DE102011107145A1

DE102011107145A1 - Schaltbare Kupplungseinrichtung und Pumpe

Info

Publication number: DE102011107145A1
Application number: DE201110107145
Authority: DE
Inventors: Andrej Lutz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2012-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Kupplungseinrichtung mit zwei Formschlusselementen, die formschlüssig verbindbar sind, um ein Antriebselement mit einem Abtriebselement zu verbinden. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an mindestens einem der Formschlusselemente Einführflächen ausgebildet sind, die ein Einführen des Formschlusselements in das andere Formschlusselement vereinfachen, bevor die beiden Formschlusselemente formschlüssig miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Kupplungseinrichtung mit zwei Formschlusselementen, die formschlüssig verbindbar sind, um ein Antriebselement mit einem Abtriebselement zu verbinden. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Pumpe für ein Kraftfahrzeug.
Aus der deutschen Patentschrift DD 278 623 A1 ist eine Mitnehmerkupplung nach der Bauart einer Oldham-Kupplung mit einem konzentrisch eingesetzten Führungszapfen bekannt, der mit Formelementen zur Axialfixierung und teilweisen Vorzentrierung einer Mitnehmerscheibe an einem Kupplungsflansch versehen ist. Aus der deutschen Patentschrift DE 2 022 236 ist ein hydrostatischer Zusatzantrieb für eine Anhängerachse bekannt, wobei eine Pumpe über eine schaltbare Pumpenkupplung von der Antriebsmaschine einer Zugmaschine antreibbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine schaltbare Kupplungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine reduzierte Ein- und Ausschaltzeit sowie eine verbesserte Schalttreue aufweist.
Die Aufgabe ist bei einer schaltbaren Kupplungseinrichtung mit zwei Formschlusselementen, die formschlüssig verbindbar sind, um ein Antriebselement mit einem Abtriebselement zu verbinden, dadurch gelöst, dass an mindestens einem der Formschlusselemente Einführflächen ausgebildet sind, die ein Einführen des Formschlusselements in das andere Formschlusselement vereinfachen, bevor die beiden Formschlusselemente formschlüssig miteinander verbunden sind. Die Einführflächen sind vorzugsweise so gestaltet, dass die beiden Formschlusselemente beim Einführen des Formschlusselements in das andere Formschlusselement relativ zueinander so positioniert werden, dass der Formschluss schnell, sicher und einfach hergestellt werden kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der schaltbaren Kupplungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens zwei Einführflächen eine Einführfase für eine Formschlusskante des einzuführenden Formschlusselements darstellen. Die Einführfase dient vorzugsweise dazu, das andere Formschlusselement relativ zu dem Abtriebselement zu positionieren.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der schaltbaren Kupplungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einführfase so gestaltet ist, dass ein maximaler Verdrehwinkel des anderen Formschlusselements relativ zu dem Abtriebselement bis zu einem Formschluss zwischen dem anderen Formschlusselement und dem Abtriebselement minimiert wird. Dadurch kann die Einschaltzeit der Kupplungseinrichtung erheblich reduziert werden. Darüber hinaus kann durch die Gestaltung der Einführfase, zum Beispiel durch eine entsprechende Steigung, eine Kraftkomponente in Umfangsrichtung erzeugt werden, die in der Drehrichtung des Antriebselements wirkt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der schaltbaren Kupplungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das einzuführende Formschlusselement als Mehrkant ausgebildet ist. Das einzuführende Formschlusselement ist vorzugsweise an einem Ende des Antriebselements vorgesehen, vorzugsweise an einem Ende einer Antriebswelle, die das Antriebselement darstellt. Der Mehrkant ist vorzugsweise als Sechskant ausgeführt, kann aber auch zum Beispiel als Vierkant und Achtkant ausgeführt sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der schaltbaren Kupplungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem anderen Formschlusselement mindestens ein Kopplungsfinger ausgebildet ist, der zur Drehmomentübertragung in eine komplementäre Ausnehmung des Abtriebselements eingreift. Der Kopplungsfinger dient dazu, das andere Formschlusselement formschlüssig mit dem Abtriebselement zu verbinden. Das andere Formschlusselement wird zur Drehmomentübertragung mit dem einzuführenden Formschlusselement verbunden. Über die beiden Formschlusselemente wird das Antriebselement formschlüssig