DE102009056297A1

DE102009056297A1 - Kupplungsbetätigungseinrichtung, insbesondere für ein Doppelkupplungssystem

Info

Publication number: DE102009056297A1
Application number: DE102009056297A
Authority: DE
Inventors: Tomas Dr. Smetana
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-01
Also published as: BRPI1004865A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kupplungsbetätigungslager, das über einen Aktuatorring betätigt wird. Erfindungsgemäß wird durch eine spezielle Gestaltung des Aktuatorringes und einer in diesem sitzenden Abstützscheibe, eine gegenüber den Auflagezonen der Finger einer Betätigungsklaue, um 90° versetzte Krafteinleitung in den Lageraußenring erreicht. Die Erfindung umfasst weiterhin auch eine spezielle Gestaltung, der für die Einleitung einer Kupplungsbetätigungskraft maßgeblichen Zonen der Betätigungsklaue und des Aktuatorringes.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsbetätigungseinrichtung, die als solche dazu dient, durch Einstellung der Axialposition eines Lagers gegenüber einem zugeordneten Kupplungssystem den Eingriffszustand des Kupplungssystems festzulegen. Insbesondere richtet sich hierbei die Erfindung auf eine Kupplungsbetätigungseinrichtung, die als solche dazu dient, eine zur Herbeiführung eines Kupplungseingriffszustands vorgesehene Axialkraft über ein Schrägkugellager in ein Kupplungssystem einzuleiten. Derartige Kupplungsbetätigungseinrichtungen werden allgemein auch als Kupplungseinrückeinrichtungen bezeichnet und finden insbesondere in Verbindung mit Doppelkupplungsgetrieben Anwendung.
Hintergrund der Erfindung
Aus DE 10 2005 027 608 A1 ist ein Kupplungsbetätigungslager bekannt, das konzentrisch zu einer Getriebehauptwelle angeordnet und in Axialrichtung derselben verlagerbar ist. Bei entsprechender Positionierung des Kupplungsbetätigungslagers relativ zu einem zugeordneten Kupplungsreibbelagsystem, kann dieses in einen Eingriffszustand verbracht werden, in welchem über das Kupplungsreibbelagsystem ein Drehmoment übertragen werden kann. Die Einleitung einer das Kupplungsbetätigungslager gegen die zugeordnete Kupplungseinrichtung drängenden Axialkraft erfolgt unter Einsatz eines Aktuatorringes, der als solcher auf einen nicht-mitlaufenden Lagerlaufring des Kupplungsbetätigungslagers aufgesetzt ist.
Aus DE G 70 36 423.7 ist ebenfalls ein Kupplungsbetätigungslager bekannt, das zur Übertragung einer für den Kupplungseingriffszustand maßgeblichen Axialkraft vorgesehen ist. Dieses Kupplungsbetätigungslager umfasst einen Lagerinnenring und einen Lageraußenring. Auf den Lageraußenring ist ein Aktuatorring aufgesetzt, der, ähnlich wie bei dem vorangehend beschriebenen Lagersystem, einen Umfangsflansch bildet, der als solcher der Axialkrafteinleitung vermittels einer Kupplungsklaue dient.
Bei Kupplungssystemen besteht das Problem, dass trotz der hohen Anforderungen an die mechanische Festigkeit und geforderter hoher, vollständig wartungsfrei erreichbarer Lastspielzahlen, diese Kupplungsbetätigungslager unter einem hohen Kostendruck gefertigt werden müssen. Aufgrund der bei zeitgemäßen Getrieben herrschenden hohen Bauteildichte bestehen für die Gestaltung der Kupplungsbetätigungslager erhebliche konstruktive Einschränkungen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsbetätigungseinrichtung zu schaffen die unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten relativ kostengünstig herstellbar ist, und die sich durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten sowie eine hohe und zuverlässig gewährleistbare Lastspielfestigkeit auszeichnet.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kupplungsbetätigungseinrichtung mit einem Lagerinnenring, einem Lageraußenring, Wälzkörpern, die in einem zwischen den beiden Lagerringen definierten Bahnraum aufgenommen sind und die beiden Lagerringe gegeneinander und unter Bildung eines Wälzlagers drehbar abstützen, und einem Aktuatorring, der als solcher den Lageraußenring umgreift und der Einleitung einer Kupplungsbetätigungskraft in den Lageraußenring dient, wobei sich diese Kupplungsbetätigungseinrichtung dadurch auszeichnet, dass in einem zwischen dem Aktuatorring und dem Lageraußenring liegenden Zwischenbereich eine Abstützscheibe vorgesehen ist, die der Übertragung axial gerichteter Kräfte zwischen dem Aktuatorring und dem Lageraußenring dient, wobei diese Abstützscheibe und der Aktuatorring derart gestaltet und in ihrer Geometrie aufeinander abgestimmt sind, dass sich zumindest bei niedriger Axialbelastung zwischen den Krafteinleitungszonen am Aktuatorring und den axial tragenden Zonen der Abstützscheibe ein Versatz in Umfangsrichtung des Lageraußenringes ergibt.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, die Krafteinleitung in den Lageraußenring an einer gegenüber der Kupplungsklaue signifikant, insbesondere 90° versetzten Umfangszone zu bewerkstelligen. In überraschend wirkungsvoller Weise wird hierdurch die Belastung des Lageraußenringes vergleichmäßigt und der Verschleiß in den Krafteinleitungszonen des Aktuatorringes reduziert.
