-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Trennkupplung für einen Antrieb, durch welche ein Drehmoment für eine sekundäre Antriebswelle in einem Fahrzeug mit Allradantrieb zur Verfügung gestellt werden kann, insbesondere eine Trennkupplung für einen Antrieb, welche eine Sychronisierung mit Reibschluss von Kupplungsscheiben und eine verriegelte Verbindung mit sich ausdehnenden Keilscheiben ermöglicht.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Um ein Drehmoment für eine sekundäre Antriebswelle eines Fahrzeugs mit Allradantrieb zur Verfügung zu stellen, offenbart zum Beispiel
U.S. Patent Nr. 7,150,694 die Verwendung einer Kupplung in einer Leistungsübertragungseinheit (power transfer unit = PTU). Durch diese Einheit werden die Masse und die Größe der PTU vergrößert.
U.S. Patent Nr. 7,150,694 und
U.S. Patent Nr. 7,309,301 sind Beispiele für die Verwendung einer Transferkupplung (typischerweise Nasskupplung) in einem Differential, um ein an die sekundäre Antriebswelle zu übertragendes Drehmoment zu regeln. Um die Kupplungen im geschlossenen Zustand zu erhalten, müssen diese ständig mit Druckflüssigkeit versorgt werden, so dass durch den Einsatz dieser Kupplungen, die zu erbringende Leistung sich erhöht.
U.S. Patent Nr. 6,520,885 ist ein Beispiel für die Verwendung einer Rollen- oder Klauenkupplung zur Regelung des an die sekundäre Antriebswelle zu übertragenden Drehmoments. Allerdings muss das Fahrzeug, um solche Kupplungen verwenden zu können, sich im Stillstand befinden.
-
Zusammenfassung
-
Gemäß den hierin dargestellten Aspekten, stellt die Erfindung eine Trennkupplungseinheit für einen Antrieb zur Verfügung mit: einem zum Aufnehmen eines Drehmoments aus dem Motor angeordneten Antriebsbauteil; einem Abtriebsritzel und einer Kupplung. Die Kupplung weist eine Kolbenscheibe, mindestens eine Kupplungsscheibe, mindestens eine Keilscheibe und jeweiliges, zwischen der mindestens einen Kupplungsscheibe und der mindestens einen Keilscheibe angeordnetes Reibungsmaterial auf. Die Kolbenscheibe ist derart angeordnet, dass sie sich durch einen ersten Abstand in einer ersten axialen Richtung verlagern kann, um die mindestens eine Kupplungsscheibe und die mindestens eine Keilscheibe derart gegeneinander zu verspannen, dass eine Drehbewegung des Antriebsbauteils und eine Drehbewegung des Abtriebsritzels miteinander verriegelt sind, und zur weiteren Verlagerung in der ersten axialen Richtung, um die mindestens eine Keilscheibe derart zu verschieben, dass jeweilige Drehbewegungen des Antriebsbauteils und des Abtriebsritzels durch Kontakt der mindestens einen Keilscheibe mit dem Antriebsbauteil und dem Abtriebsritzel miteinander verriegelt sind.
-
Gemäß den hierin dargestellten Aspekten, stellt die Erfindung eine Trennkupplung für einen Antrieb zur Verfügung, die ein zur Herstellung einer Antriebsverbindung zu einem Motor angeordnetes Antriebsbauteil, ein Abtriebsritzel und eine Kupplung aufweist. Die Kupplung weist eine Kolbenscheibe, mindestens eine Kupplungsscheibe, mindestens eine Keilscheibe und jeweiliges, zwischen der mindestens einen Kupplungsscheibe und der mindestens einen Keilscheibe angeordnetes Reibungsmaterial auf. In einem Sychronisierungsmodus steht die mindestens eine Keilscheibe in Drehverbindung mit dem Antriebsbauteil, wobei die mindestens eine Keilscheibe drehbar gegenüber dem Abtriebsritzel ist. Im Sychronisierungsmodus ist die Kolbenscheibe zur Verlagerung in einer ersten axialen Richtung durch einen ersten Abstand derart angeordnet, dass sie die mindestens eine Kupplungsscheibe und die mindestens eine Keilscheibe derart gegeneinander verspannt sind, dass eine Drehbewegung des Antriebsbauteils und eine Drehbewegung des Abtriebsritzels miteinander verriegelt sind. In einem blockierten Modus ist die Kolbenscheibe für eine weitere Verlagerung in der ersten axialen Richtung derart angeordnet, dass die mindestens eine Keilscheibe in Bezug auf das Antriebsbauteil gedreht wird, und die mindestens eine Keilscheibe in Druckeingriff mit dem Antriebsbauteil und dem Abtriebsritzel steht, um eine Drehbewegung des Antriebsbauteils mit einer Drehbewegung des Abtriebsritzels zu verriegeln.
