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Die
Erfindung betrifft eine Klauenkupplung mit in axialer Richtung,
d. h. in der Richtung der Kuppelbewegung geneigten Flanken gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Klauenkupplungen
sind in sehr unterschiedlichen Bauformen bekannt, beispielsweise
mit an den Kupplungselementen stirnseitig oder peripher angeordneten
Klauen. Sie erlauben aufgrund ihrer formschlüssigen Verbindung
die Übertragung großer Drehmomente, wobei insbesondere
geradverzahnte Klauenkupplungen hohe Lasten unter Aufbietung geringer
Stell- und Haltekräfte übertragen können.
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Es
ist auch allgemeiner Stand der Technik, die zusammenwirkenden Flanken
der Klauen in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Kuppelbewegung geneigt
auszubilden, um bestimmte technische Effekte zu erzielen, mit der
Folge, dass bei der Übertragung eines Drehmomentes zugleich
axiale Kräfte erzeugt wenden, die das verstellbare Kupplungselement
beispielsweise in Ausrückrichtung und das andere Kupplungselement
in der Gegenrichtung belastenden, wobei diese axialen Kräfte
in geeigneter Weise von Bauteilen der die Kupplung umgebenden Struktur
aufgenommen werden müssen.
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So
zeigt die
DE 10
2004 020 863 A1 insbesondere in deren
3 und
5 eine Klauenkupplung mit einem ersten,
axial verstellbaren Kupplungselement (Primärteil
11)
und einem damit zusammenwirkenden zweiten Kupplungselement (Zwischenteil
14),
deren Klauen geneigte Flanken derart aufweisen, dass bei einer Übertragung
eines Drehmomentes die Kupplungselemente in Ausrückrichtung
belastet werden. Dabei wird der Stellantrieb (Schaltmuffe
30)
durch das erste Kupplungselement axial belastet, und er muss in
geeigneter Weise durch die Umgebungsstruktur, beispielsweise das
Kupplungsgehäuse, abgestützt werden. Die Belastung
des zweiten Kupplungselementes wird auf eine Welle übertragen und
letztlich ebenfalls über Axiallager von der Umgebungsstruktur
aufgenommen. Auf diese Weise durchlaufen die von den Klauen erzeugten
Spreizkräfte lange Wege durch die Gesamtstruktur und verursachen
an den jeweiligen Übertragungspunkten von einem Strukturelement
auf das nächste sowohl Energieverluste als auch Verschleiß,
was gegebenenfalls durch eine entsprechend stärkere bzw.
größere Dimensionierung der beteiligten Bauelemente
unvorteilhaft ausgeglichen werden muss.
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Aus
der
DE 1 140 032 B ist
bereits eine Klauenkupplung für en Zahnräderwechselgetriebe
mit am Innenumfang einer Schaltmuffe und am Außenumfang
einer Zahnradnabe angeordneten Klauen bekannt, bei der die bei eingerückter
Kupplung in Einrückrichtung erzeugten Axialkräfte
durch eine zweite Klauenpaarung mit entgegengesetzt geneigten Klauenflanken
aufgehoben und infolge dessen nicht über längere
Wege in die Kupplungsstruktur geleitet werden. Eine derartige Anordnung
ist jedoch dann nicht brauchbar, wenn unter dem Aspekt erhöhter
Funktionssicherheit beispielsweise bei Versagen des Stellantriebes
ein selbstständiges Ausrücken der Kupplung unter
Last gewährleistet werden soll. Dies gilt beispielsweise
bei hydraulischen Stellantrieben für den Fall eines unbeabsichtigten
Hydraulikdruckverlustes.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Klauenkupplung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art,
d. h. mit einem bei der Übertragung eines Drehmomentes
in Ausrückrichtung belasteten verstellbaren Kupplungselement
zu schaffen, bei der die bei Übertragung eines Drehmomentes
entstehenden axialen Spreizkräfte innerhalb der eigentlichen
Kupplung aufgenommen werden, so dass diese nicht in die die Kupplung
umgebende Struktur, beispielsweise das Kupplungsgehäuse
geleitet werden müssen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des
Hauptanspruches, während vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar
sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es möglich
sein sollte, die zueinander entgegengesetzt gerichteten Spreizkräfte über
ein beiden Kupplungselementen gemeinsames Bauteil innerhalb der
eigentlichen Kupplung aufzunehmen.
