-
Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Klauenkupplungen sind aus dem Stand der Technik bekannt; sie gehören zur Kategorie der formschlüssigen Kupplungen, welche vorzugsweise im Stillstand oder bei relativ geringen Differenzdrehzahlen schaltbar sind. Klauenkupplungen umfassen in der Regel zwei Kupplungshälften, welche stirnseitig mit Klauen oder Zähnen bestückt sind, welche mit Lücken oder Zahnlücken in Umfangsrichtung abwechseln. Das Einrücken der Kupplung erfolgt durch Axialverschiebung einer oder beider Kupplungshälften, sodass die Klauen der einen Kupplungshälfte in die Lücken der anderen Kupplungshälfte eingreifen und damit einen Formschluss herstellen. Bei dem bekannten Kupplungstyp lässt sich eine so genannte Zahn-auf-Zahn-Stellung nicht vermeiden, d.h. die Kupplung kann im Stillstand nicht immer sofort eingerückt werden. Vielmehr müssen zum Einspuren der Klauen beide Kupplungshälften so weit gegeneinander verdreht werden, bis die Klauen ihre Lücken gefunden haben. Es ist bekannt, dass man die Kupplungshälften synchronisiert, um die Kupplung auch bei Differenzdrehzahlen schalten zu können. Bekannte Klauenkupplungen weisen in der Regel feste Klauen, d.h. mit einer festen Geometrie und einem festen Teilungsverhältnis auf.
-
Durch die
US 6,112,873 wurde eine Klauenkupplung mit einem axial beweglichen Element bekannt, welches ein Flankenspiel bei geschlossener Klauenkupplung, d.h. eine Bewegung der Klaue in der Lücke in Umfangsrichtung bei wechselnder Drehrichtung vermeiden soll. Die Lücken zwischen den Klauen der ersten Kupplungshälfte sind dabei wesentlich größer als die Breite der Klaue, welche in diese Lücke eingreift. Um dieses Umfangsspiel bei eingerückter Kupplung und wechselnder Drehrichtung zu vermeiden, wird nach dem Einrücken der Kupplung das axial bewegliche Element in die verbleibende Lücke verschoben. Es liegt somit eine Lücke mit variabler Geometrie vor: beim Einspuren der Klauen in die Lücke ist diese erheblich größer als die Breite der Klauen; nach dem Einrücken der Kupplung wird die Lücke durch das bewegliche Element geschlossen. Der Vorteil einer Lücke, die wesentlich größer als die Breite der Klaue bemessen ist, besteht darin, dass die Kupplung bei Differenzendrehzahlen leichter eingerückt (eingespurt) werden kann. Eine Zahnauf-Zahn-Stellung, die ein Einrücken der Kupplung blockiert, lässt sich jedoch mit der bekannten Kupplung nicht vermeiden.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Schaltbarkeit bei einer Klauenkupplung der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere undefinierte Schaltpositionen wie eine Zahn-auf-Zahn-Stellung zu vermeiden.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Erfindungsgemäß weist eine der beiden Kupplungshälften axial bewegliche, lückenlos nebeneinander angeordnete Klauen auf, wobei die Breite der Klauen erheblich geringer als die Lücke der anderen Kupplungshälfte ist. Die Lücke zwischen den festen Klauen ist mindestens so breit, dass sie von zwei beweglichen Klauen ausgefüllt wird. Die Zahl der beweglichen Klauen, verteilt über den Umfang, ist somit doppelt so groß wie die Zahl der