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Die
Erfindung betrifft eine Kupplungs-Brems-Einheit, deren Kupplung
und Bremse mittels eines Kugel-Rampen-Mechanismus betätigbar
sind. Kupplungs-Brems-Einheiten finden unter anderem in schaltbaren
Planetengetrieben Anwendung. Zudem betrifft die Erfindung eine per
Kugel-Rampen-Mechanismus schaltbare Doppelkupplung, insbesondere
zum Einsatz in Direktschaltgetrieben.
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Zum
Betätigen einer Reibungskupplung ist es bekannt, geringe
tangentiale Schaltkräfte mithilfe eines Kugel-Rampen-Mechanismus
zu großen axialen Anpresskräften zu verstärken.
Ein solcher Kugel-Rampen-Mechanismus umfasst im Prinzip zwei gegeneinander
verdrehbare Ringe mit Rampen, zwischen denen Kugeln angeordnet sind.
Ein Gegeneinanderverdrehen der Ringe bewirkt ein Auflaufen der Kugeln
auf die Rampen und infolge den zur Kupplungsbetätigung
gewünschten Axialhub zwischen den Ringen. Die Kraftverstärkung
korrespondiert hierbei mit der Steigung der Rampen.
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In
diesem Zusammenhang ist es Stand der Technik, die Ringe des Kugel-Rampen-Mechanismus mit
dem treibenden Kupplungsglied mitrotierend vorzusehen. Zum Ausfahren
des Kugel-Rampen-Mechanismus wird dann der erste Ring gegenüber
dem zweiten kurzzeitig verzögert und zum Einfahren federbeaufschlagt
wieder auf Gleichlauf beschleunigt. In den Schaltpausen laufen die
Ringe hingegen stets synchron. Nach diesem Grundprinzip arbeitende Kupplungen
haben gemein, dass sie bei Fehlen einer Drehung am treibenden Kupplungsglied
nicht ohne Weiteres betätigbar sind.
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Aus
EP 0 739 033 A1 ist
ein Antriebsstrangretarder mit einem Kugel-Rampen-Mechanismus bekannt,
der gemäß dem vorbeschriebenen Grundprinzip arbeitet.
Zur Verzögerung des ersten Rings wird eine elektromagnetische
Steuerbremse eingesetzt, die zur Aufrechterhaltung des Axialhubs
fortwährend zu bestromen ist. Nach einem vergleichbaren
Prinzip arbeitet die in
EP
0 825 356 A2 vorgeschlagene Kugel-Rampen-Betätigung,
wobei dort drei Ringe vorgesehen sind, die zur Vergrößerung des
Axialhubs doppeltwirkend hintereinander geschaltet sind.
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Aus
DE 103 61 296 A1 ist
eine Fahrzeugbremse bekannt, deren Kugel-Rampen-Mechanismus gemäß einem
anderen Prinzip per Elektromotor in sich verdrehbar ist. Für
eine Zusatzfunktion als Feststellbremse sind in den Rampen des Kugel-Rampen-Mechanismus
Rastmulden vorgesehen, die ein Beibehalten des Axialhubs ohne Bestromen des
Elektromotors ermöglichen.
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Aus
DE 10 2004 023 792
A1 ist eine Kupplungseinrichtung mit zwei über
einen doppelten Kugel-Rampen-Mechanismus schaltbaren Lamellenkupplungen
bekannt. Der doppelte Kugel-Rampen-Mechanismus ist mittels eines
gemeinsamen Elektromotors steuerbar. Bauartbedingt können
die Lamellenkupplungen in mechanisch zwangsgesteuerter Abfolge wechselweise
geschlossen werden oder beide geöffnet sein.
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Aus
DE 103 45 321 A1 ist
schließlich eine Kupplungs- und Bremseinheit bekannt, deren
Lamellenpakete nicht näher beschrieben nach dem Kugel-Rampen-Prinzip
voneinander unabhängig betätigbar sein sollen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Kupplungs-Einheit mit einer Kupplung
und einer Bremse oder alternativ mit zwei Kupplungen zu schaffen,
welche mittels eines Kugel-Rampen-Mechanismus voneinander gänzlich
unabhängig elektrisch betätigbar sind. Elektrische
Energie soll zudem nur kurzzeitig zum Wechsel des Schaltzustandes
benötigt werden. Darüber hinaus soll die Einheit
mit vergleichsweise wenigen, einfachen Bauteilen kompakt ausführbar sein.
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Die
Aufgabe wird mit dem im Anspruch 1 angegebenen Gegenstand gelöst.
Demgemäß ist eine Kupplungs-Brems-Einheit vorgesehen
mit einer Kupplung und einer hierzu koaxialen Bremse sowie mit einer
Einrichtung zur Betätigung der Kupplung und der Bremse.
Als Kupplung bzw. Bremse eignen sich alle Typen von axial betätigbaren
Reibungskupplungen bzw. Reibungsbremsen, wobei solche bevorzugt
werden, die zur Übertragung von Drehmomenten ein oder mehrere
konische oder scheibenförmige Reibflächenpaare
aufweisen. Die Einrichtung zur Betätigung der Kupplung
und der Bremse umfasst einen Basisrotor sowie einen ersten und einen zweiten
Schaltrotor. Der Basisrotor und die beiden Schaltrotoren sind drehbar
gelagert, und sie können vorzugsweise koaxial zur Kupplung
und der Bremse angeordnet und insbesondere als Ringe oder kreisförmige
Scheiben ausgeführt sein. Der Basisrotor ist mit einem
antreibenden Kupplungsglied der Kupplung drehschlüssig
gekoppelt. Dazu ist es denkbar, den Basisrotor über ein
Dämpfungsglied oder ein Getriebe mit dem treibenden Kupplungsglied
zu koppeln. Vorzugsweise erfolgt diese Kopplung jedoch drehstarr.
Wesentlich ist, dass der Basisrotor im Betrieb stets rotiert. Die
Schaltrotoren sind gegen den Basisrotor axial verschiebbar, wozu
der Basisrotor zweckmäßigerweise axial festgelegt
ist. Außerdem ist der erste Schaltrotor zur Betätigung
der Bremse mit einem Bremsglied der Bremse gekoppelt, und der zweite
Schaltrotor ist zur Betätigung der Kupplung mit einem Kupplungsglied
der Kupplung gekoppelt. Eine Axialbewegung des ersten bzw. zweiten Schaltrotors
ist damit auf dieses Bremsglied bzw. auf dieses Kupplungsglied übertragbar,
sodass die Bremse bzw. die Kupplung geöffnet wie auch reibkraftschlüssig
geschlossen werden kann. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn
dieses Bremsglied ein abtreibendes Bremsglied und/oder dieses Kupplungsglied
ein abtreibendes Kupplungsglied ist.