Bei der vorangehend bereits genannten Auslegung des Versatzwinkels auf ca. 90° wird eine Kreuzgelenkmechanik realisiert, durch welche die im Rahmen der Kupplungsbelastung auftretenden Bauteilsverformungen und Bauteilsverlagerungen in vorteilhafter Weise kompensiert werden können. Der zur Übertragung der Axialkraft zwischen dem Aktuatorring und dem Lageraußenring herangezogene Bereich der Abstützscheibe besteht vorzugsweise aus zwei Ringsegmentzonen. Die vorangehend eingeführte Winkelangabe bezieht sich auf die Lage der Zentren jener Ringsegmentzonen gegenüber den Krafteinleitungszonen (Auflagezonen einer Kupplungseinrückklaue) am Aktuatorring. Die Bezugsebene für diese Winkelangabe ist hierbei eine radial zur Umlaufachse des Lagerinnenringes ausgerichtete Ebene. Die vorgenannten, tragenden Ringsegementzonen erstrecken sich vorzugsweise über einen Umfangswinkel von 30 bis 60°. Die Krafteinleitung in den Aktuatorring erfolgt relativ punktuell, die Kraftableitung in den nicht-mitlaufenden Lagerlaufring erfolgt etwas flächiger in dem vorgenannten Umfangswinkelbereich.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abstützscheibe derart ausgebildet und kinematisch in das zugehörige Getriebe eingebunden, dass diese Abstützscheibe als Führungsring fungiert und dabei in Richtung einer gedachten Verbindungsachse der Krafteinleitungspunkte am Aktuatorring eine gewisse radiale Abstützung des Aktuatorringes bewirkt. Der Aktuatorring und jene Abstützscheibe können so gestaltet sein, dass der Aktuatorring gegenüber der Abstützscheibe nur in eine Richtung und zwar eine Richtung senkrecht zu einer Kuplungsbetätigungsklauenschwenkachse, verlagerbar ist. Hierzu wird vorzugsweise zwischen dem Aktuatorring und den entsprechende Wandungszonen der Abstützscheibe ein hinreichender Bewegungsraum bereitgestellt. Dieser Bewegungsraum kann durch eine elliptische Innenkontur des Aktuatorringes, insbesondere entlang seiner Innenbohrung, realisiert werden. Alternativ hierzu, oder in Kombination mit dieser Maßnahme, kann jener Bewegungsraum auch durch entsprechend elliptische Gestaltung der Außengeometrie des Aktuatorringes geschaffen werden.
Der Aktuatorring weist vorzugsweise einen Ringflansch auf. Die zur Aufnahme einer Kupplungsbetätigungskraft vorgesehenen Krafteinleitungsabschnitte sind im Bereich dieses Ringflansches ausgebildet. Jener Ringflansch ist vorzugsweise durch randnah verlaufende, vorzugsweise senkrecht zur Hauptebene, aufgerichtete Stegabschnitte ausgesteift, die als solche die Biegesteifigkeit dieses Strukturbauteil in den zwischen den Krafteinleitungsabschnitten liegenden Bereichen erhöhen.