und drehfest mit dem Abtriebselement verbunden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der schaltbaren Kupplungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsfinger permanent in eine Vertiefung des Abtriebselements ragt. In der Vertiefung des Abtriebselements ist die Ausnehmung zur Aufnahme des Kopplungsfingers vorgesehen. Vorzugsweise sind in der Vertiefung mehrere Ausnehmungen zur Aufnahme von jeweils einem Kopplungsfinger vorgesehen. Besonders bevorzugt sind an dem anderen Formschlusselement zwei Kopplungsfinger diametral angeordnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der schaltbaren Kupplungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung einen Einrastmechanismus umfasst, durch den die Kupplungseinrichtung in ihrem geschlossenen und/oder geöffneten Zustand gehalten wird. Die Kupplungseinrichtung wird durch den Einrastmechanismus vorzugsweise entweder in ihrem geschlossenen oder in ihrem geöffneten Zustand gehalten. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Kupplungseinrichtung immer in einem definierten Zustand befindet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der schaltbaren Kupplungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einrastmechanismus zwei durch eine Federeinrichtung voneinander weg vorgespannte Kugeln umfasst, die in verschiedene Rillen einrasten können, um die Kupplungseinrichtung in ihrem geschlossenen und/oder geöffneten Zustand zu halten. Der Querschnitt der Rillen hat vorzugsweise im Wesentlichen die Gestalt eines Kreisbogens, dessen Radius an den Radius der Kugeln angepasst ist. Bei der Federeinrichtung handelt es sich zum Beispiel um eine Schraubendruckfeder, die zwischen den beiden Kugeln eingespannt ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der schaltbaren Kupplungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das andere Formschlusselement eine Ringnut zur Aufnahme einer Dichtung umfasst. Die Dichtung dient vorzugsweise dazu, eine Schnittstelle zwischen dem anderen Formschlusselement und einem Gehäuse, insbesondere einem Gehäuse einer Pumpe, abzudichten.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Pumpe für ein Kraftfahrzeug, die durch eine vorab beschriebene Kupplungseinrichtung bedarfsabhängig mit einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs antriebsmäßig verbindbar ist. Bei der Pumpe handelt es sich zum Beispiel um eine Kühl- und/oder Schmierölpumpe in einer hydraulischen Steuerung eines Automatikgetriebes. Die Pumpe kann durch die Brennkraftmaschine oder durch eine Elektromaschine angetrieben werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:
1 einen Ausschnitt einer Pumpe mit einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung im ausgeschalteten oder geöffneten Zustand im Längsschnitt;
2 die Pumpe aus 1 mit der Kupplungseinrichtung im eingeschalteten oder geschlossenen Zustand im Längsschnitt;
3 eine perspektivische Darstellung eines Formschlusselements der Kupplungseinrichtung aus den 1 und 2;
4 das Formschlusselement aus 3 perspektivisch im Halbschnitt und
5 das Formschlusselement aus den 3 und 4 in einer Vorderansicht.
In den 1 und 2 ist eine Pumpe 1 mit einer Kupplungseinrichtung 2 im geöffneten und geschlossenen Zustand dargestellt. Die Pumpe 1 ist durch ein Antriebselement 4 antreibbar, das über die Kupplungseinrichtung 2 antriebsmäßig mit einem Abtriebselement 5 verbindbar ist. Bei dem Abtriebselement 5 handelt es sich zum Beispiel um einen Verdrängerkörper 6, der als Verdrängerpumpe ausgeführten Pumpe 1.
Bei dem Antriebselement 4 handelt es sich um eine Antriebswelle 8, die zum Beispiel von einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder von einer Elektromaschine ausgeht. Über die Kupplungseinrichtung 2 kann die Antriebswelle 8 bedarfsabhängig mit dem Abtriebselement 5 drehfest verbunden werden, um die Pumpe 1 anzutreiben.
Die Antriebswelle 8 erstreckt sich durch eine Lagerhülse 10 hindurch, die fest mit dem Abtriebselement 5 verbunden ist und eine Relativverdrehung zwischen der Antriebswelle 8 und dem Abtriebselement 5 ermöglicht. An dem in den 1 und 2 sichtbaren Ende der Antriebswelle 8 ist ein Formschlusselement 12 in Form eines Sechskants ausgebildet. Das Formschlusselement 12 ist formschlüssig mit einem Formschlusselement 14 verbindbar.
Das in den 3 bis 5 allein dargestellte Formschlusselement 14 umfasst eine Formschlussöffnung oder Formschlussvertiefung 16 zur formschlüssigen Aufnahme des als Sechskant ausgeführten Formschlusselements 12. Das Formschlusselement 14 umfasst des Weiteren zwei Kopplungsfinger oder Mitnehmerfinger 18, 19.