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Weitere
wesentliche Merkmale der Kupplungs-Brems-Einheit bestehen darin,
dass am ersten Schaltrotor eine geschlossene Laufbahn und am Basisrotor
eine geschlossene Laufbahn vorgesehen ist, die einander axial gegenüberliegen
und zwischen denen mindestens drei Wälzkörper
rollbar angeordnet sind. Ebenso ist am zweiten Schaltrotor eine
geschlossene Laufbahn und am Basisrotor eine weitere geschlossene
Laufbahn vorgesehen, die einander axial gegenüberliegen
und zwischen denen wiederum mindestens drei Wälzkörper
rollbar angeordnet sind. Demnach sind vier Laufbahnen vorhanden, zwei
davon am Basisrotor und jeweils eine an den Schaltrotoren. Besonders
wichtig ist dabei, dass die Laufbahnen geschlossen, d. h. von den
Wälzkörpern ohne Unterbrechung endlos durchlaufbar
sind. Die Laufbahnen sind daher vorzugsweise zentrisch am Basisrotor
und an den Schaltrotoren angeordnet und verfügen bevorzugt über
jeweils eine Spur mit einem konstanten Radius. Die sich gegenüberliegenden Laufbahnen
bilden dabei jeweils ein Laufbahnpaar, zwischen denen die jeweiligen
Wälzkörper so angeordnet sind, dass diese zweckmäßigerweise
stets auf beiden Laufbahnen eines Laufbahnpaares abwälzen können.
Als Wälzkörper eignen sich insbesondere Kugeln,
die bevorzugt in rillenförmigen Laufbahnen mit korrespondierendem
Querschnitt abwälzen, sodass die Wälzkörper
an den Laufbahnen zugleich in geeigneter Weise geführt
sind. Alternativ oder ergänzend ist es möglich,
für die Wälzkörper wie bei Kugellagern
einen Laufkäfig vorzusehen.
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Außerdem
enthält mindestens eine der jeweils einander axial gegenüberliegenden
Laufbahnen mindestens drei Tiefstellen und ebenso viele niveauhöhere
Rastvertiefungen. Die Tiefstellen und die Rastvertiefungen folgen
hierbei abwechselnd aufeinander. Die Tiefstellen und die Rastvertiefungen
sind vorzugsweise umfangsregelmäßig verteilt,
wobei die abwechselnde Aufeinanderfolge eine gleiche Anzahl von
Tiefstellen und Rastvertiefungen bedingt. Außerdem enthalten
diese Laufbahnen aufsteigende Rampen, die zwischen den Tiefstellen
und den niveauhöheren Rastvertiefungen angeordnet sind,
und absteigende Rampen, die zwischen den Rastvertiefungen und den
Tiefstellen angeordnet sind. Diese Rampen können die Tiefstellen
und Rastvertiefungen direkt verbinden. Es ist jedoch auch denkbar,
steigungsfreie bzw. niveaukonstante Abschnitte einzufügen, vorzugsweise
am Beginn oder am Ende der Rampen. Wesentlich ist, dass die Wälzkörper
mittels der Rampen den axialen Niveauunterschied zwischen den Tiefstellen
und den niveauhöheren Rastvertiefungen überwinden
können.
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Die
Einrichtung zur Betätigung der Kupplung und der Bremse
ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass bei in den Tiefstellen
ruhenden Wälzkörpern jeweils eine Grundstellung
und bei in den Rastvertiefungen ruhenden Wälzkörpern
jeweils eine Hubstellung eingenommen ist. Die Anzahl der Grundstellungen
und der Grundstellungen innerhalb einer Umdrehung entspricht dabei
derjenigen der Tiefstellen bzw. Rastvertiefungen der jeweiligen
Laufbahn. Außerdem ist jeder der Schaltrotoren durch ein Vorspannmittel
gegen den Basisrotor vorgespannt, wobei der jeweilige Schaltrotor
in einer Grundstellung oder Hubstellung synchron von dem Basisrotor
mittels der jeweiligen Wälzkörper mitgenommen
wird. Und ausgehend von einer Grundstellung führt dann eine
Verzögerung des ersten oder zweiten Schaltrotors gegenüber
dem Basisrotor mit einer kraftverstärkenden Axialbewegung
gegen das jeweilige Vorspannmittel einhergehend in eine Hubstellung.
Und eine erneute Verzögerung führt unter Überwindung der
jeweiligen Rastvertiefungen wieder in eine Grundstellung, und so
weiter, sodass jeder derartige Verzögerungsvorgang zum
Wechsel des Schaltzustandes führt. Mit denselben Vorspannmitteln
werden in vorteilhafter Weise zugleich die Kupplung und die Bremse
vorgespannt.
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Schließlich
ist jedem Schaltrotor zu seiner Verzögerung eine Steuerbremse
mit einer elektrischen Spule und einem mit dem Schaltrotor drehschlüssig
gekoppelten Bremsglied zugeordnet. Die elektrischen Spulen sind
vorzugsweise feststehend angeordnet, wobei es auch denkbar ist,
diese langsamer als den Basisrotor mitdrehend vorzusehen. Wesentlich
ist, dass eine Bestromung der ersten und/oder zweiten Spule entsprechend
eine Verzögerung des ersten und/oder zweiten Schaltringes
bewirkt. Steuerbremsen, die nach dem Wirbelstromprinzip arbeiten,
werden bevorzugt. Optional ist es möglich, eine Steuereinheit
vorzusehen, welche die erste und/oder zweite Spule bestromen kann.
Zur Regelung der Steuerbremsen können zudem Sensoren vorgesehen
sein, deren Messsignale von der Steuereinheit abgefragt und weiterverarbeitet
werden. Solche Sensoren können insbesondere Messsignale
für die Drehstellungen und Drehraten des Basisrotors und
der Schaltrotoren sowie für den Hub Schaltrotoren erzeugen.
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Die
eingangs beschriebene Aufgabe wird zudem mit der im Anspruch 2 angegebenen
Doppelkupplung gelöst. Diese unterscheidet sich von der Kupplungs-Brems-Einheit
im Wesentlichen dadurch, dass die Kupplung eine erste Kupplung ist
und anstelle der Bremse mit dem genannten Bremsglied eine zweite
Kupplung mit einem entsprechenden Kupplungsglied vorgesehen ist.
Die Ausführungen zur vorstehend beschriebenen Kupplungs-Brems-Einheit
gelten mit diesem Unterschied entsprechend. In einer Weiterentwicklung
kann bei der Doppelkupplung ein Kupplungsglied der einen Kupplung
und ein Kupplungsglied der anderen Kupplung miteinander drehstarr
verbunden sein und folglich eine starre Einheit bilden. Vorzugsweise
sind diese Kupplungsglieder die antreibenden Kupplungsglieder bzw.
die mit einer gemeinsamen Antriebswelle drehstarr verbundenen.
