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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 11 näher definierten Art.
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Eine derartige Kupplungsanordnung ist aus
DE 199 14 350 B4 bekannt. Dort ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und zumindest einem Elektromotor beschriebenen. Der Elektromotor ist in Abhängigkeit seiner Drehzahl über eine selbsttätig schließende kraftschlüssige Fliehkraftkupplung mit einer Radnabe der Fahrzeugachse in Eingriff bringbar. Ein Kraftschluss an der Fliehkraftkupplung besteht nur bei aktiviertem Elektromotor und bei höherer Drehzahl des Elektromotors; während bei deaktiviertem Elektromotor oder niedriger Drehzahl die Fliehkraftkupplung geöffnet ist. Die kraftschlüssige Betätigung der Kupplung führt zu Reibungsverlusten durch Kupplungsschlupf.
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DE 198 09 302 A1 zeigt eine Fliehkraftkupplung für Kleinmotoren mit einer mit der Motorwelle mitdrehenden durch Fliehkraft betätigten Stellvorrichtung, die an dem freien Ende einer auf der Motorwelle befestigten Mitnehmerhülse angeordnet ist. Die Stellvorrichtung verschiebt oberhalb einer bestimmten Drehzahl ein auf der Mitnehmerhülse gelagertes Abtriebselement axial aus einer frei auf der Mitnehmerhülse drehbaren Stellung in eine Stellung, in der zwischen Abtriebselement und Mitnehmerhülse ein Form- und/oder Kraftschluss besteht. Die Ausbildung der Stellvorrichtungen an der der Mitnehmerhülse ist konstruktiv aufwändig und nimmt zudem am freien Ende der Mitnehmerhülse axialen Bauraum in Anspruch.
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In
US 3 319 755 ist eine Anlasserkupplung mit einem antreibenden Kupplungsteil und einem axial verschiebbaren angetriebenen Kupplungsteil beschrieben. Die Kupplungsteile weisen Verzahnungen auf, über die sie miteinander gekoppelt sind. Dabei sind mehrere in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit einer angetriebenen Welle radial bewegliche Gewichte vorgesehen, die die Kupplungsteile im Betrieb zum Entkoppeln auseinanderdrücken.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Kupplungsanordnung der vorgenannten Art zu schaffen, bei der Reibungsverluste im Betrieb vermieden werden und die einfach aufgebaut ist. Weiterhin ist es Aufgabe ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einer solchen Kupplungsanordnung anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 11 gelöst.
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Es wird eine Kupplungsanordnung zum lösbaren Verbinden zweier Wellen vorgeschlagen, bei der zumindest eine auf einer der Wellen koaxial verschiebbar angeordnet Schalthülse durch Fliehkraftbetätigung in Abhängigkeit des Ansteigens der Drehzahl einer Welle aus einer zum Verbinden der Wellen drehfest koppelnden in eine die Wellen entkoppelnde Stellung verschiebbar ist. Hierbei ist die Schalthülse in koppelnder Stellung direkt mit der Welle drehfest und axial verschiebbar verbunden und in entkoppelnder Stellung auf der Welle frei drehbar. Dadurch sind die Wellen fliehkraftbetätigt oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl momentenfrei voneinander abkoppelbar. Außerdem wird durch die Schalthülse ein formschlüssiges Koppeln der Wellen ermöglicht, wodurch Reibungsverluste durch ein kraftschlüssiges Koppeln der Wellen vermieden werden können.
