DE102008020999B4

DE102008020999B4 - Steuerbare Kupplungsanordnung

Info

Publication number: DE102008020999B4
Application number: DE200810020999
Authority: DE
Inventors: Artur Dipl.-Ing. Grunwald (FH)
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-04-26
Also published as: DE102008020999A1

Abstract

Steuerbare Kupplungsanordnung, insbesondere für den Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend
eine axial betätigbare Hauptkupplung (3, 103, ..., 603) mit einem ersten Kupplungsteil (7, 107, ..., 607) und einem zweiten Kupplungsteil (8, 108, ..., 608), die relativ zueinander um eine Drehachse (A) drehbar sind und zur Übertragung eines Drehmoments aneinander koppelbar sind;
eine Axialverstellvorrichtung (4, 104, ..., 604), die eine Drehbewegung in eine Axialbewegung zum Betätigen der Hauptkupplung (3, 103, ..., 603) umsetzen kann;
eine axial betätigbare Steuerkupplung (5, 105, ..., 605) zur Übertragung einer Drehbewegung auf die Axialverstellvorrichtung (4, 104, ..., 604);
einen Elektromagneten (6, 106, ...), der ein Magnetgehäuse (29, 129, ..., 629), eine mit dem Magnetgehäuse (29, 129, ..., 629) fest verbundene Magnetspule (21, 121, ..., 621) und eine mit der Magnetspule (21, 121, ..., 621) zusammenwirkende Ankerplatte (28, 128, ..., 628) zum Beaufschlagen der Steuerkupplung (5, 105, ..., 605) aufweist;...

Description

Die Erfindung betrifft eine regelbare Kupplungsanordnung, insbesondere für den Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Derartige regelbare Kupplungsanordnungen werden beispielsweise zum Zuschalten einer bedarfsweise antreibbaren sekundären Antriebsachse an eine permanent angetriebene primäre Antriebsachse verwendet. Sie werden aber auch als Achssperre für Differentialgetriebe eingesetzt.
Es sind bereits Kupplungsanordnungen für den Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, die eine Hauptkupplung und eine Steuerkupplung umfassen. Die Steuerkupplung, die auch als Pilotkupplung bezeichnet wird, wird mittels eines Elektromagneten angesteuert. Die Magnetspule ist in einem ortsfesten Gehäuse gehalten und erzeugt beim Betätigen ein Magnetfeld, das die Ankerplatte anzieht, so daß die Steuerkupplung beaufschlagt wird. Durch Schließen der Steuerkupplung wird eine Kugelrampenanordnung betätigt, welche wiederum die Hauptkupplung beaufschlagt. Derartige Kupplungsanordnungen werden von der Anmelderin unter der Bezeichnung EMCD^® vertrieben, was für „Electro-Magnetic Control Device” steht.
Aus der EP 0 409 610 A1 ist ebenfalls eine Kupplungsanordnung mit einer Hauptkupplung und einer elektromagnetisch ansteuerbaren Steuerkupplung bekannt. Die Magnetspule, die in einem ortsfesten Gehäuse axial benachbart zur Steuerkupplung gehalten ist, erzeugt bei Betätigung ein Magnetfeld, das die Steuerkupplung beaufschlagt, so daß ein Drehmoment in der Steuerkupplung erzeugt wird.
Auch die DE 198 47 621 A1 zeigt eine derartige Kupplungsanordnung, bei der die Pilotkupplung radial innerhalb der Hauptkupplung angeordnet ist. Bei betätigter Pilot kupplung wird über eine Kugelrampenanordnung die Hauptkupplung zugestellt. Der Elektromagnet zur Betätigung der Pilotkupplung ist vollständig von dem einen Kupplungsteil der Hauptkupplung aufgenommen.
Bei den genannten Kupplungsanordnungen sind zwischen dem stationären und dem rotierenden Teil des Elektromagneten Radialspalte vorhanden, die eine genaue Lagerung des Magnetgehäuses relativ zum Kupplungsgehäuse erfordern. Dabei haben die radialen Spalte einen großen Einfluß auf den magnetischen Fluß und folglich auch auf die Drehmoment-Strom-Charakteristik der Kupplungsanordnung. Um die Spaltmaße und damit Leckageverluste des Magnetflusses klein zu halten, ist der Aufbau von Magnetgehäuse und Lagerung aufwendig und komplex.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine regelbare Kupplungsanordnung vorzuschlagen, die einen einfachen Aufbau aufweist und eine hohe Leistungsdichte bei kurzen Aktivierungszeiten gewährleistet.
Die Lösung besteht in einer steuerbare Kupplungsanordnung, insbesondere für den Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend
eine axial betätigbare Hauptkupplung mit einem ersten Kupplungsteil und einem zweiten Kupplungsteil, die relativ zueinander um eine Drehachse A drehbar sind und zur Übertragung eines Drehmoments aneinander koppelbar sind; eine Axialverstellvorrichtung, die eine Drehbewegung in eine Axialbewegung zum Betätigen der Hauptkupplung umsetzen kann; eine axial betätigbare Steuerkupplung zur Übertragung einer Drehbewegung auf die Axialverstellvorrichtung; einen Elektromagneten, der ein Magnetgehäuse, eine mit dem Magnetgehäuse fest verbundene Magnetspule und eine mit der Magnetspule zusammenwirkende Ankerplatte zum Beaufschlagen der Steuerkupplung aufweist; wobei das Magnetgehäuse zumindest mittelbar drehfest und axial fest mit einem Außenteil der Steuerkupplung verbunden ist und gemeinsam mit dieser um die Drehachse A umläuft, wobei das Magnetgehäuse relativ zum zweiten Kupplungsteil mittels Lagermitteln drehbar gelagert ist.
Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung hat den Vorteil, daß sie einen einfachen Aufbau hat, da die Magnetspule integraler Bestandteil der Steuerkupplung ist.
Auf diese Weise ist der Magnetfluß durch die an der Betätigung der Steuerkupplung beteiligten Bauteilen optimiert und es ergibt sich eine hohe Leistungsdichte bei kurzen Aktivierungszeiten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Steuerkupplung neben dem äußeren Kupplungsteil ein relativ hierzu drehbares inneres Kupplungsteil, die zur Übertragung eines Drehmoments aneinander koppelbar sind. Vorzugsweise ist die Steuerkupplung in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet, die mit dem inneren Kupplungsteil drehfest verbundene Innenlamellen und mit dem äußeren Kupplungsteil drehfest verbundene Außenlamellen umfaßt, die axial abwechselnd angeordnet sind und gemeinsam ein Lamellenpaket bilden. Das zweite Kupplungsteil ist gegenüber dem ersten Kupplungsteil mittels erster und zweiter Lagermittel um die Drehachse drehbar gelagert, wobei als Lagermittel Wälzlager oder Gleitlager eingesetzt werden können. Dabei befinden sich die ersten Lagermittel vorzugsweise im Bereich des Bodens des ersten Kupplungsteils und die zweiten Lagermittel im Bereich des Elektromagneten.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Elektromagnet ein Magnetgehäuse auf, mit dem die Magnetspule fest verbunden ist, wobei das Magnetgehäuse zumindest mittelbar mit einem der Kupplungsteile der Steuerkupplung, nämlich dem Außenteil oder dem Innenteil, fest verbunden ist. Dadurch, daß das Magnetgehäuse mit einem der Kupplungsteile zumindest mittelbar fest verbunden ist, ergibt sich eine kompakte Baueinheit, die einfach zu montieren ist. Außerdem weist das von der Magnetspule erzeugte Magnetfeld eine hohe Leistungsdichte auf, da der Magnetfluß unmittelbar in das Magnetgehäuse und von dort zur Ankerplatte verläuft. Die zumindest mittelbare Verbindung zwischen dem Magnetgehäuse und dem Kupplungsteil bedeutet in diesem Zusammenhang, daß das Magnetgehäuse sowohl direkt, als auch indirekt über ein weiteres Bauteil mit dem Kupplungsteil verbunden sein kann.
Vorzugsweise ist das Magnetgehäuse drehfest und axial fest mit dem Außenteil der Steuerkupplung verbunden, und relativ zum Innenteil mittels Lagermitteln drehbar gelagert. Es ist jedoch prinzipiell eine umgekehrte Anordnung denkbar, bei der das Magnetgehäuse mit dem Innenteil der Steuerkupplung fest verbunden und relativ zum Außenteil drehbar gelagert ist. Zur Verbindung mit dem jeweiligen Kupplungsteil kann das Magnetgehäuse ein Gewinde aufweisen, mit dem es in ein entsprechendes Gegengewinde am Kupplungsteil eingeschraubt ist.
Für eine kompakte Anordnung ist es günstig, wenn das Magnetgehäuse in Form eines Deckels gestaltet ist, der einen zwischen dem äußeren Kupplungsteil und dem inneren Kupplungsteil gebildeten Ringraum schließt. So hat der Deckel zum einen die Funktion, die Kupplung nach außen hin abzuschließen; zum anderen unterstützt der Deckel die Ausbildung des Magnetfelds um die Magnetspule. Vorzugsweise hat das Magnetgehäuse im Halblängsschnitt betrachtet ein U-förmiges Profil mit einem Außenring und einem hierzu koaxialen Innenring, wobei die Magnetspule in dem zwischen dem Außenring und dem Innenring gebildeten Ringraum aufgenommen ist. Zur Abdichtung der Kupplung sind vorzugsweise Dichtmittel zwischen dem Magnetgehäuse und dem zweiten Kupplungsteil vorgesehen, die beispielsweise in Form eines Dichtrings gestaltet sein können.
Es ist vorgesehen, daß die Steuerkupplung axial zwischen der Ankerplatte und der Magnetspule angeordnet ist. Ein minimaler Abstand zwischen Magnetspule und Ankerplatte und damit geringe Verluste der Magnetleistung werden erreicht, wenn die Magnetspule unmittelbar axial benachbart zu der Steuerkupplung angeordnet ist. Die Ankerplatte ist vorzugsweise drehfest mit dem äußeren Kupplungsteil verbunden. Bei Betätigen der Magnetspule bildet sich ein torusförmiges Magnetfeld um diese aus, wobei die Ankerplatte in Richtung Magnetspule angezogen wird. Auf diese Weise wird die Steuerkupplung mit einer Axialkraft beaufschlagt, so daß das äußere Kupplungsteil relativ zum inneren Kupplungsteil verdreht wird und ein Drehmoment auf die Axialverstellvorrichtung übertragen wird.