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Die
Erfindung ist mit einer Reihe von Vorteilen verbunden, welche sowohl
die Kupplungs-Brems-Einheit als auch die Doppelkupplung betreffen.
So sind der erste und der zweite Schaltrotor voneinander gänzlich
unabhängig verschieb- bzw. schaltbar, wodurch für
die Kupplung und die Bremse bzw. die beiden Kupplungen vier definierte
Schaltzustände möglich sind. So können
beide wechselseitig geöffnet und geschlossen sowie beide
zugleich geöffnet oder geschlossen sein. Zudem ist es möglich, in
Zwischenstufen gezielt und unabhängig voneinander Schlupfzustände
zu bewirken. Außerdem erlaubt die Verzögerung
der Schaltrotoren mittels elektrischer Spulen äußerst
schnelle und sehr gut regelbare Schaltvorgänge.
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Ein
Hauptvorteil der Erfindung wird darin gesehen, dass aufgrund der
geschlossenen Laufbahnen und in den Rastvertiefungen rastenden Wälzkörper
nur zum Wechsel des Schaltzustandes elektrische Energie benötigt
wird. So bedürfen die elektrischen Spulen lediglich einer
sehr kurzen oder impulshaften Bestromung, um den gewünschten
Schaltzustand zu erreichen. Dieser Eigenschaft kommt bei einer Anwendung
in Fahrzeugen besonders große Bedeutung zu. Des Weiteren
ist es von wesentlichem Vorteil, dass die Kupplungs-Brems-Einheit
und auch die Doppelkupplung für beide Drehrichtungen bzw. auch
bei einer Drehrichtungsumkehr uneingeschränkt funktionsfähig
ist, was aufgrund der geschlossenen Laufbahnen und der in beiden
Drehrichtungen vorgesehenen Rampen ermöglicht wird. Schließlich
ist die Kupplungs-Brems-Einheit und die Doppelkupplung aus vergleichsweise
wenigen, einfachen Bauteilen besonders kompakt ausführbar.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Kupplungs-Brems-Einheit
ist der Basisrotor axial zwischen den Schaltrotoren angeordnet.
Mit anderen Worten kann der eine Schaltrotor links und der andere
rechts vom Basisrotor angeordnet sein. Dies erlaubt eine einfache Bauweise.
Auch für die Doppelkupplung ist eine solche Anordnung möglich.
Sowohl für die Kupplungs-Brems-Einheit als auch für
die Doppelkupplung kann es dabei von Vorteil sein, wenn die Laufbahnen
des Basisrotors gleichen einen Hauptradius aufweisen. D. h. die
Spuren aller vier Laufbahnen liegen auf genau einem gedachten Kreiszylinder,
wo sie entsprechend ihrem Niveau axial variieren. Alternativ zu
dem vorgenannten, axial zwischengeordneten Basisrotor ist es jedoch
ebenso möglich, dass die beiden Schaltrotoren radial ineinanderliegen.
In diesem Fall sind beide Schaltrotoren links oder rechts vom Basisrotor
angeordnet.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kupplungs-Brems-Einheit
oder der Doppelkupplung sind die beiden Laufbahnen des Basisrotors
phasenverschoben angeordnet. Vorzugsweise so, dass die Rastvertiefungen
der einen Laufbahn den Tiefstellen der anderen Laufbahn gegenüberliegen.
Auf diese Weise lässt sich der Basisrotor axial besonders
schmal ausführen, auch falls die Laufbahnen gleichen Hauptradius
aufweisen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die aufsteigenden
Rampen und die absteigenden Rampen symmetrisch ausgeführt.
Hierzu weisen die Rampen vorzugsweise bezüglich der Rastvertiefungen
und/oder der Tiefstellen einen entgegengesetzten Steigungsverlauf
auf. Die kann insbesondere beim Betrieb mit Drehrichtungsumkehr die
Steuerung der Verzögerung der Schaltrotoren vereinfachen.
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Die
erfindungsgemäße Kupplungs-Brems-Einheit eignet
sich insbesondere zum Einbau in ein Planetengetriebe, wobei es bevorzugt ist,
wenn die Kupplung trieblich zwischen einem Planetenradträger
und einem Sonnenrad und die Bremse trieblich zwischen einem Hohlrad
und einem feststehenden Gestellteil angeordnet ist. Insbesondere bei
einer Anwendung in Kraftfahrzeugen kann es weiter von Vorteil sein,
falls der Planetenradträger mit einem Umschlingungsrad
für ein Zug- und/oder Schubmittel und das Sonnenrad mit
einer An- oder Abtriebswelle koaxial und drehstarr verbunden ist.
Auch die erfindungsgemäße Doppel-Kupplungs-Einheit kann
als Komponente von Direktschalt- oder Doppelkupplungsgetriebe bevorzugt
in Kraftfahrzeugen Anwendung finden.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen
Halbschnitt eines Vorsatzgetriebes, das eine erfindungsgemäße
Kupplungs-Bremse-Einheit mit einem Basisring und zwei Schaltringen enthält,
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2 eine
Schnittabwicklung des Basisrings und der Schaltringe gemäß 1,
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3 eine
Draufsicht auf einen der Schaltringe gemäß 1.
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Das
in 1 schematisch dargestellte Vorsatzgetriebe ist
koaxial auf der Antriebswelle 1 eines Aggregats angeordnet.
Das Aggregat, beispielsweise die Lenkhilfepumpe eines Kraftfahrzeugs,
ist in der Zeichnung links mit einer feststehenden Gehäusewand 2 angedeutet.
Das Vorsatzgetriebe ist außen an einem mehrrilligen Riemenkranz 3 erkennbar. Dieser
Riemenkranz 3 kann zum Antrieb des Vorsatzgetriebes von
einem nicht näher dargestellten Keilrippenriemen umschlungen
sein. Ein solcher Keilrippenriemen kann insbesondere mit dem Kurbelwellenrad
eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug trieblich in Verbindung
stehen.
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Das
Vorsatzgetriebe enthält einen einfachen Planetenradsatz,
der in der Zeichnung rechts schematisch ersichtlich ist. Der Planetenradsatz
umfasst ein außenverzahntes Sonnenrad 4, ein innenverzahntes
Hohlrad 5 sowie einen Planetenradträger 6, auf
dem mehrere außenverzahnte Planetenräder 7 gelagert
sind. Der Planetenradträger 6, der Riemenkranz 3 sowie
ein Getriebedeckel 8 sind starr miteinander verbunden und über
ein gemeinsames Radiallager 9 auf der Antriebswelle 1 drehbeweglich
angeordnet und axial festgelegt. Das Sonnenrad 4 sitzt
mit seiner Nabe hingegen fest auf der Antriebswelle 1. Und
das Hohlrad 5 ist über ein Drehlager 10 relativ zum
Planetenradträger 6 axial festgelegt und zentriert.