Der Aktuatorring ist vorzugsweise als ringglockenartige Gehäusestruktur ausgebildet, die als solche in verbautem Zustand den Lageraußenring unter Belassung eines geringen Zwischenraumes umgreift. An dem Aktuatorring ist vorzugsweise auf dessen, der Kupplungseinrichtung abgewandten, Rückseite eine radial einwärts vordringende Ringwandung ausgebildet. Die Abstützscheibe sitzt erfindungsgemäß zwischen dem Lageraußenring und jener radial einwärts vordringenden Ringwandung. Die erfindungsgemäße Traglastverteilung zwischen Aktuatorring und Lageraußenring wird vorzugsweise erreicht, indem an der Abstützscheibe in, in Umfangsrichtung derselben abfolgenden Ringzonen die Axialdicke der Abstützscheibe unterschiedlich groß ist, wobei die Übertragung der Axiallast durch die hierbei vorgesehenen Zonen größerer Axialdicke bewerkstelligt wird. Diese spezielle Übertragung der Axialkräfte kann auch erreicht werden, indem an der vorgenannten eingezogenen Ringwandung des Aktuatorringes eine entsprechende Axialprofilierung, beispielsweise durch geringfügig axial hervortretende Stufensegmente vorgesehen ist. Es können auch spezielle Axialprofilierungen der Stützscheibe und der an dieser anstehenden Ringwandung kombiniert zur Anwendung kommen. Es ist möglich, die zur erfindungsgemäßen Axialkraftübertragung beitragenden Zonen unter möglichst exakter Berücksichtigung der strukturmechanischen Eigenschaften des Aktuatorringes, der Stützscheibe und ggf. auch des an der Stützscheibe anstehenden Lageraußenringes abzustimmen. Neben Konzepten, bei welchen sich die Lage und Gestalt der axial tragenden Zonen nicht ändert, sind auch Konzepte umsetzbar, bei welchen synchron zum Anstieg der Axialkraft sich die Gestalt und ggf. Lage der tragenden Bereiche ändert.
Die Abstützscheibe ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine Verzahnungsgeometrie auf der Führungshülse axial verschiebbar gelagert und gegen Drehung in Umfangsrichtung gesichert. Alternativ, oder ggf. auch in Kombination mit dieser Maßnahme, ist es auch möglich, die Abstützscheibe und den Aktuatorring so zu gestalten, dass die Abstützscheibe in diesem gegen eine übermäßige Drehung in Umfangsrichtung gesichert ist.
Die Abstützscheibe ist vorzugsweise aus einem, ggf. mit Füllstoffen befrachteten, Kunststoffmaterial gefertigt. Die Abstützscheibe kann als Insertmolding-Bauteil mit einem besonders tragfähigen Kern ausgeführt sein.
Die erfindungsgemäße Kupplungsbetätigungseinrichtung ist vorzugsweise so gestaltet, dass im Innenbereich des inneren Lagerlaufringes ein Druckring sitzt, der sich hierbei über ein Ringkalottengelenk abstützt. Dieser Druckring und der Ringflansch des Aktuatorringes sind vorzugsweise derart gestaltet, dass diese im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser aufweisen. Zu diesem speziellen Gestaltungskonzept wird auf die nachfolgende Figurenbeschreibung und entsprechenden Darstellungen verwiesen.
Innerhalb des Aktuatorringes kann ein Ausgleichsraum bereitgestellt werden, der eine zur Vermeidung von Radialverspannungen ausreichende Radialverlagerung des Lageraußenringes innerhalb des Aktuatorringes zulässt.
Der Aktuatorring kann als relativ dünnwandiges Bauteil ausgeführt sein. Vorzugsweise ist der Aktuatorring durch mehrere Sickenstrukturen ausgesteift. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Lageraußenring als Tiefziehteil, insbesondere aus einem vorzugsweise nachträglich gefügebehandelten Stahlmaterial, gefertigt.
Der Lagerinnenring und der Lageraußenring sind vorzugsweise so gestaltet, dass diese ein Schrägkugellager bilden. Zwischen dem Lagerinnenring und dem Lageraußenring ist vorzugsweise eine Dichtungseinrichtung vorgesehen, die sich als solche vorzugsweise in dem vom Ringflansch des Aktuatorringes umgriffenen Axialbereich befindet und den Lagerinnenraum abdichtet. Diese Dichtungseinrichtung ist vorzugsweise durch ein elastomeres Dichtringelement gebildet, das an dem Lageraußenring verankert ist. Dieses Dichtringelement bildet vorzugsweise eine Dichtlippe, die unter geringer Vorspannung auf einer Außenumfangsfläche des Innenringes läuft.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine perspektivische Axialschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungsbetätigungseinrichtung für ein Doppelkupplungsgetriebe zur Veranschaulichung des Aufbaues derselben;
2 eine Axialschnittdarstellung zur weiteren Veranschaulichung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Kupplungsbetätigungseinrichtung und des hierdurch erreichten Kraftflusses;
3a, 3b und 3c weitere Darstellungen zur Veranschaulichung der Geometrie des Aktuatorringes und einer in diesen eingesetzten Abstützscheibe;
4a und 4b zwei Skizzen zur Veranschaulichung des Tragbilds des Aktuatorringes bei Niedriglast und bei Hochlast;
5a, 5b und 5c Skizzen zur Veranschaulichung einer bevorzugten, auch für sich gesehen erfindungsgemäßen Gestaltung der für die kinematische Koppelung von Kupplungsklaue und Aktuatorring maßgeblichen Detailgeometrien;
6 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung bevorzugter geometrischer Verhältnisse für den Kraftübertragungsbereich zwischen einem Finger einer Kupplungsklaue und dem Flanschbereich des Aktuatorringes.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Kupplungsbetätigungseinrichtung umfasst einen Lagerinnenring 1, einen Lageraußenring 2 sowie Wälzkörper 3, die in einem zwischen den beiden Lagerringen 1, 2 definierten Bahnraum aufgenommen sind und die beiden Lagerringe 1, 2 nach Art eines Schrägkugellagers gegeneinander abstützen.
