-
Vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsvorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einer Antriebseinheit, insbesondere einem Motor eines Kraftfahrzeugs, auf eine Abtriebseinheit, insbesondere auf ein Getriebe, mit mindestens einem Zahnrad zur Übertragung des Drehmoments und mindestens einer Kupplungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, zum Übertragen des Drehmoments mit dem mindestens einen Zahnrad zusammenzuwirken.
-
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der
WO 2007/076749 ist eine Drehmomentübertragungsvorrichtung bekannt, bei dem ein in einem rotierenden Gehäuse angeordnetes Planetengetriebe dazu verwendet wird, ein Getriebe mit einer Abtriebswelle eines Motors zu verbinden. Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik im Allgemeinen Reibungskupplungen bekannt, bei denen in bekannter Weise eine rotierende mit Reibbelägen versehene Kupplungsscheibe mit Hilfe einer Betätigungsvorrichtung in Reibschluss mit einem ebenfalls rotierenden Mitnehmer gebracht wird, um ein Drehmoment von einer Abtriebswelle über den Mitnehmer und die Reibbeläge auf die Kupplungsscheibe und von dort auf die Getriebeeingangswelle zu übertragen.
-
Bei diesen Drehmomentübertragungsvorrichtungen rotieren die in Reibschluss zu bringenden Kupplungselemente und müssen Fliehkraftbelastungen aushalten. Des Weiteren zeigen die trockenlaufenden Reibungskupplungen eine große Wärmeentwicklung, wobei die Wärme aufgrund der Anordnung der Kupplungselemente nur schlecht abführbar ist. Diese Wärmeentwicklung kann zu einem Überhitzen der Reibbeläge führen, was wiederum einen Austausch der Reibbeläge bedingt.
-
Da jedoch die Reibbeläge in einem schlecht zugänglichen Bereich des Kupplungsgehäuses angeordnet sind, ist ein Austausch der Beläge nur unter hohem Aufwand, insbesondere unter Demontage der gesamten Kupplung, möglich.
-
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Drehmomentübertragungsvorrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte Ableitung der Reibungswärme ermöglicht, und eine bessere Zugänglichkeit gewährleistet.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1.
-
Die Erfindung basiert dabei auf der Idee, eine Drehmomentübertragungsvorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einer Antriebseinheit, insbesondere einem Motor eines Kraftfahrzeugs, auf eine Abtriebseinheit, insbesondere auf ein Getriebe bereitzustellen, wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtung mindestens ein Zahnrad zur Übertragung des Drehmoments aufweist. Des Weiteren umfasst die Drehmomentübertragungsvorrichtung mindestens eine Kupplungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, mit dem Zahnrad zusammenzuwirken, um eine Übertragung des Drehmoments zu ermöglichen. Erfindungsgemäß ist dabei die Kupplungsvorrichtung derart angeordnet, dass sie mit einem stationären Gehäuse, in dem die Drehmomentübertragungsvorrichtung angeordnet ist, zusammenwirkt. Die vorteilhafte Anordnung der Kupplungsvorrichtung zwischen einem stationären Gehäuse und einem rotierenden Element der Drehmomentübertragungsvorrichtung, insbesondere einem Zahnrad, ermöglicht zum einen einen einfachen Zugang zu der Kupplungsvorrichtung, zum anderen kann entstehende Reibungswärme über das Gehäuse leicht abgeführt werden.
-
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Kupplungsvorrichtung derart ausgebildet, dass sie mit dem Gehäuse direkt in Reibschluss bringbar ist. Dadurch ist eine stationäre Anbringung der Reibbeläge an dem Gehäuse möglich, so dass die Reibbeläge keinen Fliehkräften ausgesetzt sind. Dadurch kann die Reibbelagrezeptur ausschließlich auf ihre Reibfähigkeit optimiert werden. Zudem können die Reibbeläge durch einfaches Demontieren des Gehäuses erreicht werden und sind deshalb leicht zu wechseln.