Die Axialverstellvorrichtung ist derart gestaltet, daß sie eine Drehbewegung in eine Axialbewegung zum Betätigen der Hauptkupplung umsetzen kann. Hierfür weist die Axialverstellvorrichtung einen Stützring auf, der axial abgestützt ist, sowie einen Stellring. Einer der beiden Ringe ist mit der Steuerkupplung antriebsverbunden und kann gegenüber dem anderen verdreht werden, wobei sich der Stellring vom Stützring axial entfernt. Für einen axial kompakten Aufbau ist vorgesehen, daß zumindest einer der Ringe der Axialverstellvorrichtung koaxial innerhalb oder außerhalb der Steuerkupplung angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Axialverstellvorrichtung in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet, wobei der Stützring und der Stellring in einander zugewandten Stirnflächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen aufweisen, wobei in jeweils einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen jeweils eine Kugel geführt ist. Bei Verdrehen der beiden Ringe relativ zueinander wandern die Kugeln in Bereiche geringerer Rillentiefe, so daß der Stellring axial in Richtung Hauptkupplung bewegt wird und diese im Schließsinne beaufschlagt. Die Kugelrampenanordnung bietet den Vorteil einer präzisen Ansteuerbarkeit und einer hohen Kraftübertragungsfähigkeit bei geringem Bauraum. Anstelle der Kugelrampenanordnung kann die Axialverstellvorrichtung auch als Nockenanordnung, ohne Verwendung von Kugeln, gestaltet sein.
Zur Ansteuerung der Magnetspule sind Übertragungsmittel vorgesehen, die elektrische Energie von einem ortsfesten Bauteil zum drehenden Elektromagneten übertragen. Die Übertragungsmittel umfassen mit dem ortsfesten Bauteil verbundene stehende Elemente und mit dem Magnetgehäuse verbundene drehende Elemente. Nach einer ersten Lösung sind die Übertragungsmittel als Schleifringübertrager gestaltet, die einen mit dem Magnetgehäuse verbundenen Rotor als drehendes Element und einen mit dem stehenden Bauteil verbundenen Stator als stehendes Element aufweisen. Zwischen dem Rotor und dem Stator besteht ein berührender bzw. schleifender Kontakt, über den elektrische Energie vom stehenden Element auf die Magnetspule übertragen werden kann. Die Schleifringübertrager können sowohl in radialer Bauweise oder in axialer Bauweise ausgebildet sein. Nach einer zweiten Lösung umfassen die Übertragungsmittel zwei Lager, die jeweils einen mit dem stehenden Gehäuse verbindbaren ersten Lagerring und einen mit dem Magnetgehäuse verbundenen zweiten Lagerring aufweisen, zwischen denen Wälzkörper aufgenommen sind. An dem stehenden Bauteil, das beispielsweise ein Getriebegehäuse sein kann, ist vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit angeordnet, die mit den Übertragungsmitteln elektrisch verbunden ist und zum Ansteuern der Magnetspule und damit zum Betätigen der Hauptkupplung dient. Vorzugsweise wird in den Lagereinheiten ein elektrisch leitendes Fett verwendet, was sich günstig auf die Ausbildung des Magnetfeldes auswirkt.
Die elektrische Leistung wird vorzugsweise über ein Trägerelement auf die Magnetspule übertragen, das aus einem elektrisch nicht-leitenden Grundwerkstoff besteht und mit dem Magnetgehäuse fest verbunden ist. Auf dem Trägerelement sind die drehenden Elemente der Übertragungsmittel angeordnet sowie, hiervon ausgehend, elektrische Leitungen zum Magneten. Vorzugsweise ist das Trägerelement in Form einer Hülse gestaltet, die mit dem Magnetgehäuse fest verbunden ist. Um zu vermeiden, daß Schmutz in den Spalt zwischen dem Elektromagnet und dem stehenden Bauteil eindringt, sind hier vorzugsweise Dichtmittel vorgesehen, die beispielsweise ein berührungsloses Grobschmutzblech und/oder eine berührende Dichtung umfassen können.
Für einen kompakten Aufbau mit wenigen Teilen ist es besonders günstig, wenn das erste Kupplungsteil der Hauptkupplung und das äußere Kupplungsteil der Steuerkupplung fest miteinander verbunden sind, insbesondere einteilig gestaltet sind. Vorzugsweise sind auch das zweite Kupplungsteil der Hauptkupplung und das innere Kupplungsteil der Steuerkupplung fest miteinander verbunden, insbesondere einteilig gestaltet. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Hauptkupplung in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet, wobei das erste Kupplungsteil einen Außenlamellenträger umfaßt, in dem Außenlamellen drehfest und axial beweglich gehalten sind, und wobei das zweite Kupplungsteil einen Innenlamellenträger umfaßt, auf dem Innenlamellen drehfest und axial beweglich gehalten sind. Dabei kann der Außenlamellenträger der Hauptkupplung gleichzeitig den Außenlamellenträger der Steuerkupplung bilden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt
1 eine erfindungsgemäße steuerbare Kupplungsanordnung in einer ersten Ausführungsform im Halblängsschnitt;
2 eine erfindungsgemäße steuerbare Kupplungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform im Halblängsschnitt,
3 eine erfindungsgemäße steuerbare Kupplungsanordnung in einer dritten Ausführungsform mit radialen Schleifringübertragern im Halblängsschnitt;
4 die Anordnung aus Magnetgehäuse und Übertragungsmitteln aus 3 in einer ersten perspektivischen Ansicht;
5 die Anordnung aus Magnetgehäuse und Übertragungsmitteln aus 3 in einer zweiten perspektivischen Ansicht;
6 eine erfindungsgemäße steuerbare Kupplungsanordnung in einer vierten Ausführungsform mit radialen Schleifringübertragern im Halblängsschnitt;
7 eine erfindungsgemäße steuerbare Kupplungsanordnung in einer fünften Ausführungsform mit radialen Schleifringübertragern im Halblängsschnitt;
8 eine erfindungsgemäße steuerbare Kupplungsanordnung in einer sechsten Ausführungsform mit axialen Schleifringübertragern im Halblängsschnitt; und
9 eine erfindungsgemäße steuerbare Kupplungsanordnung in einer siebten Ausführungsform mit Wälzlagern als Übertragungsmitteln im Halblängsschnitt.