Die erfindungsgemäße Kupplungsbetätigungseinrichtung umfasst weiterhin einen Aktuatorring 4, der als solcher den Lageraußenring 2 umgreift und der Einleitung einer Kupplungsbetätigungskraft Fa in den Lageraußenring 2 dient.
Die erfindungsgemäße Kupplungsbetätigungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass in einem zwischen dem Aktuatorring 4 und dem Lageraußenring 2 liegenden Zwischenbereich eine Abstützscheibe 7 vorgesehen ist, die der Übertragung axial gerichteter Kräfte zwischen dem Aktuatorring 4 und dem Lageraußenring 2 dient, wobei diese Abstützscheibe 7 und der Aktuatorring 4 derart gestaltet und in ihrer Geometrie aufeinander abgestimmt sind, dass sich zumindest bei niedriger Axialbelastung zwischen den Krafteinleitungszonen des Aktuatorringes 4 und den axial tragenden Zonen der Abstützscheibe 7 ein Versatz in Umfangsrichtung des Lageraußenringes ergibt. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Belastung des Lageraußenringes 2 und Beibehaltung einer günstigen Geometrie der durch den Lageraußenring 2 gebildeten Wälzkörperlaufbahn.
Der Aktuatorring 4 und der Lageraußenring 2 sind bei diesem Ausführungsbeispiel weiterhin derart aufeinander abgestimmt, dass zwischen diesen beiden Ringen 2, 4 ein Zwischenraum verbleibt, der eine gewisse Radialverlagerung dieser beiden Ringe 2, 4 gegeneinander zulässt.
Der Aktuatorring 4 ist als Tiefziehbauteil ausgeführt. Der Aktuatorring 4 weist einen radial einwärts vordringenden Bundabschnitt 4c auf. An diesem Bundabschnitt 4c stützt sich jene eine Abstützscheibe 7 axial ab. Diese Abstützscheibe 7 fungiert zudem als Axialführung, indem diese den Aktuatorring 4 auf einer Führungshülse 8 (vgl. 2) axial verschiebbar, sowie ggf. entlang einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Krafteilleitungsbereichen am Aktuatorring 4 radial abgestützt lagert.
Der Lagerinnenring 1 sitzt in einem vom Lageraußenring 2 umgriffenen Axialbereich. Der Lagerinnenring 1 bildet im Bereich seiner Innenumfangsfläche 1a eine Kalottenfläche 1a, die auf einem Ausgleichsring 9 sitzt. Jener Ausgleichsring 9 wiederum stützt sich auf einem Einstell- oder Druckring 10 ab. Der Druckring 10 dient der Einleitung der über das Lager geführten Betätigungskraft Fa in ein hier nicht näher dargestelltes Kupplungs- bzw. Reibbelagsystem.
In einem vom vorgenannten Druckring 10 und dem beschriebenen Schrägkugellager umgriffenen Axialbereich befindet sich ein weiteres Kupplungsbetätigungslager 11. Die hier gezeigte Baugruppe fungiert als Einrückeinrichtung für ein Doppelkupplungsgetriebe.
In 2 ist insbesondere der Querschnitt des Aktuatorringes 4 weiter veranschaulicht. Neben dem zur Axialkraftübertragung vorgesehenen Ringflansch 4a umfasst der Aktuatorring 4 einen, unter Belassung eines Ringraumes, an die Außengeometrie des Lageraußenringes 2 angepassten Mantelabschnitt 4b sowie einen den rückwärtigen, (d. h. einen dem Druck- oder Z-Ring 10 abgewandten) Randbereich des Lageraußenringes 2 hintergreifenden und dabei radial einwärts vordringenden Ringboden 4c.
