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Die
Erfindung betrifft eine steuerbare Kupplungsanordnung, insbesondere
für den Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Derartige steuerbare 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.
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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. 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.
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Aus
der
EP 0 409 610 A1 ist
ebenfalls eine Kupplungsanordnung mit einer Hauptkupplung und einer
elektromagnetisch ansteuerbaren Steuerkupplung bekannt. Koaxial
innerhalb der Steuerkupplung ist eine Nockenringeinrichtung vorgesehen, über
welche die Hauptkupplung axial betätigbar ist. Die Nockenringeinrichtung
umfaßt einen ersten Nockenring, der mit der Eingangswelle
drehfest verbunden ist, und einen zweiten Nockenring, der mit der
Nabe der Steuerkupplung drehfest verbunden ist. Durch Schließen
der Steuerkupplung wandert der zweite Nockenring in Richtung Hauptkupplung
und betätigt diese im Schließsinne.
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Kupplungsanordnungen
der genannten Art mit aktiv regelbarer Steuerkupplung haben ein
differenzdrehzahl- und temperaturabhängiges Grundschleppmoment,
das sich unter Umständen auf die Hauptkupplung übertragen
und zu ungewünschten Reibungsverlusten sowie zu einer verschlechterten Stellgenauigkeit
der Kupplungsanordnung führen kann.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine regelbare Kupplungsanordnung vorzuschlagen, in denen die auftretenden
Schleppmomente reduziert sind und die gleichzeitig einen kompakten
Aufbau hat.
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Die
Lösung liegt in einer regelbaren Kupplungsanordnung, insbesondere
für den Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs,
umfassend eine Hauptkupplung mit einem äußeren
Kupplungsteil und einem inneren Kupplungsteil, wobei das äußere
und das innere Kupplungsteil relativ zueinander um eine Drehachse
A drehbar und aneinander zur Übertragung eines Drehmoments
koppelbar sind; eine Axialverstellvorrichtung zum Beaufschlagen
der Hauptkupplung; eine Steuerkupplung zum Betätigen der Axialverstellvorrichtung,
wobei die Steuerkupplung ein Innenteil und ein hierzu koaxiales
Außenteil aufweist, die relativ zueinander drehbar und
aneinander zur Übertragung eines Drehmoments koppelbar
sind; wobei das innere Kupplungsteil der Hauptkupplung mit dem Innenteil
der Steuerkupplung drehfest verbunden ist.
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Die
erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil,
daß die Steuerkupplung in Bezug auf die Drehachse A auf
einem relativ kleinen Durchmesser liegt. Auf diese Weise sind die
Schleppmomente der Steuerkupplung, die proportional zur dritten
Potenz des mittleren Reibradius sind, deutlich reduziert. Mit den
Schleppmomenten der Steuerkupplung verringern sich auch die Schleppmomente
der Hauptkupplung, so insgesamt eine Reduktion der Reibungsverluste
und damit des Kraftstoffverbrauchs erreicht wird. Ein weiterer Vorteil
liegt darin, daß sich die ölbenetzten Flächen
in der Steuerkupplung verringern, was zu einer zusätzlichen
Reduktion des Schleppmoments führt. Ein besonders kompakter
Aufbau mit wenigen Teilen wird dadurch erreicht, daß das
innere Kupplungsteil der Hauptkupplung und das Innenteil der Steuerkupplung
fest miteinander verbunden sind, insbesondere einteilig gestaltet
sind.
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Vorzugsweise
ist die Axialverstellvorrichtung koaxial außerhalb der
Steuerkupplung angeordnet. Durch diese Ausgestaltung ergibt sich
eine axial kurzbauende Anordnung. Die Axialverstellvorrichtung ist
derart gestaltet, daß sie eine Drehbewegung in eine Axialbewegung
umsetzt. Hierfür hat die Axialverstellvorrichtung einen
Stützring, der axial abgestützt ist, sowie einen
Stellring, der relativ zum Stützring axial beweglich ist,
wobei der Stützring und der Stellring relativ zueinander
verdrehbar sind. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Außenteil
der Steuerkupplung mit einem der beiden Ringe der Axialverstellvorrichtung
drehfest verbunden, nämlich mit dem Stützring
oder dem Stellring, während der andere der beiden Ringe
mit dem äußeren Kupplungsteil der Hauptkupplung
drehfest verbunden ist. Vorzugsweise ist das Außenteil
der Steuerkupplung fest mit dem zugehörigen Ring der Axialverstellvorrichtung verbunden,
insbesondere einteilig mit diesem gestaltet. Hieraus ergibt sich
eine geringe Teilezahl, was sich günstig auf die Herstellung
und Montage auswirkt.