-
Gemäß den hierin dargestellten Aspekten, stellt die Erfindung eine Trennkupplung für einen Antrieb zur Verfügung, die ein Antriebsbauteil aufweist, das zum Aufnehmen eines Drehmoments aus einem Motor angeordnet ist, wobei das Antriebsbauteil einen durch eine erste Mehrzahl von flachen Seiten gebildeten Außenumfang aufweist. Die Trennkupplung weist weiterhin ein Abtriebsritzel und eine Kupplung auf, welche eine Kolbenscheibe, mindestens eine Kupplungsscheibe und mindestens eine Keilscheibe aufweist, wobei die mindestens eine Keilscheibe einen durch eine zweite, in Kontakt mit der ersten Mehrzahl von flachen Seiten stehende Mehrzahl von flachen Seiten gebildeten Innenumfang aufweist, wobei die Kupplung weiterhin eine Längskeilen-Scheibe mit einer Mehrzahl von radial verschiebbaren Längskeilen aufweist, und wobei Reibungsmaterial jeweils zwischen der mindestens einen Kupplungsscheibe und der mindestens einen Keilscheibe vorgesehen ist. Während die Mehrzahl von radial verschiebbaren Längskeilen im drehfesten Eingriff mit der mindestens einen Keilscheibe und dem Antriebsbauteil steht, ist die Kolbenscheibe zur Verlagerung in einer ersten axialen Richtung durch einen ersten Abstand derart angeordnet, dass die mindestens eine Kupplungsscheibe und die mindestens eine Keilscheibe gegeneinander verspannt sind, so dass eine Drehbewegung des Antriebsbauteils und eine Drehbewegung des Abtriebsritzels miteinander verriegelt sind. Die Kolbenscheibe ist für eine weitere Verlagerung in der ersten axialen Richtung derart angeordnet, dass die Mehrzahl von radial verschiebbaren Längskeilen sich wieder zurückziehen, so dass eine Drehung der mindestens einen Keilscheibe in Bezug auf das Antriebsbauteil ermöglicht wird, die erste Mehrzahl von flachen Seite entlang der zweiten Mehrzahl von flachen Seiten gleitet, und ein Innenumfang der Keilscheibe in Druckeingriff mit dem Antriebsbauteil steht, während ein Außenumfang der Keilscheibe in Druckeingriff mit dem Abtriebsritzel steht.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Es werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung lediglich als Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen offenbart. Für entsprechende Teile werden entsprechende Bezugszeichen verwendet. Die Figuren zeigen:
-
1A eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinaten-Systems zur Veranschaulichung der in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Raumbegriffe;
-
1B eine perspektivische Ansicht eines Gegenstands im zylindrischen Koordinaten-System von 1A zur Veranschaulichung der in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Raumbegriffe; und,
-
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Trennkupplungseinheit für einen Antrieb in einer Differentialeinheit;
-
3 eine Querschnittsansicht einer Trennkupplungseinheit für einen Antrieb in einer Differentialeinheit;
-
4 eine Einzeldarstellung der Trennkupplungseinheit für einen Antrieb gemäß 3, in gelöstem Modus;
-
5 eine Einzeldarstellung der Trennkupplungseinheit für einen Antrieb gemäß 3 in Synchronisierungsmodus;
-
6 eine Schnittansicht im Wesentlichen entlang Linie 6-6 in 5;
-
7 eine Einzeldarstellung der Trennkupplungseinheit für einen Antrieb gemäß 3 in verriegeltem Modus; und
-
8 eine Schnittansicht im Wesentlichen entlang Linie 8-8 in 7;
-
Ausführliche Beschreibung
-
Es muss am Anfang darauf hingewiesen werden, dass gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen sich auf identische oder in der Funktion ähnliche Bauteile beziehen, und dass die beanspruchte Offenbarung sich nicht auf die hierin offenbarten Aspekte begrenzt.
-
Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass diese Offenbarung sich nicht auf die hierin beschriebenen konkreten Verfahren, Werkstoffe und Modifikationen beschränkt, und dass sie als solche natürlich auch abgeändert werden kann. Weiter dienen die hier verwendeten Begriffe nur dem Zweck der Beschreibung konkreter Aspekte und sollen nicht den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung einschränken.