Wie aus dieser Darstellung weiter ersichtlich, erfolgt die Übertragung der an dem Aktuatorring 4 angreifenden Betätigungskräfte Fa in den Lageraußenring 2 unter Einschluss der Abstützscheibe 7. Diese Abstützscheibe 7 ist gegen Drehung in Umfangsrichtung gesichert. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird diese Verdrehsicherung durch eine Verzahnungsgeometrie (siehe 3a bis 3c) im Zusammenspiel mit einer komplementären Axialverzahnung der Führungshülse 8 erreicht. Die Abstützscheibe 7 sowie der radial einwärts vordringende Lageflansch 4c des Aktuatorringes 4 sind so gestaltet, dass sich der in Verbindung mit 1 bereits angesprochene Umfangsversatz der Krafteinleitungs- und der Kraftableitungszonen ergibt. Die Abstützscheibe 7 kann aus einem Kunststoffmaterial, ggf. mit einem Einsatzkern, gefertigt sein.
In den 1 und 2 ist der durch das erfindungsgemäße Konzept erreichte besondere Kraftfluss durch Pfeillinien veranschaulicht. Wie erkennbar, erfolgt die Einleitung der Axialkraft Fa in den Aktuatorring 4 über speziell gestaltete Krafteinleitungsabschnitte (vgl. Bezugszeichen 4e, 4f in 3b), die durch den Flansch 4a des Aktuatorringes 4 gebildet sind. Die in jenen Flansch 4a an einander diametral gegenüberliegenden Positionen eingeleiteten Axialkräfte Fa/2 werden über Wandungsabschnitte des Aktuatorringes 4 in den Bereich der radial einwärts vordringenden Wandung 4c übertragen. Diese Wandung 4c sitzt auf der Abstützscheibe 7 auf. Aufgrund der speziellen Gestaltung jener Abstützscheibe 7 erfolgt die weitere Übertragung der Axialkraft Fa in den Lageraußenring 2 an einer gegenüber den Krafteinleitungsabschnitten 4e, 4f in Umfangsrichtung um ca. 90° versetzten Position. Etwaige über die Kupplungsklaue in den Aktuatorring 4 eingekoppelte Radialkräfte Fr führen primär zu einer geringen radialen Verlagerung des Aktuatorringes 4 gegenüber der Abstützscheibe 7 und werden unter Berücksichtigung des Reibungswiderstands des entsprechenden Bewegtflächensystems, sowie der geometrischen Eigenschaften desselben, erfindungsgemäß über die Abstützscheibe 7 in die Führungshülse 8 abgeleitet. Der Lageraußenring 2 ist damit radial von dem Aktuatorring 4 weitestgehend kinematisch entkoppelt. Zur Realisierung dieses Effekts ist die Abstützscheibe 7 derart gestaltet, dass deren Innenöffnungsbegrenzungswandung als Gleitführungsfläche fungiert, die auf der Führungshülse 8 unter geringem Bewegungsspiel gleitet. Zwischen der Abstützscheibe 7 und dem Aktuatorring 4 ist in Richtung der potentiellen Relativbewegungen der Bauteile zueinander ein entsprechender Radialspielraum vorgesehen. Die Abstützscheibe 7 fungiert insoweit auch als Führungsstruktur, auf welcher der Aktuatorring 4 in eine senkrecht zur Verbindungslinie der Krafteinleitungspunkte 4e, 4f verlaufende Richtung, radialverschiebbar geführt ist. Die Innenöffnungsbegrenzungswandung der Abstützscheibe 7 definiert ein Verzahnungsprofil. An der Führungshülse 8 ist, zumindest abschnittsweise, ein entsprechendes Komplementärprofil verwirklicht. Die Abstützscheibe 7 ist damit auf der Führungshülse 8 gegen Drehung in Umfangsrichtung gesichert. Die Abstützscheibe 7 fungiert auch als Zentrierorgan, das als solches den Lageraußenring 2 des Wälzlagers relativ zur Führungshülse 8 vorzentriert.
In 3a ist der erfindungsgemäß erreichte Umfangsversatz der Krafteinleitungszonen und der Kraftableitungszonen des Aktuatorrings 4 weiter veranschaulicht. In dieser Darstellung sind ferner ein Paar Ringstege 4h erkennbar, die sich entlang des Außenrandes des Ringflansches 4a erstrecken. Durch diese Ringstege 4h wird eine hohe Struktursteifigkeit des Aktuatorringes 4 erreicht.