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In
bevorzugter Ausgestaltung 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 eine Kugel geführt ist. Bei Verdrehen des Stellrings
gegenüber dem Stützring wandern die Kugeln in
Bereiche geringerer Rillentiefe, so daß der Stellring axial
in Richtung Hauptkupplung wandert und die Druckplatte im Schließsinne
beaufschlagt. Die Kugelrampenanordnung bietet den Vorteil einer
präzisen Ansteuerbarkeit und einer hohen Kraftübertragungsfähigkeit
bei geringem axialen Bauraum. Anstelle der Kugelrampenanordnung kann
die Axialverstellvorrichtung auch als Nocken- oder Rampenanordnung,
ohne Verwendung von Kugeln, gestaltet sein.
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Nach
einer ersten Ausführungsform ist der Stützring
mit der Steuerkupplung drehfest verbunden und gegenüber
dem äußeren Kupplungsteil zumindest mittelbar
axial abgestützt, während der Stellring mit dem äußeren
Kupplungsteil drehfest verbunden und gegenüber diesem axial
beweglich gehalten ist. Der Stützring ist vorzugsweise
mittels eine Axiallagers gegenüber dem äußeren
Kupplungsteil oder einem hiermit fest verbundenen Bauteil axial
abgestützt und gegenüber diesem drehbar gelagert.
Der Stellring hat ein seiner der Hauptkupplung zugewandten Seite
eine Druckfläche zum Beaufschlagen der Hauptkupplung. Dadurch
daß die Axialverstellvorrichtung erfindungsgemäß auf
einem größeren Radius liegt, ist auch der Stellring
auf einem verhältnismäßig großen
Radius, und zwar insbesondere mit radialer Überdeckung
zu den Reibflächen der Hauptkupplung. Auf diese Weise wird
eine direkte axiale Krafteinleitung vom Stellring auf die Hauptkupplung erreicht,
wobei Kippmomente am Stellring gering gehalten werden.
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Nach
einer zweiten Ausführungsform ist der Stellring mit der
Steuerkupplung drehfest verbunden und gegenüber dem äußeren
Kupplungsteil axial beweglich und gegenüber diesem drehbar
gehalten, während der Stützring mit dem äußeren
Kupplungsteil drehfest verbunden und gegenüber diesem axial abgestützt
ist. Ein Axiallager zum Lagern des Stützrings ist bei dieser
Ausführungsform nicht notwendig ist. Der Stellring fungiert
auch bei dieser Ausführungsform als Druckplatte, wobei
nach einer besonders günstigen Ausgestaltung vorgesehen
ist, daß der Stellring gleichzeitig die erste Außenlamelle
der Hauptkupplung bildet. Somit läuft der Stellring bzw. die
erste Außenlamelle direkt gegen die erste Innenlamelle
an. Beim Aktuieren wird der Stellring mit einer der Aktuierungskraft
proportionalen Reibkraft von der Innenlamelle in Aktuierungsrichtung
mitgedreht. Dieses Drehmoment unterstützt die Steuerkupplung,
so daß mit gleichem Betätigungsmoment an der Pilotkupplung
ein deutlich höheres Kupplungsmoment erreicht werden kann.
Dieser Selbstverstärkungseffekt führt in vorteilhafter
Weise zu einer verringerten Aktuierungsenergie.
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Vorzugsweise
ist die Hauptkupplung in Form einer Lamellenkupplung gestaltet,
wobei das äußere Kupplungsteil einen Außenlamellenträger
umfaßt, in dem Außenlamellen drehfest und axial
beweglich gehalten sind, und wobei das innere Kupplungsteil einen
Innenlamellenträger umfaßt, auf dem Innenlamellen
drehfest und axial beweglich gehalten sind. Zum Beaufschlagen des
Lamellenpakets, das aus den Außenlamellen und den hierzu
axial abwechselnd angeordneten Innenlamellen besteht, ist eine Druckplatte
vorgesehen, die vorzugsweise durch den Stellring gebildet wird,
aber auch separat ausgebildet sein könnte. Grundsätzlich
kann die Hauptkupplung auch in anderer Form als als Lamellenkupplung
gestaltet sein, ohne von der erfindungsgemäßen
Lehre abzuweichen.
