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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung zum Einsatz an einem Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Boosterkupplung mit einer Haupt- und einer Vorsteuerkupplung, die miteinander gekoppelt sind.
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Die Fahrzeugdrehmomente im Fahrzeug- und Kraftradbereich sind in der letzten Zeit immer weiter angestiegen. Eine Kupplung zur Übertragung eines von einem Antriebsmotor bereitgestellten Drehmoments an ein Getriebe muss entsprechend größer dimensioniert werden und erfordert auch eine erhöhte Betätigungskraft. Für einen Fahrer kann es unangenehm sein, diese Kraft per Hand oder per Fuß aufzubringen. Im Fall einer hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigten Kupplung müssen die Aktuatoren entsprechend größer ausgelegt werden, was höhere Kosten oder einen größeren erforderlichen Bauraum erfordern kann. Eine Energieaufnahme des Aktuators kann gesteigert sein. Außerdem kann ein Energieversorgungssystem für den Aktuator ebenfalls größer dimensioniert werden müssen, was zu weiteren Kosten führen kann.
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Die extern aufzubringende Betätigungsenergie kann durch Einsatz einer kaskadierten Kupplungseinrichtung verringert werden. Eine solche Kupplungseinrichtung ist unter der Bezeichnung Boosterkupplung oder Booster-Kupplungseinrichtung bekannt. Die Boosterkupplung umfasst eine Vorsteuerkupplung (Vorkupplung) und eine Hauptkupplung, wobei die Vorsteuerkupplung die mittels der Kupplung übertragene Drehenergie teilweise umwandelt, um die Hauptkupplung zu betätigen. Die Betätigungsenergie der Hauptkupplung bleibt dabei im Wesentlichen gleich, aber ein großer Teil davon muss nicht von einer Person oder einem Aktuator aufgebracht werden. Die Vorsteuerkupplung erfordert hingegen eine relativ geringe Betätigungsenergie, die von der Person oder dem Aktuator leicht aufgebracht werden kann.
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DE 10 2011 016 718 A1 zeigt eine Boosterkupplung, bei der ein Vorsteuerdrehmomentübertragungsweg mit einem Hauptdrehmomentübertragungsweg parallel geschaltet ist.
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DE 10 2012 201 218 A1 zeigt eine Boosterkupplung mit einer Vorkupplung und einer Hauptkupplung, wobei ein Spannmittel zur Verbringung der Vorkupplung in einen geschlossenen oder offenen Zustand auf einem Kupplungskorb der Hauptkupplung abgestützt ist.
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DE 102010 048 827 A1 zeigt eine weitere Boosterkupplung mit einer Vorkupplung und einer Hauptkupplung, wobei zwischen der Hauptkupplung und einer Getriebeeingangswelle ein als Torsionsfeder ausgebildeter Drehmomentfühler angeordnet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Dynamikempfindlichkeit einer Kupplungseinrichtung zu verbessern. Eine weitere Aufgabe besteht darin, das Beschädigungsrisiko für das Getriebe zu reduzieren. Weiterhin soll ein Rupfen der Kupplungseinrichtung minimiert werden. Weiterhin soll die Gaststoßempfindlichkeit reduziert werden. Weiterhin soll das Schubmoment im Schubbetrieb reduziert werden. Auch soll die Kupplungseinrichtung einfach und kostengünstig aufgebaut und hergestellt werden können. Weiterhin soll die Anpressplatte mit der Antriebsseite, insbesondere einer Brennkraftmaschine verbunden sein.
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Erfindungsgemäß werden wenigstens einige dieser Aufgaben durch Kupplungseinrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine erste erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung zur wahlweisen Übertragung eines Drehmoments zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite umfasst eine Vorkupplung mit einem ersten Kupplungseingang und einen ersten Kupplungsausgang und eine Hauptkupplung mit einem zweiten Kupplungseingang und einen zweiten Kupplungsausgang. Die Vorkupplung ist in einen geschlossenen oder einen offenen Zustand bringbar und mit der Hauptkupplung derart verbunden, dass die Offenposition und die Schließposition der Vorkupplung auf die Hauptkupplung übertragen werden. Dazu sind wirksam zwischen dem ersten Kupplungsausgang und dem zweiten Kupplungseingang angeordnete Umsetzungsmittel zur Umsetzung einer Verdrehbewegung in eine axiale Bewegung und wirksam zwischen Umsetzungsmittel und zweitem Kupplungseingang angeordnete Übertragungsmittel angebracht. Dabei umfassen die Übertragungsmittel ein erstes Übertragungselement und ein gegenüber diesem verdrehbares zweites Übertragungselement.