-
Wenn nicht anderweitig definiert, besitzen alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung wie sie ein Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet der Erfindung generell versteht. Es können beliebige ähnliche oder gleichwertige Verfahren, Vorrichtungen bzw. Werkstoffe wie die in der Offenbarung Beschriebenen in der Praxis oder zu Versuchszwecken verwendet werden.
-
1A zeigt eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Koordinaten-Systems 80, welche die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Raumbegriffe veranschaulicht. Die vorliegende Anmeldung ist zumindest teilweise im Rahmen eines zylindrischen Koordinaten-Systems erläutert. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezug für die nun folgenden Richtungsbegriffe und Raumbegriffe dient. Die Eigenschaftswörter „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ verstehen sich mit Bezug auf eine Orientierung, die sich parallel zur Achse 81, zum Radius 82 (der orthogonal zur Achse 81 verläuft) bzw. zum Umfang 83 erstreckt. Die Eigenschaftswörter „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ verstehen sich auch mit Bezug auf eine Orientierung, die sich parallel zu entsprechenden Ebenen erstreckt. Um die Anordnung der verschiedenen Ebenen zu klären, werden die Gegenstände 84, 85 und 86 verwendet. Die Oberfläche 87 des Gegenstands 84 bildet eine axiale Ebene. Dies bedeutet, dass die Achse 81 eine Linie entlang der Oberfläche bildet. Die Oberfläche 88 des Gegenstands 85 bildet eine radiale Ebene, was bedeutet, dass der Radius 82 eine Linie entlang der Oberfläche bildet. Die Oberfläche 89 des Gegenstands 86 bildet eine Umfangsebene, was bedeutet, dass der Umfang 83 eine Linie entlang der Oberfläche bildet. Als weiteres Beispiel: eine axiale Bewegung oder Anordnung verläuft parallel zur Achse 81, eine radiale Bewegung oder Anordnung verläuft parallel zur Achse 82, und eine Umfangsbewegung oder Anordnung verläuft parallel zum Umfang 83. Eine Drehbewegung findet mit Bezug auf die Achse 81 statt.
-
Die Umstandswörter „axial“, „radial“ und „Umfangs-„ verstehen sich mit Bezug auf eine Orientierung, die sich parallel zur Achse 81, zum Radius 82 bzw. zum Umfang 83 erstreckt. Die Umstandswörter „axial“, „radial“ und „Umfangs-“ verstehen sich auch mit Bezug auf eine Orientierung, die sich parallel zu den jeweiligen Ebenen erstreckt.
-
1B zeigt eine perspektivische Ansicht eines Gegenstands 90 im zylindrischen Koordinaten-Systems 80 gemäß 1A, welche die in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Raumbegriffe veranschaulicht. Der zylindrische Gegenstand 90 steht stellvertretend für einen zylindrischen Gegenstand in einem zylindrischen Koordinaten-System und soll in keiner Weise die vorliegende Erfindung begrenzen. Der Gegenstand 90 weist eine axiale Fläche 91, eine radiale Fläche 92 und eine Umfangsfläche 93 auf. Die Fläche 91 ist Teil einer axialen Ebene, die Oberfläche 92 ist Teil einer radialen Ebene und die Oberfläche 93 ist eine Umfangsfläche.
-
2 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Trennkupplungseinheit 100 für einen Antrieb in einer Differentialeinheit 102.
-
3 ist eine Querschnittsansicht der Trennkupplungseinheit 100 für einen Antrieb in der Differentialeinheit 102.
-
4 ist eine Einzeldarstellung der Trennkupplungseinheit 100 des Antriebs gemäß 3, in gelöstem Modus. Die nun folgende Beschreibung bezieht sich auf 2 bis 4. Das Fahrzeug V weist eine Standardausbildung eines Fahrzeugs mit 4-Radantrieb auf, wobei M zum Beispiel ein quer angeordneter Motor zum Antreiben der vier Vorderräder FW durch die rechtseitige Vorderachse RFA ist, und wobei das Fahrzeug V weiterhin eine linksseitige Vorderachse LFA und eine Differentialeinheit 102 aufweist. Die Einheiten 100 und 102 werden zum Zu- und Abschalten einer sekundären Antriebswelle SDS verwendet, z. B. einer hinteren Antriebswelle durch Drehmoment aus dem Motor M. Die Welle SDS überträgt ein Drehmoment auf die hinteren Räder RW durch die hintere Differentialeinheit DIFF und die hinteren Achsen RA. Die Einheit 100 ist in die Differentialeinheit 102 integriert. Somit, wie weiter unten beschrieben, hat die Einheit 100 eine Synchronisierungsfunktion und eine Verriegelungskupplung zum Verbinden und Lösen des Abtriebs / Drehmoments aus dem Motor mit der Welle SDS.