-
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Drehmomentübertragungsvorrichtung als Planetengetriebe ausgebildet, wobei das mindestens eine Zahnrad zur Übertragung des Drehmoments als Zahnrad in dem Planetengetriebe ausgebildet ist. Vorteilhafterweise sind, im Gegensatz zu den herkömmlichen Reibungskupplungen, mit einem Planetengetriebe eine Drehzahl- und eine Momentumwandlung bereits bei der Kupplung von Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle möglich.
-
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist das Planetengetriebe zumindest ein Sonnenrad, ein Planetenrad mit einem Planetenradträger und ein Hohlrad auf, wobei vorzugsweise das mit der Kupplungsvorrichtung zusammenwirkende Zahnrad als Hohlrad ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich zum einen die Möglichkeit, das Hohlrad gegenüber dem Gehäuse zu bremsen, als auch die Möglichkeit, die Kupplungsvorrichtung selbst trocken auszuführen, während das Planetengetriebe mit einer mit dem Hohlrad zusammenwirkenden abgedichteten Trennvorrichtung verschließbar ist. Das Hohlrad bzw. die Trennvorrichtung kann weiterhin gegenüber der Getriebeeingangswelle bzw. der Kurbelwelle abgedichtet sein, so dass das Planetengetriebe selbst nasslaufend ausgebildet werden kann. Die außen offenliegende Kupplungsvorrichtung kann die Reibungswärme leicht per Konvektion oder Strahlung an die Umgebung abführen.
-
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Abtriebswelle der Antriebseinheit, insbesondere eine Kurbelwelle, drehfest mit dem Sonnenrad verbunden, während vorzugsweise eine Antriebswelle der Abtriebseinheit, insbesondere eine Getriebeeingangswelle, mit dem Planetenradträger zusammenwirkt. Im ausgekuppelten Zustand führt eine Rotation des Sonnenrads zu einer Rotation des Planetenrads um seine eigene Achse, die wiederum an das Hohlrad weitergegeben wird. Eine Drehbewegung des Planetenradträgers erfolgt nicht. Wird das Hohlrad nun mithilfe der Kupplungsvorrichtung drehfest am stationären Gehäuse festgelegt, die Drehmomentübertragungsvorrichtung also eingekuppelt, bedingt die Drehbewegung des Sonnenrads auch eine Drehbewegung der Planetenradträger um die gemeinsame Drehachse und damit eine Drehung der Getriebeeingangswelle. Vorteilhafterweise wird dabei sowohl eine Drehzahl- als auch eine Momentumwandlung bereitgestellt.
-
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann auch ein Doppelplanetengetriebe verwendet werden, das vorzugsweise zwei Sonnenräder, zwei Planetenräder und mindestens ein Hohlrad aufweist. Insbesondere ist dabei vorteilhaft, ein gemeinsames Hohlrad zu verwenden, das wiederum drehfest an dem stationären Gehäuse mittels der Kupplungsvorrichtung festgelegt werden kann. Bei Verwendung eines Doppelplanetengetriebes wird keine Moment- und Drehzahlwandlung bereitgestellt, so dass Moment und Drehzahl von Antriebswelle und Abtriebswelle im eingekuppelten Zustand im Wesentlichen identisch sind. Bei einer derartigen Drehmomentübertragungsvorrichtung ist vorteilhafterweise insbesondere die Abtriebswelle der Antriebseinheit drehfest mit dem ersten Sonnenrad und die Antriebswelle der Abtriebseinheit drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden.
-
Das gleiche Moment und die gleiche Drehzahl von Antriebswelle und Abtriebswelle ermöglichen zudem ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem neben der oben beschriebenen Kupplungsvorrichtung eine Klauenkupplung vorgesehen ist, die bei Erreichen von im Wesentlichen identischen Moment- und Drehzahl-Zahlen von Antriebs- und Abtriebswelle in Eingriff bringbar ist, so dass das Drehmoment direkt von der Abtriebswelle der Antriebseinheit auf die Antriebswelle der Abtriebseinheit übertragen werden kann.