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Eine zweite erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung zur wahlweisen Übertragung eines Drehmoments zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite umfasst eine Vorkupplung mit einem ersten Kupplungseingang und einen ersten Kupplungsausgang und eine Hauptkupplung mit einem zweiten Kupplungseingang und einen zweiten Kupplungsausgang. Die Vorkupplung ist in einen geschlossenen oder einen offenen Zustand bringbar und mit der Hauptkupplung derart verbunden, dass die Offenposition und die Schließposition der Vorkupplung auf die Hauptkupplung übertragen werden. Dazu sind wirksam zwischen dem ersten Kupplungsausgang und dem zweiten Kupplungseingang angeordnete Umsetzungsmittel zur Umsetzung einer Verdrehbewegung in eine axiale Bewegung angebracht. Außerdem ist eine Ausgleichsmasse wirksam vorkupplungsseitig an den Umsetzungsmitteln angeordnet.
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Eine dritte erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung zur wahlweisen Übertragung eines Drehmoments zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite umfasst eine Vorkupplung mit einem ersten Kupplungseingang und einen ersten Kupplungsausgang und eine Hauptkupplung mit einem zweiten Kupplungseingang und einen zweiten Kupplungsausgang. Die Vorkupplung ist in einen geschlossenen oder einen offenen Zustand bringbar und mit der Hauptkupplung derart verbunden, dass die Offenposition und die Schließposition der Vorkupplung auf die Hauptkupplung übertragen werden. Dazu sind wirksam zwischen dem ersten Kupplungsausgang und dem zweiten Kupplungseingang angeordnete Umsetzungsmittel zur Umsetzung einer Verdrehbewegung in eine axiale Bewegung angebracht. Außerdem umfasst die Vorkupplung eine Freilaufeinrichtung.
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Die einzelnen Merkmale der genannten Kupplungseinrichtungen sind miteinander kombinierbar. Die Kupplungseinrichtung kann vorzugsweise in Kraftfahrzeugen oder in Nutzfahrzeugen oder in Lastfahrzeugen oder in Krafträdern verwendet werden. Die Kupplungseinrichtung kann nass laufend oder trocken ausgeführt sein. Es kann ein Torsionsschwingungsdämpfer an oder in der Kupplungseinrichtung angebracht sein.
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Die Erfindung wird nun anhand spezieller Ausführungsformen erläutert. Dabei zeigen die 1 bis 5 spezielle Ausführungen nach dem ersten erfinderischen Gedanken (zweiteiliges Übertragungselement). Die 6 bis 12 zeigen spezielle Ausgestaltungen des zweiten erfinderischen Gedanken (Ausgleichsmasse) und die 13 bis 15 spezielle Ausführungen des dritten erfinderischen Gedanken (Freilaufeinrichtung). Dabei können die erfinderischen Gedanken in den Figuren vermischt sein. Im Einzelnen stellt
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1 ein Wirkprinzip einer Boosterkupplung mit getriebewellenfester Anpressplatte;
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2 eine schematische Darstellung einer Boosterkupplung als Variante der in 1 gezeigten Ausführungsform;
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3 ein Wirkprinzip einer weiteren Boosterkupplung getriebewellenfester Anpressplatte;
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4 eine schematische Darstellung einer Boosterkupplung nach 3;
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5 einen Querschnitt durch eine Boosterkupplung nach den 1 oder 2;
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6 ein Wirkprinzip einer Boosterkupplung mit Ausgleichsmasse;
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7 einen Querschnitt durch eine Boosterkupplung nach 6;
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8 ein Wirkprinzip einer weiteren Boosterkupplung mit Ausgleichsmasse;
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9 eine schematische Darstellung einer Boosterkupplung nach 8;
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10 einen Querschnitt durch eine Boosterkupplung nach einer der 8 oder 9;
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11 eine Lagerung eines Planetenrads an einer Boosterkupplung nach einer der 6 bis 10;
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12 eine Ansicht der Lagerung von 11;
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13 Kugelbahnen an einer Boosterkupplung;
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14 einen Querschnitt durch eine Boosterkupplung mit einer Kugelbahn nach 13a oder 13b, und
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15 ein Detail der Boosterkupplung von 14 dar.