-
Die Trennkupplungseinheit 100 des Antriebs weist einen Antrieb bzw. ein Antriebsbauteil (Endantriebs-Tellerrad) 108, auf, das ein Drehmoment aus dem Motor z .B. über die Welle 103 des Endantriebs-Ritzels) aufnimmt, einen Abtrieb bzw. ein Abtriebsbauteil 104 und eine Kupplung 110 auf. Der Abtrieb 104 überträgt das Drehmoment auf die SDS über die Welle 105. Das Tellerrad 108 überträgt das Drehmoment auf die LFA und die RFA über das Differentialgetriebe 107. Die Kupplung 110 weist eine Kolbenscheibe 112, mindestens eine Kupplungsscheibe 114 mindestens eine Keilscheibe 116, eine Stützplatte 117 und jeweiliges, zwischen der mindestens einen Kupplungsscheibe und der mindestens einen Keilscheibe angeordnetes Reibungsmaterial 118 auf. In einem Ausführungsbeispiel ist das Reibungsmaterial an der mindestens einen Keilscheibe befestigt, während in anderen Ausführungen (nicht gezeigt) das Reibungsmaterial an der mindestens einen Kupplungsscheibe befestigt sein kann. Im in den Figuren dargestellten Beispiel besteht die Einheit 100 aus drei Scheiben 114 und drei Scheiben 116. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Einheit 100 sich nicht auf eine bestimmte Anzahl von Scheiben 114 oder Scheiben 116 oder auf ein bestimmtes Verhältnis der Scheiben 114 zu den Scheiben 116 zu einander beschränkt. Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird in der nun folgenden Beschreibung auf die Begriffe „Scheiben 114“, Kupplungsscheiben“, „Scheiben 116“ und „Keilscheiben“ Bezug genommen. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Beschreibung auch für andere Ausführungen gilt einschließlich Ausführungen mit nur einer Kupplungsscheibe oder nur einer Keilscheibe, oder nur einer Kupplungsscheibe und einer Keilscheibe.
-
In einer typischen Anordnung einer Nasskupplung sind die Kupplungsscheiben 114 auf den Antrieb verkeilt, so dass die Kupplungsscheiben axial verschiebbar und mit dem Antrieb drehfest verbunden sind. Unter einer „drehfesten Verbindung“ ist zu verstehen, dass zwei oder mehr Bauteile direkt oder indirekt miteinander derart verbunden sind, dass jeweilige Drehbewegungen dieser Bauteile miteinander verriegelt sind. Das heißt, dass die Bauteile sich im Einklang miteinander drehen. Zum Verkeilen der Kupplungsscheiben mit dem Antrieb, d. h, um eine Keilnutenverbindung herzustellen, sind Nuten 137 vorgesehen.
-
Im gelösten Modus ist die Kolbenscheibe derart positioniert, dass die Kolbescheibe die Kupplungsscheiben und die Keilscheiben nicht gegen einander verspannt. Weiter, wie unten beschrieben, sind die Keilscheiben drehfest mit dem Abtriebsbauteil verbunden. Folglich sind die Kupplungsscheiben und der Antrieb drehbar in Bezug auf die Keilscheiben und das Abtriebsbauteil, so dass das Drehmoment von dem Antrieb nicht auf den Abtrieb übertragen wird.
-
5 ist eine Einzeldarstellung der Trennkupplungseinheit 100 für einen Antrieb gemäß 3 in einem synchronisierten Modus. Die nun folgende Beschreibung bezieht sich auf 2 bis 5. Wie weiterhin unten beschrieben, bleiben die Keilscheiben in einem Sychronisierungsmodus drehfest mit dem Abtriebsbauteil verbunden, und die Kolbenscheibe ist derart angeordnet, dass sie sich in axiale Richtung D1 verschieben kann, um die Kupplungsscheiben und die Keilscheiben gegen die Stützscheibe zu verspannen, um eine Drehung des Antriebsbauteils mit der Drehung des Abtriebs zu verriegeln.
-
Die Verspannung der Kupplungsscheiben und Keilscheiben ermöglicht eine Übertragung eines Drehmoments aus dem Motor und dem Antriebsbauteil auf den Abtrieb zum Beispiel um, wie weiter unten beschrieben, Energie oder Drehgeschwindigkeiten des Antriebsbauteils und des Abtriebsbauteils, wie auch anderer, mit dem Abtriebsbauteil verbundener Bauteile, wie Welle 105 und sekundäre Antriebswelle SDS, zu synchronisieren.
