-
Die
Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung mit einer Kupplungsnabe und
einem Kupplungskorb, die bezüglich
einer Rotationsachse der Kupplung relativ zueinander drehbar sind
und die mehrere Kupplungslamellen tragen.
-
Eine
derartige Lamellenkupplung dient zur Übertragung eines Drehmoments – beispielsweise eines
Antriebsmoments oder eines Bremsmoments – zwischen der Kupplungsnabe
und dem Kupplungskorb. Zu diesem Zweck können die Kupplungsnabe und
der Kupplungskorb zum Beispiel mit einer jeweiligen Welle oder mit
einer Welle bzw. einem feststehenden Gehäuseteil verbunden sein. Eine
derartige Lamellenkupplung findet insbesondere in einem Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeugs Anwendung, beispielsweise in einer Momentenübertragungseinheit eines
Kraftfahrzeugs mit zuschaltbarem Allradantrieb (z. B. Verteilergetriebe).
Eine andere Anwendungsmöglichkeit
besteht in einem Differentialgetriebe, beispielsweise für eine Differentialsperre
oder für
eine Antriebsmoment-Überlagerungseinrichtung
eines Differentialgetriebes.
-
Typischerweise
besitzt eine derartige Lamellenkupplung einen Aktuator, mittels
dessen die Kupplungslamellen mit einer axialen Kraft beaufschlagt werden
können,
um letztlich die Übertragung
eines Drehmoments zwischen der Kupplungsnabe und dem Kupplungskorb
zu bewirken. Beispielsweise kann es sich um einen hydraulischen
oder einen elektromechanischen Aktuator handeln. Damit die auf die
Kupplungslamellen ausgeübte
axiale Kraft den erwünschten
Reibschluss zwischen den Kupplungslamellen herbeiführt, besitzt
die Kupplung an der dem Aktuator axial gegenüberliegenden Seite der Kupplungslamellen üblicherweise
einen axialen Anschlag, der bei einer Kraftbeaufschlagung der Lamellen
durch den Aktuator als Gegenlager wirkt. Typischerweise handelt
es sich bei diesem axialen Anschlag um einen Abschnitt des Kupplungsgehäuses, der
Kupplungsnabe oder des Kupplungskorbs.
-
In
manchen Anwendungsfällen
ist eine besonders genaue Einstellbarkeit des übertragenen Drehmoments erwünscht, d.
h. die mittels des Kupplungsaktuators ausgeübte axiale Kraftbeaufschlagung
der Kupplungslamellen soll mit hoher Genauigkeit ein vorbestimmtes
und reproduzierbares Kupplungsmoment bewirken. Diesem Erfordernis
stehen jedoch die verschiedenen Bauteiltoleranzen der Kupplung entgegen,
insbesondere die Toleranzen der Kupplungslamellen. Beispielsweise
können
eine unterschiedliche Klebstoffdicke bei der Verklebung von Papierlamellen
oder unterschiedliche Toleranzen bezüglich der Dicke von Stahllamellen
zu einem unterschiedlichen Druckaufbau seitens des Kupplungsaktuators
führen,
was die Regelung der Anpresskraft erschwert und eine hohe Genauigkeit
des eingestellten Kupplungsmoments somit verhindert. Besonders problematisch
ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Kupplungslamellen eine in
Umfangsrichtung variierende Dicke besitzen.