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Zu den 1 bis 5:
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Die Umsetzung dieses Prinzip für eine Kupplungseinrichtung (Booster-Kupplung, insbesondere trocken laufend ausgeführt) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug führt zu einer GV Anordnung, worin die der Hauptkupplung zugeordnete Umsetzungsmittel (Rampeneinrichtung) mit der Abtriebsseite (Getriebe) verbunden ist. Diese Rampe erzeugt die Anpresskraft in der Hauptkupplung.
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Üblicherweise kommt die Anpresskraft in einer konventionellen Kupplung für PKW von der Anpressplatte, die über Blattfedern am Kupplungsdeckel vernietet ist, der mit dem Motor dreht. Eine Verbindung mit dem Getriebe wäre wegen der großen Massenträgheit der Anpressplatte unmöglich (das kann das Getriebe beschädigen).
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Daher könnte man denken, dass die Umsetzung des Booster Prinzips mit einer GV Anordnung für eine PKW Kupplung unmöglich ist. Die untere Rampe, die mit dem Getriebe dreht, sollte nämlich die Anpressplatte betätigen, die mit dem Motor dreht. Entweder soll die Anpressplatte am Getriebe angeordnet werden oder soll die Anpressplatte die Anpresskraft der unteren Rampe über einem Lager abstützen.
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1 zeigt ein Wirkprinzip einer Boosterkupplung 100. Die Boosterkupplung 100 umfasst eine Vorkupplung 105 mit einem ersten Kupplungseingang 110 und einem ersten Kupplungsausgang 115, sowie eine Hauptkupplung 120 mit einem zweiten Kupplungseingang 125 und einem zweiten Kupplungsausgang 130. Bevorzugterweise sind beide Kupplungen 105 und 120 dazu eingerichtet, ein Drehmoment in beliebiger Richtung zwischen dem Kupplungseingang 110, 125 und dem Kupplungsausgang 115, 130 zu übermitteln. Jede der Kupplungen 105 und 120 und auch die gesamte Boosterkupplung 100 kann auch in umgekehrter Richtung betrieben werden, die Bezeichnungen der Ein- bzw. Ausgänge können dann umgekehrt werden.
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Die Boosterkupplung 100 ist insbesondere dazu eingerichtet, Drehmoment zwischen einem Antriebsmotor 135 und einem Getriebe 140 zu übermitteln. Der Antriebsmotor 135, die Boosterkupplung 100 und das Getriebe 140 können in einem Antriebsstrang insbesondere an Bord eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftwagens, eines Lastwagens, eines motorisierten Zweirads oder eines anderen Fahrzeugs angeordnet sein.
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Zwischen dem ersten Kupplungseingang 110 und dem zweiten Kupplungseingang 125 sind Umsetzungsmittel 145 zur Umsetzung einer Verdrehbewegung in eine axiale Bewegung angeordnet. In einer anderen Ausführungsform sind die Umsetzungsmittel 145 zwischen dem ersten Kupplungsausgang 115 und dem zweiten Kupplungseingang 120 angeordnet. Die Verdrehbewegung der Umsetzungsmittel 145 entsteht, wenn die Vorkupplung 105 geschlossen wird, während sich die mit dem Antriebsmotor 135 verbundene Welle dreht. Die axiale Bewegung der Umsetzungsmittel 145 wird derart auf die Hauptkupplung 120 übertragen, dass diese betätigt wird. So werden eine Offenposition bzw. eine Schließposition der Vorkupplung 105 auf die Hauptkupplung 120 übertragen. Die Vorkupplung 105 umfasst bevorzugterweise ein nicht dargestelltes Betätigungselement, um die Vorkupplung 105 in einen geschlossenen beziehungsweise offenen Zustand zu verbringen. Dabei kann die Betätigungseinrichtung dazu eingerichtet sein, mittels einer Hand- oder Fußbewegung eines Fahrers oder mittels eines Aktuators betätigt zu werden.