-
Wie weiterhin unten beschrieben, ist in einem dem Sychronisierungsmodus folgenden verriegelten Modus die Kolbenscheibe derart angeordnet, dass sie sich weiter in der Richtung D1 verlagern kann, um die Keilscheibenkeile derart zu verschieben, dass diese die Drehbewegung der Keilscheiben mit der Drehbewegung des Antriebsbauteils und des Abtriebs verriegeln. Genauer gesagt, werden die Keilscheiben ausgedehnt und zwischen dem Antriebsbauteil und dem Abtrieb verkeilt. Wenn die Keilscheiben einmal verschoben worden sind, um die Drehbewegung des Antriebsbauteils und des Abtriebs miteinander zu verriegeln, kann über die Keilscheiben ein Drehmoment aus dem Antriebsteil auf den Abtrieb übertragen werden. Folglich werden die Kupplungsscheiben nicht länger benötigt, um ein Drehmoment zu übertragen, und wie weiterhin unten beschrieben, kann der Kolben in der Richtung D2, entgegengesetzt zu der Richtung D1, verschoben werden, um axialen Druck von den Kupplungsscheiben zu nehmen und diesen zu ermöglichen, sich von den Keilscheiben zu lösen. Auf vorteilhafte Weise ist die Höhe der auf den Kolben aufzubringenden Kraft, zum Beispiel in Form von unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit) während des geschlossenen Betriebs der Kupplung (um eine Drehmomentübertragung aus dem Antriebsbauteil an das Abtriebsritzel aufrecht zu erhalten) verringert. Zum Beispiel an Stelle der höheren, zum radialen Einfahren der Keile und Verspannen der Keilscheiben und Kupplungsscheiben gegeneinander benötigten Kraft, reicht es für das Einfahren der Keile, lediglich eine niedrigere Kraft auf den Kolben aufzubringen.
-
Die Kupplung 110 weist eine Längskeilen-Scheibe 122 auf, die drehbar mit dem Abtriebsbauteil verbunden ist. Während des gelösten Modus und der Verschiebung des Kolbens im Synchronisierungsmodus, ist die Längskeilen-Scheibe in Eingriff mit den Keilscheiben, um die Keilscheiben und das Abtriebsbauteil drehfest miteinander zu verbinden. Während des verriegelten Modus ist der Kolben derart angeordnet, dass er die Längskeilen-Scheibe verschiebt und dadurch eine relative Drehbewegung zwischen den Keilscheiben und dem Abtriebsbauteil ermöglicht, so dass die Keilscheiben in Kontakt mit dem Antrieb kommen. Durch diesen Kontakt werden die Keilscheiben, das Antriebsbauteil und der Abtrieb drehfest miteinander verriegelt, so dass eine Drehmomentübertragung aus dem Antriebsbauteil auf den Abtrieb über die Keilscheiben möglich ist, ohne dass es der Kupplungsscheiben bedarf.
-
6 ist eine Schnittansicht im Wesentlichen entlang Linie 6-6 in 5, mit der Einheit 100 im Synchronisierungsmodus. Die nun folgende Beschreibung bezieht sich auf 2 bis 6. 6 zeigt zwar eine einzige Keilscheibe 116A, aber es ist selbstverständlich, dass diese Beschreibung auch für die restlichen Keilscheiben gilt. In einem Ausführungsbeispiel weist die Keilscheibe jeweilige Keilnuten 124 auf und die Längskeilen-Scheibe weist Längskeile 126 auf, welche während des gelösten Modus und des Synchronisierungsmodus innerhalb der Keilnuten 124 angeordnet sind. Die Längskeile sowie auch die Längskeilen-Scheibe sind drehfest mit dem Abtriebsbauteil verbunden, so dass die Längskeile die Keilscheiben und das Abtriebsbauteil drehfest miteinander verbinden, wenn sie sich innerhalb der Keilnuten befinden.
-
Im Synchronisierungsmodus sind die Keilscheiben drehbar relativ zum Antrieb, d. h. dass der Außenumfang OCI der Keilscheiben und der Innenumfang ICI des Antriebs durch einen Abstand RDI voneinander getrennt sind.
-
7 ist eine Einzeldarstellung der Trennkupplungseinheit 100 für einen Antrieb gemäß 3 in einem verriegelten Modus.