-
Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lamellenkupplung zu schaffen,
die trotz unterschiedlicher Toleranzen der Lamellendicke das Einstellen
eines Kupplungsmoments mit hoher Genauigkeit ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Lamellenkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst,
und insbesondere dadurch, dass zwischen dem Aktuator und dem axialen
Anschlag der Kupplung ein Pendelring angeordnet ist, der mit den
Kupplungslamellen zusammenwirkt und der bezüglich einer Normalebene zu
der Rotationsachse der Kupplung schwenkbar ist, um einen Ausgleich
einer in Umfangsrichtung variierenden Dicke der Kupplungslamellen
zu ermöglichen.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Kupplung übt der Kupplungsaktuator
also eine axiale Anpresskraft auf die Lamellen aus, wobei entlang
der axialen Kraftflussrichtung zwischen dem Aktuator und dem axialen
Anschlag der Kupplung ein Pendelring angeordnet ist. Ausgehend von
einer Grundstellung, in welcher der Pendelring sich entlang einer
Normalebene zu der Rotationsachse der Kupplung erstreckt, kann der
Pendelring verschwenkt werden, wobei der Pendelring weiterhin die
von dem Aktuator auf die Lamellen ausgeübte axiale Anpresskraft überträgt bzw. abstützt. Somit
kann der Pendelring Ungleichförmigkeiten
hinsichtlich der Dicke der Kupplungslamellen kompensieren, die entlang
des Umfangs der Lamellen auftreten. Hierdurch wird eine hohe Reproduzierbarkeit
des Kupplungsmoments erzielt, welches aufgrund einer bestimmten
Kraftbeaufschlagung der Kupplungslamellen mittels des Aktuators
eingestellt werden kann.
-
Der
Pendelring kann insbesondere zwischen den Kupplungslamellen und
dem axialen Anschlag angeordnet sein, d. h. bezüglich der axialen Kraftflussrichtung
hinter den Lamellen. In diesem Fall wirkt der Pendelring zusammen
mit dem axialen Anschlag der Kupplung als Gegenlager für die Kupplungslamellen.
Mit anderen Worten stützt
sich der Pendelring an dem axialen Anschlag der Kupplung ab und
der Pendelring dient selbst wiederum als Abstützeinrichtung für die Kupplungslamellen.
Alternativ hierzu kann der Pendelring zwischen den Kupplungslamellen
und dem Aktuator angeordnet sein, also bezüglich der axialen Kraftflussrichtung
vor den Lamellen.
-
Der
Pendelring ist vorzugsweise ringförmig, so dass er beispielsweise
von der Kupplungsnabe oder einer zugeordneten Welle durchdrungen
werden kann. Da es sich bei dem Pendelring jedoch um einen Rotationskörper handelt,
besitzt der Pendelring gleichwohl einen (virtuellen) Mittelpunkt,
der beispielsweise durch den Schnittpunkt der Rotationssymmetrieachse
des Pendelrings mit der lamellenseitigen Kontaktfläche des
Pendelrings gebildet ist.
-
Der
genannte Mittelpunkt des Pendelrings kann bezüglich der Rotationsachse der
Kupplung axial fest sein. In diesem Fall führt der Pendelring eine reine
Schwenkbewegung aus, ohne dass dieser Schwenkbewegung zusätzlich eine
translatorische axiale Bewegung überlagert
ist. Alternativ hierzu kann jedoch auch zusätzlich eine geringfügige axiale Bewegbarkeit
des Pendelrings vorgesehen sein, beispielsweise um eine bestimmte
axiale Steifigkeit der Kupplung einstellen zu können.
-
Ferner
kann der genannte Mittelpunkt des Pendelrings bezüglich der
Rotationsachse der Kupplung in radialer Richtung festgelegt sein,
so dass im Falle der erläuterten
Schwenkbewegung des Pendelrings der Mittelpunkt des Pendelrings
stets auf der Rotationsachse der Kupplung liegt. Alternativ hierzu kann
allerdings auch eine gewisse radiale Bewegung des Pendelrings während der
erläuterten
Schwenkbewegung vorgesehen sein.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform ist
der Pendelring bezüglich
der Rotationsachse der Kupplung drehbar gelagert. Insbesondere kann
der Pendelring in einer von der Grundstellung ausgelenkten Winkelstellung
eine Taumelbewegung ausführen.
-
Auf
der den Kupplungslamellen zugewandten Seite besitzt der Pendelring
vorzugsweise eine Ringfläche,
die plan ausgebildet ist und an der sich die Kupplungslamellen abstützen können.