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Das
Vorsatzgetriebe enthält außerdem eine erfindungsgemäße
Kupplungs-Brems-Einheit mit einer Bremse B und einer Kupplung K,
die zwischen der feststehenden Gehäusewand 2 und
dem Getriebedeckel 8 koaxial zur Antriebswelle 1 angeordnet sind.
Die Bremse B und die Kupplung K weisen zur Drehmomentübertragung
an einem Außenring 15B bzw. 15K und an
einem Innenring 16B bzw. 16K jeweils ein konisches
Reibflächenpaar auf. Anstelle konischer Reibflächenpaare
ist es ebenso denkbar, scheibenförmige Reibflächenpaare
vorzusehen. Es können auch Lamellenpakete mit mehreren
konischen oder scheibenförmigen Lamellen eingesetzt werden.
Prinzipiell eignen sich als Bremse und Kupplung alle Typen von Reibungskupplungen
bzw. -bremsen mit axialer Betätigung.
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Mittels
der Bremse B ist das Hohlrad 5 an der feststehenden Gehäusewand 2 festhaltbar.
Dazu ist erstens der Außenring 15B mit dem Hohlrad 5 starr verbunden
und zusammen mit diesem über das Lager 10 relativ
zum Planetenradträger 6 drehbeweglich gelagert
und axial festgelegt. Und dazu ist zweitens der Innenring 16B über
eine koaxiale Schiebeverzahnung 17 mit dem feststehenden
Gehäuseteil 2 drehfest und axial verschieblich
gekoppelt. Ferner ist der Innenring 16B über die
Schiebeverzahnung 17 und über eine weiter unten
beschriebene Schiebeverzahnung 57B zentriert. Mit einer
axialen Betätigung des Innenrings 16B kann die
Bremse B geschlossen bzw. geöffnet und hierbei das Hohlrad 5 festgehalten
bzw. freigegeben werden.
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Mittels
der Kupplung K ist der Planetenradträger 6 gegen
das Sonnenrad 4 blockierbar, wodurch der Riemenkranz 3 mit
der Antriebswelle 1 gleichgeschaltet wird. Dazu ist erstens
der Außenring 15K starr mit dem Planetenradträger 6 verbunden und
mit diesem zusammen über das Radiallager 9 drehbeweglich
auf der Antriebswelle 1 angeordnet und axial festgelegt.
Und dazu ist zweitens der Innenring 16K über eine
koaxiale Schiebeverzahnung 18 mit dem Sonnenrad 4 drehfest
und axial verschieblich gekoppelt. Ferner ist der Innenring 16K über
eine weiter unten beschriebene Schiebeverzahnung 57K zentriert.
Mit einer axialen Betätigung des Innenrings 16K kann
die Kupplung K geöffnet bzw. geschlossen und hierbei der
Planetenradträger 6 gegenüber dem Sonnenrad 4 freigegeben
bzw. festgehalten werden.
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Die
erfindungsgemäße Kupplungs-Bremse-Einheit umfasst
einen doppelten Kugel-Rampen-Mechanismus, mittels dessen die Bremse
B und die Kupplung K axial betätigbar sind. Zentrale Bestandteile
dieses doppelten Kugel-Rampen-Mechanismus sind ein Basisring R,
ein linker Schaltring S1, ein rechter Schaltring S2 sowie je drei
Wälzkörper 21B und 21K. Außerdem
umfasst der doppelte Kugel-Rampen-Mechanismus zwei in der Zeichnung links
ersichtliche Steuerbremsen, deren Elektromagnete 20B und 20K an
der feststehenden Gehäusewand 2 fest angeordnet
sind.
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Der
Basisring R und die beiden Schaltringe S1 und S2 sind koaxial zur
Antriebswelle 1 angeordnet und zueinander axial benachbart.
Hierbei ist der Basisring R axial zwischen dem linken Schaltring
S1 und dem rechten Schaltring S2 positioniert. Für den Basisring
R ist weiter besonders kennzeichnend, dass dieser mit dem Außenring 15K der
Kupplung K starr verbunden ist und infolge über den Planetenträger 6 vom
Riemenkranz 3 stets im Gleichlauf drehend angetrieben wird.
Der Basisring R bildet außerdem zusammen mit dem Außenring 15K,
dem Riemenkranz 3, dem Planetenradträger 6 und
dem Getriebedeckel 8 einen starren Drehverbund, der über das
Radiallager 9 auf der Antriebswelle 1 drehbeweglich
gelagert und axial festgelegt ist.
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Die
Schaltringe S1 und S2 sind über die Wälzkörper 21B und 21K und
den Basisring R ebenfalls drehgelagert und außerdem zur
Axialbetätigung der Bremse B bzw. der Kupplung K gegenüber
dem Basisring R voneinander unabhängig axial verschiebbar.
Hierbei ist der linke Schaltring S1 dem Innenring 16B der
Bremse B und der rechte Schaltring S2 dem Innenring 16K der
Kupplung K axial zugeordnet.
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Zwischen
dem linken Schaltring S1 und dem Basisring R bzw. zwischen dem rechten
Schaltring S2 und dem Basisring R sind die drei als Kugeln ausgeführten
Wälzkörper 21B bzw. 21K umfangsregelmäßig
angeordnet. Es können ebenso mehr als drei oder auch anders
geformte Wälzkörper eingesetzt werden, wobei drei
umfangsregelmäßig angeordnete Kugeln besonders
zweckmäßig sind.
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Wie
nachfolgend in 2 zu erkennen ist, wälzen
die Wälzkörper 21B in Laufrillen 30B und 31B und
die Wälzkörper 21K in Laufrillen 31K und 30K ab.
Die Laufrille 30B ist in dem linken Schaltring S1 und die
Laufrille 30K in dem rechten Schaltring S2 integriert,
und die Laufrillen 31B und 31K sind in dem Basisring
R integriert. Die Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K sind
dort in Form von Rillen eingetieft. Der Querschnitt der Rillen bzw.
der Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K korrespondiert
hierbei in geeigneter Weise mit dem Radius der Wälzkörper 21B bzw. 21K,
sodass diese in Umfangsrichtung geführt sind.
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2 zeigt
den Ausschnitt einer Schnittabwicklung des Basisrings R und der
Schaltringe S1 und S2 entlang ihrer Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K. Der
mit D gekennzeichnete Abschnitt entspricht dabei einem Drittel der
gesamten Abwicklung bzw. wiederholt sich im Umfang drei Mal. Von
besonderer Bedeutung ist hierbei, dass die Laufrillen 30B, 31B und 31K, 30K in
sich geschlossen sind, d. h. ohne eine Unterbrechung in Umfangsrichtung
durchgängig von den Wälzkörpern 21B bzw. 21K durchlaufbar
sind, was insbesondere in 3 veranschaulicht
ist. Dort ist stellvertretend der linke Schaltring S1 in einer Draufsicht
auf seine Laufrille 30B und den drei Wälzkörpern 21B dargestellt.