-
Dabei wirkt vorzugsweise die Klauenkupplung zwischen den drehfest mit den jeweiligen Antriebswellen ausgebildeten Sonnenrädern.
-
Die vorteilhafte Verwendung einer Klauenkupplung ermöglicht, dass die Zahnräder momentenfrei laufen, wodurch die Verlustleistung des Kupplungselements wesentlich gesenkt wird.
-
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist weiterhin vorgesehen, statt eines Planetenradgetriebes ein Kegelraddifferential zu verwenden.
-
Des Weiteren erlaubt die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Drehmomentübertragungsvorrichtung die Anordnung der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung in einem bereits bestehenden Kupplungsgehäuse, wodurch bestehende Kupplungen einfach nachrüstbar sind. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, die Drehmomentübertragungsvorrichtung als vormontierte Einheit bereitzustellen, die lediglich in ein bestehendes Gehäuse eingebaut wird.
-
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von bevorzugten, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Die Figuren sollen dabei lediglich exemplarischer Natur sein und nicht den Rahmen der Ansprüche festlegen. Dieser wird allein durch die anhängigen Ansprüche definiert.
-
Es zeigen:
-
1: ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungsvorrichtung; und
-
2: ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung;
-
Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen beziffert.
-
1 zeigt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung 1. Die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung 1 weist eine Drehachse A auf, um die sich eine Abtriebswelle 2 einer Antriebseinheit (nicht dargestellt) und eine Antriebswelle 4 einer Abtriebseinheit (nicht dargestellt) dreht. Insbesondere handelt es sich bei der Abtriebswelle 2 der Antriebseinheit um eine Kurbelwelle und bei der Antriebswelle der Abtriebseinheit um eine Getriebeeingangswelle. Im Folgenden werden zur Unterscheidung die Begriffe Kurbelwelle bzw. Getriebeeingangswelle verwendet. Dennoch ist es für einen Fachmann klar, dass auch andere Abtriebs- bzw. Antriebswellen verwendbar sind.
-
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die koppelbare Verbindung zwischen Kurbelwelle 2 und Getriebeeingangswelle 4 statt mit einer herkömmlichen Reibungskupplung mit einem Planetengetriebe 10 realisiert. Das Planetengetriebe 10 umfasst ein Sonnenrad 12, ein Planetenrad 14 mit einem Planetenradträger 16 und ein Hohlrad 18. Erfindungsgemäß ist das Sonnenrad 12 drehfest mit der Kurbelwelle 2 verbunden und treibt mit seiner außenliegenden Verzahnung das Planetenrad 14 an. Dadurch kämmt das Planetenrad 14 einerseits an dem Sonnenrad 12 und andererseits an dem Hohlrad 18. Der Planetenradträger 16 ist drehfest mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden und bewirkt eine Drehung der Getriebeeingangswelle 4 bei einer Bewegung des Planetenrads 14 um die Drehachse A.
-
Eine derartige Drehbewegung des Planetenradträgers 16 bzw. des Planetenrads 14 ist aber nur dann möglich, wenn das Hohlrad 18 einen größeren Widerstand gegen eine Drehbewegung aufweist als die Drehbewegung des Planetenradträgers 16 um die Getriebeeingangswelle 4. Üblicherweise weist jedoch die Getriebeeingangswelle 4 einen vergleichsweise hohen Widerstand gegenüber einer Drehbewegung auf, so dass ohne weitere äußere Einwirkung auf das Hohlrad 18, sich das Hohlrad 18 um die Drehachse A dreht, während der Planetenradträger 16 keine Drehbewegung ausführt.