-
8 ist eine Schnittansicht im Wesentlichen entlang Linie 8-8 in 7. Die nun folgende Beschreibung bezieht sich auf 2 bis 8. Im verriegelten Modus ist die Kolbenscheibe derart angeordnet, dass sie in Eingriff mit der Längskeilen-Scheibe kommt, um die Mehrzahl von Längskeilen radial nach innen zu verschieben, so dass die Mehrzahl von Keilen sich von der Mehrzahl von Nuten löst, und die Keilscheiben sich drehen können, um mit dem Antriebsbauteil und dem Abtrieb unter Druck in Eingriff zu kommen, um jeweilige Drehungen des Antriebsbauteils und des Abtriebs miteinander zu verriegeln. Zum Beispiel sind das sich im Eingriff mit dem Kolben befindende Kolbenelement 127 und ein Abschnitt 122A der Längskeilen-Scheibe derart winklig zu einander angeordnet, dass eine von 127 auf 122A aufgebrachte Vorspannung in Richtung D1 zu einer radial nach innen gerichteten Verschiebung von 122A führt, so dass die Längskeile aus den Nuten 124 heraus gezogen werden.
-
In einem Ausführungsbeispiel weist das Abtriebsbauteil einen, flache Flächen 128 aufweisenden Außenumfang OC2 auf, und die Keilscheibe weist einen, flache Flächen 130 aufweisenden Innenumfang IC2 auf. Paare von gepaarten Flächen 128 und 130, zum Beispiel 128A und 130A, sind mit einem scharfen Winkel zu einem sich durch diese Flächen erstreckenden Radius R angeordnet. Das heißt, dass diese Flächen in Bezug auf die Umfangsrichtungen C1 und C2 komplementäre Rampen bilden. Im gelösten Modus und im Synchronisierungsmodus stehen die Flächen 128 und 130 im Eingriff miteinander, so dass die Scheiben 116 sich in ihren radial maximal inneren Positionen (Abstand RD1 ist vorhanden) befinden.
-
Wie weiterhin unten beschrieben, im verriegelten Modus, in dem die Keilscheiben in Bezug auf das Abtriebsbauteil drehbar sind, führt, zum Beispiel, ein Herausziehen der Längskeile aus den Keilnuten dazu, dass die Keilscheiben unter Druck in Eingriff mit dem Antriebsbauteil und dem Abtrieb kommen (Abstand RD1 ist eliminiert), um die jeweiligen Drehungen des Abtriebsbauteils und des Abtriebs miteinander zu verriegeln.
-
Im verriegelten Modus sind die Keilscheiben nicht länger durch die Keile 126 fixiert, und aufgrund des Kontakts mit den Kupplungsscheiben rotieren die Keilscheiben in Bezug auf das Abtriebsbauteil, zum Beispiel in der Richtung C1. Die jeweiligen Fläche 128 gleiten dann entlang entsprechender Flächen 130. Das heißt, dass der Reibungsschluss der Keilscheiben mit den Kupplungsscheiben die Keilscheiben in Richtung C1 vorspannt. Aufgrund der oben beschriebenen Rampenausführung werden während einer Gleitbewegung der Flächen 128 entlang der Flächen 130 die Flächen 128 radial nach außen geschoben, wodurch auch der IC2 der Keilscheiben radial nach außen geschoben wird. Wie weiterhin unten beschrieben, dehnt sich der OC1 seinerseits auch radial nach außen aus. Es ist auch anzumerken, dass eine Bewegung der Keilscheiben in Richtung C2, entgegengesetzt zu C1, aus der Synchronisierungsposition zu der gleichen, oben beschriebenen radial nach außen gerichteten Verschiebung der Keilscheiben führt.
-
Somit sind die Keilscheiben unter Druck in Eingriff mit dem Antriebsbauteil und dem Abtrieb, um das Antriebsbauteil und dem Abtrieb drehfest miteinander zu verriegeln, so dass ein Drehmoment aus dem Antriebsbauteil auf den Abtrieb übertragen wird. Unter einem „Druckeingriff“ ist zu verstehen, dass die Keilscheiben einen Druck, zum Beispiel in radiale Richtung, auf das Antriebsbauteil und/oder auf den Abtrieb ausüben, oder dass das Antriebsbauteil und der Abtrieb einen Druck, zum Beispiel in radiale Richtung auf die Keilscheiben ausüben. In einem Ausführungsbeispiel ist die Rotation der Keilscheiben in Bezug auf das Abtriebsbauteil typischerweise klein, zum Beispiel zwei oder drei Grad. Es ist jedoch anzumerken, dass andere Größen der relativen Rotation zwischen den Keilscheiben und dem Abtriebsbauteil möglich sind.