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Vorzugsweise sind dabei zur Fliehkraftbetätigung der Schalthülse ein oder mehrere mit einer der Wellen drehfest verbunden angeordnete Fliehkraftgewichte zur Erzeugung einer Fliehkraft vorgesehen. Die Fliehkraftgewichte greifen an Mitnehmern zur Fliehkraftbetätigung in die Schalthülse ein. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute bauraumsparende fliehkraftbetätigte Kupplungsanordnung erreicht, durch die zwei Wellen drehzahlabhängig selbsttätig koppelbar sind.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schalthülse auf einem Endbereich einer ersten Welle koaxial verschiebbar angeordnet und umschließt dabei zumindest teilweise einen koaxial angeordneten Endbereich einer zweiten Welle verschiebbar zu dieser. Vorzugsweise sind hierbei ein oder mehrere Fliehkraftgewichte mit dem Endbereich der zweiten Welle drehfest verbunden angeordnet. Dadurch ist die Kupplungsanordnung in Abhängigkeit von der Drehzahl der zweiten Welle fliehkraftbetätigt schaltbar. Zur Fliehkraftbetätigung greifen dabei ein oder mehrere Fliehkraftgewichte an den Mitnehmern in den dem Endbereich der zweiten Welle zugewandten Endabschnitt der Schalthülse ein.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die erste Welle durch eine Motorwelle eines Elektromotors und die zweite Welle durch eine Getriebewelle eines Fahrzeuggetriebes gebildet. Dabei ist beispielsweise in Hybridfahrzeugen ein in den konventionellen Antriebsstrang integrierter Elektromotor an seiner Motorwelle über die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung mit der Getriebewelle, insbesondere Getriebeausgangswelle, formschlüssig koppelbar und in Abhängigkeit von der Drehzahl der Getriebewelle durch Fliehkraft selbsttätig von dieser abkoppelbar. So können bei höherer Drehzahl der Getriebewelle bzw. bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit durch Abkoppeln des Elektromotors vom Antriebsstrang Schleppverluste minimiert werden. Da die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung fliehkraftbetätigt drehzahlabhängig selbsttätig öffnet, wird eine zusätzliche Aktorik und eine entsprechende Ansteuerung vermieden.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schalthülse an ihrem Innendurchmesser auf einer ersten Welle zwischen einer mit dieser formschlüssig drehfest gekoppelten und einer auf dieser frei drehbaren Stellung verschiebbar angeordnet und an ihrem Außendurchmesser drehfest mit einer zweiten Welle verbunden.
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Zur drehfesten Verbindung der Schalthülse mit der zweiten Welle kann ein koaxial angeordnetes Kupplungselement vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Schalthülse über ein Kupplungsgehäuse mit der zweiten Welle drehfest verbunden. Bevorzugt weist dabei das Kupplungsgehäuse einen nabenförmigen Endabschnitt auf, der die Schalthülse koaxial zumindest teilweise umschließt und mit dem diese formschlüssig drehfest und axial verschiebbar verbunden ist. Auf diese Weise ist die Schalthülse bei einer Verschiebung an ihrem Außendurchmesser am Kupplungsgehäuse axial geführt. In mit der ersten Welle gekoppelter Stellung der Schalthülse kann so über diese und das Kupplungsgehäuse eine Antriebsleistung bzw. ein Drehmoment zwischen erster und zweiter Welle übertragen werden.
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Hierzu können beispielsweise am Innenmantel des nabenförmigen Abschnitts des Kupplungselements radiale Vorsprünge ausgebildet sein, die am Außendurchmesser der Schalthülse in korrespondierende axiale längliche Vertiefungen drehfest und längsverschiebbar eingreifen. Beispielsweise kann eine Pass- oder Steckverzahnung mit insbesondere Keil- oder Evolventenverzahnung vorgesehen sein.
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Zum formschlüssigen Koppeln mit der ersten Welle sind am Innendurchmesser der Schalthülse vorzugsweise mehrere in Umgangsrichtung hintereinanderliegende sich nach radial innen nasenförmig erstreckende Vorsprünge vorgesehen. In mit der ersten Welle gekoppelter Stellung der Schalthülse greifen diese in am Außendurchmesser der ersten Welle gegenüberliegende korrespondierende längliche Vertiefungen drehfest und axial verschiebbar ein. Vorzugsweise werden die Vertiefungen in axialer Richtung durch eine am Außendurchmesser der ersten Welle umlaufende Ringnut begrenzt, in die die Vorsprünge in auf der ersten Welle frei drehbarer Stellung der Schalthülse eingreifen können.