Die 1 bis 2 werden im folgenden gemeinsam beschrieben, wobei die Bauteile der Ausführungsform aus 2 mit um 100 hochgesetzten Bezugsziffern versehen sind, die nachstehend zur besseren Lesbarkeit nicht gesondert aufgeführt sind. Es ist eine aktiv steuerbare Kupplungsanordnung 2 erkennbar, die eine axial betätigbare Hauptkupplung 3, eine Axialverstellvorrichtung 4, die eine Drehbewegung in eine Axialbewegung zum Betätigen der Hauptkupplung 3 umsetzen kann, eine Steuerkupplung 5 zur Übertragung einer Drehbewegung auf die Axialverstellvorrichtung 4 sowie einen extern ansteuerbaren Elektromagneten 6 zum Betätigen der Steuerkupplung 5 aufweist. Die Hauptkupplung 3 ist in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet und umfaßt ein erstes Kupplungsteil 7 und ein zweites Kupplungsteil 8, die relativ zueinander um die Drehachse A drehbar sind. Das erste Kupplungsteil 7, das insbesondere als Eingangsteil zum Einleiten eines Drehmoments in die Kupplungsanordnung 2 dient, ist topfförmig gestaltet und weist einen Boden 12 mit einem daran angeformten Antriebszapfen 13 auf. Das zweite Kupplungsteil 8, das insbesondere als Ausgangsteil der Kupplung dient, ist mittels erster und zweiter Lagermittel 9, 10 gegenüber dem ersten Kupplungsteil 7 um die Drehachse A drehbar gelagert.
Es ist ersichtlich, daß das erste Kupplungsteil 7 einen Außenlamellenträger umfaßt, mit dem Außenlamellen 16 drehfest und axial verschieblich verbunden sind. Das zweite Kupplungsteil 8 umfaßt einen Innenlamellenträger, der im Bereich des Bodens 12 mittels des Wälzlagers 9 gegenüber dem ersten Kupplungsteil 7 drehbar gelagert ist, und mit dem Innenlamellen 18 drehfest und axial beweglich verbunden sind. Die Außenlamellen 16 und die Innenlamellen 18 sind axial abwechselnd angeordnet und bilden gemeinsam ein Lamellenpaket, das axial gegen den Boden 12 abgestützt ist.
Die Axialverstellvorrichtung 4 ist in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet und umfaßt einen Stützring 19, der mittelbar gegenüber dem ersten Kupplungsteil 7 axial abgestützt ist, sowie einen hierzu koaxialen Stellring 20, der bei Verdrehung der beiden Ringe zueinander axial verschieblich ist. Der Stützring 19 und der Stellring 20 haben in ihren einander zugewandten Stirnflächen mehrere sich in Umfangsrichtung erstreckende tiefenveränderliche Kugelrillen 22, 23, wobei in jeweils einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen 22, 23 eine Kugel 24 geführt ist. Bei Verdrehen des einen Ringes gegenüber dem anderen Ring wandern die Kugeln 24 in den Kugelrillen 22, 23 in Umfangsbereiche geringerer Rillentiefe, so daß der Stellring 20 axial in Richtung Hauptkupplung 3 wandert und diese im Schließsinn beaufschlagt. Der Stellring 20 ist einteilig mit einer Druckplatte 25 ausgebildet, die das Lamellenpaket der Hauptkupplung 3 mit einer Axialkraft beaufschlagt. Der Stellring 20 bzw. die Druckplatte 25 sind drehfest und axial beweglich mit dem als Innenlamellenträger ausgebildeten zweiten Kupplungsteil 8 verbunden. Der Stützring 19 ist gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 8 frei drehbar gehalten und mittels eines Axiallagers 32 gegenüber dem ersten Kupplungsteil 7 bzw. einem hiermit verbundenen Bauteil axial abgestützt.
Die Steuerkupplung 5, die auch als Pilotkupplung bezeichnet wird, ist ebenfalls in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet und umfaßt als solche ein Innenteil 26, mit dem Innenlamellen drehfest und axial verschieblich verbunden sind, sowie ein Außenteil 27, mit dem Außenlamellen drehfest und axial verschieblich verbunden sind. Es ist ersichtlich, daß das Außenteil 27 der Steuerkupplung 5 und das erste Kupplungsteil 7 der Hauptkupplung 3 fest miteinander verbunden sind und insbeson dere einteilig gestaltet sind. Das Innenteil 26 der Steuerkupplung 5 ist gegenüber dem Außenteil 27 der Steuerkupplung 5 und gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 8 der Hauptkupplung 3 frei drehbar gehalten. Es ist ersichtlich, daß das Innenteil 26 der Steuerkupplung 5 und der Stützring 19 der Axialverstellvorrichtung 4 einteilig gestaltet sind. Dabei sitzt der Stützring 19 mit einer inneren Zylinderfläche drehbar auf einer zylindrischen Außenfläche des zweiten Kupplungsteils 8, das auch als Kupplungsnabe bezeichnet werden kann. Zur axialen Abstützung ist das Axiallager 32 vorgesehen, das über den Elektromagneten 6 am ersten Kupplungsteil 7 axial abgestützt ist.