-
Auf
der den Kupplungslamellen abgewandten Seite kann der Pendelring
beispielsweise eine gewölbte
Kontaktfläche
besitzen, die mit einer im Wesentlichen komplementär hierzu
gewölbten
Kontaktfläche
des axialen Anschlags oder des Aktuators zusammenwirkt, um hierdurch
die Verschwenkbarkeit des Pendelrings und zugleich die erläuterte Abstützfunktion
zu realisieren. In Abhängigkeit
von der gewählten
Geometrie der gewölbten
Kontaktflächen (Neigungswinkel
bezüglich
der Rotationsachse) kann eine axiale Beweglichkeit des Pendelrings
eingestellt werden, die mit der erläuterten Verschwenkbarkeit einhergeht,
beispielsweise um eine erwünschte
axiale Steifigkeit der Kupplung einzustellen.
-
Insbesondere
kann die genannte Kontaktfläche
des Pendelrings im Wesentlichen sphärisch oder kegelförmig ausgebildet
sein, wobei in diesem Falle auch die zugeordnete Kontaktfläche des
axialen Anschlags oder des Aktuators im Wesentlichen sphärisch oder
kegelförmig
ausgebildet sein kann.
-
In
diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die genannte Kontaktfläche des
Pendelrings und die genannte Kontaktfläche des axialen Anschlags oder
des Aktuators über
einen Gleitsitz zusammenwirken, so dass eine leichte Verschwenkbarkeit
des Pendelrings auch unter hoher axialer Druckbelastung gewährleistet
ist. Insbesondere soll der zwischen der Kontaktfläche des
Pendelrings und der Kontaktfläche
des axialen Anschlags oder des Aktuators wirksame Reibungskoeffizient
geringer sein als der zwischen den Kupplungslamellen wirksame Reibungskoeffizient.
-
Alternativ
zu der erläuterten
Ausführungsform
mit gewölbter
Kontaktfläche
kann zwischen dem Pendelring und dem axialen Anschlag oder dem Aktuator
der Kupplung ein Ringraum ausgebildet sein, wobei der Pendelring
mit dem Anschlag oder dem Aktuator insbesondere über ein in dem Ringraum befindliches
Fluid zusammenwirkt (z. B. Öl
oder Gel). In diesem Fall wird die erwünschte Verschwenkbarkeit des
Pendelrings also dadurch realisiert, dass der Pendelring im Falle
einer Schwenkbewegung an einem Umfangsbereich tiefer in den Ringraum
eintritt, während
der hierzu gegenüberliegende
Umfangsbereich des Pendelrings aus dem Ringraum zurückweicht.
Mittels des in dem Ringraum befindlichen Fluids erfolgt hierbei
ein hydrostatischer Druckausgleich. Wenn das im Ringraum befindliche
Fluid im Wesentlichen inkompressibel ist – also eine im Anwendungsbereich
praktisch vernachlässigbare
Kompressibilität
besitzt –,
erfolgt bei dieser Ausführungsform
eine reine Schwenkbewegung des Pendelrings, d. h. ohne axiale oder
radiale Bewegungskomponente des Mittelpunkts des Pendelrings. Allerdings
kann über
die Kompressibilität
des Fluids auch eine eventuell erwünschte axiale Beweglichkeit
des Pendelrings eingestellt werden.