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Die
Steuerkupplung ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung in Form
einer Reiblamellenkupplung gestaltet, die mit dem Innenteil drehfest
verbundene Innenlamellen und mit dem Außenteil drehfest verbundene
Außenlamellen umfaßt. Die Außenlamellen
und die Innenlamellen sind axial abwechselnd zueinander angeordnet
und mit dem zugehörigen Lamellenträger, das heißt
dem Außenteil bzw. dem Innenteil der Steuerkupplung, drehfest
aber axial beweglich verbunden. An der Steuerkupplung wird ein besonders
niedriges Schleppmoment erreicht, wenn der mittlere Reibradius der
Steuerkupplung kleiner ist als der mittlere Reibradius der Hauptkupplung.
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Zur
Betätigung der Steuerkupplung ist vorzugsweise eine Magnetspule
vorgesehen, die insbesondere axial benachbart und koaxial zur Steuerkupplung
angeordnet ist. Es ist weiter eine Ankerplatte vorgesehen, die mit
dem inneren Kupplungsteil der Hauptkupplung drehfest verbunden ist
und die mit der Magnetspule zusammenwirkt. Das Lamellenpaket der
Steuerkupplung ist axial zwischen der Ankerplatte und der Magnetspule
angeordnet. Bei Betätigung der Magnetspule wird die Ankerplatte
von dieser angezogen und beaufschlagt das Lamellenpaket, wobei Reibschluß zwischen
den Lamellen entsteht, so daß ein Drehmoment von dem Innenteil
der Steuerkupplung bzw. der Hauptkupplung auf das Außenteil
der Steuerkupplung bzw. den damit verbundenen Ring der Axialverstellvorrichtung übertragen
wird.
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Auch
in Bezug auf die Magnetspule wirkt sich die Erfindung günstig
aus. Denn Aufgrund der Anordnung der Steuerkupplung radial innen,
kann auch eine Magnetspule mit kleinerem Durchmesser verwendet werden,
was sich günstig auf die Abmaße und das Gewicht
auswirkt. Ein besonders kompakter Aufbau wird erreicht, wenn die
Ankerplatte koaxial innerhalb des Stellrings, der das Lamellenpaket
der Hauptkupplung beaufschlagt, angeordnet ist. Auf diese Weise
bilden Axialverstellvorrichtung und Steuerkupplung zwei koaxial
ineinanderliegende Einheiten, die eine axial kompakte Baugruppe
bilden. Die Magnetspule liegt dabei auf etwa gleichem Durchmesser, wie
die Ankerplatte, wobei axial zwischen Magnetspule und Ankerplatte
die Steuerkupplung angeordnet ist.
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Die
Hauptkupplung weist ein Deckelteil auf, das mit dem äußeren
Kupplungsteil fest verbunden ist, insbesondere in diesem drehfest
und axial fest gehalten ist.
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Nach
einer ersten Lösung ist die Magnetspule in dem Deckelteil
aufgenommen, das im Halblängsschnitt betrachtet vorzugsweise
ein U-förmiges Profil aufweist. Das Deckelteil dreht gemeinsam
mit dem Außenteil der Hauptkupplung, während die
Magnetspule an einem stehenden Bauteil, beispielsweise einem Getriebegehäuse,
befestigt ist. Das Deckelteil ist radial innen auf dem inneren Kupplungsteil drehbar
gelagert und gegenüber diesem abgedichtet.
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Nach
einer zweiten Lösung ist die Magnetspule nicht im Deckelteil
aufgenommen, sondern an einem ortsfesten Bauteil, beispielsweise
einem Hülsenansatz eines Gehäuses, gegenüber
dem das äußere Kupplungsteil der Hauptkupplung
drehbar gelagert ist. Die Magnetspule ist axial benachbart zum Deckelteil
angeordnet, das wiederum in dem äußeren Kupplungsteil
drehfest einsitzt. Nach einer ersten Variante weist das Deckelteil
außen einen ferromagnetischen Ring und innen einen paramagnetischen Ring
auf, die fest miteinander verbunden sind. Der paramagnetische Ring
wirkt magnetisch isolierend, so daß sich ein torusförmiges
Magnetfeld ausbildet, daß innen durch das Innenteil der
Steuerkupplung verläuft. Zwischen dem paramagnetischen
Ring und dem inneren Kupplungsteil können Dichtmittel vorgesehen
sein, welche die Steuerkupplung nach außen hin abdichten.