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Die
Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K sind
in nachstehend beschriebener Weise entlang ihres Verlaufs unterschiedlich
eingetieft, wodurch die Wälzkörper 21K und 21B je
nach Stellung mehr oder weniger tief darin ruhen oder wälzen
und die Ränder 44B, 45B, 45K, 44K der
Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K unterschiedlich
weit beabstandet sind. Die Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K beschreiben
hierbei den unteren Teil eines gedachten Kugelschlauchs, dessen
Querschnitt über den gesamten Umfang konstant bleibt. In der
Draufsicht gemäß 3 ist die
unterschiedliche Eintiefung der Laufrille 30B anhand der Öffnungsweite
zwischen den Rändern 44B gut erkennbar.
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Die
Mittelspuren 32B, 33B, 33K, 32K der Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K verlaufen
auf einem gemeinsamen gedachten Kreiszylinder, der zur Antriebswelle 1 koaxial
ist. Entsprechend weisen die Mittelspuren 32B, 33B, 33K, 32K die
gleiche Länge und den gleichen konstanten Radius auf. In
der Draufsicht gemäß 3 ist die
Mittelspur 32B der Laufrille 30B als kreisrunde
strichpunktierte Linie dargestellt.
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Jede
der vier Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K enthält
drei umfangsregelmäßig verteilte Tiefstellen 34B, 35B, 35K bzw. 34K sowie
drei umfangsregelmäßig verteilte Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K. Die
Tiefstellen 34B, 35B, 35K bzw. 34K und
die Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K folgen
abwechselnd aufeinander, was insbesondere in 3 anhand
der Tiefstellen 34B und der Rastmulden 36B gut
erkennbar ist.
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Das
Niveau der tiefsten Stellen der Rastmulden 36B, 37B, 37K, 36K ist
höher als das Niveau der Tiefstellen 34B, 35B, 35K, 34K.
Dieser Niveauunterschied H/2 entspricht dem halben Hub des Kugel-Rampen-Mechanismus
zwischen einer Grund- und einer Hubstellung. Eine Grundstellung
ist daran zu erkennen, dass die Wälzkörper 21B bzw. 21K in den
Tiefstellen 34B, 35B, 35K bzw. 34K ruhen,
wie es in 2 zwischen dem linken Schaltring
S1 und Basisring R gerade der Fall und zudem aus 3 ersichtlich
ist. Und bei einer Hubstellung rasten die Wälzkörper 21B bzw. 21K auf
dem höheren Niveau in den Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K,
wie es zwischen dem rechten Schaltring S2 und dem Basisring R momentan
zu erkennen ist. Zur Veranschaulichung der Hubstellung sind die
Wälzkörper 21B in 3 zusätzlich
als gestrichelte Wälzkörper 21B' auch
in den Rastmulden 36B erkennbar. Damit die Wälzkörper 21B bzw. 21K in
die Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K ein-
und auslaufen können, haben diese abgeflachte Kuppen 38B, 39B, 39K bzw. 38K zu überwinden,
welche den Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K vorgelagert
sind und diese zugleich begrenzen. Die Kuppen 38B, 39B, 39K bzw. 38K stellen
damit die höchsten Stellen der Mittelspuren 32B, 33B, 33K bzw. 32K dar
und wären in einer perspektivischen Ansicht zwischen den
Rändern 44B, 45B, 45K bzw. 44K als
Sättel erkennbar.
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Zur Überwindung
des Niveauunterschieds H/2 zwischen den Tiefstellen 34B, 35B, 35K, 34K und
den Kuppen 38B, 39B, 39K, 38K vor
und nach den Rastmulden 36B, 37B, 37K, 36K enthalten
die Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K Rampen 40B, 41B, 41K, 40K sowie 42B, 43B, 43K, 42K.
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Bezüglich
einer Drehrichtung 50 des Basisrings R und einer relativ
entgegengesetzten Drehrichtung 51 der Schaltringe S1 und
S2, ergeben sich für die Wälzkörper 21B bzw. 21K,
die Laufrichtungen 52B, 53B, 53K, 52K und
ein Eigendrehsinn 54B bzw. 54K. Außerdem
sind in den Laufrichtungen 52B, 53B, 53K, 52K die
Rampen 40B, 41B, 41K, 40K von den
Tiefstellen 34B, 35B, 35K, 34K zu
den Kuppen 38B, 39B, 39K, 38K ansteigend
und die Rampen 42B, 43B, 43K, 42K ausgehend
von den Kuppen 38B, 39B, 39K, 38K zu
den Tiefstellen 34B, 35B, 35K, 34K absteigend.
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Zur
besseren Erkennbarkeit des Verlaufs der Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K ist
die Schnittabwicklung gemäß 2 überhöht
bzw. nicht maßstäblich dargestellt. Alle Rampen 40B, 41B, 41K, 40K, 42B, 43B, 43K, 42K haben
in dem gezeigten Ausführungsbeispiel den gleichen Steigungsbetrag
und sind gleich lang, was Vorteile bei der Herstellung und der Ansteuerung
des Kugel-Rampen-Mechanismus haben kann. In einer Grund- oder Hubstellung
stehen sich daher die jeweiligen aufsteigenden Rampen 40B und 43B bzw. 41K und 42K und
die absteigenden Rampen 41B und 42B bzw. 43K und 40K spiegelsymmetrisch
gegenüber. Es ist jedoch genauso denkbar, diese asymmetrisch
zu gestalten, d. h. die ansteigenden und absteigenden Rampen der
sich gegenüberliegenden Laufrillen 30B und 31B bzw. 31K und 30K in
Steigung und Länge unterschiedlich auszulegen, wobei in
jedem Fall wesentlich ist, dass sich bei einer Grund- oder Hubstellung
die Rastmulden 36B und 37B bzw. 37K und 36K bzw.
die Tiefstellen 34B und 35B bzw. 35K und 34K exakt
gegenüberstehen.
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Die
einander zugewandten Laufrillen 30B und 31B bzw. 31K und 30K sind
bezüglich der Laufrichtungen 52B und 53B bzw. 53K und 52B gegensinnig
geformt. Das bedeutet, die vorbeschriebenen Laufbahnelemente sind
identisch, nur deren Abfolge in der Drehrichtung 50 erfolgt
exakt umgekehrt, was besonders im Falle asymmetrisch ansteigender
und abfallender Rampen klar ersichtlich wäre. Am Basisring
R ist weiter zu erkennen, dass die Tiefstellen 35B, 35K den
Rastmulden 37B, 37K jeweils gegenüberstehen,
die Laufrillen 31B und 31K des Basisrings R also
um einen sechstel Vollkreis phasenverschoben sind, was Vorteile
hinsichtlich des Bauraums und der Lastverteilung bringen kann. Es
ist aber genauso denkbar, die Laufrillen 31B und 31K des
Basisrings R phasengleich und damit sich spiegelsymmetrisch gegenüberliegend
zu gestalten.