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In der dargestellten Ausführungsform umfassen die Umsetzungsmittel 145 eine Rampeneinrichtung mit einem ersten Rampenring 150, einem zweiten Rampenring 155 und einem Wälzkörper 160. Die beiden Rampenringe 150, 155 sind gegeneinander verdrehbar und tragen jeweils eine Rampe, deren axiale Höhe entlang eines Umfangs um die Drehachse des jeweiligen Rampenrings 150, 155 veränderlich ist. Der Wälzkörper 160, der beispielsweise eine Kugel umfassen kann, liegt an beiden Rampenringen 150, 155 an. Werden die beiden Rampenringe 150, 155 gegeneinander verdreht, so rollt der Wälzkörper 160 über die Rampenringe 150, 155 und verändert einen axialen Abstand der Rampenringe 150, 155 zueinander. Es können auch mehrere Rampen auf jedem Rampenring 150, 155 und eine entsprechende Anzahl Wälzkörper 160 vorgesehen sein.
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Der zweite Rampenring 155 ist gegenüber einer Anpressplatte 165 abgestützt, die mit dem ersten Kupplungsausgang 115, dem zweiten Kupplungsausgang 130 beziehungsweise dem Getriebe 140 verbunden ist. Zwischen der Anpressplatte 165 und dem zweiten Rampenring 155 ist ein Übertragungsmittel 170 vorgesehen, das ein erstes Übertragungselement 175 und ein zweites Übertragungselement 180 umfasst, die gegeneinander verdrehbar sind. Insbesondere kann das Übertragungsmittel 170 als Wälzkörperlager, etwa als Nadellager, ausgeführt sein.
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Durch das Übertragungsmittel 170 ist es möglich, die Steuerung der Vorkupplung 105 von der Rotation der Welle des Getriebes 140 statt der des Antriebsmotors 135 abhängig zu machen.
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Das Umsetzungsmittel 145 ist bevorzugterweise dazu eingerichtet, die Hauptkupplung 120 einerseits in Abhängigkeit eines durch die Boosterkupplung 100 übertragenen Drehmoments und andererseits in Abhängigkeit einer Verdrehung der Vorkupplung 105 bezüglich der Hauptkupplung 120 zu betätigen. Durch die Abstützung des zweiten Rampenrings 155 gegenüber der Welle des Getriebes 140 kann beispielsweise bei einem Anfahrvorgang eine deutlich geringere Neigung der Boosterkupplung 100 bewirkt werden, die Betätigung der Hauptkupplung 120 in Abhängigkeit von Drehungleichförmigkeiten der Welle des Antriebsmotors 135 zu betätigen. Ein Kupplungsrupfen kann dadurch verringert sein. Auch kann beispielsweise ein Gasstoß während des Anfahrvorgangs in verringertem Maße dazu führen, dass die Boosterkupplung 100 schließt.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Boosterkupplung 100 als Variante von der in 1 gezeigten Ausführungsform. Um eine Drehachse 205 sind eine Eingangswelle 210 zur Verbindung mit dem Antriebsmotor 135 und eine Ausgangswelle 215 zur Verbindung mit dem Getriebe 140 konzentrisch drehbar angeordnet. Die Hauptkupplung 120 umfasst Reibbeläge 220, zwischen denen eine Lamelle 225 angeordnet ist, die über einen Torsionsdämpfer 230 drehfest mit der Ausgangswelle 215 verbunden ist. In einer Ausführungsform sind die Reibbeläge 220 fest an der Lamelle 225 angeordnet, in einer anderen sind die Reibbeläge 220 drehbar gegenüber der Lamelle 225 gelagert. Die Reibbeläge 220 sind axial zwischen einem Kupplungsdeckel 235 und der Anpressplatte 165 komprimierbar, um die Hauptkupplung 120 zu schließen. Eine axiale Betätigung der Anpressplatte 165 erfolgt wieder durch die Vorkupplung 105. Dabei ist das Umsetzungsmittel 145 mit den beiden Rampenringen 150 und 155 mittels eines ersten Nadellagers 240 gegenüber der Anpressplatte 165 und mittels eines zweiten Nadellagers 245 bezüglich des Kupplungsdeckels 235 gelagert. Beide Nadellager 240 und 245 können vom Übertragungsmittel 170 umfasst sein. Dadurch kann die Anpressplatte 165 drehfest mit der Eingangswelle 210 statt mit der Ausgangswelle 215 verbunden sein. Die Schwungmasse der Anpressplatte 165 kann dadurch beim Öffnen der Boosterkupplung 100 von der Ausgangswelle 215 abgekoppelt werden. Die Schwungmasse des Getriebes 140 kann dadurch gering gehalten werden. Ein Schaden, der durch eine zu große Schwungmasse am Getriebe 140 hervorgerufen werden kann, kann so vermieden werden.