Nach einer zweiten Variante ist zwischen der inneren Umfangsfläche
des Deckelteils und dem Innenteil der Steuerkupplung, bzw. dem inneren
Kupplungsteil, ein ringförmiger Durchbruch gebildet, in
dem vorzugsweise Dichtmittel angeordnet sind. Die Dichtmittel haben
zweierlei Funktion; zum einen dichten die die Kupplung nach außen
hin ab und zum anderen wirken sie magnetisch isolierend, so daß ein
torusförmiges Magnetfeld um die Steuerkupplung erzeugt
wird. Die Magnetspule ist koaxial zur Steuerkupplung angeordnet,
wobei der Magnetfluß innen durch das Innenteil der Steuerkupplung verläuft.
Radial außen verläuft der Magnetfluß von der
Ankerplatte durch das Deckelteil zurück zur Magnetspule.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß das äußere
Kupplungsteil der Hauptkupplung vom Magnetfluß unberührt
bleibt, so daß es aus einem nichtferromagnetischen Material
hergestellt werden kann. Besonders günstig ist die Herstellung
des äußeren Kupplungsteils aus Aluminium, da hiermit
Kosten und Gewicht der Kupplung gesenkt werden können.
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Nach
einer dritten Lösung ist gar kein Deckelteil vorgesehen,
sondern die Magnetspule ist unmittelbar axial benachbart zur Steuerkupplung
angeordnet. Hiermit wird ein direkter Magnetfluß von der Magnetspule
in die Steuerkupplung gewährleistet. Diese Lösung
eignet sich besonders zum Einsatz in einem ölgefüllten
Getriebegehäuse; die Kupplungsanordnung ist somit mit dem
Innenraum des Getriebes verbunden, so daß eine gemeinsame Ölfüllung
zum Kühlen und Schmieren verwendet werden kann.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand
der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt
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1 eine
erfindungsgemäße regelbare Kupplungsanordnung
in einer ersten Ausführungsform im Längshalbschnitt;
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2 eine erfindungsgemäße
regelbare Kupplungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform
- a) im Längshalbschnitt,
- b) im Längshalbschnitt mit eingezeichnetem Magnetfluß;
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3 eine
erfindungsgemäße regelbare Kupplungsanordnung
in einer dritten Ausführungsform im Längshalbschnitt;
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4 eine
erfindungsgemäße regelbare Kupplungsanordnung
in einer vierten Ausführungsform im Längsschnitt.
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Die 1 bis 4 werden
hinsichtlich ihrer Gemeinsamkeiten zunächst gemeinsam beschrieben.
Es ist eine aktiv regelbare Kupplungsanordnung 2 erkennbar,
die eine Hauptkupplung 3, eine Axialverstellvorrichtung 4 zum
Betätigen der Hauptkupplung 3, eine Steuerkupplung 5 zum
Betätigen der Axialverstellvorrichtung 4 sowie
eine extern ansteuerbare Magnetspule 6 zum Betätigen
der Steuerkupplung 5 aufweist. Die Hauptkupplung 3 ist
in Form einer Reiblamellenkupplung gestaltet und umfaßt
ein äußeres Kupplungsteil 7 und ein inneres
Kupplungsteil 8, die relativ zueinander um die Drehachse
A drehbar sind. Das äußere Kupplungsteil 7,
das insbesondere als Eingangsteil zum Einleiten eines Drehmoments
in die Kupplungsanordnung 2 dient, ist mittels eines abgedichteten
Wälzlagers 9 gegenüber einem ortsfesten
Gehäuse 10 um die Drehachse A drehbar gelagert.
Das äußere Kupplungsteil 7 ist topfförmig
gestaltet und weist einen Boden 12 mit einem daran angeformten
Antriebszapfen 13 auf. Zur Drehmomenteinleitung in den
Antriebszapfen 13 ist ein hier nicht näher dargestellter
Anschlußflansch 14 vorgesehen, wobei zwischen
dem Anschlußflansch und dem Gehäuse 10 ein
Wellendichtring 15 angeordnet ist.
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Es
ist ersichtlich, daß das äußere Kupplungsteil 7 einen
Außenlamellenträger umfaßt, mit dem Außenlamellen 16 drehfest
und axial verschieblich verbunden sind. Das innere Kupplungsteil 8 umfaßt
einen Innenlamellenträger, der mittels eines Wälzlagers 17 gegenüber
dem äußeren 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.