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Da
die aufsteigenden Rampen 41B und 41K des Basisrings
R entgegen der Drehrichtung 50 und die aufsteigenden Rampen 40B und 40K der
Schaltringe S1 und S2 mit der Drehrichtung 50 ansteigen, bewirkt
eine Relativdrehung der Schaltringe S1 und S2 gegenüber
dem Basisring R entgegen der Drehrichtung 50 jeweils mechanisch
zwangsläufig einen Axialhub. Hierbei erfolgt eine Kraftverstärkung,
die mit den in 2 überhöht
dargestellten Steigungen der aufsteigenden Rampen 40B, 41B, 41K, 40K korrespondiert.
Da jeweils zwei aufsteigende Rampen 40B und 41B bzw. 41K und 40K mit
dem gleichen Steigungsbetrag zusammenwirken, wird zum Beispiel bei
einem Steigungsverhältnis von 100:1 eine theoretisch halb
so große Kraftverstärkung von 1:50 erzielt. Aus
demselben Grund entspricht der Axialhub zwischen Grund- und Hubstellung
dem doppelten Niveau zwischen den Tiefstellen 34B, 35B, 35K bzw. 34K und
den nachfolgenden Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K.
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Zur
Relativdrehung der Schaltringe S1 und S2 gegenüber dem
Basisring R sind die eingangs erwähnten Steuerbremsen vorgesehen.
Dazu umfassen die Steuerbremsen neben den Elektromagneten 20K und 20B jeweils
eine Induktionsscheibe 22B bzw. 22K und ein Kopplungsteil 23B bzw. 23K,
die starr miteinander verbunden sind. Die Kopplungsteile 23B und 23K sind
koaxial ineinander angeordnet, wobei das Kopplungsteil 23K das
innere und das Kopplungsteil 23B das äußere
von beiden ist. Die Kopplungsteile 23B und 23K sind
mittels zweier Radiallager 11 und 12 koaxial zur
Antriebswelle 1 drehgelagert und axial festgelegt. Dazu
sitzt das Radiallager 11 fest auf der Welle 1 und
trägt das innere Kopplungsteil 23K, und das Radiallager 12 wirkt
zwischen den beiden Kopplungsteilen 23B und 23K.
Die Induktionsscheibe 22B bzw. 22K steht dem Elektromagneten 20B bzw. 20K eng
benachbart gegenüber, sodass eine Aktivierung des Elektromagnets 20B bzw. 20K ein
retardierendes Drehmoment an der Induktionsscheibe 22B bzw. 22K bewirkt.
Der Schaltring S1 bzw. S2 ist an dem Kopplungsteil 23B bzw. 23K drehfest
und axial verschieblich gehalten. Dazu ist zwischen dem Schaltring
S1 bzw. S2 und dem Kopplungsteil 23B bzw. 23K eine
einfache Schiebeverzahnung 58B bzw. 58K vorgesehen.
Auf diese Weise dreht das Kopplungsteil 23B bzw. 23K stets
im Gleichlauf mit dem Schaltring S1 bzw. S2, wodurch ein durch die
Elektromagnete 20B bzw. 20K in die Induktionsscheibe 22B bzw. 22K induziertes
Bremsmoment auf den Schaltring S1 bzw. S2 übertragen wird.
Die beiden Elektromagnete 20B und 20K sind über
zwei Steuerleitungen mit einer Steuereinheit 25 elektrisch
verbunden und können voneinander unabhängig bestromt
werden.
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Zur
axialen Vorspannung der Schaltringe sind zwei Federn 26B und 26K vorgesehen,
welche die Schaltringe S1 und S2 über die zwischengeordneten
Wälzkörper 21B, 21K gegen den
Basisring R axial vorspannen. Die Feder 26B bzw. 26K ist
hierzu am Kopplungsteil 23B bzw. 23K axial festgelegt
und drückt über eine Axiallageranordnung auf den
Schaltring S1 bzw. S2 gegen den axial festgelegten Basisring R.
Diese Axiallageranordnung umfasst einen Andrückring 27B bzw. 27K und
einen Betätigungsring 28B bzw. 28K, wobei
zwischen dem Andrückring 27B bzw. 27K und
Betätigungsring 28B bzw. 28Ksowie zwischen
dem Betätigungsring 28B bzw. 28K und dem
Schaltring S1 bzw. S2 jeweils Wälzkörper angeordnet
sind. Der Andrückring 27B bzw. 27K stützt hierbei
das andere Ende der Feder 26B bzw. 26K ab und
ist wie der Schaltring S1 bzw. S2 mittels einer koaxialen Schiebeverzahnung 59B bzw. 59K am
Kopplungsteil 23B bzw. 23K drehfest gehalten und
axial verschieblich geführt. Die Radiallager 11 und 12 wirken
daher mittelbar ebenfalls zur Drehlagerung der beiden Schaltringe
S1 und S2.
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Die
Federn 26B und 26K drücken die Schaltringe
S1 bzw. S2 derart gegen den Basisring R, dass diese während
des Getriebebetriebes sowohl in einer Grundstellung als auch in
einer Hubstellung von dem Basisring R im Gleichlauf mitgenommen
werden. Die Feder 26B und 26K sind so ausgelegt,
dass auch bei externen Lastwechseln der Synchronlauf erhalten bleibt.
Mit der Feder 26B und 26K können die
Laufbahnringe S1 bzw. S2, falls sich die Wälzkörper 20B bzw. 20B auf
einer absteigenden Rampe befinden, selbsttätig zurück
in eine Grundstellung fahren. Mit denselben Federn 26B und 26K werden
zudem die Bremse und die Kupplung gelöst.
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Der
Betätigungsring 28B bzw. 28K ist mittels einer
koaxialen Schiebeverzahnung 57B bzw. 57K drehfest
mit dem Innenring 16B bzw. 16K der Bremse B bzw.
der Kupplung K verbunden. Der Betätigungsring 28B steht
daher zusammen mit der Gehäusewand 2 stets still,
und der Betätigungsring 28K befindet sich stets
im Gleichlauf mit dem Sonnenrad 4 und der Antriebswelle 1.
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Um
das konische Reibflächenpaar der Bremse B bzw. die Kupplung
K sicher reibkraftschlüssig schließen zu können,
wird der hierfür erforderliche Hub des Kugel-Rampen-Mechanismus
bereits unterhalb des Niveaus der Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K erreicht.