festen Klauen, wobei die festen und die beweglichen Klauen in Umfangsrichtung gesehen die gleiche Breite aufweisen. Die Lücke zwischen den festen Klauen kann auch so breit bemessen werden, dass nicht nur zwei, sondern auch drei und mehr bewegliche Klauen hineinpassen. Je größer die Lücke, desto leichter der Einspurvorgang bei größeren Differenzdrehzahlen. Mit der Erfindung wird der Vorteil erreicht, dass bei jeder Ausgangssituation, sei es bei stehender Kupplung, sei es bei mit Differenzdrehzahl laufender Kupplung, ein Einspuren der Kupplungshälften möglich ist, weil eine bewegliche Klaue immer eine Lücke findet, in welche sie einspurt und damit einen Formschluss – zunächst mit Umfangsspiel – zwischen beiden Kupplungshälften, d.h. auch eine Synchronisation herstellt. Die verbleibende Lücke wird dann durch eine weitere bewegliche Klaue geschlossen, sodass ein Umfangsspiel weitestgehend beseitigt ist. Wie bereits erwähnt, erleichtert das relativ große Umfangsspiel zwischen beweglicher Klaue und Lücke das Einspuren auch bei Differenzdrehzahlen.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die axial bewegliche Klauen durch eine Rückstellkraft belastet, d.h. bei einem Einrücken der Kupplung treffen die festen Klauen auf die beweglichen Klauen und drücken diese gegen die Rückstellkraft zurück, während gleichzeitig ein oder zwei bewegliche Klauen in die Lücke zwischen den festen Klauen einspuren. Beim Ausrücken der Kupplung werden sämtliche beweglichen Klauen aufgrund der Rückstellkraft in ihre Ursprungsstellung zurückgestellt.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Rückstellkraft durch einen Kraftspeicher ausgeübt. Der Kraftspeicher kann pneumatischer, hydraulischer, elektrischer oder mechanischer Art sein.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftspeicher als Druckfeder ausgebildet, wobei vorzugsweise jeder beweglichen Klaue eine Druckfeder zugeordnet ist.
-
Die Erfindung kann auf verschiedenen Gebieten angewendet werden, beispielsweise beim Ankoppeln einer elektrischen Maschine an einen Hybridantrieb, beim Festsetzen eines Getriebes anstelle einer herkömmlichen Parksperre, bei der Ankopplung eines Rotors einer Windkraftanlage oder bei der Ankopplung von Nebenaggregaten bei Nutzfahrzeugen.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
-
1 eine erfindungsgemäße Klauenkupplung mit beweglichen Klauen in einer Ausgangssituation mit synchronisierten Klauen,
-
2 die Klauenkupplung gemäß 1 bei beginnendem Einspurvorgang,
-
3 die Klauenkupplung gemäß 1 und 2 bei abgeschlossenem Einspurvorgang,
-
4 die Klauenkupplung in einer Ausgangssituation mit nicht synchronisierten Klauen,
-
5 die Klauenkupplung beim Beginn des Einspurvorganges,
-
6 die Klauenkupplung nach Fortsetzung des Einspurvorganges,
-
7 die Klauenkupplung zu Beginn der Synchronisationsphase,
-
8 die Klauenkupplung nach Fortsetzung der Synchronisationsphase,
-
9 die Klauenkupplung nach abgeschlossener Synchronisationsphase,
-
10 die Klauenkupplung wie in 9 (eingerückter Zustand),
-
11 die Klauenkupplung im halb ausgerückten Zustand und
-
12 die Klauenkupplung im vollständig ausgerückten Zustand.