-
In einem Ausführungsbeispiel sind die Keilscheiben in den Umfangsrichtungen aufgrund eines radial angeordneten Leerraums 135 unterbrochen, so dass Umfangsenden 136 der Keilscheibe durch einen Umfangsabstand CD voneinander getrennt sind. Im verriegelten Modus ist die Kolbenscheibe derart angeordnet, dass sie, über das Abtriebsbauteil, das Element 127 und die Scheibe 122, den CD vergrößert, um die Keilscheibe radial nach außen auszudehnen. Das heißt, dass der Leerraum 135 es der Keilscheibe ermöglicht, sich, als Reaktion auf die Rotation des Abtriebs und auf den Gleitkontakt der Flächen 128 und 130, radial nach außen auszudehnen und in Kontakt 128 mit dem Antrieb zu kommen.
-
Auf vorteilhafte Weise, wenn die Keilscheiben sich einmal radial ausgedehnt haben, um mit dem Antriebsbauteil und dem Abtrieb unter Druck in Eingriff zu kommen, das heißt, wenn die Keilscheiben zwischen dem Antriebsbauteil und dem Abtrieb verkeilt sind, können die Keilscheiben ein Drehmoment übertragen, und die Kupplungsscheiben werden nicht länger für eine Übertragung des Drehmoments benötigt. Somit kann die auf den Kolben aufzubringende Kraft, zum Beispiel durch unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit, wie oben beschrieben, verringert werden. Der Energiebedarf der Einheit 100 ist reduziert, da es nicht mehr nötig ist, unter Druck stehende Flüssigkeit zum Verspannen der Kupplungsscheiben zur Verfügung zu stellen. So lange eine Drehmomentübertragung aus dem Antriebsbauteil in Richtung C1 auf die Keilscheiben im Gange ist, bleiben die Keilscheiben mit dem Antriebsbauteil und dem Abtrieb verriegelt.
-
Wie oben angemerkt, bleiben die Keilscheiben mit dem Antriebsbauteil und dem Abtriebsbauteil so lange in Eingriff, wie ein Drehmoment aus dem Motor auf dem Antriebsbauteil vorhanden ist (Antriebsmodus). Im Leerlaufmodus wird das Drehmoment aus dem Motor vom Antriebsbauteil entfernt (zum Beispiel durch Lösen eines Beschleunigers des Motors), so dass die der Achse SA zugeordneten Räder sich drehen und somit ein Drehmoment auf die Achse 105 aufbringen. Das Drehmoment aus der Achse verursacht eine Rotation des Abtriebs in Richtung C2, was seinerseits die Keilscheiben zum Rotieren in Bezug auf das Antriebsbauteil in Richtung C2 bringt. Wie oben beschrieben, so lange die Längskeile durch den Kolben zurückgezogen bleiben, verursacht eine Rotation in Richtung C2 auch ein radiales Ausdehnen der Keilscheiben, so dass diese das Antriebsbauteil mit dem Abtriebsritzel verriegeln. Das heißt, so lange die Flächen in Richtung einer Position gleiten, welche dem Synchronisierungsmodus zugeordnet ist, (Längskeile flüchten mit den Keilnuten 124) ziehen sich die Keilscheiben radial zusammen, aber wenn die Flächen an dieser Position vorbei gleiten, verursachen diese Flächen ein erneutes Ausdehnen der Keilscheiben. Folglich, so lange die Längskeile eingefahren bleiben, setzen die Keilscheiben eine Drehmomentübertragung in alternierendem Antriebs- und Leerlaufmodus fort, ohne dass es nötig wäre, die Keilscheiben zu verspannen.
-
In einem Ausführungsbeispiel weist die Kupplung 110 ein mit den Längskeilen 126 in Eingriff stehendes federelastisches Element 138 auf, das die Längskeile 126 radial nach außen, zum Beispiel in Richtung der Nuten 124 während des gelösten Modus und des Synchronisierungsmodus vorspannt. Zum Beispiel, wenn die Kolbenscheibe sich in Richtung D1 gegen die Längskeilen-Scheibe verlagert, verschiebt die Wirkung der Kolbenscheibe die Keile, gegen die Kraft des federelastischen Elements, radial nach innen, um eine Drehung der Keilscheiben in Bezug auf das Abtriebsbauteil zu ermöglichen. Wenn der Kolben derart eingefahren ist, dass er die Keile nicht mehr radial nach innen verspannt, verspannt das Element 138 die Keile radial nach außen. Im verriegelten Modus sind die Keile gegen die Flächen 128 vorgespannt, können aber aufgrund der nicht mit einander fluchtenden Keile und Nuten 124, nicht in die Nuten 124 gelangen.