Der Elektromagnet 6, der zum Betätigen der Steuerkupplung 5 dient, umfaßt eine Magnetspule 21, ein Magnetgehäuse 29, in dem die Magnetspule 21 aufgenommen und befestigt ist, sowie eine Ankerplatte 28, die mit der Magnetspule 21 zusammenwirkt. Die Ankerplatte 28 ist in Form eines Rings gestaltet, der koaxial zur Drehachse A unmittelbar axial benachbart zum Lamellenpaket der Steuerkupplung 5 angeordnet ist. Das Magnetgehäuse 29 ist drehfest und axial fest mit dem Außenteil 27 der Steuerkupplung 5 verbunden, und relativ zum zweiten Kupplungsteil 8 mittels der Lagermittel 10 drehbar gelagert. Zur Verbindung hat das Magnetgehäuse 29 an seiner Außenfläche ein Außengewinde 30, das in ein entsprechendes Innengewinde 31 des Außenteils 27 eingeschraubt ist. Nach dem Einschrauben kann das Innengewinde zur Verdrehsicherung verstemmt werden. Es ist ersichtlich, daß das Magnetgehäuse 29 in Form eines Deckels gestaltet ist, der einen zwischen dem ersten Kupplungsteil 7 und dem zweiten Kupplungsteil 8 gebildeten Ringraum nach außen hin abschließt. Zur Abdichtung hat das Magnetgehäuse 29 in seiner Außenfläche und in seiner Innenfläche jeweils eine Ringnut, in der Dichtmittel 14, 15 einsitzen. Außen ist ein O-Ring als Dichtmittel 14 vorgesehen, während innen eine Mehrlippen-Drehdichtung 15 zum Einsatz kommt.
Das Magnetgehäuse 29 ist im Halblängsschnitt betrachtet U-förmig gestaltet und umfaßt einen äußeren Steg 33, einen hierzu koaxialen inneren Steg 34, sowie einen Boden 35. Die Magnetspule 21 ist in dem zwischen dem äußeren und inneren Steg 33, 34 gebildeten Ringraum aufgenommen. Durch diese Ausgestaltung dient das Magnetgehäuse 29 zur Ausbildung des Magnetfeldes, das sich bei Betätigung der Magnetspule torusförmigen um diese ausbildet. Dadurch, daß das Magnetgehäuse 29 bzw. die Magnetspule 21 Teil der Kupplungsanordnung 2 sind, ergibt sich eine kompakte Baueinheit, die sich einfach montieren und als Gesamtheit einbauen läßt. Dabei sind bei der Endmontage keinerlei Einstellung von Spaltmaßen des Elektromagnets 6 vorzunehmen, was die Montagezeit herabsetzt. Das erste Kupplungsteil 7 und das Außenteil 27 der Steuerkupplung sind einteilig gestaltet sind und können gemeinsam als Kupplungskorb bezeichnet werden.
Die Funktionsweise der Kupplungsanordnung 2 ist folgendermaßen. Durch Betätigen der Magnetspule 21 wird ein magnetisches Feld erzeugt, das die Ankerplatte 28 in Richtung zur Steuerkupplung 5 zieht. Dabei wird das Lamellenpaket der Steuerkupplung 5 beaufschlagt und es erfolgt eine Angleichung der Drehbewegung des mit dem Innenteil 26 der Steuerkupplung 5 verbundenen Stützrings 19 und dem mit dem ersten Kupplungsteil 7 der Hauptkupplung fest verbundenen Außenteil 27 der Steuerkupplung 5. Hierdurch erfolgt eine relative Verdrehung des Stützrings 19 relativ zum Stellring 20 der Axialverstellvorrichtung 4, so daß der Stellring 20 bzw. die Druckplatte 25 in Richtung Hauptkupplung 3 axial beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird die Hauptkupplung 3 geschlossen, so daß das zweite Kupplungsteil 8, das auch als Kupplungsnabe bezeichnet werden kann, an das erste Kupplungsteil 7 antriebsmäßig angekoppelt wird.
Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Elektromagnet 6 integraler Bestandteil der Kupplungsanordnung 2 ist und gemeinsam mit dieser um die Drehachse A rotiert. Auf diese Weise können Spaltmaße zwischen den an der Erzeugung des Magnetfeldes beteiligten Bauteile gering gehalten werden, so daß eine hohe Leistungsdichte und kurze Aktivierungszeiten erreicht werden. Zur Übertragung eines elektrischen Stroms auf die Magnetspule 21 sind hier nicht dargestellte Übertragungsmittel erforderlich, welche die Magnetspule 21 mit einer elektrischen Steuereinheit verbinden.
Der einzige Unterschied zwischen der Ausführungsform gemäß 1 und der Ausführungsform gemäß 2 besteht darin, daß in 1 ein Kugellager 10 als Lagermittel zwischen dem Magnetgehäuse 29 und dem zweiten Kupplungsteil 8 vorge sehen ist, das in einer Ausnehmung des Magnetgehäuses 29 einsitzt und mittels eines Sicherungsrings axial fixiert ist. Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist eine radial wirksame Gleitbuchse 110 aus nicht ferromagnetischem Werkstoff als Lagermittel zwischen dem Magnetgehäuse 129 und dem zweiten Kupplungsteil 108 vorgesehen, die in einer Ausnehmung axial benachbart zum Axiallager 132 angeordnet ist. Alternativ zur Gleitbuchse könnte auch ein radial wirksames Nadellager eingesetzt werden. Im übrigen sind die Kupplungsanordnungen gemäß 1 und 2 gleich aufgebaut.