-
1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Klauenkupplung 1 mit einer ersten Kupplungshälfte 2 und einer zweiten Kupplungshälfte 3, welche über den Umfang verteilt eine Vielzahl von Klauen 4 (auch Zähne 4 genannt) sowie zwischen den Klauen 4 angeordnete Lücken 5 (auch Zahnlücken 5 genannt) aufweist. Die Klauen 4 der zweiten Kupplungshälfte 3 sind fest angeordnet, d.h. sie weisen, ebenso wie die Lücken 5 eine feste Geometrie auf. Die Klauen 4 werden daher auch kurz feste Klauen genannt. Die erste Kupplungshälfte 2 weist dagegen axial bewegliche Klauen 6 auf, wobei die Axialrichtung durch einen Pfeil x-parallel zur Rotationsachse der Kupplung – angedeutet ist. Die beweglichen Klauen 6 sind an der Kupplungshälfte 2 rein axial beweglich geführt, einen Freiheitsgrad in tangentialer bzw. Umfangsrichtung gibt es nicht. Jeder einzeln beweglichen Klaue 6 ist eine als Druckfeder ausgebildete Rückstellfeder 7 zugeordnet, welche sich – was nicht dargestellt ist – an der ersten Kupplungshälfte 2 abstützt. Die beweglichen Klauen 6 liegen in Umfangsrichtung unmittelbar nebeneinander, d.h. sie weisen zwischen sich keine Lücken auf. Die beweglichen Klauen 6 sowie die festen Klauen 4 weisen – in Umfangsrichtung (quer zur x-Richtung) gesehen – jeweils die gleiche Breite b auf. Die Lücken 5 zwischen den festen Klauen 4 weisen – in Umfangsrichtung gesehen – jeweils eine Breite a auf. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Breite a der Lücke 5 das Zweifache der Klauenbreite b. Aufgrund dieser Abmessungen weist die erste Kupplungshälfte 2 die doppelte Anzahl von beweglichen Klauen 6 gegenüber der Anzahl von festen Klauen 4 der zweiten Kupplungshälfte 3 auf. Die in 1 dargestellte Position von erster und zweiter Kupplungshälfte 2, 3 entspricht einer idealisierten Ausgangssituation mit synchronisierten Klauen 6, 4, d.h. die beweglichen Klauen 4 und die festen Klauen 6 befinden sich jeweils in einer Flucht zueinander.
-
2 zeigt die beiden Kupplungshälften 2, 3 beim so genannten Einspurvorgang, d.h. nachdem die Kupplungshälften 2, 3 in x-Richtung aufeinander zu bewegt worden sind. Aufgrund der in 1 dargestellten synchronisierten Ausgangssituation werden die beweglichen Klauen 6 durch die mit ihnen fluchtenden festen Klauen 4 gegen die Rückstellkraft der Druckfedern 7 zurückgeschoben, während jeweils zwei bewegliche Klauen 6 in die Lücken 5 zwischen den festen Klauen 4 einspuren. Die festen Klauen 4 schaffen sich quasi ihre Lücke zwischen den axial „nachgiebigen“ beweglichen Klauen 6. Dabei ist praktisch kein Umfangsspiel zwischen den beweglichen Klauen 6 und den festen Klauen 4 vorhanden, sodass sich sofort ein Formschluss zwischen beiden Kupplungshälften 2, 3 ergibt.
-
3 zeigt die beiden Kupplungshälften 2, 3 nach Abschluss des Einspurvorganges. Die beweglichen Klauen 6 der ersten Kupplungshälfte 2 haben ihre axiale Endposition innerhalb der Lücken 5 der zweiten Kupplungshälfte 3 erreicht. Damit ist der volle Formschluss zwischen den beiden Kupplungshälften 2, 3 hergestellt, wobei praktisch kein Umfangsspiel vorliegt.
-
4 zeigt die Klauenkupplung 1 in einer veränderten Ausgangssituation, nämlich mit nicht synchronisierten Klauen 4, 6. Wie die Figur zeigt, fluchten die festen Klauen 4 nicht mit den beweglichen Klauen 6, vielmehr besteht ein Versatz in Umfangsrichtung. Die Klauenkupplung 1 befindet sich im ausgerückten Zustand.
-
5 zeigt die Klauenkupplung 1 in einer ersten Phase des Einspurvorganges, d.h. beide Kupplungshälften 2, 3 sind in axialer Richtung x aufeinander zu bewegt worden. In die Lücken 5 der zweiten Kupplungshälfte 3 ist jeweils eine bewegliche Klaue 6 eingespurt, d.h. zwischen beweglichen Klauen 6 und festen Klauen 4 wurde eine Überlappung, gekennzeichnet mit x1, hergestellt, wobei noch ein beidseitiges Umfangsspiel vorliegt.
-
6 zeigt die Fortsetzung des Einspurvorganges, wie er in 5 dargestellt ist. Die beweglichen Klauen 6 sind jetzt weiter in die Lücken 5 eingespurt und haben eine Überlappung x2 > x1 hergestellt.
