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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kupplungsaktuator nach der Art von Anspruch 1.
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In Kraftfahrzeugen dienen Mehrscheiben-Lamellenkupplungen bspw. der Aufteilung eines Antriebsmomentes von einer permanent angetriebenen Primärachse auf eine zuschaltbare Sekundärachse. Dies kann mit einem Verteilergetriebe erfolgen, wie es aus der
DE 10 2007 038 155 A1 bekannt ist. Eine erste Welle wird von einem Getriebe des Fahrzeuges getrieben und ist über ein erstes Abtriebselement mit der Primärachse, bspw. der Hinterachse des Fahrzeuges verbunden. Über eine auf dieser ersten Welle sitzende Mehrscheiben-Lamellenkupplung ist das Antriebsmoment auf ein weiteres Abtriebselement übertragbar. Der Anteil der Drehmomentaufteilung von der ersten Welle auf das weitere Abtriebselement hängt von dem Betätigungsgrad der Lamellenkupplung ab. Bei geschlossener Kupplung treibt die erste Welle die zweite Welle vollständig, d. h. beide Fahrzeugachsen sind gleich getrieben. Ein Schlupf in der Kupplung bewirkt einen reduzierten Momentenübertrag von der ersten auf die zweite Welle.
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Zur Betätigung der Mehrscheiben-Lamellenkupplung ist als axial wirksames Hubelement ein Kugelrampenmechanismus vorgesehen, der zwei relativ zueinander verdrehbare Ringe aufweist, zwischen denen in rampenförmig gestalteten Laufbahnen Kugeln laufen. Ein Verdrehen der Ringe bewirkt, dass die Ringe axial zueinander verschoben werden. Das Verdrehen erfolgt über einen Motor, der einen der Ringe verschwenkt. Der so axial verschobene Ring betätigt über eine Druckplatte die Kupplung, indem auf das Lamellenpaket ein Druck aufgebaut wird. Der weitere Ring ist axial abgestützt.
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Der Kugelrampenmechanismus, die beiden Ringe dieses Hubelementes sind drehbar auf der ersten Welle gelagert. Die Ringe sind über je ein Axiallager gegenüber dem weiteren Abtriebselement, welches drehbar auf der ersten Welle gelagert ist, sowie der Druckscheibe der Lamellenkupplung angeordnet.
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Die
DE 10 2012 210 341 A1 zeigt eine Mehrscheiben-Lamellenkupplung zum Übertragen eines Drehmoments von einer ersten Welle auf ein weiteres Element, welches drehbar auf der ersten Welle gelagert ist. Der Kugelrampenmechanismus ist auf der dem weiteren Abtriebselement abgewandten Seite der Mehrscheibenkupplung angeordnet. Der die axiale Bewegung ausführende Ring wirkt über ein Axiallager und am Kupplungskorb angelenkte Hebel auf eine Druckscheibe.
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Bei der
DE 10 2010 018 000 A1 wirkt der Kugelrampenmechanismus über ein Axiallager auf eine axial bewegliche Druckscheibe. Der Kugelrampenmechanismus ist auf der dem weiteren Abtriebselement abgewandten Seite der Mehrscheibenkupplung angeordnet.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 034 009 A1 beschreibt eine elektromagnetische Kupplungseinheit mit einer solenoidbetätigten Kugelrampenbetätigungseinheit. Dabei besitzt die elektromagnetische Kupplungseinheit eine Primär- oder Pilotreibungskupplungsanordnung und eine Sekundär- oder Hauptreibungskupplungspackung. Eine ringförmige Solenoidspule wirkt mit einer ringförmigen Betätigungseinheit oder einem Plungerkolben zusammen. Bei Erregung der Spule verschiebt der ringförmige Plungerkolben die Primär- oder Pilotreibungskupplungspackung und komprimiert diese. Durch Aktivierung der Pilotkupplungspackung wiederum wird in weiterer Folge über eine Kugelrampenbetätigungseinhetit die Hauptreibungskupplungspackung komprimiert.