Die Kopplungsfinger 18, 19 ragen in dem geöffneten oder ausgeschalteten Zustand der Kupplungseinrichtung 2, der in 1 dargestellt ist, in eine Vertiefung 22, die in dem Abtriebselement 5 ausgespart ist. In der Vertiefung 22 sind zwei Ausnehmungen 24, 25 ausgebildet, in welche die Kopplungsfinger 18, 19 im geschlossenen oder eingeschalteten Zustand der Kupplungseinrichtung 2, der in 2 dargestellt ist, eingreifen, um das Formschlusselement 14 antriebsmäßig mit dem Abtriebselement 5 zu verbinden.
Im geschlossenen Zustand der Kupplungseinrichtung 2 ist das Formschlusselement 12 formschlüssig mit dem Formschlusselement 14 verbunden, das heißt, das als Sechskant ausgeführte Formschlusselement 12 am Ende der Antriebswelle 8 ist formschlüssig in der Formschlussöffnung oder Formschlussvertiefung 16 des Formschlusselements 14 angeordnet.
In den 1 und 2 ist eine Rückstellfeder 28 angedeutet, die als Schraubendruckfeder ausgeführt ist. Die Rückstellfeder 28 ist, anders als in 1 dargestellt, so zwischen dem Abtriebselement 5 und dem Formschlusselement 14 eingespannt, dass das Formschlusselement 14 bei ausgeschalteter Kupplungseinrichtung 2 in seine in 1 dargestellte Stellung vorgespannt ist.
Die Kupplungseinrichtung 2 umfasst des Weiteren einen Einrastmechanismus 30, durch den das Formschlusselement 14 durch Verrasten entweder in seiner in 1 dargestellten Öffnungsstellung oder in seiner in 2 dargestellten Schließstellung gehalten wird. Der Eirastmechanismus 30 umfasst zwei Kugeln 31, die durch eine Federeinrichtung 34, die als Schraubendruckfeder ausgeführt ist, voneinander weg vorgespannt sind.
Die Kugeln 31, 32 greifen zur Darstellung des Einrastmechanismus 30 entweder in eine Rille 35 oder in eine Rille 36 ein, die in einer Führungsbohrung eines Gehäuses 37 vorgesehen sind. Die beiden Rillen 35, 36 sind in axialer Richtung voneinander beabstandet. Der Begriff axial bezieht sich auf die Drehachse der Antriebswelle 8. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse der Antriebswelle 8.
Das Formschlusselement 14 weist des Weiteren eine Ringnut 38 auf, die zur Aufnahme einer Dichtung 39 dient. Die Dichtung 39 wiederum dient dazu, die Schnittstelle zwischen dem Formschlusselement 14 und dem Gehäuse 37 abzudichten.
In den 3 bis 5 sieht man, dass die Kopplungsfinger 18, 19 des Formschlusselements 14 von einem Ringkörper 40 ausgehen. Die Ringkörper 40 ist auf der den Kopplungsfingern 18, 19 abgewandten Seite von einem Boden 41 begrenzt. In dem Boden ist die Formschlussöffnung oder Formschlussvertiefung 16 ausgebildet.
Von dem Boden 41 geht auf der den Kopplungsfingern 18, 19 abgewandten Seite ein Führungskörper 44 aus, durch den das Formschlusselement 14 in der Führungsbohrung des Gehäuses 37 in axialer Richtung hin und her bewegbar geführt ist. In dem Führungskörper 44 ist eine Querbohrung 46 zur Aufnahme der Federeinrichtung 34 und der Kugeln 31, 32 des Einrastmechanismus 30 vorgesehen.
Um die Funktionalität, insbesondere die Schaltzeit und die Schalttreue, der Kupplungseinrichtung 2 zu verbessern, sind im Bereich der Kanten des als Sechskant ausgeführten Formschlusselements 12 Einführfasen 54, 64 in der Formschlussöffnung oder Formschlussvertiefung 16 des Formschlusselements 14 ausgebildet. Jeder Kante des Sechskants 12 ist genau eine Einführfase 54; 64 an dem Formschlusselement 14 zugeordnet.
Die Einführfasen 54; 64 werden von jeweils mindestens zwei Einführflächen 51, 52; 61, 62 gebildet, die voneinander abgewinkelt sind. Die Einführfasen 54; 64 sind jeweils als zweidimensional wirkende, auslaufende Zwangsfasen ausgeführt.