-
7 zeigt die Fortsetzung des Einspurvorganges und den Beginn des Synchronisationsvorganges, nachdem eine bewegliche Klaue 6 jeweils vollständig in eine Lücke 5 eingespurt und zur Anlage mit einer festen Klaue 4 in Umfangsrichtung gekommen ist. Die zweite Kupplungshälfte 3 ist in diesem Beispiel mit dem Antriebsmotor verbunden und überträgt ein Drehmoment M und eine Drehzahl n auf die erste Kupplungshälfte 2, was durch einen Pfeil M, n dargestellt ist und die Synchronisation beider Kupplungshälften 2, 3 bewirkt. Grundsätzlich kann auch die Kupplungshälfte 2 vom Antriebsmotor angetrieben werden, so dass die Momentenübertragung, bzw. die Drehbewegung von dieser her erfolgt.
-
8 zeigt eine weitere Fortsetzung des Einspur- und Synchronisationsvorganges, wobei eine zweite bewegliche Klaue 6 teilweise in die Lücke 5 eingespurt ist.
-
9 zeigt den vollständigen Abschluss des Einspur- und Synchronisationsvorganges, d.h. beide Kupplungshälften 2, 3 befinden sich im eingerückten Zustand (Betriebszustand). Dabei befinden sich jeweils zwei bewegliche Klauen 6 spielfrei in einer Lücke 5.
-
Die 10, 11 und 12 zeigen die Klauenkupplung 1 in verschiedenen Phasen vom eingerückten bis zum ausgerückten Zustand. 10 zeigt die Klauenkupplung 1 in vollständig eingerücktem Zustand, wie er auch in 9 dargestellt ist. Dabei wird die zweite Kupplungshälfte 3 aufgrund einer Einrückkraft P, dargstellt durch einen Pfeil P, gegen die erste Kupplungshälfte 2 gedrückt. Die Einrückkraft P kann beispielsweise hydraulisch aufgrund eines Systemdruckes erzeugt werden. Bricht der Systemdruck aufgrund eines Fehlers zusammen, wird die Einrückkraft P zu Null, und die Klauenkupplung 1 wird automatisch in ihre ausgerückte Position zurückgestellt. Dies ist in 11 – halb ausgerückter Zustand – und in 12 – voll ausgerückter Zustand – dargestellt. Die komprimierten Druckfedern 7 (vgl. 10, 11) drücken auf die mit ihnen fluchtenden festen Klauen 4 und schieben somit die zweite Kupplungshälfte 3 in Richtung-x, dargestellt durch einen Pfeil-x, in ihre ausgerückte Position.
-
12 zeigt die Kupplung 1 im vollständig ausgerückten Zustand, es besteht kein Formschluss mehr zwischen der ersten Kupplungshälfte 2 und der zweiten Kupplungshälfte 3. Es werden kein Drehmoment und keine Drehzahl übertragen.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Breite a der Lücken 5 derart bemessen, dass diese jeweils zwei bewegliche Klauen 6 aufnehmen können: a = 2b. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Lücke 5 derart zu verbreitern, dass sie mehr als zwei bewegliche Klauen 6, z.B. drei oder vier aufnehmen kann: a = n · b, wobei n eine ganze Zahl und größer als zwei ist. Dadurch wird die Lücke größer, wodurch der Einspurvorgang auch bei höheren Differenzdrehzahlen erleichtert wird. Beim Einspuren rücken die beweglichen Klauen somit sukzessive in die Lücke nach, bis diese vollständig mit den beweglichen Klauen ausgefüllt ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Klauenkupplung
- 2
- erste Kupplungshälfte
- 3
- zweite Kupplungshälfte
- 4
- feste Klaue
- 5
- Lücke
- 6
- bewegliche Klaue
- 7
- Druckfeder
- a
- Breite (Lücke)
- b
- Breite (Klaue)
- x
- Axialrichtung (Einrücken)
- -x
- Axialrichtung (Ausrücken)
- M
- Drehmoment
- n
- Drehzahl
- P
- Einrückkraft
-
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
-