-
Um mit der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung 1 ein Drehmoment zu übertragen, ist weiterhin eine Kupplungsvorrichtung 6 vorgesehen, die radial außen an dem Hohlrad 18 angeordnet ist. Vorzugsweise wirkt die Kupplungsvorrichtung 6 mit einem hier nicht dargestellten stationären Gehäuse zusammen, an dem das Hohlrad 18 mithilfe der Reibbeläge 8 in Reibschluss gebracht und damit drehfest gemacht werden kann. Im eingekuppelten Zustand wird dadurch das Drehmoment vom Sonnenrad 12 auf das Planetenrad 14 übertragen, und da das Hohlrad 18 stationär ist, bewirkt die Drehbewegung des Sonnenrads 12 eine Drehbewegung des Planetenrads 14 nicht nur um seine eigene Achse, sondern auch um die Drehachse A, wodurch die Getriebeeingangswelle 4 gedreht wird.
-
Die Reibbeläge 8 können ähnlich wie bei einer Fahrzeugscheibenbremse axial beweglich und übertragbar per Reibschluss ausgebildet sein. Dabei ist denkbar, die Segmente vorgespannt auszuführen, so dass eine normal geschlossene Kupplungsvorrichtung bereitgestellt ist. Da die Kupplungsvorrichtung außenliegend und offen ausgeführt ist, kann vorteilhafterweise die Reibungswärme per Konvektion oder Strahlung an die Umgebung abgeführt werden. Des Weiteren können die Reibbeläge mit nur geringem Montageaufwand gewechselt werden und deren Rezeptur muss nicht auf Fliehkraftbelastung ausgerichtet sein, sondern kann ausschließlich auf Reibverhalten optimiert werden. Auch alle anderen Elemente der Kupplungsvorrichtung, wie beispielsweise eine Membranfeder zur Erzeugung einer Anpresskraft können direkt an dem stationären Gehäuse angeordnet sein, was die Konstruktion der Kupplungsvorrichtung deutlich vereinfacht und die Anforderungen an das Material verringert. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die auf die Kupplung wirkenden Ausrückkräfte auf das Gehäuse und nicht mehr auf die Kurbelwelle übertragen werden. Zudem kann, wie bei der Fahrzeugbremse, Energie zur Kupplungsbetätigung rekuperiert werden.
-
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist zudem eine Drehzahl- und Momentenwandlung auf. Dies kann vorteilhaft für die Ausführung des nachfolgenden Getriebes sein.
-
Soll keine Drehmomentumwandlung erfolgen, so kann eine Drehmomentübertragung mit einer Drehmomentübertragungsvorrichtung 1 gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel erreicht werden. Die in 2 dargestellte Drehmomentübertragungsvorrichtung 1 weist eine spezielle Form des Planetengetriebes 10, nämlich ein Doppelplanetengetriebe auf.
-
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Doppelplanetengetriebe 10 mit einem antriebsseitiges Sonnenrad 12, einem abtriebseitiges Sonnenrad 22, einem antriebsseitiges Planetenrad 14, einem abtriebseitiges Planetenrad 24, einem gemeinsamen Planetenradträger 16 sowie einem gemeinsames Hohlrad 18. Dabei ist das antriebsseitige Sonnenrad 12 drehfest mit der Kurbelwelle 2 verbunden, während das abtriebseitige Sonnenrad 22 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden ist. Die Planetenräder 14, 24 kämmen mit ihrer Verzahnung jeweils an den entsprechenden Sonnenrädern 12, 22 und sind über einen gemeinsamen Planetenradträger 16 miteinander verbunden. Der gemeinsame Planetenradträger 16 bewirkt eine synchrone Bewegung der Planetenräder 14, 24, die entweder, wie oben beschrieben, an das Hohlrad 18 übertragen wird, sofern das Hohlrad 18 einer Drehbewegung keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzt. Wird das Hohlrad 18, wie oben beschrieben, mittels der Kupplungsvorrichtung 6 drehfest an dem nicht dargestellten Gehäuse festgelegt, bewirkt die Drehung der Planentenräder 14, 24 eine Übertragung des Drehmoments auf das abtriebseitige Sonnenrad 22 und damit eine Drehbewegung der Getriebeeingangswelle 4.