-
Alternativ
zu dem Fluid kann in dem genannten Ringraum ein plastisch verformbares
Medium angeordnet sein, über
das der Pendelring mit dem axialen Anschlag oder dem Aktuator der
Kupplung zusammenwirkt. Aufgrund der Verformbarkeit des zwischengeschalteten
verformbaren Mediums ist die erwünschte
Schwenkbewegung des Pendelrings möglich, wobei zusätzlich eine
geringfügige
axiale und/oder radiale Beweglichkeit des Mittelpunkts des Pendelrings
vorgesehen sein kann, beispielsweise um Fertigungstoleranzen ausgleichen
zu können. Vorzugsweise
ist das verformbare Medium im Wesentlichen inkompressibel. Insbesondere
kann es sich bei dem verformbaren Medium beispielsweise um Gummi
oder einen Kunststoff mit vernachlässigbarer oder geringfügiger Kompressibilität handeln. Beispielsweise
kann in den genannten Ringraum ein Gummiring eingesetzt werden.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist es möglich,
dass der Pendelring mittels einer Federeinrichtung in die – zur Rotationsachse
der Kupplung orthogonale – Grundstellung
vorgespannt ist.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
Gleiche oder gleichartige Elemente sind in den Figuren mit denselben
Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
1 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer Lamellenkupplung mit Pendelring.
-
2 bis 4 zeigen
eine zweite, eine dritte bzw. eine vierte Ausführungsform.
-
1 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung
mit Pendelring. Diese Kupplung besitzt bezüglich einer Rotationsachse
A einen rotationssymmetrischen Aufbau, wobei in 1 nur
eine (obere) Hälfte
der Querschnittsansicht dargestellt ist.
-
Die
Kupplung besitzt ein feststehendes Gehäuse 11. In dem Gehäuse 11 sind
eine Kupplungsnabe 13 und ein Kupplungskorb 15 jeweils
bezüglich der
Rotationsachse A gelagert. Die Kupplungsnabe 13 ist mit
einer Welle 17 verbunden. An der Kupplungsnabe 13 sind
mehrere Innenlamellen 19 drehfest, jedoch axial versetzbar
angeordnet. Der Kupplungskorb 15 ist mit einem Hohlwellenabschnitt 21 verbunden.
An dem Kupplungskorb 15 sind mehrere Außenlamellen 23 drehfest,
jedoch axial versetzbar angeordnet. Die Innenlamellen 19 und
die Außenlamellen 23 sind
entlang der Rotationsachse A alternierend angeordnet, wobei die
Innenlamellen 19 und die Außenlamellen 23 ineinander
greifen. Bei den Lamellen 19, 23 kann es sich
beispielsweise um Papierlamellen oder um Stahllamellen handeln.
-
Um
die Lamellen 19, 23 mit einer axialen Betätigungskraft
zu beaufschlagen, besitzt die Kupplung ferner einen Aktuator 25.
Der Aktuator 25 umfasst einen Ringkolben 27, der
mittels eines in einem Druckraum 29 befindlichen Fluids
hydraulisch in axialer Richtung betätigbar ist. Die hierdurch ausgeübte Kraft
wird über
ein – hier
als Nadellager ausgebildetes – Axiallager 31 und
einen Druckring 33 auf die Lamellen 19, 23 übertragen.
-
Auf
der dem Aktuator 25 axial gegenüberliegenden Seite der Lamellen 19, 23 besitzt
der Kupplungskorb 15 einen axialen Anschlagabschnitt 35, der
im Falle der vorstehend erläuterten
Kraftbeaufschlagung der Lamellen 19, 23 mittels
des Aktuators 25 als axiales Gegenlager wirkt, um die erwünschte Anpresskraft
auf die Lamellen 19, 23 aufbringen zu können. Zwischen
den Lamellen 19, 23 einerseits und dem axialen
Anschlagabschnitt 35 andererseits ist ein Pendelring 37 angeordnet.
Der Pendelring 37 ist bezüglich einer Normalebene zu
der Rotationsachse A der Kupplung schwenkbar. Hierfür besitzt der
Pendelring 37 auf der dem axialen Anschlagabschnitt 35 zugewandten
Seite eine sphärisch
gewölbte
Kontaktfläche 39,
die mit einer komplementär
ausgebildeten und somit ebenfalls sphärisch gewölbten Kontaktfläche 41 des
Anschlagabschnitts 35 zusammenwirkt. Auf der den Lamellen 19, 23 zugewandten Seite
besitzt der Pendelring 37 eine ebene Ringfläche, an
der sich die Lamellen 19, 23 abstützen. Im Falle
einer Schwenkbewegung des Pendelrings 37 gleitet die Kontaktfläche 39 entlang
der Kontaktfläche 41,
wobei der Pendelring zugleich eine geringfügige radiale und axiale Bewegung
ausführt.
