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Die Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere eine Kupplung eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine Kupplung eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs verfügt über translatorisch relativ zueinander verlagerbare Kupplungshälften. Zum Schließen einer solchen Kupplung werden die relativ zueinander verlagerbaren Kupplungshälften mit einer definierten Anpresskraft zusammengedrückt. Dann, wenn eine solche Kupplung geschlossen ist, kann von derselben ein Moment übertragen werden. Dann hingegen, wenn eine solche Kupplung geöffnet ist und demnach die Kupplungshälften derselben nicht zusammengedrückt sind, kann von der Kupplung kein Moment übertragen werden.
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Aus der
WO 2006/110945 A1 ist der prinzipielle Aufbau einer solchen Kupplung bekannt. So verfügt die aus diesem Stand der Technik bekannte, als Lamellenkupplung ausgebildete Kupplung über zwei relativ zueinander verlagerbare Kupplungshälften, nämlich Lamellenpakete, die zum Schließen mit einer definierten Anpresskraft zusammengedrückt werden.
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Zum Zusammendrücken der Kupplungshälften einer solchen Kupplung dient, wie bereits erwähnt, eine sogenannte Anpresskraft, die nach dem Stand der Technik zum Beispiel pneumatisch oder hydraulisch mithilfe einer entsprechenden Zylinderanordnung bereitgestellt wird. Die von einer solchen Zylinderanordnung auf pneumatischem oder hydraulischem Weg bereitstellbare Anpresskraft ist dabei einerseits vom Pneumatikdruck oder Hydraulikdruck in der jeweiligen Zylinderanordnung sowie andererseits von der wirksamen zylindrischen Fläche der Zylinderanordnung abhängig. Um eine ausreichende Anpresskraft bereitzustellen, muss ein ausreichend hoher Druck in der Zylinderanordnung und/oder eine ausreichend große wirksame zylindrische Fläche derselben bereitgestellt werden.
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Sowohl das Bereitstellen eines entsprechend hohen Drucks als auch das Bereitstellen einer entsprechend großen wirksamen Fläche der pneumatischen oder hydraulischen Zylinderanordnung ist jedoch problematisch. Es besteht daher Bedarf an einer Kupplung, bei welcher die zum Schließen benötigte Anpresskraft mit einer kleinen Bauform und/oder mit kleinen Hilfskräften und damit Drücken bereitgestellt werden kann.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartige Kupplung, insbesondere eine neuartige Kupplung eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, bei der eine zum Schließen benötigte Anpresskraft für die Kupplungshälften derselben bei einer kleinen Bauform und/oder mit geringen Hilfskräften bereitgestellt werden kann.
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Dieses Problem wird durch eine Kupplung gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird die zum Zusammendrücken der Kupplungshälften benötigte Anpresskraft von einem Rotations-Translations-Wandler bereitgestellt, der eine rotatorische Bewegung einer Stelleinrichtung in eine translatorische Bewegung einer Kupplungshälfte mit einem definierten Übersetzungsverhältnis zwischen der zum rotatorischen Verdrehen der Stelleinrichtung aufgebrachten Hilfskraft und der sich beim linearen Verlagern der Kupplungshälfte ausbildenden Anpresskraft umsetzt.
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Die hier vorliegende Erfindung nutzt einen Rotations-Translations-Wandler, um bei kleinem Bauraum und kleinen Hilfskräften eine ausreichend hohe Antriebspresskraft zum Zusammendrücken von Kupplungshälften einer Kupplung bereitzustellen. Hierbei wird eine durch eine Hilfskraft ausgelöste rotatorische Verdrehung einer Stelleinrichtung des Rotations-Translations-Wandlers in eine lineare Verlagerung einer Kupplungshälfte der Kupplung mit einer definierten Anpresskraft umgesetzt, und zwar mit einem definierten Übersetzungsverhältnis zwischen der Hilfskraft und der Anpresskraft.
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Hierdurch ist es letztendlich möglich, mit kleinen Hilfskräften hohe Anpresskräfte zu realisieren, und zwar unter Gewährleistung einer kleinen Bauform für die Kupplung.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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3 eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere eine Kupplung eines Kraftfahrzeuggetriebes. Bei der erfindungsgemäßen Kupplung kann es sich entweder um eine Arbeitskupplung, die der permanenten Kraftübertragung bzw. Momentübertragung dient, oder um eine Durchschaltkupplung, die der zeitweisen Kraftübertragung oder Momentübertragung dient, handeln.