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Demnach
geht die Erfindung aus von einer Klauenkupplung zur Drehkopplung
zweier drehbar gelagerter Bauteile mit zwei zueinander koaxialen, jeweils
mit Klauen besetzten Kupplungselementen, die durch axiale Verstellung
eines ersten der Kupplungselemente gegenüber dem axial
festen zweiten Kupplungselement in und außer Kupplungseingriff bringbar
sind, wobei die jeweils zusammenwirkenden Flanken der Klauen in
axialer Richtung so geneigt sind, dass bei Übertragung
eines Antriebsmomentes axiale, die Kupplungselemente auseinanderspreizende
Kräfte erzeugt werden, und umfassend einen mit dem verstellbaren
Kupplungselement antriebsverbundenen Stellantrieb.
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Zur
Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass
der Stellantrieb einerseits und das axial feste zweite Kupplungselement
andererseits sich jeweils gegenüber einem beiden Kupplungselementen
gemeinsamen Bauteil in entgegengesetzten Richtungen axial abstützen.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung werden die das
erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement auseinanderspreizenden Kräfte über
den das erste Kupplungselement haltenden Stellantrieb einerseits
bzw. die das zweite Kupplungselement axial fixierenden Mittel andererseits
in das beiden Kupplungselementen gemeinsame Bauteil eingeleitet,
so dass sich die Spreizkräfte kupplungsintern gegeneinander
aufheben und nicht in die die Kupplung umgebende Struktur, beispielsweise ein
Kupplungsgehäuse, geleitet werden müssen. Auf diese
Weise können die lastabhängigen Schleppverluste
an Axiallagern und deren Verschleiß deutlich reduziert
werden. Die Belastungen werden insgesamt verringert, welches sich
positiv auf die Bauteildimensionierung auswirkt.
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In
vielen Fällen dient eine Klauenkupplung der oben beschriebenen
Art dazu, eine Antriebswelle mit einem anzutreibenden Bauteil zu
kuppeln. In diesem Fall ist gemäß der Erfindung
vorgesehen, dass das erste Kupplungselement mit einer derartigen Welle
direkt oder indirekt drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden
ist, dass ferner Mittel vorgesehen sind, um den mit dem ersten Kupplungselement antriebsverbundenen
Stellantrieb axial gegenüber dieser Welle abzustützen,
und dass Mittel vorgesehen sind, um das zweite Kupplungselement
ebenfalls gegenüber der Welle axial abzustützen.
In diesem Fall dient die Welle als beiden Kupplungselementen gemeinsames,
die Spreizkräfte aufnehmendes Bauteil.
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Wie
bereits angedeutet, muss zwischen dem ersten Kupplungselement, dem
Stellantrieb und dem zweiten Kupplungselement einerseits und der
Welle andererseits keine direkte Verbindung bestehen. Vielmehr können
auch eine Verbindung herstellende Zwischenelemente vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung
ist vorgesehen, dass auf der Welle eine Nabenhülse drehfest und
axial unverschiebbar angeordnet ist, dass das erste Kupplungselement
auf der Nabenhülse verschiebbar angeordnet und mit dieser
drehfest verbunden ist, und dass der Stellantrieb einerseits und das
zweite Kupplungselement andererseits sich gegenüber der
Nabenhülse axial abstützen. Die Nabenhülse
stellt in diesem Fall das beiden Kupplungselementen gemeinsame,
die Spreizkräfte aufnehmende Bauteil dar und bildet andererseits
die Verbindung zu der Welle, wie anhand eines Ausführungsbeispieles noch
genauer dargelegt wird.
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Eine
besonders günstige konstruktive Ausgestaltung der Erfindung
sieht vor, dass der Stellantrieb als zu der Welle koaxiale, ringförmige
Zylinder-Kolben-Anordnung ausgebildet ist. Der Kolben des Stellantriebes
bildet dann vorzugsweise zugleich das verstellbare Kupplungselement,
und der Zylinder ist mit der Nabenhülse zu einem Bauteil
integriert. Auf diese Weise kann die Anzahl der beteiligten Bauelemente
klein gehalten wenden, da jedes dieser Bauelemente mehrere Funktionen übernimmt.
