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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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Aus der
DE 690 03 292 T2 ist eine Baugruppe mit Viscokupplung für die Drehmomentübertragung in einem Kraftfahrzeug bekannt. Die Viscokupplungs-Baugruppe umfaßt, in Reihe geschaltet, einen ersten Steuerkurvenmechanismus, der axial auf eine Viscokupplung einwirkt, sowie einen zweiten Steuerkurvenmechanismus, der auf den Kupplungsmechanismus einwirkt. Die Viscokupplung ist differenzdrehzahlfühlend und überträgt bei anliegender Drehzahldifferenz zwischen erstem Kupplungsteil und zweitem Kupplungsteil ein Drehmoment mittels einer hochviskosen Flüssigkeit.
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Aus der
US 6 666 315 B2 ist eine Kugelrampen-Kupplungsanordnung bekannt, die eine Kupplung und einen Kugelrampenmechanismus umfaßt. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, die über eine Spule eine Aktivierungsscheibe anziehen kann. Die Aktivierungsscheibe ist drehfest mit einer Hülse verbunden, die ihrerseits mit einem Stellring drehfest verbunden ist. Der Stellring ist gegenüber der Eingangswelle drehbar gelagert.
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Aus der
US 6 581 741 B2 ist eine Kupplungsanordnung mit einer Reiblamellenkupplung sowie einer Axialverstellvorrichtung bekannt. Die Axialverstellvorrichtung umfaßt eine Druckplatte, die über einen Kolben beaufschlagt werden kann. Dabei wird hydraulisches Medium bei Auftreten einer Drehzahldifferenz zwischen der Welle und dem Träger gefördert, und zwar dadurch, daß das Sonnenrad, welches mit der Nabe verbunden ist, relativ zum Planetenrad verdreht wird. Zum erneuten Öffnen der Kupplung ist ein Magnetventil vorgesehen. Wenn die Hauptspule des Magnetventils erregt wird, wird ein Kanal geöffnet, so daß Hydraulikmedium aus der Druckkammer in das Reservoir zurückfließen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt 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, wobei die Axialverstellvorrichtung und die Steuerkupplung koaxial zur Drehachse angeordnet sind und die Steuerkupplung zur Axialverstellvorrichtung innenliegend angeordnet 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. Dadurch, daß die Axialverstellvorrichtung koaxial und außerhalb der Steuerkupplung angeordnet ist, ergibt sich eine axial kurzbauende Anordnung.
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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 Magnetfluß durch das innere Kupplungsteil 108. Konkret verläuft der Magnetfluß, 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.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 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