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Es liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Kupplungsaktuator in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Form bereitzustellen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch einen Kupplungsaktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der Erfindung ist ein Kupplungsaktuator vorgesehen, mit einem mit einer Welle verbundenen ersten Teil, einem Innenteil, einem das Innenteil umgebenden zweiten Teil, einem Außenteil, welches drehfest mit dem Innenteil gekoppelt ist und welches axial gegenüber dem Innenteil beweglich ist, wobei das Außenteil auf der einen Seite über ein Betätigungselement axial verschiebbar ist und auf der anderen Seite als eine Druckscheibe auf eine Lamellenkupplung einwirkt.
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Die erfindungsgemäße Ausführung sieht in axial orientierten Kugellaufbahnen geführte Kugeln als drehfeste und axial verschiebbare Kopplung zwischen Innen- und Außenteil vor. Die axial orientierten Kugellaufbahnen sind am Außenumfang des Innenteils und am Innenumfang des ringförmigen und das Innenteil umgebenden Außenteil angeordnet und bewirken mit den darin aufgenommenen Kugeln, dass das Außenteil wälzkörpergelagert in Achsrichtung der Welle verschiebbar ist, gleichzeitig ist eine Drehmomentübertragung zwischen Innen- und Außenteil durch die in den Kugellaufbahnen geführten Kugeln gewährleistet.
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Der erfindungsgemäße Kupplungsaktuator erlaubt eine Drehmomentübertragung zwischen dem inneren ersten Teil und dem äußeren zweiten Teil. So ist es insbesondere möglich, dass der Kupplungsaktuator die erste Welle drehfest mit dem Kupplungskorb der Mehrscheiben-Lamellenkupplung koppelt. Auf diese Weise ist es möglich, ein Drehmoment von der ersten Welle über den Kupplungskorb auf ein erstes Abtriebselement zu übertragen, welches gleichachsig zur ersten Welle liegt. Die vom Fahrzeuggetriebe permanent angetriebene primäre Antriebsachse ist mit diesem ersten Abtriebselement verbunden.
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Die sekundäre Antriebsachse wird über ein zweites Abtriebselement getrieben, welches koaxial zu dem ersten, als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebselement angeordnet ist. Drehfest mit dem zweiten Abtriebselement ist die Kupplungsnabe der Mehrscheiben-Lamellenkupplung verbunden. Die Lamellen der Kupplung, die Innen- und die Außenlamellen sind abwechselnd drehfest mit der Kupplungsnabe bzw. mit dem Kupplungskorb verbunden und insgesamt axial beweglich. Der äußere zweite Teil des Kupplungsaktuators ist auf der den Lamellen zugewandten Seite als ringförmige Druckscheibe ausgebildet und bewirkt den Druck auf das Lamellenpaket.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Innenteil als eine kreisförmige Scheibe ausgebildet, welche von einem als Ringscheibe ausgebildeten Außenteil umgeben ist. Bevorzugt ist das Innenteil direkt an der Welle angeformt.
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Bevorzugt sind die axial orientierten Kugellaufbahnen als U-förmige Rinnen im Außenumfang des Innenteils und dem Innenumfang des Außenteils ausgeführt. Je ein Paar Rinnen umgibt so jeweils eine Kugel.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht in einem Zwischenraum zwischen Innenteil und Außenteil einen Käfig vor, durch den die in den axial orientierten Kugellaufbahnen laufenden Kugeln axial positioniert werden. Der Käfig ist als ein Ring ausgeführt und führt jede Kugel in einer kreisförmigen Öffnung. Auf der einen Randseite ist der Käfig am Außenteil abgestützt, der gegenüberliegende Rand ist über als Druckfedern ausgebildete Federelemente am Innenteil abgestützt. Der Käfig bewirkt, dass die Kugeln nach jedem axialen Verschiebevorgang des Außenteils die gleiche Ausgangsposition in Achsrichtung einnehmen. Gleichzeitig bewirken die Federelemente, dass das Außenteil in eine axiale Ausgangsposition verbracht wird, bei der die Kupplung entlastet ist.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Außenteil des Kupplungsaktuators drehfest und axial verschiebbar mit dem Kupplungskorb der Mehrscheiben-Lamellenkupplung verbunden ist. Bevorzugt erfolgt das über eine Geradverzahnung am Außenumfang des Außenteils, welche in eine Innenverzahnung des Kupplungskorbes eingreift.