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Die
Axialverstellvorrichtung 4 ist in Form einer Kugelrampenanordnung
gestaltet und umfaßt einen Stützring 19,
der mittelbar gegenüber dem äußeren 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 Umfangsbereiche geringerer
Rillentiefe, so daß der Stellring 20 axial in
Richtung Hauptkupplung 3 wandert und diese im Schließsinn
beaufschlagt. Dabei hat der Stellring 20 an seiner Rückseite
eine Druckfläche 25, mit der das Lamellenpaket
der Hauptkupplung 3 mit einer Axialkraft beaufschlagt wird.
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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 Innenteil der Steuerkupplung 5 und das
innere Kupplungsteil 8 der Hauptkupplung 3 fest
miteinander verbunden sind und insbesondere einteilig gestaltet
sind. Das Außenteil 27 der Steuerkupplung 5 ist
gegenüber dem Innenteil 26 der Steuerkupplung 5 und
gegenüber dem äußeren Kupplungsteil 7 der Hauptkupplung 3 frei
drehbar gehalten.
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Die
Betätigung der Steuerkupplung 5 erfolgt mittels
des Elektromagneten 6, der mit einer Ankerplatte 28 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. Die Magnetspule 6 ist
in einem Halteteil 29 befestigt, das als stehendes Bauteil
beispielsweise mit einem Getriebegehäuse verbunden ist.
Das äußere Kupplungsteil 7 ist über
das Halteteil 29 gegenüber dem ortsfesten Bauteil
mittels eines Wälzlagers 30 oder anderer Lagermittel
um die Drehachse A drehbar gelagert.
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Die
Funktionsweise der Kupplungsanordnung 2 ist folgendermaßen.
Durch Betätigen der Magnetspule 6 wird ein magnetisches
Feld erzeugt, das die Ankerplatte 28 in Richtung der Steuerkupplung 5 zieht.
Dabei wird das Lamellenpaket der Steuerkupplung 5 beaufschlagt
und es erfolgt eine Angleichung der Drehbewegung des mit dem Außenteil 27 der Steuerkupplung 5 verbundenen
Rings mit dem Innenteil 26 der Steuerkupplung 5.
Hierdurch erfolgt eine relative Verdrehung der beiden Ringe 19, 20 der Axialverstellvorrichtung 4 zueinander,
so daß der Stellring 20 in Richtung Hauptkupplung 3 axial
beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird die Hauptkupplung 3 geschlossen,
so daß das innere Kupplungsteil 8, das auch als
Kupplungsnabe bezeichnet werden kann, an das äußere
Kupplungsteil 7 antriebsmäßig angekoppelt
wird.
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Im
folgenden werden die Besonderheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele
erläutert.
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Bei
der Ausführungsform gemäß 1 ist das
Außenteil 27 der Steuerkupplung 5 fest
mit dem Stützring 19 der Axialverstellvorrichtung 4 verbunden und
insbesondere einteilig mit diesem gestaltet. Der Stützring 19 ist
dabei mittels eines Axiallagers 32 drehbar gelagert und
axial gegen ein Deckelteil 33 abgestützt. Der
Stellring 20 der Axialverstellvorrichtung 4 ist
drehfest und axial beweglich mit dem äußeren Kupplungsteil 7 verbunden.
Das Deckelteil 33, das im Halblängsschnitt betrachtet
U-förmig gestaltet ist, ist in das äußere
Kupplungsteil 7 eingesetzt und schließt den zwischen
dem äußeren Kupplungsteil 7 und dem inneren
Kupplungsteil 8 gebildeten Ringraum nach außen
hin ab. In dem zwischen den umlaufenden Stegen des Deckelteils 33 gebildeten
Ringraum ist das Halteteil 29 samt Magnetspule 3 aufgenommen,
wobei zwischen dem Halteteil 29 bzw. der Magnetspule 6 einerseits
und dem Deckelteil 33 Ringspalte vorgesehen sind, damit
sich das Deckelteil 33 reibungsfrei gegenüber
dem Halteteil 29 um die Drehachse A drehen kann. Das Deckelteil 33 umfaßt
einen ferromagnetsichen äußeren Steg, einen Boden 31 und
einen ferromagnetischen inneren Steg 34. Im Bereich des
Bodens 31 ist ein paramagnetischer Ring 21 vorgesehen,
der mit dem Boden bzw. dem inneren Steg beispielsweise mittels Schweißen
fest verbunden ist. Der paramagnetische Ring 21 bewirkt
eine torusförmige Ausbildung des Magnetfelds, das sich
durch das Lamellenpaket der Steuerkupplung 5 bis zur ferromagnetischen
Ankerplatte 28 erstreckt.