-
Dabei sind die Planetenräder 14, 24 und die Sonnenräder 12, 22 derart dimensioniert, dass eine im Wesentlichen identische Drehmomentübertragung von Kurbelwelle 2 auf Getriebeeingangswelle 4 möglich ist.
-
Um die Zahnräder des Planetengetriebes zu schonen und die Verlustleistung der Drehmomentübertragungsvorrichtung 1 zu senken, kann zudem eine Klauenkupplung 30 vorgesehen sein, die eine direkte Übertragung bzw. direkte Verbindung zwischen Kurbelwelle 2 und Getriebeeingangswelle 4 ermöglicht. Wird die Klauenkupplung 30 nach Erreichen eines gemeinsamen Drehmoments geschlossen, so laufen die Zahnräder frei, und damit verschleiß- und verlustfrei.
-
In beiden dargestellten Ausführungsbeispielen kann das Hohlrad 18 mittels einer Trennvorrichtung 32 (siehe 1), insbesondere einem Deckel, dichtend über Dichtungen 34 gegenüber der Getriebeeingangswelle 4 bzw. der Kurbelwelle 2 ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht das Planetengetriebe 10 nasslaufend auszubilden, während die Kupplungsvorrichtung 6 trockenlaufend ausgebildet ist. Die trockenlaufende Ausführung der Kupplungsvorrichtung hat vorteilhafterweise einen im Vergleich zu nasslaufenden Kupplungen geringen Bauraumbedarf.
-
Statt der hier dargestellten Ausführungsformen mittels eines Planetengetriebes ist es auch möglich, die Funktionen des Planetengetriebes über ein Kegelraddifferential bzw. ein Kronenraddifferential bereitzustellen.
-
Im Allgemeinen kann mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Drehmomentübertragungsvorrichtung eine gute Abführung der Reibwärme von der Kupplungsvorrichtung erreicht werden, da diese außenliegend angeordnet ist. Zudem ermöglicht die außenliegende Anordnung eine leichte Zugänglichkeit, so dass Reibbeläge einfach und schnell ausgetauscht werden können.
-
Da vorzugsweise das Gehäuse stationär angeordnet ist, und die Kupplungsvorrichtung mit dem stationären Gehäuse zusammenwirkt, können die Reibbeläge als stationär ausgebildete Reibbeläge ausgebildet werden, die nicht mehr eine Fliehkraftbelastung aushalten müssen, sondern lediglich auf ihre Reibfähigkeit optimiert werden können. Damit einher geht auch eine Abstützung der Ausrückkräfte auf das Gehäuse statt auf die Kurbelwelle, was ebenfalls zu einer Verbesserung beiträgt. Des Weiteren kann auch die Ausrückvorrichtung für die Kupplung an dem Gehäuse angeordnet sein, so dass eine einfache Lagerung, beispielsweise der Membranfeder möglich ist.
-
Abhängig von der jeweiligen Ausgestaltung kann mit der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung zudem eine Drehzahl- und Drehmomentwandlung erreicht werden und analog zur Fahrzeugbremse eine Möglichkeit Energie zu rekuperieren bereitgestellt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Drehmomentübertragungsvorrichtung
- 2
- Abtriebswelle d. Antriebseinheit (Kurbelwelle)
- 4
- Antriebswelle d. Abtriebseinheit (Getriebeeingangswelle)
- 6
- Kupplungsvorrichtung
- 8
- Reibbeläge
- 10
- Planetengetriebe
- 12
- (antriebseitiges) Sonnenrad
- 14
- (antriebseitiges) Planetenrad
- 16
- (antriebseitiger) Planetenradträger
- 18
- (antriebseitiges) Hohlrad
- 22
- abtriebseitiges Sonnenrad
- 24
- abtriebseitiges Planetenrad
- 26
- abtriebseitiger Planetenradträger
- 28
- abtriebseitiges Hohlrad
- 30
- Klauenkupplung
- 32
- Deckel für Hohlrad
- 34
- Dichtung gegenüber Abtriebswelle bzw. Antriebswelle
-
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
-