Wie aus den 3a, 3b und 3c ersichtlich, bietet die erfindungsgemäße Abstützscheibe eine Lastverteilungsfunktion. Die Kontaktstellen zur Bodenwandung 4c des Aktuatorringes 4 sind rot bzw. schraffiert dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der axial tragende Kontaktbereich zwischen der Abstützscheibe und dem Lagerflansch „90°” versetzt zur Lasteinleitung ist. Die restlichen Bereiche der Abstützscheibe (Rampen) weisen Spiel zu der auch als Lagerflansch fungierenden Bodenwandung 4c auf. Die Rampen können derart optimiert ausgeführt werden, dass bei einer normalen Betriebsbelastung ein Vierpunktkontakt zwischen dem Lagerflansch und der Abstützscheibe entsteht. Bei max. Belastung wird die Axialkraft über sechs am Umfang gleichmäßig verteilte Punkte oder Zonen ins Lager eingeleitet. Durch diese Maßnahme lässt sich das „Lagertellern” um ca. 2/3 gegenüber einem System ohne erfindungsgemäße Lastverteilung reduzieren.
Die insbesondere in der Darstellung nach 3b erkennbaren, an dem Ringflansch 4a ausgebildeten, Klauenauflagezonen 4e, 4f können so gestaltet sein, dass diese im Zusammenspiel mit den zugeordneten Fingern der Kupplungsbetätigungsklaue eine besondere Kontaktgeometrie bilden, wie dies in Verbindung mit den 5a, 5b, 5c und 6 noch eingehend erläutert werden wird.
In den 4a und 4b ist veranschaulicht, welche Umfangszonen des Aktuatorringes 4 bei Niedriglast bzw. bei Hochlast zum Tragen kommen. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Aktuatorring so gestaltet, dass bei Niedriglast zunächst die hier erkennbaren Zonen 4en1 bzw. 4en2 an dem Radialflansch des Lageraußenrings aufsitzen.
Wie in 4b veranschaulicht, stützt sich, bei Erreichen der Hochlast, der Aktuatorring 4 zusätzlich zu den Zonen 4en1, 4en2 auch über die Zonen 4eb1 und 4eb2 auf dem Lageraußenring 2 oder der Abstützscheibe 7 ab. Dieser spezielle Effekt wird unter Berücksichtigung der strukturmechanischen Eigenschaften des Aktuatorringes 4 und entsprechende Gestaltung des zunächst vorhandenen axialen Verformungsspielraumes erreicht.
Bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel herrscht bei Niedriglast ein sogenannter Zwei-Punktkontakt, wobei die Krafteinleitung in den Lageraußenring 2 unter einem Versatz von 90° zu der Verbindungsachse Q2 der Klauenauflagezonen 4e, 4f erfolgt, über welche die Betätigungskraft in den Aktuatorring 4 eingeleitet wird. Hierdurch ergibt sich eine gewisse kardanische Aufhängung des äußeren Lagerlaufringes 2, die sich vorteilhaft auf die Laufruhe des Lagers auswirkt. Bei Hochlast besteht ein 4-Zonenkontakt, bei welchem sich eine besonders gleichmäßige Axialkraftverteilung am Lageraußenring 2 ergibt.
In den 5a, 5b, 5c sowie in 6 ist eine spezielle Gestaltung einer erfindungsgemäß gestalteten Kontaktzone zwischen einer Kupplungsklaue 11 und dem Krafteinleitungsabschnitt 4e des Flanschabschnitts 4a des Aktuatorringes 4 veranschaulicht. Die Kupplungsklaue 11 ist so gestaltet, dass diese im jeweiligen Krafteinleitungsabschnitt über speziell konvex gestaltete Druckfinger 11a aufliegt. Die Betätigungsklaue 11 ist über einen, hier nicht näher dargestellten, Gelenkmechanismus derart gelagert, dass diese um eine zur Umlaufachse des Lagerinnenringes quer und zudem von dieser beabstandete Klauenachse schwenkbar ist. Jene Krafteinleitungsabschnitte sind gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung als Konkavrinnenabschnitte ausgeführt, derart, dass diese Konkavrinnenabschnitte in einer zur Klauenachse radialen Bezugsebene einen unrunden Rinnenquerschnitt definieren. Vorteilhafte Detailgestaltungen sowie die hierbei erreichten Kräfteverhältnisse sind unmittelbar aus der Darstellungsgruppe der 5a, 5b und 5c ersichtlich.