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Das den Kupplungsaktuator betätigende Hubelement ist auf der anderen Seite des ringscheibenförmigen Außenteils angeordnet. Vorzugsweise ist das auf den Außeteil einwirkende Hubelement als ein Kugelrampenmechanismus ausgebildet, der die erste Welle umgibt, nicht mit dieser rotiert, somit gehäusefest angeordnet ist. Der Kugelrampenmechanismus weist zwei Ringe auf, dessen erster Ring axial am Gehäuse oder einer Axiallagerscheibe der ersten Welle abgestützt ist. Der zweite und gegenüber dem ersten Ring verdrehbare Verstellring ist über ein Axiallager an dem äußeren zweiten Teil des Kupplungsaktuator abgestützt und überträgt über dieses Axiallager die Hubbewegung auf die Lamellen der Kupplung. Der Verstellring kann eine Verzahnung aufweisen und über einen Elektromotor betätigt werden.
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Zur drehfesten Kopplung des äußeren Teils mit dem inneren Teil ist eine Anzahl Kugeln vorgesehen, die zwischen den Teilen in axial orientierten rinnenförmigen Bahnen des inneren und des äußeren Teils angeordnet sind. Das scheibenförmige innere Teil weist an seinem Außenumfang eine Anzahl axial orientierter Rinnen auf. Das scheibenförmige Außenteil weist korrespondierend an seinem das Innenteil umgebenden Innenradius ebenfalls axial orientierte Rinnen auf. Die Rinnen weisen eine Tiefe auf (ausgehend vom Außenradius des Innenteils bzw. ausgehend vom Innenradius des Außenteils) die kleiner ist als der Radius der Kugeln. Die Weite der Rinnen ist dem Kugelradius angepasst, so dass die Kugeln in den Rinnen laufen können. Die so in axialer Richtung geführten Kugeln zwischen dem Innenteil und dem Außenteil ergeben eine drehfeste Verbindung zwischen dem Innenteil und dem Außenteil, gleichzeitig ist das scheibenförmige Außenteil axial gegenüber dem Innenteil beweglich.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht am Außenradius des Außenteils eine Verzahnung vor, über welche das Außenteil drehfest mit einem Kupplungskorb verbindbar ist. Über die Verzahnung, Geradverzahnung kann das Außenteil axial gegenüber den Kupplungslamellen bewegt werden, gleichzeitig ein Drehmoment auf den Kupplungskorb übertragen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht einen den Kugeln zugeordneten Käfig vor, der ringförmig ausgebildet ist und die Kugeln in kreisförmigen Öffnungen im Bereich deren Mitte umgibt. Der Käfig ist axial mit einem Rand an der Stirnseite des Außenteils abgestützt, zwischen Innenteil und dem gegenüberliegenden Rand des Ringes sind Federelemente angeordnet. Durch diese Käfigführung werden die Kugeln immer in die gleiche Ausgangslage verbracht, bspw. bei gelöster Kupplung.
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Des Weiteren erfolgt die Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
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1 zeigt ein Verteilgetriebe mit dem erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator. Das die Bauteile tragende und umgebende Gehäuse ist nicht dargestellt.
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Eine erste Welle EW ist mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden und wird über dieses mit einem Antriebsmoment beaufschlagt. Koaxial zu der ersten Welle ist über zwei Nadellager in dem hohl ausgeführten Teil der ersten Welle EW ein zweites Abtriebsteil ZA angeordnet und gelagert. Der zweite Abtriebsteil ZA ist mit einer Kupplungsnabe KN verbunden, an der die Innenlamellen einer Mehrscheiben-Lamellenkupplung LK angelenkt sind.
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Über ein Nadellager ist das als Hohlwelle ausgebildete erste Abtriebsteil EA auf dem zweiten Abtriebsteil ZA gelagert. Das erste Abtriebsteil EA ist mit einem Kupplungskorb KK verbunden, an dem die Außenlamellen der Kupplung LK angelenkt sind.
