-
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.
-
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.
-
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.
-
Aus
EP 0 793 033 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.
-
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.
-
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.
-
Aus
DE 103 45 321 A1 ist eine Kupplungs- und Bremseinheit bekannt, deren Lamellenpakete nicht näher beschrieben nach dem Kugel-Rampen-Prinzip voneinander unabhängig betätigbar sein sollen.
-
Aus
DE 40 07 506 A1 ist ein unter Last schaltbares Getriebe mit mehreren Kupplungen bekannt, die mittels Kugel-Rampen-Mechanismen voneinander unabhängig betätigbar sind. Jeder der Kugel-Rampen-Mechanismen umfasst einen Antriebsmotor sowie einen Verstell und einen Druckring. Die beiden Ringe sind jeweils in einem begrenzten Winkelbereich gegeneinander verdrehbar, wozu der Verstellring über eine Stirn- oder Kegelradverzahnung mit dem jeweiligen Antriebsmotor gekoppelt ist. Die in den Ringen integrierten Kugellaufbahnen sind in Umlaufrichtung begrenzt.
-
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 einen Halbschnitt eines Vorsatzgetriebes, das eine erfindungsgemäße Kupplungs-Bremse-Einheit mit einem Basisring und zwei Schaltringen enthält,
-
2 eine Schnittabwicklung des Basisrings und der Schaltringe gemäß 1,
-
3 eine Draufsicht auf einen der Schaltringe gemäß 1.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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. 28K sowie 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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