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Bevorzugt stehen die Mitnehmer der Fliehkraftgewichte und die Schalthülse an korrespondierenden Schrägeflächen zur Übertragung einer axialen Stellkraft auf die Schalthülse in Flächenkontakt.
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Es ist von Vorteil, wenn jeder Mitnehmer als sich zu seinem freien Ende hin verjüngender axialer Ansatz am Fliehkraftgewicht zum Eingreifen in einen Endabschnitt der Schalthülse ausgeführt ist.
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Die Schrägflächen können jeweils durch eine Fase an Mitnehmer und Schalthülse gebildet werden.
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Bevorzugt sind die Schrägflächen als konisch geformte Kontaktflächen an Mitnehmer und Schalthülse ausgeführt und bilden eine Konusverbindung.
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Vorzugsweise sind mehrere orthogonal zum Endbereich der ersten Welle beweglich und in Umfangrichtung hintereinanderliegend angeordnete Fliehkraftgewichte in einem koaxial zum Endbereich der zweiten Welle angeordneten topfförmigen Gehäuseabschnitt des Kupplungselements integriert. Auf einfache Weise können so die Fliehkraftgewichte in drehfester Verbindung mit der zweiten Welle fliehkraftbeweglich geführt kompakt angeordnet werden. Bevorzugt sind die Fliehkraftgewichte in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet.
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Eine einfache Befestigung des Kupplungsgehäuses wird erreicht, wenn dieses einen koaxial zur zweiten Welle ausgebildeten flanschartigen Endabschnitt aufweist, der den Endbereich der zweiten Welle zumindest abschnittsweise umschließt und dreh- und axialfest mit dieser verbunden ist. Hierzu kann beispielweise ein Pressverband vorgesehen sein. Denkbar sind aber auch formschlüssige Verbindungen.
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Zur Rückstellung einer fliehkraftbetätigten Verschiebung der Schalthülse ist eine Rückstelleinrichtung vorgesehen. Diese weist vorzugsweise koaxial zur ersten Welle angeordnete Rückstellfedermittel auf. Bevorzugt spannen diese die Schalthülse gegen die Mitnehmer der Fliehkraftgewichte axial vor. Dadurch wird gewährleistet, dass Schalthülse und Mitnehmer an den Schrägflächen in ständigem Flächenkontakt stehen. Als Rückstellfedermittel können eine oder mehrere Druck- oder Zugfedern vorgesehen sein. Die Rückstellfedermittel können zumindest eine die erste Welle abschnittsweise koaxial umschließende Schraubenfeder aufweisen. Diese kann an einem Federende an einem Ende der Schalthülse und am anderen Federende an der ersten Welle, beispielsweise an einem mit dieser verbundenen axialen Sicherungselement oder an einem Wellenabsatz, axial abgestützt sein. Alternativ können auch eine oder mehrere bauraumsparende Tellerfedern als Rückstellfedermittel vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Rückstellfedermittel über eine Axiallagerung an der Schalthülse abgestützt, um gegebenenfalls Drehzahlunterschiede zwischen dieser und den Rückstellfedermitteln auszugleichen, insbesondere wenn sich die Schalthülse in auf der ersten Welle frei drehbarer Stellung befindet.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einer Kupplungsanordnung zum lösbaren Verbinden zweier Wellen vorgeschlagen. Dabei wird die Kupplungsanordnung aus einem die Weilen formschlüssig drehfest koppelnden Zustand in Abhängigkeit des Ansteigens der Drehzahl einer Welle auf eine vorbestimmte Drehzahl durch Fliehkraftbetätigung in einen die Wellen voneinander abkoppelnden Zustand überführt. Auf diese Weise ist es möglich, die Kupplungsanordnung im Stillstand des Fahrzeugs oder bei niedrigeren Drehzahlen geschlossen zu halten und bei höheren Drehzahlen fliehkraftbetätigt zu öffnen.