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Die erste Welle EW weist an dem zur Kupplung LK gewandten Ende eine scheibenförmige Erweiterung auf, welche das Innenteil IT des Kupplungsaktuators bildet. Der Außenumfang des Innenteils IT weist mehrere in axialer Richtung orientierte, halbrund strukturierte Rinnen RIT auf, in denen Kugeln K eingesetzt sind und die Kugellaufbahnen bilden. Ein scheibenförmiges Außenteil AT umgibt das Innenteil IT. Das Außenteil AT und das Innenteil IT weisen einen radialen Abstand auf, die Ausnehmung im Zentrum des Außenteils AT weist also einen größeren Radius auf als der Außenradius des Innenteils IT. Korrespondierend zu der Verteilung der Rinnen RIT am Außenumfang des Innenteils IT weist der Innenumfang des Außenteils AT in axialer Richtung orientierte Kugellaufbahnen in Form von Rinnen RAT auf. In die Rinnen RIT, RAT des Innen- und des Außenteils IT, AT sind Kugeln K eingesetzt, welche das Außenteil AT so drehfest und axial beweglich gegenüber dem Innenteil IT tragen. 3 zeigt in einer Draufsicht – Blick in Achsrichtung gemäß 1 – die Anordnung von Innen- und Außenteil IT, AT sowie der Kugeln K in den Rinnen RIT, RAT.
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Das scheibenförmige Außenteil AT ist auf der den Kupplungslamellen, der Kupplung LK zugeordneten Seite als Druckscheibe ausgebildet und entsprechend in der Oberfläche gestaltet. Auf der der Kupplung LK abgewandten Seite ist das Außenteil AT im Innenbereich bundförmig erweitert. Über ein Axiallager wirkt hier auf das Außenteil AT ein über eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung verschwenkbarer Ring R1 eines Kugelrampenmechanismus ein. In an sich bekannter Weise wirkt dieser Ring R1 mit einem axial an der ersten Welle EW abgestützten, nicht mitrotierenden zweiten Ring R2 zusammen. Die Ringe R1, R2 des Kugelrampenmechanismus bilden die axial wirkende Hubvorrichtung, welche auf das scheibenförmige Außenteil AT wirkt und über dieses axial bewegliche Außenteil AT den die Momentenübertragung auf das zweite Abtriebsteil ZA steuernden Druck der Lamellen der Kupplung LK erzeugt.
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Das Außenteil AT weist an seinem Außenumfang eine Geradverzahnung VZ auf, welche mit einer entsprechenden Innenverzahnung im Kupplungskorb KK zusammenwirkt. Dadurch überträgt das Außenteil AT des Kupplungsaktuators das Drehmoment von der ersten Welle EW über den Kupplungskorb KK auf das erste Abtriebsglied EA.
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2 ist eine vergrößerte Darstellung des Kupplungsaktuators. Dargestellt ist insbesondere der die Kugeln führende Käfig KF, der ringförmig ausgebildet und in dem Zwischenraum zwischen Innen- und Außenteil IT, AT angeordnet ist. Der Käfig weist kreisförmige Öffnungen auf, welche die Kugeln K im Bereich ihrer größten Ausdehnung umgeben und so eine Führung bilden. Der Käfig KF ist mit dem der Kupplung LK zugewandtem Rand in einer Vertiefung an der Stirnseite des Außenteils AT abgestützt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Käfig KF über mehrere Druckfedern DF an dem Innenteil abgestützt.
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Bezugszeichenliste
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- EW
- erste Welle
- EA
- erstes Abtriebsteil, erstes Abtriebselement
- ZA
- zweites Abtriebsteil, zweites Abtriebselement
- LK
- Lamellenkupplung
- KK
- Kupplungskorb
- KN
- Kupplungsnabe
- IT
- Innenteil
- AT
- Außenteil
- VZ
- Verzahnung Außenteil
- K
- Kugel
- sKF
- Käfig
- DF
- Druckfeder
- RIT
- Rinne Innenteil
- RAT
- Rinne Außenteil
- R1
- Verstellring Kugelrampenmechanismus
- R2
- Ring Kugelrampenmechanismus