Durch die Einführfasen 54; 64 wird das Eintauchen des Formschlusselements 12 in die Formschlussöffnung 16 des Formschlusselements 14 beschleunigt. Dabei wird der maximale Verdrehwinkel bis zum Eingriff minimiert. Dadurch kann die Einschaltzeit der Kupplungseinrichtung 2 erheblich reduziert werden. Zum anderen wird durch die Einführfasen 54; 64 eine Kraftkomponente in Umfangsrichtung erzeugt, die in Drehrichtung wirkt. Dadurch können unerwünschte Aussetzer beim Einschalten der Kupplungseinrichtung 2 vermieden werden.
Das Einschalten der Kupplungseinrichtung 2 kann hydraulisch oder pneumatisch, zum Beispiel über eine Druckbeaufschlagung einer den Kopplungsfingern 18, 19 abgewandten Stirnfläche des Formschlusselements 14, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann mechanisch eine Kraft auf das Formschlusselement 14 aufgebracht werden, um dieses aus seiner in 1 dargestellten Öffnungsstellung in seine in 2 dargestellte Schließstellung umzuschalten. Das Umschalten kann auch durch einen elektrischen Stellmotor oder mit Hilfe eines Elektromagnets erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Pumpe
2: Kupplungseinrichtung
4: Antriebselement
5: Abtriebselement
6: Verdrängerkörper
8: Antriebswelle
10: Lagerhülse
12: Formschlusselement
14: Formschlusselement
16: Formschlussöffnung oder Formschlussvertiefung
18: Kopplungsfinger
19: Kopplungsfinger
22: Vertiefung
24: Ausnehmung
25: Ausnehmung
28: Rückstellfeder
30: Einrastmechanismus
31: Kugel
32: Kugel
34: Federeinrichtung
35: Rille
36: Rille
37: Gehäuse
38: Ringnut
39: Dichtung
40: Ringkörper
41: Boden
44: Führungskörper
46: Querbohrung
51: Einführfläche
52: Einführfläche
54: Einführfase
61: Einführfläche
62: Einführfläche
64: Einführfase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DD 278623 A1 [0002]
DE 2022236 [0002]

Claims

Schaltbare Kupplungseinrichtung mit zwei Formschlusselementen (12, 14), die formschlüssig verbindbar sind, um ein Antriebselement (4) mit einem Abtriebselement (5) zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem der Formschlusselemente (12, 14) Einführflächen (51, 52; 61, 62) ausgebildet sind, die ein Einführen des Formschlusselements (12) in das andere Formschlusselement (14) vereinfachen, bevor die beiden Formschlusselemente (12, 14) formschlüssig miteinander verbunden sind.
Schaltbare Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens zwei Einführflächen (51, 52; 61, 62) eine Einführfase (54; 64) für eine Formschlusskante des einzuführenden Formschlusselements (12) darstellen.
Schaltbare Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführfase (54; 64) so gestaltet ist, dass ein maximaler Verdrehwinkel des anderen Formschlusselements (14) relativ zu dem Abtriebselement (5) bis zu einem Formschluss zwischen den anderen Formschlusselement (14) und dem Abtriebselement (5) minimiert wird.
Schaltbare Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einzuführende Formschlusselement (12) als Mehrkant ausgebildet ist.
Schaltbare Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem anderen Formschlusselement (14) mindestens ein Kopplungsfinger (18, 19) ausgebildet ist, der zur Drehmomentübertrag in eine komplementäre Ausnehmung (24, 25) des Abtriebselements (5) eingreift.
Schaltbare Kupplungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsfinger (18, 19) permanent in eine Vertiefung des Abtriebselementes (5) ragt.
Schaltbare Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (2) einen Einrastmechanismus (30) umfasst, durch den die Kupplungseinrichtung (2) in ihrem geschlossenen und/oder geöffneten Zustand gehalten wird.
Schaltbare Kupplungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einrastmechanismus (30) zwei durch eine Federeinrichtung (34) voneinander weg vorgespannte Kugeln (31, 32) umfasst, die in verschiedene Rillen (35, 36) einrasten können, um die Kupplungseinrichtung (2) in ihrem geschlossenen und/oder geöffneten Zustand zu halten.
Schaltbare Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Formschlusselement (14) eine Ringnut (38) zur Aufnahme einer Dichtung (39) umfasst.
Pumpe für ein Kraftfahrzeug, die durch eine Kupplungseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche bedarfsabhängig mit einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, des Kraftfahrzeugs antriebsmäßig verbindbar ist.