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Hierbei kann beispielsweise die Motorwelle eines Elektromotors von einer Getriebewelle eines Fahrzeugsgetriebes in Abhängigkeit von der Drehzahl der Getriebewelle bei höheren Getriebewellendrehzahlen bzw. bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit fliehkraftbetätigt abgekoppelt werden. In von der Getriebewelle abgekoppeltem Zustand kann durch den Elektromotor, insbesondere bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit ein Nebenaggregatetrieb unabhängig von der Drehzahl der Getriebewelle bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit angetrieben bzw. weiterbetrieben werden.
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Es ist von Vorteil, wenn zum Schließen der Kupplungsanordnung eine Synchronisation der Drehzahlen der Wellen zur Vermeidung von Reibungsverlusten beim formschlüssigen Koppeln der Wellen durchgeführt wird. Beispielsweise kann zum formschlüssigen Koppeln der Motorwelle des Elektromotors mit der Getriebewelle eine Synchronisation der Drehzahlen von Motorwelle und Getriebewelle durch den Elektromotor erfolgen. Die Synchronisation kann dabei mittels der elektronischen Drehzahlregelung des Elektromotors durchgeführt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung,
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2 einen Längsschnitt der Kupplungsanordnung aus 1 in einem ersten Betriebszustand,
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3 einen vergrößerter Ausschnitt aus 2,
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4 einen Querschnitt der Kupplungsanordnung entlang der Linie A-A in 3,
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5 einen Teillängsschnitt der Kupplungsanordnung in einem zweiten Betriebszustand
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6 einen Teillängsschnitt der Kupplungsanordnung in einem dritten Betriebszustand.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 bis 4 zeigen eine beispielhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung für ein Fahrzeug zum lösbaren Verbinden zweier Wellen, Eine erste und eine zweite Welle 1, 2 sind an ihrem Endbereichen koaxial gegenüberliegend angeordnet. Die erste Welle 1 wird hier beispielhaft durch die Motorwelle eines nicht dargestellten Elektromotors und die zweite Welle 2 durch eine Getriebewelle, insbesondere eine Getriebeausgangswelle, eines nicht dargestellten Fahrzeuggetriebes gebildet.
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Die Kupplungsanordnung weist eine Schalthülse 3 auf, die auf dem Endbereich der ersten Welle 1 koaxial verschiebbar angeordnet ist und den Endbereich der zweiten Welle 2 verschiebbar zu dieser koaxial an einem Abschnitt umschließt. Dabei ist die Schalthülse 3 an ihrem Innendurchmesser mit der ersten Welle 1 formschlüssig drehfest koppelbar ausgebildet und zugleich an ihrem Außendurchmesser formschlüssig drehfest verschiebbar über ein Kupplungsgehäuse mit der zweiten Welle 2 verbunden. Das Kupplungsgehäuse umschließt die Endbereiche der Wellen 1, 2 koaxial. An seiner der zweiten Welle 2 zugewandten axialen Seite bildet das Kupplungsgehäuse einen zur Befestigung als Ringflansch ausgebildeten Endabschnitt 4, an dem das Kupplungsgehäuse am Endbereich der zweiten Welle 2 in einem Pressverband dreh- und axialfest aufgepresst ist (1 und 2). Denkbar sind aber auch formschlüssige oder formschlüssig-/kraftschlüssige oder stoffschlüssig Verbindungen zwischen Kupplungsgehäuse und zweiter Welle 2.