Zum Ausgleich des darauf folgenden zusätzlichen bzw. überschüssigen
Hubes ist der Innenring 16B bzw. 16K in Schließrichtung
der Bremse B bzw. der Kupplung K mit einer Vorspannfeder 55B bzw. 55K gegen
den Betätigungsring 28B bzw. 28K vorgespannt.
Die Vorspannfeder 55B bzw. 55K ist dann am stärksten
gespannt, wenn der zusätzliche Hub seinen größten
Wert erreicht, d. h. wenn die Wälzkörper 21B bzw. 21K sich
an den Kuppen 38B, 39B, 39K bzw. 38K kurz
vor oder nach den Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K befinden.
Ein Anschlag 56B bzw. 56K, der starr mit dem Betätigungsring 28B bzw. 28K verbunden
ist, löst beim Öffnen der Bremse B bzw. der Kupplung
K sicher den Innenring 16B bzw. 16K und damit
die reibschlüssige Verbindung zwischen dem konischen Reibflächenpaar.
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In
dem in 1 und 2 dargestellten Schaltzustand
befindet sich der Kugel-Rampen-Mechanismus linksseitig bzw. bremsseitig
in einer Grundstellung und rechtsseitig bzw. kupplungsseitig in
einer Hubstellung. Der linke Schaltring S1 und der linke Betätigungsring 28B sind
entsprechend nicht ausgelenkt, und die Bremse B ist infolge geöffnet. Der
rechte Schaltring S2 und der rechte Betätigungsring 28K sind
hingegen ausgelenkt, wodurch die Kupplung K geschlossen ist. Die Öffnungsrichtungen der
Bremse B und der Kupplung K bzw. der Innenringe 16B und 16K sind
axial einander zugerichtet.
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Die
erfindungsgemäße Kupplungs-Brems-Einheit gemäß 1 arbeitet
zusammenfassend wie folgt: Der Basisring R und der Außenring 15K werden
im Gleichlauf in einer Drehrichtung 50 angetrieben. Während
der Schaltpausen befinden sich die Schaltringe S1 und S2 jeweils
in einer Grundstellung oder in einer Hubstellung, wobei die Schaltringe
S1 und S2 axial vorgespannt von dem Basisring R über die
Wälzkörper 21B bzw. 21K synchron
mitgenommen werden. Hierbei ruhen die Wälzkörper 21B bzw. 21K entweder
in den Tiefstellen 34B, 35B, 35K bzw. 34K oder
in den Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K.
Die Kopplungsteile 23B und 23K sowie die Induktionsscheiben 22B und 22K rotieren
stets im Gleichlauf mit den Schaltringen S1 und S2. Der linke bzw.
rechte Schaltring S1 bzw. S2 steht zur Betätigung der Bremse
B bzw. der Kupplung K mit deren Innenring 16B bzw. 16K drehfrei
in Axialverbindung. Und in den Schaltpausen ist die Bremse B bzw.
die Kupplung K in einer Hubstellung geschlossen oder in einer Grundstellung
geöffnet.
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Ausgehend
von einer Grundstellung wird zum Schließen der Bremse B
bzw. der Kupplung K der Elektromagnet 20B bzw. 20K bestromt,
wodurch auf die drehend mitgenommene Induktionsscheibe 22B bzw. 22K ein
Bremsmoment wirkt, das über die Kopplungsteile 23B bzw. 23K auf
den linken bzw. rechten Schaltring S1 bzw. S2 übertragen
wird. Übersteigt dieses Bremsmoment das zwischen dem linken
bzw. rechten Schaltring S1 bzw. S2 und dem Basisring R im Wesentlichen
aufgrund der Vorspannung wirkende Haltemoment, reduziert sich die
Drehrate des linken bzw. rechten Schaltrings S1 bzw. S2 gegenüber
der Drehrate des Basisrings R, sodass eine Relativdrehung erfolgt.
Während dieser Relativdrehung laufen die Wälzkörper 21B bzw. 21K in
den Laufrichtungen 52B, 53B, 53K bzw. 52B aus
den Tiefstellen 34B, 35B, 35K bzw. 34K auf
die aufsteigenden Rampen 40B, 41B, 41K bzw. 40K auf.
Dies führt zu einer zwangsweisen Vergrößerung
des axialen Abstandes zwischen dem rechten bzw. linken Schaltring
S1 und S2 und dem Basisring R. Da der Basisring R axial festgelegt
ist, lenkt der linke bzw. rechte Schaltring S1 bzw. S2 seitlich
aus. Infolge der Axialkopplung mit dem Innenring 16B bzw. 16K wird auch
dieser axial verschoben, sodass die Bremse B bzw. die Kupplung K
schließlich reibschlüssig geschlossen wird. Der
Reibschluss wird erreicht, noch während die Wälzkörper 21B bzw. 21K auf
den Rampen 40B, 41B, 41K bzw. 40K auflaufen,
etwas unterhalb des Niveaus der Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K,
sodass die Bremse B bzw. die Kupplung K stets sicher geschlossen
und ein Verschleiß in den Reibflächen kompensiert
werden kann. Laufen die Wälzkörper 21B bzw. 21K auf
den Rampen 40B, 41B, 41K bzw. 40K weiter
auf, wirkt der Ausgleichsmechanismus, sodass die Feder 55B bzw. 55K den überschüssigen
Hub des Schaltrings S1 bzw. S2 aufnimmt und beim Erreichen der Kuppen 38B, 39B, 39K bzw. 38K bzw.
der höchsten Stelle der Laufrille 30B, 31B, 31K bzw. 30K die
Feder 55B bzw. 55K des Ausgleichsmechanismus maximal
gedrückt wird. Wenn die Wälzkörper 21B bzw. 21K die
Kuppen 38B, 39B, 39K bzw. 38K,
spätestens jedoch die Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K erreicht
haben, kann der Elektromagnet 20B bzw. 20K deaktiviert
werden. Zum Ende der Schaltphase laufen die Wälzkörper 21B und 21K in
den Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K ein,
wodurch der linke bzw. rechte Schaltring S1 bzw. S2 eine Hubstellung
erreicht hat, die ohne weitere Bestromung der Elektromagnete 20B bzw. 20K haltbar
ist. Die Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K wirken
beidseitig. Während dieser Schaltphase findet für
gewöhnlich stets eine Relativverdrehung zwischen dem Schaltring
S1 bzw. S2 und dem Basisrings R statt, die zusammen mit der Schaltphase
endet.
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Ausgehend
von dieser Hubstellung wird zum Öffnen der Bremse B bzw.
der Kupplung K der Elektromagnet 20B bzw. 21K erneut
bestromt, woraufhin auf den linken bzw. rechten Schaltring S1 bzw.