-
Aufgrund
der erläuterten
Verschwenkbarkeit des Pendelrings 37 können Lauffehler und Dickenschwankungen
des Lamellenpakets (Innenlamellen 19 und Außenlamellen 23)
kompensiert werden, während
die Lamellen 19, 23 von dem Aktuator 25 mit
einer axialen Anpresskraft beaufschlagt werden. Hierdurch kann das
tatsächlich
wirksame Kupplungsmoment, also das von der Kupplung übertragene Drehmoment,
ungeachtet etwaiger Fertigungstoleranzen mit einer besonders hohen
Genauigkeit eingestellt werden.
-
Anstelle
der in 1 gezeigten, im Wesentlichen sphärischen
Wölbung
der Kontaktflächen 39, 41 des
Pendelrings 37 bzw. des Anschlagabschnitts 35 kann
beispielsweise auch eine im Wesentlichen kegelförmige Ausbildung vorgesehen
sein.
-
Abweichend
von der Darstellung gemäß 1 kann
der Pendelring 37 auch zwischen den Lamellen 19, 23 einerseits
und dem Aktuator 25 andererseits angeordnet sein, um den
erwünschten
Effekt einer Kompensation von Lauffehlern und Dickenschwankungen
des Lamellenpakets zu erzielen. In diesem Fall kann die mit der
Kontaktfläche 39 des Pendelrings 37 zusammenwirkende
gewölbte
Kontaktfläche 41 beispielsweise
an dem Druckring 33 oder dem Ringkolben 27 ausgebildet
sein, während der
axiale Anschlag 35 eben ausgebildet sein kann.
-
Ferner
kann der axiale Anschlagabschnitt 35 alternativ beispielsweise
an der Kupplungsnabe 13 bzw. der Welle 17 ausgebildet
sein.
-
Die
Ausführungsform
gemäß 2 ist ähnlich jener
gemäß 1.
Diese Ausführungsform
soll lediglich verdeutlichen, dass auch ein anderer Kupplungsaktuator 25 vorgesehen
sein kann.
-
Der
Aktuator 25 gemäß 2 umfasst
einen den Lamellen 19, 23 zugewandten Rampenring 43 und
einen den Lamellen 19, 23 abgewandten Rampenring 45,
welcher eine Verzahnung 47 besitzt. Der Rampenring 43 liegt
an den Lamellen 19, 23 an, während sich der Rampenring 45 über ein
Axiallager 31 an einem Abstützabschnitt 49 des
Gehäuses 11 abstützt.
-
Die
beiden Rampenringe 43, 45 besitzen jeweils mehrere
Rampenbahnen, die in Umfangsrichtung verlaufen und bezüglich einer
Normalebene zu der Rotationsachse A jedoch geneigt sind. Zwischen einem
jeweiligen Paar von derartigen Rampenbahnen ist eine jeweilige Kugel 51 angeordnet.
Wenn nun – beispielsweise
mittels eines Elektromotors und eines zugeordneten Getriebes – über die
Verzahnung 47 der Rampenring 45 zu einer Drehbewegung relativ
zu dem Rampenring 43 angetrieben wird, wird der Rampenring 43 in
axialer Richtung bewegt. Hierdurch kann eine axiale Anpresskraft
auf die Lamellen 19, 23 ausgeübt werden.
-
3 zeigt
eine Ausführungsform,
die wiederum ähnlich
zu jener gemäß 1 ist.
Insbesondere ist hier ein gleichartiger Kupplungsaktuator 25 vorgesehen.
Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 ist
die Kontaktfläche 39 des Pendelrings 37 hier
allerdings nicht konkav, sondern konvex gewölbt. Die Kontaktfläche 41 des
axialen Anschlagabschnitts 35 ist dementsprechend nicht konvex,
sondern konkav gewölbt.
Hierdurch lässt sich
ebenfalls eine vorteilhafte Verschwenkbarkeit des Pendelrings 37 relativ
zu der Rotationsachse A realisieren.
-
4 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der der Pendelring 37 in Richtung der Kupplungslamellen 19, 23 wiederum
eine ebene Ringfläche
aufweist. Zu dem axialen Anschlagabschnitt 35 des Kupplungskorbs 15 hin
besitzt der Pendelring 37 bei dieser Ausführungsform
ebenfalls eine ebene Ringfläche 53, die
in einen Ringraum 55 hineinragt, der an dem axialen Anschlagabschnitt 35 des
Kupplungskorbs 15 ausgebildet ist. Die dem Anschlagabschnitt 35 zugewandte
Seite des Pendelrings 37 einerseits und der Anschlagabschnitt 35 mit
dem Ringraum 55 andererseits sind dergestalt ausgebildet,
dass der Pendelring 37 bezüglich einer Normalebene zu
der Rotationsachse A der Kupplung schwenkbar ist.
-
Gemäß einer
ersten Variante ist der Ringraum 55 mit einem Fluid befüllt, wobei
der Ringraum 55 mittels des Pendelrings 37 vorzugsweise
fluiddicht abgeschlossen ist. Da das im Ringraum 55 befindliche
Fluid im Wesentlichen inkompressibel ist, bewirkt ein Eindringen
des Pendelrings 37 in den Ringraum 55 an einem
Umfangsbereich des Pendelrings 37, dass der Pendelring 37 an
dem hierzu bezüglich der
Rotationsachse A gegenüberliegenden
Umfangsbereich aus dem Ringraum 55 entsprechend zurücktritt.
Insgesamt ergibt sich hierdurch eine freie Verschwenkbarkeit des
Pendelrings 37 ohne eine zusätzliche axiale Bewegung des
Pendelrings 37.
-
Gemäß einer
zweiten Variante kann in dem Ringraum 55 ein leicht deformierbares,
vorzugsweise jedoch im Wesentlichen inkompressibles Medium angeordnet
sein (beispielsweise Gummi). Auch in diesem Fall kann der Pendelring 37 unter
axialer Krafteinwirkung durch Umlagerung des Mediums in Umfangsrichtung
geringfügig
verkippen. Das Kippzentrum liegt dabei im Mittelpunkt des Pendelrings 37. Der
Ausgleichseffekt kann in diesem Fall elastisch rückfedernd realisiert sein.
-
Auch
zu der Ausführungsform
gemäß 4 ist
anzumerken, dass der Pendelring 37 alternativ zwischen
den Lamellen 19, 23 einerseits und dem Aktuator 25 andererseits
angeordnet sein kann. In diesem Fall kann der Ringraum 55 beispielsweise zwischen
dem Pendelring 37 und dem Druckring 33 oder zwischen
dem Pendelring 37 und dem Ringkolben 27 ausgebildet
sein.
-
- 11
- Gehäuse
- 13
- Kupplungsnabe
- 15
- Kupplungskorb
- 17
- Welle
- 19
- Innenlamelle
- 21
- Hohlwellenabschnitt
- 23
- Außenlamelle
- 25
- Aktuator
- 27
- Ringkolben
- 29
- Druckraum
- 31
- Axiallager
- 33
- Druckring
- 35
- axialer
Anschlagabschnitt
- 37
- Pendelring
- 39
- Kontaktfläche
- 41
- Kontaktfläche
- 43
- Rampenring
- 45
- Rampenring
- 47
- Verzahnung
- 49
- Abstützabschnitt
- 51
- Kugel
- 53
- Ringfläche
- 55
- Ringraum
- A
- Rotationsachse