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An seiner der ersten Welle 1 zugewandten axialen Seite bildet das Kupplungsgehäuse einen nabenförmigen Endabschnitt 5, der die Schalthülse 3 an ihrem Außendurchmesser koaxial umschließt. Dabei ist die Schalthülse 3 am nabenförmigen Endabschnitt 5 mit dem Kupplungsgehäuse formschlüssig drehfest und axial verschiebbar verbunden. Hierzu sind am Innenmantel des nabenförmigen Endabschnitts 5 radiale Vorsprünge 6 ausgebildet, die am Außendurchmesser der Schalthülse 3 in korrespondierende sich axial erstreckende längliche Vertiefungen 7 bzw. Längsnuten drehfest und längsverschiebbar eingreifen (4). Die Vorsprünge 6 und die Vertiefungen 7 sind jeweils axial durchgehend, d. h. über die gesamte axiale Länge von nabenförmigen Endabschnitt 5 bzw. Schalthülse 3, ausgebildet. Dadurch wird an der Schalthülse 3 über die gesamte axiale Länge an ihrem Außendurchmesser eine axiale Führung und ein Formschluss in Umfangsrichtung am Kupplungsgehäuse zu Übertragung einer Antriebsleistung erreicht. Die Vertiefungen 7 und Vorsprünge 6 sind jeweils gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet. Sie weisen jeweils ein rechteckiges Querschnittsprofil auf und bilden eine Keilverzahnung zwischen Kupplungsgehäuse und Schalthülse 3.
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Der dargestellte erste Betriebszustand zeigt die Kupplungsanordnung in geschlossenem, d. h. die Wellen 1, 2 koppelnden Ausgangszustand. Dabei ist zwischen erster und zweiter Welle 1, 2 über die Schalthülse 3 und das Kupplungsgehäuse ein Drehmoment bzw. eine Antriebsleistung übertragbar. Im Ausgangszustand befindet sich die Schalthülse 3 an ihrem Innendurchmesser in einer mit der ersten Welle 1 formschlüssig drehfest gekoppelten Stellung. Hierzu bildet die Schalthülse 3 an ihrem dem Endbereich der ersten Welle 1 zugewandten Ende am Innendurchmesser mehrere in Umgangsrichtung hintereinanderliegende sich nach radial innen nasenförmig erstreckende Vorsprünge 8. Diese greifen in am Außendurchmesser des Endbereichs der ersten Welle 1 gegenüberliegende, korrespondierende längliche Vertiefungen 9 bzw. Längsnuten drehfest und axial verschiebbar ein (3). Die Vertiefungen 9 erstrecken sich ausgehend vom Ende der ersten Welle 1 in axialer Richtung. Bei einer axialen Verschiebung aus der Ausgangsstellung ist so die Schalthülse 3 an ihrem Innendurchmesser an den Vorsprüngen 8 in den Vertiefungen 9 auf der ersten Welle 1 geführt.
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An ihrem dem Endbereich der zweiten Welle 2 zugewandten Ende steht die Schalthülse 3 in Wirkverbindung mit mehreren orthogonal zum Endbereich der zweiten Welle beweglich und drehfest angeordneten Fliehkraftgewichten 10. Diese dienen zur Fliehkraftbetätigung der Schalthülse 3 in Abhängigkeit der durch Rotation der zweiten Welle 2 an den Fliehkraftgewichten 10 erzeugten Fliehkraft. Die Fliehkraftgewichte 10 sind über den Umfang der ersten Welle 1 gleichmäßig verteilt und in einem topfförmigen Abschnitt 11 des Kupplungsgehäuses drehfest integriert und radial beweglich angeordnet. Die Fliehkraftgewichte 10 werden dabei jeweils an den axialen Innenwänden des Kupplungsgehäuses und durch eine nicht dargestellte