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1 zeigt eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplung 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die in 1 gezeigte Kupplung 1 verfügt über zwei translatorisch relativ zueinander verlagerbare Kupplungshälften 2, 3, die zum Schließen der Kupplung 1 mit einer definierten Anpresskraft zusammendrückbar sind.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist eine erste Kupplungshälfte 2 mit einem Eingangsmoment, nämlich im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Motormoment MMotor, beaufschlagt, welches bei geschlossener Kupplung auf die zweite Kupplungshälfte 3 übertragbar ist. Das von der ersten Kupplungshälfte 2 auf die zweite Kupplungshälfte 3 der Kupplung 1 übertragene Moment ist in 1 durch Mab visualisiert. Dann, wenn die Kupplung 1, nämlich die Kupplungshälften 2 und 3 derselben, vollständig geschlossen ist bzw. sind, entspricht das Eingangsmoment MMotor in etwa dem Ausgangsmoment Mab der Kupplung 1. Dann, wenn die Kupplung 1 nur teilweise geschlossen ist und demnach schlupft, ist das Ausgangsmoment Mab der Kupplung 1 kleiner als das Eingangsmoment MMotor.
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Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist die zum Zusammendrücken der Kupplungshälften 2, 3 benötigte Anpresskraft von einem Rotations-Translations-Wandler 4 bereitstellbar, der eine rotatorische Bewegung einer Stelleinrichtung 5 in eine translatorische Bewegung der zweiten Kupplungshälfte 3 umsetzt. Die Stelleinrichtung 5 des Rotations-Translations-Wandler 4, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Stellspindel ausgebildet ist, betätigt über eine Mutter 6 die zweite Kupplungshälfte 3, wobei die Mutter 6 translatorisch, jedoch nicht rotatorisch, verlagerbar ist.
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Bei der Umsetzung der rotatorischen Bewegung der Stelleinrichtung 5 in die translatorische Bewegung der Mutter 6 und damit der zweiten Kupplungshälfte wird die zum Verdrehen der Stelleinrichtung 5 aufgebrachte Hilfskraft in eine Anpresskraft der zweiten Kupplungshälfte 3 gegen die erste Kupplungshälfte 2 umgesetzt.
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Die Umsetzung der Hilfskraft in die Anpresskraft erfolgt mit einem definierten Übersetzungsverhältnis zwischen der Hilfskraft und der Anpresskraft, wobei dieses Übersetzungsverhältnis zwischen der zum rotatorischen Verdrehen der Verstelleinrichtung 5 aufgebrachten Hilfskraft und der sich beim linearen Verlagern der Kupplungshälfte 3 ausgebildeten Anpresskraft zumindest vom Verhältnis zwischen einer Umfangsbewegung der Stelleinrichtung 5 und einer Steigung eines Gewindes der Stelleinrichtung 5 abhängig ist.
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In 1 sind als Kenngrößen der als Stellspindel ausgebildeten Stelleinrichtung 5 die Steigung S und der Wirkradius RS derselben gezeigt, wobei die Umfangsbewegung der Stelleinrichtung 5 vom Wirkradius RS derselben abhängig ist. Die Umfangsbewegung U errechnet sich aus dem Wirkradius RS der Stelleinrichtung 5, wie folgt: U = 2·π·RS.
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Für die Kraftübersetzung X zwischen der zum rotatorischen Verdrehen der Stelleinrichtung 5 aufgebrachten Hilfskraft und der sich beim linearen Verlagern der Kupplungshälfte 3 ausbildenden Anpresskraft gilt demnach: X = 2·π·RS/S.
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Die zum Verdrehen der Stelleinrichtung 5 des Rotations-Translations-Wandlers 4 aufzubringende Hilfskraft ist vorzugsweise vom Eingangsmoment bzw. Motormoment MMotor abzweigbar, nämlich im Ausführungsbeispiel der 1 über eine Zwischenkupplung 7. Die Zwischenkupplung 7 ist mit zwei Zahnrädern 8 und 9 gekoppelt, nämlich mit einem ersten Zahnrad 8, welches im Ausführungsbeispiel der 1 mit der ersten Kupplungshälfte 2 in Eingriff steht, und mit einem zweiten Zahnrad 9, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem auf der Achse der Stelleinrichtung 5 positionierten Übertragungszahnrad 10 des Rotations-Translations-Wandlers 4 in Eingriff steht.
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Dabei verfügt das erste Zahnrad 8 über den Radius Rm und das zweite Zahnrad 9 über den Radius ran. Das Übertragungszahnrad 10, welches auf der Achse der Spindel 5 befestigt ist, verfügt über den Radius rab.
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Die von den Kupplungshälften 2 und 3 bereitgestellte Kupplung 1 verfügt über einen Kupplungsradius RK. Die vom Eingangsmoment bzw. Motormoment MMotor beaufschlagte erste Kupplungshälfte 2 verfügt über einen Radius RM.