Die das erste Kupplungselement belastende Spreizkraft wird bei dieser
Anordnung über das in dem Zylinder befindliche Druckfluid
auf den Zylinder und von diesem direkt in die Nabenhülse übertragen.
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Das
zweite Kupplungselement stützt sich in diesem Fall vorzugsweise über
eine auf der Nabenhülse verschiebbar angeordnete Gleitscheibe
und einen auf der Nabenhülse axial fest angeordneten Sprengring
oder dergleichen an der Nabenhülse ab.
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Die
Nabenhülse selbst kann in geeigneter Weise auf der Welle
axial fixiert sein. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung
sieht jedoch vor, dass die Nabenhülse über Axiallager
in der die Kupplung umgebenden Bauteilestruktur in beiden Achsrichtungen
fixiert ist, so dass die Welle konstruktiv einfach ausgebildet sein
kann.
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Das
zweite Kupplungselement kann gemäß einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung mit dem sekundären Lamellenträger
einer der Klauenkupplung zugeordneten, zu dieser koaxial angeordneten Lamellenkupplung
drehverbunden sein. Die Lamellenkupplung, über die beispielsweise
eine reibschlüssige Ankopplung der Welle an das anzutreibende Bauteil
erfolgt, bevor die Klauenkupplung eingerückt wird, dient
dabei als Synchronisiereinrichtung, über die die Drehzahlen
der beiden Kupplungselemente zunächst aneinander angeglichen
werden, bevor diese eingerückt werden. Das zweite Kupplungselement kann
dabei konstruktiv als Nabenteil des sekundären Lamellenträgers
ausgebildet sein. Die Lamellenkupplung kann aber auch als Schaltelement
eines Automatgetriebes ausgebildet sein.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Kupplungselement
als Nabenteil eines Zahnrades ausgebildet ist, welches mit einem über
die Klauenkupplung anzutreibenden Bauteil antriebsverbunden ist,
wie anhand eines weiteren Ausführungsbeispieles dargelegt
wird. Dieses als zweites Kupplungselement wirksame Zahnrad kann
dabei als Hohlrad mit einer Innenverzahnung ausgebildet sein.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine
Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
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1 schematisch
einen Teil-Längsschnitt durch eine Klauenkupplung eines
Automatgetriebes, und
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2 in
einer ähnlichen Ansicht wie 1 eine andere
Ausführungsform einer Klauenkupplung gemäß der
Erfindung.
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1 zeigt
demnach in einem Teil-Längsschnitt eine Klauenkupplung 2,
die ringförmig ausgebildet und koaxial zu einer Welle 4 angeordnet
ist. In 1 ist nur der oberhalb einer
Mittellinie 6 angeordnete Teil der Klauenkupplung 2 dargestellt.
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Die
Klauenkupplung 2 umfasst im wesentlichen eine auf der Welle 4 über
eine Längsverzahnung 8 drehfest sowie gegenüber
der die Klauenkupplung 2 umgebenden Struktur axial fixierte
Nabenhülse 10, einen mit der Nabenhülse 10 integrierten
Zylinder 12, einen in dem Zylinder 12 axial verschiebbar
und über eine Längsverzahnung 14 mit diesem
drehfest verbundenen Kolben 16, welcher zugleich ein erstes
Kupplungselement 18 bildet, und ein zweites, in geeigneter
Weise mit einem anzutreibenden Bauteil drehverbundenes Kupplungselement 20,
welches sich axial über eine auf der Nabenhülse 10 verschiebbar
angeordnete Gleitscheibe 22 und einen axial auf der Nabenhülse 10 fest
angeordneten Sprengring 24 abstützt. Der Zylinder 12 und
der Kolben 16 schließen zwischen sich einen Druckraum 15 ein,
und bilden somit einen durch ein Druckmittel betätigbaren
Stellantrieb 17 für die Klauenkupplung 2.
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Wie 1 erkennen
lässt, ist das zweite Kupplungselement 20 über
eine an dessen radial äußere Peripherie ausgebildete
Längsverzahnung 26 mit einem radial äußeren,
mit dem anzutreibenden Bauteil verbundenen Außenlamellenträger 28 einer Lamellenkupplung 30 drehverbunden.