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An
dem inneren Steg 34 des Deckelteils 33 befindet
sich ein Lageransatz, auf dem das Wälzlager 30 zur
drehbaren Lagerung der Kupplung gegenüber dem Halteteil 29 vorgesehen
ist. Das Halteteil 29 ist mit einem hier nicht dargestellten
Gehäuse verbunden und relativ zu diesem mittels eines Stiftes 35 gegen
Verdrehung gesichert. Der innere Steg 34 des Deckelteils 33 ist
mittels eines Dichtrings 36 gegenüber dem inneren
Kupplungsteil 8 abgedichtet. Das innere Kupplungsteil 8 bzw.
das Innenteil 26 der Steuerkupplung 5 ist gegenüber
dem Deckelteil 33 mittels eines Radiallagers 37,
das vorliegend in Form eines Nadellagers gestaltet ist, um die Drehachse
A drehbar gelagert. Bei der vorliegenden Ausführungsform verläuft
der Magnetfluß torusförmig um die Magnetspule 6,
und zwar im Längshalbschnitt betrachtet, durch den inneren
Steg 34 des Deckelteils 33, den inneren Teil des
Lamellenpakets der Steuerkupplung 5 zur Ankerplatte 28 und
von dort zurück durch den äußeren Teil
des Lamellenpakets zum Deckelteil 33, wo der Kreis zwischen
dem äußeren Steg und dem inneren Steg 34 über
den Haltering 29 wieder geschlossen wird. Das Deckelteil 33 und
die Ankerplatte 28 sind aus einem ferromagnetischen Werkstoff
hergestellt.
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Die
Ausführungsform gemäß 2 entspricht
weitestgehend derjenigen gemäß 1,
so daß auf obige Beschreibung Bezug genommen werden kann,
wobei einander entsprechende Bauteile mit um 100 hochgesetzten Bezugsziffern
versehen sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist
das Deckelteil 133 etwa ringförmig gestaltet und
sitzt axial zwischen der Magnetspule 106 und der Pilotkupplung 105 bzw.
der Axialverstellvorrichtung 104. Die Magnetspule 106 ist
in dem Halteteil 129 aufgenommen, das wiederum in einem
hülsenförmigen Ansatz 140 befestigt ist,
der seinerseits mit einem hier nur teilweise dargestellten Getriebegehäuse 143 fest verbunden
ist. Das Halteteil 129 ist etwa topfförmig gestaltet
und hat einen Mantelabschnitt sowie einen Boden, der sich etwa bis
zum inneren Kupplungsteil 8 erstreckt. Das Deckelteil 133 sitzt
axial fest in dem äußeren Kupplungsteil 7 ein
und ist gegenüber diesem mittels eines Axialsicherungsrings 138 axial
abgestützt. An seinem freien Ende ist das äußere
Kupplungsteil 7 mittels eines abgedichteten Wälzlagers 130 auf
dem Hülsenansatz 140 um die Drehachse A drehbar
gelagert. Dabei sitzt das Wälzlager 130 auf einer
Außenfläche des Hülsenansatzes 140 und
einer Innenfläche des äußeren Kupplungsteils 107. Axialsicherungsringe 139 dienen
zur axialen Festlegung des Wälzlagers 130.
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Das
Deckelteil 133 trägt radial innen einen paramagnetischen
Ring 142, in dem wiederum eine Drehdichtung 136 aufgenommen
ist, die mit der Außenfläche des inneren Kupplungsteils 8 in
dichtendem Kontakt ist. Auf diese Weise bilden das Deckelteil 133,
der paramagnetische Ring 142 und die Drehdichtung 136 einen
Verschluß für den zwischen dem äußeren
Kupplungsteil 7 und dem inneren Kupplungsteil 8 gebildeten
Ringraum der Kupplungsanordnung 2. Der paramagnetische
Ring 142 hat eine magnetisch isolierende Wirkung und dient
dazu, daß sich das Magnetfeld torusförmig um die
Magnetspule 6 ausbildet. Die umgebenden Bauteile, nämlich das
Halteelement 129, das innere Kupplungsteil 108, die
Ankerplatte 128 und das Deckelteil 133 sind aus ferromagnetischem
Werkstoff. Dadurch, daß die Magnetspule 106 auf
einem kleineren Durchmesser liegt, das heißt mit Radialspiel
unmittelbar auf dem inneren Kupplungsteil 108 angeordnet
ist, fließt der Magneffluß durch das innere Kupplungsteil 108.