3 zeigt die Kupplungsanordnung gemäß 2 mit Übertragungsmitteln 236 zum Ansteuern des Elektromagneten 206. Im übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß 3 derjenigen aus 2, so daß auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile sind mit nochmals um 100 hochgesetzten Bezugsziffern versehen. Vorliegend umfassen die Übertragungsmittel 236 zwei Schleifringübertrager in radialer Bauweise, welche elektrische Energie von einem ortsfesten Bauteil 237 zum drehenden Elektromagneten 236 übertragen. Für den Pluspol und den Minuspol ist jeweils ein Schleifringübertrager vorgesehen, der jeweils ein mit dem ortsfesten Bauteil 237 verbundenes stehendes Element 238 und ein gemeinsam mit dem Magnetgehäuse 229 verbundenes drehendes Element 239 umfaßt. Das stehende Element 238 ist vorliegend als ringförmiger Stator gestaltet, der an einer inneren Umfangsfläche des stehenden Bauteils 237 angeordnet ist, und das drehende Element 239 ist als ringförmiger Rotor gestaltet, der an einem Trägerelement 240 befestigt ist. Jeweils ein Rotor und ein Stator bilden gemeinsam ein Paar und sind in berührendem bzw. schleifenden Kontakt miteinander, um elektrische Energie vom stehenden Bauteil 237 auf die Magnetspule 221 zu übertragen.
Das Trägerelement 240 ist mit dem Magnetgehäuse 229 fest verbunden und besteht aus einem elektrisch nicht-leitenden Grundwerkstoff. Es ist ersichtlich, daß das Trägerelement 240 einen Flanschabschnitt 241 zum Befestigen mit dem Magnetgehäuse 229 aufweist sowie einen Hülsenabschnitt 242, auf dem die Rotoren 239 auf einer äußeren Umfangsfläche gegenüberliegend zu den Statoren 238 angeordnet sind. Von den Rotoren 239 führen hier nicht gezeigte elektrische Leitungen durch das Trä gerelement 240 zur Magnetspule 221. Das stehende Bauteil 237, das beispielsweise mit einem Getriebegehäuse verbunden werden kann, umfaßt eine scheibenförmige Platine mit einer Durchgangsbohrung sowie eine elektronische Steuereinheit 243 zur bedarfsweisen Ansteuerung der Magnetspule 212. Das Bauteil 237 bzw. die elektronische Steuereinheit 243 wird in einem ortsfesten Gehäuse (nicht dargestellt) axial und radial fixiert.
Die 4 und 5 zeigen das Magnetgehäuse 229, das damit verbundene Trägerelement 240 sowie das stehende Bauteil 237 in Explosionsdarstellung aus zwei unterschiedlichen Perspektiven. In 4 ist insbesondere der Ringraum zur Aufnahme der hier nicht dargestellten Magnetspule erkennbar. In 5 sind insbesondere die axial nebeneinander auf dem Trägerelement 240 angeordneten Rotoren 239 der Schleifringübertrager ersichtlich. Ferner ist das stehende Bauteil 237 mit seiner scheibenförmigen Platine mit Durchgangsbohrung sowie der elektronischen Steuereinheit 243 erkennbar.
6 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend derjenigen aus 3, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit nochmals um 100 erhöhten Bezugsziffern versehen. Der einzige Unterschied zur Ausführungsform nach 3 besteht darin, daß vorliegend zwischen dem stehenden Bauteil 337 und dem Trägerelement 340 Lagermittel 344 in Form eines Radiallagers vorgesehen sind. Die Lagermittel 344 dienen zum genauen Positionieren der Rotoren 339 koaxial zu den Statoren 338, so daß eine zuverlässige Stromübertragung bei geringen Reibungsverlusten gewährleistet ist. Die Lagermittel 344 sind zwischen einer innenzylindrischen Umfangsfläche des Trägerelements 340 und einer außenzylindrischen Umfangsfläche eines Hülsenansatzes 345 des stehenden Bauteils 337 angeordnet.
In 7 ist eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer weiteren Ausführungsform dargestellt, die weitestgehend derjenigen aus 3 entspricht, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile sind mit nochmals um 100 erhöhten Bezugsziffern versehen. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem stehenden Bauteil 437 und dem Trägerelement 440 erste und zweite Dichtmittel 446, 447 vorgesehen sind. Hierfür weist das stehende Bauteil 437 eine stirnseitige Wandung 448 auf, an der die ersten und zweiten Dichtmittel 446, 447 befestigt sind. Die ersten Dichtmittel 446 sind berührungslos in Form eines Grobschmutzblechs gestaltet, das im Halblängsschnitt betrachtet etwa L-förmig gestaltet ist und den Radialspalt zwischen dem Magnetgehäuse 429 und dem stehenden Bauteil 437 weitestgehend überdeckt. Die zweiten Dichtmittel 447 sind in Form eines Radialwellendichtrings gestaltet, der an dem radial inneren Ende der Wandung 448 aufgenommen ist und dichtend gegen die Außenfläche des Hülsenabschnitts 442 des Trägerelements 440 anliegt. Die ersten und zweiten Dichtmittel 446, 447 verhindern, daß Schmutz zu den Übertragungsmitteln 436 gelangt, so daß die Stromübertragung von den Statoren auf die Rotoren zuverlässig sichergestellt ist. Im übrigen entspricht die vorliegende Ausführungsform derjenigen aus 3.
8 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht ebenfalls weitestgehend derjenigen aus 3, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit nochmals um 100 erhöhten Bezugsziffern versehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Übertragungsmittel nicht als radiale Schleifringübertrager, sondern als axiale Schleifringübertrager 536 gestaltet. Die beiden Schleifringübertrager liegen koaxial ineinander, wobei jeweils ein Statur 538 und ein Rotor 539 einander axial gegenüberliegen. Das Trägerelement 540 ist vorliegend in Form einer Scheibe gestaltet, die mit dem Magnetgehäuse 529 fest verbunden ist. Der Vorteil der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, daß der axiale Bauraum verkürzt ist.