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Die
Funktion der Klauenkupplung 2 ist wie folgt:
Bevor
die Klauenkupplung 2 durch eine Druckbeaufschlagung des
Druckraumes 15 über in der Welle 4 und
der Nabe 10 ausgebildete Druckfluid-Zuführungskanäle 32, 33, 34 eingerückt
wird, wird die Lamellenkupplung 30 eingerückt,
wobei die Drehzahl des ersten Kupplungselementes 18 mit
der des zweiten Kupplungselementes 20 synchronisiert wird.
Sodann wird der Druckraumes 15 im Zylinder 12 unter Druck
gesetzt, wobei sich das erste Kupplungselement 18, also
der Kolben 16, in 1 nach rechts
bewegt, so dass am ersten Kupplungselement 18 ausgebildete
Klauen 36 mit am zweiten Kupplungselement 20 ausgebildeten
Klauen 38 in Eingriff gelangen, wie durch eine gestrichelte
Linie 40 angedeutet ist.
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Da
die zusammenwirkenden Flanken der Klauen 36 und 38 zur
Axialrichtung, die der Richtung der Kupplungsbetätigungsbewegung
entspricht, geneigt ausgebildet sind, entstehen bei der Übertragung
eines Drehmomentes Spreizkräfte, welche die Klauenkupplung 2 ausrücken
wollen, d. h. das erste Kupplungselement 18 wird durch
eine Spreizkraft 42 und das zweite Kupplungselement 20 durch
eine Spreizkraft 44 belastet.
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Die
auf das erste Kupplungselement 18 wirkende Spreizkraft 42 wird über
das im Druckraum 15 befindliche Druckfluid auf den Zylinder 12 übertragen,
welcher durch seine integrale Verbindung mit der Nabenhülse 10 von
dieser axial gehalten wird. Das durch die zur Spreizkraft 42 entgegen
gerichtete Spreizkraft 44 belastete zweite Kupplungselement 20 wird über
die Gleitscheibe 22 und den Sprengring 24 ebenfalls
von der Nabenhülse 10 axial abgestützt. Auf
diese Weise werden die beiden Spreizkräfte 42 und 44 kupplungsintern
von der Nabenhülse 10 aufgenommen, die dadurch
eine axiale Zugbelastung erfährt. Eine Abstützung
des ersten Kupplungselementes 18 bzw. des diesen haltenden
Stellantriebes 17 und des zweiten Kupplungselementes 20 durch die
die Klauenkupplung 2 umgebende Struktur ist daher nicht
erforderlich.
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Wie 1 weiter
zeigt, wird die axial im wesentlichen unbelastete Nabenhülse 10 axial
durch Axiallager 46 bzw. 48 gegenüber
der die Klauenkupplung 2 umgebenden Struktur fixiert.
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2 zeigt
eine Ansicht, die im wesentlichen gleich der 1 ist, so
dass deren Aufbau und Funktion nicht nochmals im einzelnen beschrieben
werden muss. Die Ausgestaltung gemäß 2 unterscheidet
sich von der der 1 im wesentlichen nur darin,
dass das zweite Kupplungselement 50 als Nabe eines Zahnrades
ausgebildet ist, welches mit einer Innenverzahnung 52 in
die Außenverzahnung 54 eines anzutreibenden Bauteils 56 eingreift,
welches seinerseits mit weiteren anzutreibenden Bauteilen antriebsverbunden
ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Klauenkupplung
- 4
- Welle
- 6
- Mittellinie
- 8
- Längsverzahnung
- 10
- Nabenhülse
- 12
- Zylinder
- 14
- Längsverzahnung
- 15
- Druckraum
- 16
- Kolben
- 17
- Stellantrieb
- 18
- Kupplungselement
- 20
- Kupplungselement
- 22
- Gleitscheibe
- 24
- Sprengring
- 26
- Längsverzahnung
- 28
- Außenlamellenträger
- 30
- Lamellenkupplung
- 32
- Druckfluid-Zuführungskanal
- 33
- Druckfluid-Zuführungskanal
- 34
- Druckfluid-Zuführungskanal
- 36
- Klauen
- 38
- Klauen
- 40
- Gestrichelte
Linie
- 42
- Spreizkraft
- 44
- Spreizkraft
- 46
- Axiallager
- 48
- Axiallager
- 50
- Kupplungselement,
Zahnrad mit Innenverzahnung
- 52
- Innenverzahnung
- 54
- Außenverzahnung
- 56
- Bauteil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004020863
A1 [0004]
- - DE 1140032 B [0005]