Konkret verläuft der Magneffluß, im Halblängsschnitt
betrachtet, ausgehend von der Magnetspule 106 durch das
innere Kupplungsteil 108 zur Ankerplatte 128, wobei
der Kreis durch den radial äußeren Teil des Lamellenpakets
der Steuerkupplung 105, das Deckelteil 133 und
das Halteelement 129 geschlossen wird. Dies hat zweierlei
Vorteil, nämlich erstens daß das Lamellenpaket
der Steuerkupplung 5 nur einmal vom Magnetfeld durchströmt
wird, und zweitens, daß das äußere Kupplungsteil 7 nicht
vom Magnetfluß durchströmt wird. Beides führt
zu einer weiteren Reduzierung der Schleppmomente in der Steuerkupplung 5.
Der Magnetfluß ist in 2a mittels
Pfeilen dargestellt.
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3 zeigt
eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer
weiteren Ausführungsform, die derjenigen nach 2 weitestgehend entspricht. Insofern kann
auf die obige Beschreibung Bezug genommen werden, wobei einander
entsprechende Bauteile mit nochmals um 100 erhöhten Bezugsziffern
versehen sind. Im folgenden wird auf die Besonderheit in der vorliegenden
Ausführungsform eingegangen. Es ist ersichtlich, daß nicht
die Stützscheibe mit der Steuerkupplung 205 verbunden
ist, sondern daß die Stellscheibe 220 mit dem
Außenteil 227 der Pilotkupplung 205 fest
verbunden ist und insbesondere einteilig mit dieser hergestellt
ist. Der Stellring 220 ist im Halblängsschnitt
betrachtet etwa L-förmig gestaltet und hat einen hülsenförmigen
Ansatz, der das Außenteil 227 der Steuerkupplung 5 bildet,
sowie ein Ringteil zum Beaufschlagen des Lamellenpakets der Hauptkupplung 203.
Es ist ersichtlich, daß der Stellring 220 an seiner
Rückseite eine Druckfläche 225 aufweist,
welche die erste Außenlamelle der Hauptkupplung 200 bildet,
wobei die Druckfläche 225 direkt gegen die erste
Innenlamelle anläuft.
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Beim
Betätigen der Magnetspule 206 wird der Stellring 220 mit
einer zur Aktuierungskraft proportionalen Reibkraft von der Innenlamelle
mitgedreht. Dieses Drehmoment unterstützt die Steuerkupplung 203,
so daß insgesamt ein höheres Betätigungsmoment
erreicht werden kann. An seiner inneren Umfangsfläche hat
der Stellring 220 ein Profil, in das die Außenlamellen
der Steuerkupplung 205 zur Drehmomentübertragung
formschlüssig eingreifen. Der Stützring 219 der
Axialverstellvorrichtung 204 ist unmittelbar gegen das
Deckelteil 233 axial abgestützt. Ein Axiallager
ist bei dieser Ausführungsform demnach nicht erforderlich.
Zur Verdrehsicherung greift der Stützring 219 in
das Profil des äußeren Kupplungsteils 207 ein.
Die Ausgestaltung der Magnetspule 6 und die Lagerung der
Kupplungsanordnung 202 gegenüber dem Hülsenansatz
sind aufgebaut wie bei der Ausführungsform nach 2, so daß diesbezüglich
auf obige Beschreibung Bezug genommen wird.
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Die 4 zeigt
eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 302 in
einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht im wesentlichen
derjenigen aus 2, so daß auf
die entsprechende Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind einander
entsprechende Bauteile nochmals um mit 100 erhöhten Bezugsziffern
versehen. Im folgenden wird auf die Besonderheiten eingegangen.
Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Kupplungsanordnung 302 offen ausgebildet ist, d. h. daß kein
separates Deckelteil vorgesehen ist. Die Kupplungsanordnung 302 ist
im Einbauzustand als vorgelagerte Baueinheit an einem Achsdifferential
gezeigt, von dem hier das Gehäuse 343 erkennbar
ist. Vorliegend sind auch der Antriebsflansch 314, der
drehfest mit dem Eingangsteil 313 verbunden ist, sowie
das Gehäuse 310 ersichtlich. Das Kupplungsgehäuse 310 ist über
eine Flanschverbindung 345 mit dem Getriebegehäuse 343 verbunden. Insofern
befindet sich die Kupplungsanordnung 302 innerhalb des
Getriebegehäuses 343, wobei eine gemeinsame Ölfüllung
zum Kühlen und Schmieren sowohl der Kupplungsbauteile als
auch der Getriebebauteile dient. Das Getriebegehäuse 343 wird über Anschlußmittel 344 an
die Fahrzeugkarosserie angeschlossen.