Wie aus 6 ersichtlich, setzt sich bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel jener Rinnenquerschnitt aus zwei Kreisbögen KB1, KB2 zusammen, wobei die Krümmungsmittelpunkte S1, S2 in der vorgenannten Bezugsebene gegeneinander, wie dargestellt, versetzt sind. Die Fingerendabschnitte 11a der Betätigungsklaue 11 sind in jenem, auf dem entsprechenden Krafteinleitungsabschnitt – hier 4e – aufsitzenden, Kontaktbereich derart gestaltet, dass diese in der vorgenannten Bezugsebene ein Kreissegment KSK beschreiben. Weiterhin sind die Fingerendabschnitte 11a derart gestaltet, dass die Krümmungsmittelpunkte S1, S2 der Kreisbögen KB1, KB2 des Rinnenquerschnitts innerhalb eines jenes Kreissegment KSK umfassenden Umkreises KU liegen.
Die Betätigungsklaue 11 ist vorzugsweise als Stahlumformteil aus einem Blechmaterial gefertigt. Die vorgenannte Spezialgeometrie der Fingerendabschnitte 11a kann dabei bereits umformtechnisch, ohne besondere Nachbearbeitung, erreicht werden. Es ist auch möglich, die Spezialgeometrie der auf den Krafteinleitungsabschnitten 4e, 4f aufliegenden Strukturen im Zusammenspiel mit einem lokalen Hartmetallauftrag, einer lokalen Beschichtung oder auch einem kleinen an der Klaue 11 oder dem Flansch 4a gesicherten Zwischenelement zu realisieren.
Die erfindungsgemäße Kupplungsbetätigungseinrichtung zeichnet sich insbesondere durch den speziellen Aktuatorring und die darin sitzende Abstützscheibe aus. Das Einrücklagersystem setzt sich grob aus einem Schrägkugellager mit Einstellring, aus einem Lagerflansch sowie aus einer Abstützscheibe aus Kunststoff zusammen. Der Hebelaktuator drückt auf den Lagerflansch. Die Axialkraft wird vom Lagerflansch durch die Abstützscheibe ins Einrücklager und weiter durch den Einstellring mit Kalotte in die Kupplung übertragen. Die radiale Führung der Abstützscheibe erfolgt über die Führungshülse.
Der Ausgleich der radialen Gleitbewegungen des Hebelaktuators ist ersichtlich. Bewegt sich der Hebelaktuator radial zur Achse des Einrücklagers, kann der Lagerflansch radial auf der Abstützscheibe gleiten. Die daraus resultierenden Reibkräfte werden durch die Abstützscheibe in die Führungshülse eingeleitet. Die Position des Lagers wird somit durch die auftretenden Radialkräfte nicht beeinflusst. Weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung: Der Hebel wälzt im Ballus des Lagerflansches ab, da durch das erfindungsgemäße Konzept im Kontaktbereich im wesentlichen keine radialen Gleitbewegung auftreten, wird der Hebelverschleiß an dieser Stelle signifikant reduziert. Erfindungsgemäß erfolgt die Gleitbewegung im niedrig belasteten Kontakt zwischen dem Lagerflansch und der Abstützscheibe. Hierdurch lässt sich der Verschleiß deutlich minimieren.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Konzeptes wird die aus Kunststoff gefertigte Abstützscheibe zusätzlich als ein Lastverteilungselement genutzt, die den Doppelpunktkontakt des Hebelaktuators auf dem Lagerflansch überraschend gleichmäßig über den Umfang des Lagers verteilt. Weiterhin werden erfindungsgemäß die Kontaktstellen zwischen dem Hebel und dem Lagerflansch im Hinblick auf die Hertzschen Pressungen optimiert.
Der Ballus im Lagerflansch wird anstatt eines einfachen Radius als von zwei Radien in Form eines „Gotischen Bogens” begrenzte Struktur ausgeführt. Dadurch wird die Axialkraft nicht über eine Kontaktlinie sondern über zwei Kontaktlinien pro Hebelkontakt in den Lagerflansch eingeleitet. Es gilt: F_RH = F_a/[2 × cos(α/2)].
