufschlagbar ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßring (6) bei Betätigung der Magnetspule (21) in Richtung zur Magnetspule (21) angezogen wird, wobei der Stützring (7) zumindest mittelbar an das zweite Kupplungsteil (4) angekoppelt und relativ zur Druckplatte (8) verdreht wird.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (21) axial benachbart zum Anpreßring (6) angeordnet ist und in einem ortsfesten Gehäuse (9) aufgenommen ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kupplungsteil (3) relativ zum zweiten Kupplungsteil (4) mittels eines Radiallagers (22) drehbar gelagert ist, das axial im Bereich der Druckplatte (8) angeordnet ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (7) und die Druckscheibe (8) in einander zugewandten Stirnflächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen (61, 62) aufweisen, wobei in jeweils einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen eine Kugel (5) geführt ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Reibflächenpaarungen, nämlich die Reibflächenpaarung (11, 12) zwischen Druckplatte (8) und zweitem Kupplungsteil (4) oder die Reibflächenpaarung (13, 14) am Anpreßring (6), eine zwischen den Reibflächen angeordnete Reibscheibe (42, 43) umfaßt.