S2 wie vorstehend ein Bremsmoment übertragen wird. Dieses
Bremsmoment ist mindestens so groß, dass die Wälzkörper 21B bzw. 21K die
Rastmulde 36B, 37B, 37K bzw. 36K gegen
die Vorspannung der Feder 26B bzw. 26K überwinden
können. Haben die Wälzkörper 21B bzw. 21K die
Rastmulden 36B, 37B, 37K bzw. 36K überwunden
oder spätestens die Tiefstellen 34B, 35B bzw. 35K, 34K erreicht,
kann der Elektromagnet 20B bzw. 20K erneut abgeschaltet werden,
sodass der Schaltring S1 bzw. S2 aufgrund der Vorspannung selbsttätig
zurück in eine Grundstellung gelangen kann, die ebenfalls
ohne weitere Bestromung der Elektromagnete 20B bzw. 20K haltbar
ist, da die Tiefstellen 34B, 35B bzw. 35K, 34K wie langgezogene
Rastmulden wirken. Die Bremse B bzw. die Kupplung K ist entsprechend
wieder gelöst.
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Die
Dauer der Bestromung der Elektromagnete 20B bzw. 20K ist
entsprechend den Umdrehungszahlen sehr kurz bis impulshaft. In den
Schaltpausen sind die Elektromagnete 20B bzw. 20K deaktiviert.
Die Schaltgeschwindigkeit kann durch Veränderung der Bestromungsintensität
bzw. des Verzögerungsbetrages frei gewählt werden.
So ist es möglich, eine Schaltphase während genau
einer Umdrehung des Basisrotors R zu bewirken. Ebenso können
dafür aber auch weniger oder mehr Umdrehungen vorgesehen
sein. Es ist zudem denkbar, die Schaltphasen über programmierte
Anlauframpen stetig einzuleiten und auslaufen zu lassen. Zur ergänzenden
Regelung der Steuerbremsen können ferner nicht näher
dargestellte Sensoren vorgesehen sein, deren Messsignale, insbesondere
für Drehstellungen, Drehraten und Hübe der Schaltringe
S1 und S2 bezüglich des Basisrings R, von der Steuereinheit
abgefragt und weiterverarbeitet werden.
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Besonders
kennzeichnend für die Schaltphasen des doppelten Kugel-Rampen-Mechanismus
ist außerdem, dass sich die Schaltringe S1 und S2 schrittweise
immer nur in eine Richtung gegenüber dem Basisring R durch
Reduzierung der Drehrate verdrehen, und zwar bei Übergang
in die Hubstellung mit einer Ausfahrbewegung und beim Übergang
in die Grundstellung mit einer Einfahrbewegung einhergehend. Im
Laufe von drei gleichsinnig aufeinanderfolgenden Schaltzyklen wird
daher eine volle Umdrehung der Schaltringe S1 und S2 gegenüber
dem Basisring R bewirkt. Entsprechend sind die Laufrillen 30B, 31B, 31K, 30K geschlossen
vorgesehen. Die Anzahl der Schaltzyklen für eine Umdrehung
entspricht dabei der Anzahl der Grund- bzw. Hochstellungen. Bei
einer Drehrichtungsumkehr arbeitet der Kugel-Rampen-Mechanismus
entsprechend umgekehrt. Aufsteigende Rampen 40B, 41B, 41K bzw. 40K und
absteigende Rampen 42B, 43B, 43K bzw. 42K wechseln,
und die Laufrichtungen 52B, 53B, 53K bzw. 52B und
der Eigendrehsinn 54B bzw. 54K der Wälzkörper 21B bzw. 21K kehren
sich um. Die ansteigenden und die absteigenden Rampen 40B und 42B bzw. 43B und 41B bzw. 41K und 43K bzw. 42K und 40K derselben
Laufrille 30B, 31B, 31K bzw. 30K sind
bezüglich der Tiefstellen 34B, 35B, 35K bzw. 34K für
eine einfache Auslegung der Steuerung bei Drehrichtungsumkehr symmetrisch
ausgeführt, d. h. der Steigungsverlauf ist dort genau entgegengesetzt.
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Da
die Steuerbremsen voneinander unabhängig mittels der Steuereinheit 25 aktivier-
und deaktivierbar sind und dadurch der linksseitige und der rechtsseitige
Teil des Kugel-Rampen-Mechanismus entsprechend getrennt steuerbar
sind, können auch die Bremse B und die Kupplung K voneinander unabhängig
betätigt werden. Folglich ergeben sich vier definierte
Schaltzustände für die Kupplungs-Brems-Einheit:
In einem ersten Schaltzustand ist die Kupplung K geschlossen und
die Bremse B geöffnet. In einem zweiten Schaltzustand ist
die Kupplung K geöffnet und die Bremse B geschlossen. In
einem dritten Schaltzustand ist sowohl die Bremse B als auch die
Kupplung K geöffnet. Und in einem vierten Schaltzustand
sind beide geschlossen. Darüber hinaus sind während
des Übergangs von einer Grundstellung in eine Hubstellung
auch Zwischenstufen mit gezielten Schlupfphasen möglich,
indem die Bremsmomente der Steuerbremsen für eine Schaltung
in eine Hubstellung definiert zu schwach sind. Während
solcher Schlupfphasen können der Schaltring S1 bzw. S2
und der Basisring R trotz Bestromung der Elektromagnete 20B bzw. 20K im Gleichlauf
rotieren.
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Für
das Vorsatzgetriebe gemäß 1 bedeuten
die vorgenannten Schaltzustände Folgendes: Im ersten Schaltzustand
ist das Hohlrad 5 freigeben und der Planetenradträger 6 ist
mit dem Sonnenrad 4 gleichgeschaltet, wodurch ein direkter
Durchtrieb bewirkt wird. Im zweiten Schaltzustand wird das Hohlrad 5 an
der Gehäusewand 2 festgehalten. Es erfolgt in
Abhängigkeit der Verzahnung des Planetenradsatzes eine Übersetzung
kleiner eins, beispielsweise eins zu drei. Im dritten Schaltzustand
wird in Abhängigkeit des an der Antriebswelle 1 anliegenden
Moments die Rotationsenergie vorzugsweise vollständig an
das Hohlrad 5 abgegeben. Im vierten Schaltzustand ist das
Getriebe blockiert. Für die beiden wichtigsten Schaltzustände,
dem ersten und dem zweiten, liegen sich die Wälzkörper 21B bzw. 21K aufgrund
der phasenverschobenen Laufrillen 31B und 31K für
eine günstige Lastverteilung direkt gegenüber.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0739033
A1 [0004]
- - EP 0825356 A2 [0004]
- - DE 10361296 A1 [0005]
- - DE 102004023792 A1 [0006]
- - DE 10345321 A1 [0007]