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Wie bereits ausgeführt, wird über die Zwischenkupplung 7 vom Eingangsmoment die Hilfskraft zum Betätigen der Kupplung 1 abgezweigt, sodass demnach durch Ansteuern der Zwischenkupplung 7 das Schließen und/oder Öffnen der beiden Kupplungshälften 2 und 3 und damit der Kupplung 1 steuerbar ist.
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Für das Ausführungsbeispiel der 1 folgt daraus, dass das vom Rotations-Translations-Wandler 4 bereitgestellte Übersetzungsverhältnis zwischen der zum rotatorischen Verdrehen der Stelleinrichtung 5 aufgebrachten Hilfskraft und der sich beim linearen Verlagern der Kupplungshälfte 3 auszubildenden Anpresskraft nicht nur vom Verhältnis zwischen der Umfangsbewegung der Stelleinrichtung 5 und der Steigung des Gewindes derselben abhängig ist, sondern zusätzlich auch vom Verhältnis zwischen dem Radius ran des zweiten Zahnrads 9 und dem Radius rab des auf der Achse der Stelleinrichtung 5 positionierten Übersetzungszahnrads 10.
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Durch geeignete Wahl dieses Verhältnisses zwischen dem Radius ran und dem Radius rab kann das Übersetzungsverhältnis zwischen der Hilfskraft und der Anpresskraft weiter gesteigert werden, sodass mit sehr kleinen Hilfskräften große Anpresskräfte bereitgestellt werden können.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 wird die Hilfskraft fürs Verdrehen der Stelleinrichtung 5 über das erste Zahnrad 8 radial außen unmittelbar an der ersten Kupplungshälfte 2 der Kupplung 1 abgezweigt. Hierdurch kann unter Umständen eine große Abzweigung an Motorenergie bewirkt werden, da sich bei einer solchen Abzweigung der Hilfsenergie eine ungünstige Übersetzung einstellen kann.
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Um weniger Motorenergie abzuzweigen und demnach weniger Rückwirkung auf das Motormoment MMotor bzw. Eingangsmoment zu verursachen, wird im Ausführungsbeispiel der 2 eine Kupplung 11 vorgeschlagen, bei welcher die Hilfskraft nicht unmittelbar von der ersten Kupplungshälfte 2 abgezweigt wird, sondern vielmehr mittelbar von einem auf der Achse der ersten Kupplungshälfte 2 positionierten Übertragungszahnrad 12.
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Das Übertragungszahnrad 12 der Kupplung 11 verfügt dabei über einen deutlich kleineren Radius RM als im Ausführungsbeispiel der 1 die Kupplungshälfte 2 der Kupplung 1.
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Der Radius Rm des ersten Zahnrads 8, welches der Abzweigung der Hilfskraft vom Motormoment dient, ist im Ausführungsbeispiel der 2 entsprechend größer als im Ausführungsbeispiel der 1.
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Eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kupplung 13 zeigt 3, wobei im Ausführungsbeispiel der 3 mehrere Zwischenkupplungen 7 vorhanden sind, mithilfe derer das Schließen und/oder Öffnen der Kupplung 1, nämlich der Kupplungshälften 2 und 3, gesteuert werden kann.
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Wie bereits erwähnt, kann über die oder jede Zwischenkupplung 7 vom Motormoment die Hilfskraft abgezweigt werden, um das Zusammendrücken der Kupplungshälften 2 und 3 der Kupplung 1 bzw. 11 bzw. 13 zu steuern.
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Eine permanente Kraftweiterleitung auf den Anpressmechanismus der Kupplungshälften 2 und 3 durch Abzweigen der Hilfskraft mithilfe der oder jeder Zwischenkupplung 7 führt jedoch zu einer starken Entnahme aus dem Eingangsmoment bzw. Motormoment MMotor, sodass die oder jede Zwischenkupplung 7 letztendlich nur kurzzeitig geschlossen oder nach einer definierten Zeit wieder geöffnet wird. Das Öffnen der oder jeder Zwischenkupplung 7 kann drehmomentabhängig passiv oder aktiv erfolgen. Alternativ ist es möglich, die oder jede Zwischenkupplung 7 dann zu öffnen, wenn der bereitgestellte Anpressdruck ein definiertes Niveau überschreitet. In diesem Zusammenhang ist es dann von Vorteil, wenn die Ansteuerung der oder jeder Zwischenkupplung 7 durch eine Steuereinrichtung überwacht bzw. gesteuert wird. Mit der Steuerungseinrichtung kann eine Sensorik zusammenwirken, die das Schließen und Öffnen der oder jeden Zwischenkupplung 7 sowie das Bereitstellen des Anpressdrucks für die Kupplungshälften 2 und 3 überwacht.