Halteeinrichtung in Umfangsrichtung geführt. Im gezeigten ersten Betriebszustand rotiert die zweite Welle 2 nicht oder weist nur eine geringe Drehzahl auf. Hierbei liegen die Fliehkraftgewichte 10 jeweils radial innen am Außendurchmesser der zweiten Welle 2 auf. Dazu sind die radial inneren Stirnseiten der Fliehkraftgewichte 10 angepasst an den Außendurchmesser der zweiten Welle 2 konkav nach innen gekrümmt ausgeformt. Die Fliehkraftgewichte 10 sind jeweils quaderförmig mit in axialer und radialer Richtung jeweils schmalen und in Umfangsrichtung breiten Seiten ausgeführt. Die Fliehkraftgewichte 10 weisen an ihren der ersten Welle 1 zugewandten schmalen axialen Seiten radial innen Mitnehmer 12 zur Fliehkraftbetätigung der Schalthülse 3 auf. Die Mitnehmer 12 sind jeweils einteilig mit dem Fliehkraftgewicht 10 als ein axialer Ansatz oder Vorsprung ausgebildet. Dabei ist die Schalthülse 3 an ihrem den Endbereich der zweiten Welle 2 koaxial umschließenden Endabschnitt radial beabstandet zum Außendurchmesser der zweiten Welle 2 angeordnet und bildet so einen radialen Luftspalt zu dieser aus. In diesen greifen die Mitnehmer 12 an den Ansätzen oder Vorsprüngen ein. Hierzu sind die Mitnehmer 12 koaxial zur Schalthülse angeordnet. Die die Mitnehmer 12 bildenden Ansätze sind an ihrer radial äußeren Seite zu ihren der ersten Welle 1 zugewandten Enden hin verjüngt ausgeführt. Dabei stehen sie mit dem Innendurchmesser der Schalthülse 3 an korrespondierenden zur Drehachse 13 schräg ausgerichteten Schrägflächen 14, 15 in Flächenkontakt. Diese sind derart ausgerichtet, dass aus der an den Mitnehmern 12 übertragenen Fliehkraft der Fliehkraftgewichte 10 an den Schrägflächen 14, 15 eine in von der zweiten Welle 2 abgewandter axialer Richtung wirkende Stellkraft auf die Schalthülse 3 übertragen wird. Schalthülse 3 und Mitnehmer 12 bilden dabei an den Schrägflächen 14, 15 eine Konusverbindung mit einem Innenkonus am Innendurchmesser der Schalthülse 3 und korrespondierenden außenkonisch geformten Kontaktflächen an den Mitnehmern 12.
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Zur Rückstellung der Schalthülse 3 sind axiale Rückstellfedermittel 16 vorgesehen (1 bis 3). Diese erzeugen bei einer fliehkraftbetätigten axialen Verschiebung der Schalthülse 3 aus der Ausgangsstellung eine der Verschiebung entgegenwirkenden Rückstellfederkraft. Hier ist beispielhaft eine koaxial zur ersten Welle 1 angeordnete Schraubenfeder als Druckfeder zur Rückstellung der Schalthülse 3 vorgesehen. Diese ist mit einem Federende über ein Axiallager 17 an dem dem Endbereich der ersten Welle 1 zugewandten Ende der Schalthülse 3 und mit dem anderen Federende an einem axialen Sicherungselement 18, hier ein auf die erste Welle 1 aufgepresster Sicherungsring, abgestützt. Die Rückstellfedermittel 16 spannen die Schalthülse 3 gegen die Mitnehmer 12 der Fliehkraftgewichte 10 axial vor. Dadurch wird ein ständiger Flächenkontakt von Mitnehmer 12 und Schalthülse 3 an den Schrägflächen 14, 15 sowohl bei einer fliehkraftbetätigten Verschiebung zum Öffnen der Kupplungsanordnung als auch bei einer Rückstellung der Schalthülse 3 zum Schließen der Kupplungsanordnung durch die von den Rückstellfedermitteln 16 erzeugte Rückstellfederkraft gewährleistet.