In 9 ist eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer weiteren Ausführungsform dargestellt, die weitestgehend derjenigen aus 7 entspricht, so daß hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden kann. Gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile sind mit nochmals um 100 erhöhten Bezugsziffern versehen. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel 636 durch zwei Lager gebildet sind. Die Lager, die insbesondere als Wälzlager gestaltet sind, umfassen jeweils einen mit dem stehenden Bauteil verbundenen Lageraußenring 638, einen mit dem Trägerelement 640 verbundenen Lagerinnenring 639, sowie zwischen dem Lageraußenring 638 und dem Lagerinnenring 639 gehaltene Kugeln 649 als Wälzkörper. Eines der Wälzlager dient dabei als Pluspol, während das andere als Minuspol dient. Die vorliegende Ausführungsform hat den Vorteil besonders geringer Reibung. Außerdem gewährleisten die Wälzlager, neben ihrer Funktion der Stromübertragung vom stehenden Bauteil auf den Elektromagneten, gleichzeitig eine zuverlässige Zentrierung des Trägerelements 640 gegenüber dem stehenden Bauteil 637. Bei der vorliegenden Kupplungsanordnung 602 sind ebenfalls erste und zweite Dichtmittel 646, 647 vorgesehen, die ein Eindringen von Schmutz in den zwischen dem stehenden Bauteil und dem Magnetgehäuse gebildeten Spalt verhindern.
Alle der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen haben als Gemeinsamkeit, daß der Elektromagnet integraler Bestandteil der Kupplungsanordnung ist. Der Magnetfluß wird bei Betätigung der Magnetspule innerhalb der Kupplung erzeugt, so daß eine hohe Leistungsdichte bei kurzen Aktivierungszeiten erreicht wird. Dabei bildet sich das Magnetfeld torusförmig um die Magnetspule aus, das heißt der Magnetfluß verläuft vom inneren Steg des Magnetgehäuses, durch einen inneren Abschnitt des Lamellenpakets der Steuerkupplung zur Ankerplatte, und von dort zurück durch einen äußeren Abschnitt des Lamellenpakets, über den äußeren Steg des Magnetgehäuses zum Boden, wo der Kreis geschlossen wird. Das Magnetgehäuse und die Ankerplatte sind aus ferromagnetischem Material gestaltet, während der Kupplungskorb auch aus para-magnetischem Material, beispielsweise Aluminium, hergestellt sein kann.

2, 102, ...: Kupplungsanordnung
3, 103, ...: Hauptkupplung
4, 104, ...: Axialverstellvorrichtung
5, 105, ...: Steuerkupplung
6, 106, ...: Elektromagnet
7, 107, ...: erstes Kupplungsteil
8, 108, ...: zweites Kupplungsteil
9, 109, ...: Lagermittel
10, 110, ...: Lagermittel
12, 112, ...: Boden
13, 113, ...: Antriebszapfen
14, 114, ...: Dichtmittel
15, 115, ...: Dichtmittel
16, 116, ...: Außenlamellen
18, 118, ...: Innenlamellen
19, 119, ...: Stützring
20, 120, ...: Stellring
21, 121, ...: Magnetspule
22, 122, ...: Kugelrille
23, 123, ...: Kugelrille
24, 124, ...: Kugel
25, 125, ...: Druckplatte
26, 126, ...: Innenteil
27, 127, ...: Außenteil
28, 128, ...: Ankerplatte
29, 129, ...: Magnetgehäuse
30, 130, ...: Außengewinde
31, 131, ...: Innengewinde
32, 132, ...: Axiallager
33, 133, ...: äußerer Steg
34, 134, ...: innerer Steg
35, 135, ...: Boden
236, 336, ...: Übertragungsmittel
237, 437, ...: ortsfestes Bauteil
238, 438, ...: stehendes Element
239, 439, ...: drehendes Element
240, 340, ...: Trägerelement
241, 341, ...: Flanschabschnitt
242, 342, ...: Hülsenabschnitt
243, 343, ...: elektronische Steuereinheit
344: Lagermittel
345: Hülsenansatz
446, 646: erste Dichtmittel
447, 647: zweite Dichtmittel
448: Wandung
649: Kugel
A: Drehachse

Claims

Steuerbare Kupplungsanordnung, insbesondere für den Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine axial betätigbare Hauptkupplung (3, 103, ..., 603) mit einem ersten Kupplungsteil (7, 107, ..., 607) und einem zweiten Kupplungsteil (8, 108, ..., 608), die relativ zueinander um eine Drehachse (A) drehbar sind und zur Übertragung eines Drehmoments aneinander koppelbar sind; eine Axialverstellvorrichtung (4, 104, ..., 604), die eine Drehbewegung in eine Axialbewegung zum Betätigen der Hauptkupplung (3, 103, ..., 603) umsetzen kann; eine axial betätigbare Steuerkupplung (5, 105, ..., 605) zur Übertragung einer Drehbewegung auf die Axialverstellvorrichtung (4, 104, ..., 604); einen Elektromagneten (6, 106, ...), der ein Magnetgehäuse (29, 129, ..., 629), eine mit dem Magnetgehäuse (29, 129, ..., 629) fest verbundene Magnetspule (21, 121, ..., 621) und eine mit der Magnetspule (21, 121, ..., 621) zusammenwirkende Ankerplatte (28, 128, ..., 628) zum Beaufschlagen der Steuerkupplung (5, 105, ..., 605) aufweist; wobei das Magnetgehäuse (29, 129, ..., 629) zumindest mittelbar drehfest und axial fest mit einem Außenteil (27, 127, ..., 627) der Steuerkupplung (5, 105, ..., 605) verbunden ist und gemeinsam mit dieser um die Drehachse (A) umläuft, wobei das Magnetgehäuse (29, 129, ..., 629) relativ zum zweiten Kupplungsteil (8, 108, ..., 608) mittels Lagermitteln (10, 110, ..., 610) drehbar gelagert ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkupplung (5, 105, ..., 605) ein relativ zum Außenteil (27, 127, ..., 627) drehbares Innenteil (26, 126, ..., 626) aufweist, wobei das Außenteil (27, 127, ..., 627) und das Innenteil (26, 126, ..., 626) zur Übertragung eines Drehmoments aneinander koppelbar sind.