-
Um die Kupplung zu lösen (gelöstes Modus), wird der Kolben zurückgezogen, und die Keile kommen, wie oben beschrieben, in Kontakt mit den Flächen 128. Dann, wenn ein Übergang von einem Drehmoment in Richtung C1 zu einem Drehmoment in Richtung C2 stattfindet (oder umgekehrt) und die Keilscheiben sich in Umfangsrichtung verschieben, fluchten die Nuten 126 mit den Keilen, und das Element 138 schiebt die Keile in die Nuten 126 hinein, so dass das Abtriebsbauteil und die Keilscheiben mit einander verriegelt werden. Die erneute Ausrichtung der Nuten 126 und der Keile aufeinander ermöglicht ein radiales nach innen gerichtetes Zusammenziehen des OC1, so dass, wie oben beschrieben, der Abstand RD1 wieder hergestellt wird. Folglich rotiert die Keilscheibe mit dem Abtriebsbauteil zusammen aber unabhängig vom Antrieb, und der Verspannungszustand der Kupplungsscheiben ist aufgehoben. Somit findet keine Drehmomentübertragung durch die Einheit 100.
-
Auf vorteilhafte Weise verursacht die Einheit 100 keine Vergrößerung einer Kegelraddifferential-Einheit nach dem Stand der Technik mit einer Trennkupplung wie die Kupplung 110.
-
Die Kupplung 110 synchronisiert die Energie von stationären Bauteilen während einer ersten Verriegelung der Kupplung, zum Beispiel im Synchronisierungsmodus. Zum Beispiel wird bei gelöster Kupplung 100 kein Drehmoment aus dem Motor an die „nachgelagerten“ Bauteile wie Abtrieb, Welle 105 und Welle SDS weitergeleitet, so dass diese Bauteile im Ruhezustand bleiben. Also, wie oben beschrieben, um eine Verriegelung der Kupplung 110 einzuleiten, wird durch die Kolbenscheibe eine axiale Kraft aufgebracht, welche das jeweilige Reibungsmaterial in Kontakt mit den Kupplungsscheiben 114 an gegenüber liegenden Seiten der Keilscheiben zwingt. Die axiale Reibungskraft ist wirksam in der Kupplung 110, zum Beispiel in einer typischen Nasskupplung eines Automatikgetriebes, so lange bis der gesamte Antriebsstrang (einschließlich der nachgelagerten Bauteile) eine synchronisierte Geschwindigkeit oder einen Punkt nahe der synchronisierten Geschwindigkeit erreicht hat, so dass Lärm, Schwingungen, Rauigkeit (NVH) zufriedenstellend sind. Also, im oben beschriebenen Synchronisierungsmodus bewirkt ein Verspannen der Kupplungsscheiben und der Keilscheiben in der Kupplung 110 eine Drehmomentübertragung aus dem Motor derart, dass die nachgelagerten Bauteile aus den Ruhestellungen zu jeweilige Drehgeschwindigkeiten gebracht werden, die mit dem Antrieb der Einheit 100 synchronisiert sind.
-
Im oben beschriebenen verriegelten Modus, wenn der Antriebsstrang die synchronisierte Geschwindigkeit oder einen Punkt nahe der Synchronisierungsgeschwindigkeit erreicht hat, überträgt die Kupplung 110 über den Druckeingriff der Keilscheiben mit dem Antriebsbauteil und dem Abtrieb das vollständige Drehmoment des Antriebsstrangs an die sekundäre Antriebswelle. Hierdurch wird eine abrupte Übertragung des Drehmoments mit dem damit verbundenen und unerwünschten Stoß aufgrund der Tatsache vermieden, dass der Eingriff mit den Keilscheiben erst dann zustande kommt, wenn der Antriebsstrang schon vorher synchronisiert worden ist.
-
Obwohl hierin eine bestimmte Ausführung der Kupplungsscheiben und der Keilscheiben gezeigt worden ist, ist es anzumerken, dass die Einheit 100 sich nicht auf die hier gezeigte Ausführung beschränkt. So ist es möglich, eine andere Anzahl von Kupplungsschein oder Keilscheiben zu verwenden, um bestimmte Anforderungen an die Größe von Flächen für die Drehmomentübertragung zu erfüllen.
-
Es wird verstanden werden, das es wünschenswert sein kann, verschiedene unter den oben offenbarten Merkmalen sowie auch andere Merkmale und Funktionen bzw. Alternative dazu, in vielen verschiedenen Systemen oder Anwendungen miteinander zu kombinieren. Diverse aktuell nicht vorhersehbare oder unerwartete Alternative, Modifikationen, Varianten oder Verbesserungen können nachträglich vom Fachmann vorgenommen werden, und diese sollen ebenfalls in den Schutzbereich der nun folgenden Ansprüche fallen.
-
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
-
- US 7150694 [0002, 0002]
- US 7309301 [0002]
- US 6520885 [0002]