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Bei Rotation der zweiten Welle 2 werden die mitdrehenden Fliehkraftgewichte 10 durch die Zentrifugalkraft nach radial außen gedrückt, so dass ein radialer Luftspalt zwischen den radial innerer Stirnseiten der Fliehkraftgewichte 10 und dem Außendurchmesser der zweiten Welle 2 entsteht (5). Dabei wird in Abhängigkeit der von der Drehzahl der zweiten Welle 2 an den Fliehkraftgewichten 10 erzeugten Fliehkraft an den Mitnehmern 12 an den Schrägflächen 14, 15 eine axiale Stellkraft auf die Schalthülse 3 übertragen. Dadurch wird diese entlang der ersten Welle 1 gegen die Rückstellfederkraft der Rückstellfedermittel 16 axial verschoben bis ein Kräftegleichgewicht zwischen axialer Stellkraft und Rückstellfederkraft an der Schalthülse 3 erreicht ist. Bei einer axialen Verschiebung der Schalthülse 3 wird diese an den Vorsprüngen 8 an ihrem Innendurchmesser in den Längsnuten 9 am Außendurchmesser der ersten Welle 1 und in den Längsnuten 7 an ihrem Außendurchmesser an den Vorsprüngen 6 am Innendurchmesser des nabenförmigen Endabschnitts 5 des Kupplungsgehäuses axial geführt.
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Bei weiterer Erhöhung der Drehzahl der zweiten Welle 2 wird die Schalthülse 3 immer weiter entlang der ersten Welle 1 in von deren Ende bzw. von der zweiten Welle 2 abgewandter Richtung verschoben bis die Drehzahl der zweiten Welle 2 auf eine vorbestimmten Drehzahl ansteigt und die Endstellung der Schalthülse 3 erreicht ist (6). Hierbei gelangen die nasenförmigen Vorsprünge 8 am Innendurchmesser der Schalthülse 3 in eine die Längsnuten 9 am Außendurchmesser der ersten Welle 1 axial begrenzende ringförmig umlaufende Vertiefung 19 bzw. Ringnut. Dadurch wird der Formschluss in Umfangsrichtung zwischen erster Welle 1 und Schalthülse 3 aufgehoben, wodurch diese in eine auf der ersten Welle 1 frei drehbare Stellung gelangt. Dadurch sind erste und zweite Welle 1, 2 entkoppelt und die Kupplungsanordnung befindet sich in geöffnetem Zustand.
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Mit geringer werdender Drehzahl der zweiten Welle 2 verringern sich die an den Fliehkraftgewichten 10 wirkende Zentrifugalkraft und damit die auf die Schalthülse 3 übertragene axiale Stellkraft. Bis zum Erreichen eines Kräftegleichgewichts zwischen dieser und der Rückstellfederkraft der Rückstellfedermittel 16 wird die Schalthülse 3 in Richtung der zweiten Welle rückverschoben und dadurch die Kupplungsanordnung wieder in ihren geschlossenen Zustand überführt. Dabei werden die Vorsprünge 8 am Innendurchmesser der Schalthülse durch die Rückstellfederkraft der Rückstellfedermittel 16 aus der ringförmigen Vertiefung 19 am Außendurchmesser der ersten Welle 1 wieder in die Längsnuten 9 gedrückt. Dabei kann das Schließen der Kupplungsanordnung regelungstechnisch durch den die erste Welle 1 als Motorwelle antreibenden Elektromotor unterstützt werden. Hierzu wird die Drehzahl der Motorwelle durch die Drehzahlregelung des Elektromotors an die Drehzahl der die Getriebewelle bildenden zweiten Welle 2 angepasst. Bei Drehzahlgleichheit von Motor- und Getriebewelle befinden sich diese relativ zueinander in einem momentenfreien Zustand. Dadurch kennen die Vorsprünge 8 am Innendurchmesser der Schalthülse 3 aus der ringförmigen Vertiefung 19 am Außendurchmesser der Motorwelle kräftefrei und damit reibungsfrei in die Längsnuten 9 durch die Rückstellfederkraft gedrückt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Welle
- 3
- Schalthülse
- 4
- Endabschnitt
- 5
- Endabschnitt
- 6
- Vorsprung
- 7
- Vertiefung
- 8
- Vorsprung
- 9
- Vertiefung
- 10
- Fliehkraftgewicht
- 11
- Abschnitt
- 12
- Mitnehmer
- 13
- Drehachse
- 14
- Schrägfläche
- 15
- Schrägfläche
- 16
- Rückstellfedermittel
- 17
- Axiallager
- 18
- Sicherungselement
- 19
- Vertiefung