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Neben dem oben beschriebenen Schließen der Kupplungen 1, 11 und 13 durch entsprechendes Zusammendrückender Kupplungshälften 2 und 3 durch Abzweigen von Hilfsenergie vom Motormoment bzw. Eingangsmoment muss weiterhin ein definiertes Öffnen der Kupplungen 1, 11 und 13 aus dem geschlossenen Zustand heraus gewährleistet werden können. Solange ein Mindestanpressdruck für die Kupplungshälften 2 und 3 gegeben ist, bleibt die entsprechende Kupplung 1, 11 bzw. 13 geschlossen. Wird hingegen der Mindestanpressdruck unterschritten, so wird die jeweilige Kupplung 1, 11 bzw. 13 geöffnet.
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Dann, wenn die oder jede Zwischenkupplung 7 geöffnet wird, muss auch die Kupplung 1 bzw. 11 bzw. 13 geöffnet werden können, was zum Beispiel durch nicht gezeigte Federelemente bereitgestellt werden kann, welche bei Unterschreiten des Mindestanpressdrucks für die Kupplungshälften 2 und 3 dieselben auseinander drücken.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird die Hilfskraft zum Ansteuern der Kupplungshälften 2 und 3 jeweils an der Eingangsseite der Kupplungen 1, 11 bzw. 13 abgegriffen, also eingangsseitig an den ersten Kupplungshälften 2. Alternativ ist es auch möglich, den Abgriff der Hilfskraft einer anderen Stelle im Getriebe, in welches die erfindungsgemäße Kupplung 1, 11 bzw. 13 integriert ist, vorzusehen.
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Um eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung bereitzustellen, um also bei möglichst geringen Hilfskräften und bei möglichst geringem Bauraum eine möglichst große Anpresskraft für die Kupplungshälften 2 und 3 der jeweiligen Kupplung 1 bzw. 11 bzw. 13 bereitzustellen, wird vorzugsweise die Steigung S des Gewindes der jeweiligen Stellspindel 5 so klein wie möglich und der Wirkradius RS der Spindel 5 so groß wie möglich gewährt.
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Ferner wird in diesem Zusammenhang vorzugsweise der Radius RK der jeweiligen Kupplung 1 bzw. 11 bzw. 13 und damit der Radius RK der Kupplungshälften 2 und 3 möglichst groß gewählt.
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Darüber hinaus wird in diesem Zusammenhang der Radius, an welchem die Hilfskraft abgezweigt wird, also der Radius RM, so klein wie möglich gewählt.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplung 1, 11 bzw. 13 kann es sich entweder um eine Arbeitskupplung, die permanent ein Moment überträgt, oder eine Durchschaltkupplung, die lediglich zeitweise Moment überträgt, handeln.
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Bei einer Durchschaltkupplung sind die Varianten der 1 und 2 bevorzugt.
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Bei einer Arbeitskupplung sind die die Varianten der 2 und 3 bevorzugt.
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Ferner kann es sich bei der erfindungsgemäßen Kupplung 1, 11 bzw. 13 um eine reibschlüssige oder um eine formschlüssige Kupplung handeln.
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Dann, wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Kupplung um eine reibschlüssige Kupplung handelt, übertragen die Kupplungshälften 2 und 3 bei geschlossener Kupplung reibschlüssig Moment.
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Dann, wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Kupplung um eine formschlüssige Kupplung handelt, greifen zur Momentübertragung die Kupplungshälften 2 und 3 formschlüssig ineinander.
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Bei den erfindungsgemäßen Kupplungen 1, 11 bzw. 13 kann unter Verwendung einer geringen Hilfskraft eine große Anpresskraft bereitgestellt werden. Ferner kann ein Bauraum, den die Kupplung 1, 11 bzw. 13 einnimmt, minimiert werden.
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Die Stelleinrichtungen 5 der Rotations-Translations-Wandler 4 sämtlicher gezeigten Ausführungsbeispiele sind jeweils als Stellspindel ausgebildet. Im Unterschied hiezu ist es auch möglich, als Stelleinrichtungen 5 Stellschnecken oder Kurbelgewinde oder andere Stelleinrichtungen zu verwenden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 2
- Kupplungshälfte
- 3
- Kupplungshälfte
- 4
- Rotations-Translations-Wandler
- 5
- Stelleinrichtung
- 6
- Mutter
- 7
- Zwischenkupplung
- 8
- erstes Zahnrad
- 9
- zweites Zahnrad
- 10
- Übertragungszahnrad
- 11
- Kupplung
- 12
- Übertragungszahnrad
- 13
- Kupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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