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetgehäuse (29, 129, ..., 629) in Form eines Deckels gestaltet ist, der einen zwischen dem Außenteil (27, 127, ..., 627) und dem Innenteil (26, 126, ..., 626) gebildeten Ringraum schließt.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtmittel (15, 115, ..., 615) zwischen dem Magnetgehäuse (29, 129, ..., 629) und dem zweiten Kupplungsteil (8, 108, ..., 608) vorgesehen sind.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerplatte (28, 128, ..., 628) axial verschiebbar am Außenteil (27, 127, ..., 627) gelagert ist, wobei die Steuerkupplung (5, 105, ..., 105) axial zwischen der Ankerplatte (28, 128, ..., 628) und der Magnetspule (21, 121, ..., 621) angeordnet ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Übertragungsmittel (236, 336, ..., 636) zum Übertragen elektrischer Energie von einem ortsfesten Bauteil (237, 337, ..., 637) zum drehenden Elektromagneten (206, 306, ..., 606) vorgesehen sind, wobei die Übertragungsmittel (236, 336, ..., 636) mit dem ortsfesten Bauteil (237, 337, ..., 637) verbundene stehende Elemente (238, 338, ..., 638) und mit dem Magnetgehäuse (229, 329, ..., 629) verbundene drehende Elemente (239, 339, ..., 639) umfassen.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel (236, 336, ..., 636) Schleifringübertrager umfassen, die einen mit dem Magnetgehäuse (229, 329, ..., 629) verbundenen Rotor als drehendes Element und einen mit dem stehenden Bauteil (237, 337, ..., 637) verbundenen Stator als stehendes Element aufweisen.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmittel (636) zwei Lager umfassen, die jeweils einen mit dem ortfesten Gehäuse (637) verbindbaren ersten Lagerring (638) und einen mit dem Magnetgehäuse (629) verbundenen zweiten Lagerring (639) aufweisen.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (243, 343, ..., 643) zum Ansteuern der Übertragungsmittel (236, 336, ..., 636) an dem stehenden Bauteil (237, 337, ..., 637) angeordnet ist, die mit den Übertragungsmitteln (236, 336, ..., 636) elektrisch verbunden ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägerelement (240, 340, ..., 640) aus einem elektrisch nicht-leitenden Grundwerkstoff vorgesehen ist, das mit dem Magnetgehäuse (229, 329, ..., 629) verbunden ist und auf dem die drehenden Elemente (239, 339, ..., 639) der Übertragungsmittel (236, 336, ..., 636) angeordnet sind.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kupplungsteil (7, 107, ..., 607) der Hauptkupplung (3, 103, ..., 603) und das Außenteil (27, 127, ..., 127) der Steuerkupplung (5, 105, ..., 605) fest miteinander verbunden sind, insbesondere einteilig gestaltet sind.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungsteil (8, 108, ..., 608) der Hauptkupplung in Form einer Kupplungsnabe gestaltet sind.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverstellvorrichtung (4, 104, ..., 604) einen Stützring (19, 119, ..., 619) aufweist, der axial abgestützt ist, sowie einen Stellring (20, 120, ..., 620), der relativ zum Stützring (19, 119, ..., 619) axial beweglich ist, wobei der Stützring (19, 119, ..., 619) und der Stellring (20, 120, ..., 620) relativ zueinander verdrehbar sind.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverstellvorrichtung (4, 104, ..., 604) in Form einer Kugelrampenanordnung gestaltet ist, wobei der Stützring (19, 119, ..., 619) und der Stellring (20, 120, ..., 620) in einander zugewandten Stirnflächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen (22, 23) aufweisen, wobei in jeweils einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen (22, 23) eine Kugel (24) geführt ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkupplung (3, 103, ..., 603) in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet ist, wobei das erste Kupplungsteil (7, 107, ..., 607) einen Außenlamellenträger umfaßt, in dem Außenlamellen (16, 116, ..., 616) drehfest und axial beweglich gehalten sind, und wobei das zweite Kupplungsteil (8, 108, ..., 608) einen Innenlamellenträger umfaßt, auf dem Innenlamellen (18, 118, ..., 618) drehfest und axial beweglich gehalten sind.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkupplung (5, 105, ..., 605) in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet ist, die mit dem Innenteil (26, 126, ..., 626) drehfest verbundene Innenlamellen und mit dem Außenteil (27, 127, ..., 627) drehfest verbundene Außenlamellen umfaßt, die axial abwechselnd angeordnet sind.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kupplungsteil (8, 108, ..., 608) gegenüber dem ersten Kupplungsteil (7, 107, ..., 607) mittels erster und zweiter Lagermittel (9, 109, ..., 609; 10, 110, ..., 610) um die Drehachse A drehbar gelagert ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungsmittel (446, 447; 646, 647) zwischen dem ortsfesten Bauteil (437, 637) und dem Magnetgehäuse (429, 629), oder einem mit dem Magnetgehäuse (429, 629) verbundenen Bauteil, vorgesehen sind.