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Es
ist ferner der Getriebeeingangszapfen 346 erkennbar, der
drehfest in das innere Kupplungsteil 308, 326 eingesteckt
ist. Das Halteteil 329, in dem die Magnetspule 306 aufgenommen
ist, hat, im Halblängsschnitt betrachtet, ein U-förmiges
Profil und ist in dem Getriebegehäuse 343 befestigt.
Das äußere Kupplungsteil 307 ist mit
seinem freien Ende mittels des Wälzlagers 330 auf
der Außenfläche des Halteteils 329 drehbar
gelagert. Unmittelbar axial benachbart zur Magnetspule 306 befindet
sich die Steuerkupplung 305, deren Innenlamellen mit dem
inneren Kupplungsteil 308, 326 und deren äußeren
Lamellen mit dem Stützring 319 der Axialverstellvorrichtung 304 verbunden
sind. Der Stützring 319 ist mittels des Axiallagers 332 gegenüber
einer Stützplatte 333 axial abgestützt,
die wiederum im äußeren Kupplungsteil 307 befestigt
ist. Es ist ferner eine Leitung 347 zum Ansteuern der Magnetspule 306 dargestellt.
-
Die
vorliegende Ausführungsform hat den Vorteil, daß der
axiale Bauraum nochmals reduziert werden kann, da die Magnetspule 306 unmittelbar axial
benachbart zur Steuerkupplung 305 ohne Zwischenschaltung
weiterer Bauteile angeordnet werden kann. Ferner befindet sich die
Magnetspule 306, wie auch bei den Ausführungsformen
gemäß den 2 und 3,
etwa auf einem mittleren Durchmesser mit dem Lamellenpaket der Steuerkupplung 305.
Damit liegen sowohl die Steuerkupplung 305 als auch die
Magnetspule 306 insgesamt auf einem kleinen Durchmesser,
so daß Schleppmomente reduziert und Gewicht eingespart
werden kann. Alle der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind
dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil der Steuerkupplung
und das innere Kupplungsteil der Hauptkupplung fest miteinander
verbunden sind. Dabei ist der mittlere Reibradius R2 der Steuerkupplung vorzugsweise
kleiner als der mittlere Reibradius R1 der Hauptkupplung. Dies hat
den Vorteil, daß die jeweilige Steuerkupplung in Bezug
auf die Drehachse A auf einem relativ kleinen Durchmesser liegt.
Auf diese Weise sind die Schleppmomente der Steuerkupplung und damit
auch die Schleppmomente der Hauptkupplung reduziert, so daß die
Verlustleistung der Kupplungsanordnung insgesamt herabgesetzt ist.
Außerdem wird durch den erfindungsgemäßen Aufbau
eine kompakte Anordnung bereitgestellt, was sich günstig
auf das Gewicht und die Kosten auswirkt.
-
- 2
- Kupplungsanordnung
- 3
- Hauptkupplung
- 4
- Axialverstellvorrichtung
- 5
- Steuerkupplung
- 6
- Magnetspule
- 7
- äußeres
Kupplungsteil
- 8
- inneres
Kupplungsteil
- 9
- Lager
- 10
- Kupplungsgehäuse
- 12
- Boden
- 13
- Antriebszapfen
- 14
- Eingangsflansch
- 15
- Dichtring
- 16
- Außenlamellen
- 17
- Wälzlager
- 18
- Innenlamellen
- 19
- Stützring
- 20
- Stellring
- 21
- paramagnetischer
Ring
- 22
- Kugelrille
- 23
- Kugelrille
- 24
- Kugel
- 25
- Druckfläche
- 26
- Innenteil
- 27
- Außenteil
- 28
- Ankerplatte
- 29
- Halteteil
- 30
- Wälzlager
- 31
- Boden
- 32
- Axiallager
- 33
- Deckelteil
- 34
- innerer
Steg
- 35
- Verdrehsicherungsmittel
- 36
- Dichtring
- 37
- Radiallager
- 38
- Sicherungsring
- 39
- Sicherungsring
- 40
- Ansatz
- 42
- para-magnetischer
Ring
- 43
- Gehäuse
- 44
- Anschlußmittel
- 45
- Flanschverbindung
- 46
- Zapfen
- 47
- Leitung
- A
- Drehachse
- R
- Radius
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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