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005027608 A1 [0002]
DE 7036423 [0003]

Claims

Kupplungsbetätigungseinrichtung mit: – einem Lagerinnenring (1), – einem Lageraußenring (2), – Wälzkörpern (3), die in einem zwischen den beiden Lagerringen (1, 2) definierten Bahnraum aufgenommen sind und die beiden Lagerringe (1, 2) gegeneinander abstützen, und – einem Aktuatorring (4), der als solcher den Lageraußenring (2) umgreift und der Einleitung einer Kupplungsbetätigungskraft in den Lageraußenring (2) dient, – wobei an dem Aktuatorring (4), in einander diametral gegenüberliegenden Umfangszonen, Krafteinleitungsabschnitte (4e, 4f) bereitgestellt sind, – dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen dem Aktuatorring (4) und dem Lageraußenring (2) liegenden Zwischenbereich eine Abstützscheibe (7) vorgesehen ist, die der Übertragung axial gerichteter Kräfte zwischen dem Aktuatorring (4) und dem Lageraußenring (2) dient, – wobei diese Abstützscheibe (7) und der Aktuatorring (4) derart gestaltet sind, dass sich zumindest bei niedriger Axialbelastung zwischen den Krafteinleitungszonen (4e, 4f) am Aktuatorring (4) und den axial tragenden Zonen der Abstützscheibe (7) ein Versatz in Umfangsrichtung des Lageraußenringes (2) ergibt.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorangehend genannte Versatz in Umfangsrichtung im wesentlichen 90° beträgt.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützscheibe (7) derart ausgebildet ist, dass diese eine radiale Abstützung des Lageraußenringes (2) bewirkt.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorring (4) einen Ringflansch (4a) aufweist, und dass die Krafteinleitungsabschnitte (4e, 4f) im Bereich dieses Ringflansches (4a) ausgebildet sind
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jener Ringflansch (4a) durch Stegabschnitte (4h) ausgesteift ist.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuatorring (4) ein ringglockenartiges Gehäuse bildet das den Lageraußenring (2) umgreift.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Aktuatorring (4) auf dessen der Kupplungseinrichtung abgewandten Seite eine radial einwärts vordringende Ringwandung (4c) ausgebildet ist.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützscheibe (7) zwischen dem Lageraußenring (2) und der Ringwandung (4c) sitzt.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in, in Umfangsrichtung abfolgenden Ringzonen der Abstützscheibe (7) die Axialdicke der Abstützscheibe (7) unterschiedlich groß ist, und dass die Übertragung der Axiallast durch die hierbei vorgesehenen Zonen größerer Axialdicke bewerkstelligt wird.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützscheibe (7) durch Stufensegmente axial profiliert ist, wobei die hierbei geschaffene Profilierung Stufenpaare mit unterschiedlichem axialen Höhenniveau aufweist.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass die radial einwärts vordringende Ringwandung (4c) durch Stufensegmente axial profiliert ist.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet dass die Axialprofilierung der Abstützscheibe (7) und der Ringwandung (4c) derart gestaltet ist, dass sich in Abhängigkeit von der Axialbelastung variierende Tragbilder ergeben.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützscheibe (7) gegen Drehung in Umfangsrichtung gesichert ist.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lagerinnenring (1) ein Druckring (10) über ein Ringkalottengelenk abgestützt ist, und dass der Druckring (10) und der Ringflansch (4a) des Aktuatorringes (4) derart gestaltet sind, dass diese im wesentlichen den gleichen Außendurchmesser aufweisen.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei an dem Aktuatorring (4) in einander diametral gegenüberliegenden Umfangszonen Krafteinleitungsabschnitte (4e, 4f) bereitgestellt sind, und eine Betätigungsklaue (11) vorgesehen ist die als solche Druckfinger umfasst die über Fingerendabschnitte (11a) auf den Krafteinleitungsabschnitten (4e, 4f) des Aktuatorringes (4) aufsitzen, wobei die Betätigungsklaue (11) um eine zur Umlaufachse des Lagerinnenringes (1) quer und zudem von dieser beabstandete Klauenachse schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jene Krafteinleitungsabschnitte (4e, 4f) als Konkavrinnenabschnitte ausgeführt sind und diese Konkavrinnenabschnitte (4e, 4f) in einer zur Klauenachse radialen Bezugsebene einen unrunden Rinnenquerschnitt definieren.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich jener Rinnenquerschnitt aus zwei Kreisbögen (KB1, KB2) zusammensetzt, deren Krümmungsmittelpunkte (S1, S2) in der vorgenannten Bezugsebene gegeneinander versetzt sind.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fingerendabschnitte (11a) der Betätigungsklaue (11) in dem auf den Krafteinleitungsabschnitten (4e, 4f) aufsitzenden Kontaktbereich derart gestaltet sind, dass diese in der vorgenannten Bezugsebene jeweils ein Kreissegment (KSK) beschreiben.
Kupplungsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fingerendabschnitte (11a) derart gestaltet sind, dass die Krümmungsmittelpunkte (S1, S2) der Kreisbögen (KB1, KB2) des Rinnenquerschnitts innerhalb eines jenes Kreissegment (KSK) umfassenden Umkreises (KU) liegen.