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Die in 2 gezeigte Vorkupplung 105 umfasst ebenfalls eine Lamelle 225, die axial zwischen zwei Reibbelägen 220 liegt. Dabei sind die Reibbeläge 220 rotatorisch gegenüber dem Kupplungsdeckel 235 abgestützt. Die Reibbeläge 220 können zwischen dem Kupplungsdeckel 235 und einem Widerlager 250 axial zusammengepresst werden, um die Vorkupplung 105 zu schließen. Dazu ist ein Betätigungsmittel 255 vorgesehen, das bevorzugt als Lamellenfeder ausgeführt ist. Außerdem ist eine Lagerplatte 260 vorgesehen, um den erste Rampenring 150 drehfest gegenüber der Ausgangswelle 215 aber axial verschiebbar anzubringen.
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3 zeigt ein Wirkprinzip einer weiteren Boosterkupplung 100 in der Darstellungsweise von 1. Der erste Rampenring 150 ist mittels eines ersten Übertragungsmittels 170 gegenüber der Anpressplatte 165 und der zweite Rampenring 155 mittels eines zweiten Übertragungsmittels 170 gegenüber der Welle des Antriebsmotors 135 gelagert. Die axiale Beweglichkeit des ersten Rampenrings 150 wird durch ein Ausgleichselement 305 sichergestellt, das der erste Rampenring 150 drehfest mit der Welle des Getriebes 140 verbindet. Ein weiteres Ausgleichselement 305 verbindet die Anpressplatte 165 drehfest aber axial beweglich mit der Welle des Antriebsmotors 135. Ein optionaler Drehmomentfühler 310, der insbesondere als Torsionsfeder ausgeführt sein kann, ist zwischen dem Ausgang der Hauptkupplung 120 und der Welle des Getriebes 140 angeordnet.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Boosterkupplung 100 nach 3. Dabei werden die Bezugszeichen der 1 und 2 verwendet. Im Gegensatz zu zuvor gezeigten Ausführungsformen umfasst hier die Hauptkupplung 120 eine Vielzahl Reibbeläge 220 und Lamellen 225, die alternierend entlang der Drehachse 205 angeordnet sind. Dadurch kann eine vergrößerte Kraft beziehungsweise ein vergrößertes Drehmoment durch die Boosterkupplung 100 übertragen werden. Die Vorkupplung 105 umfasst in der dargestellten Ausführungsform nur einen Reibbelag 220, dessen axiale Anpressung an den Kupplungsdeckel 235 mittels des Betätigungsmittels 255 steuerbar ist. Zwischen diesem Reibbelag 220 und des ersten Rampenrings 155 ist eines der Ausgleichselemente 305 dargestellt. Das andere Ausgleichselement 305 findet sich zwischen dem ersten Rampenring 150 und einem Verbindungselement zur Ausgangswelle 215.
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Die Reibbeläge 220 können mittels des Drehmomentfühlers 310 mit der Ausgangswelle 215 verbunden sein. Dadurch kann ein Versatz zwischen dem ersten Rampenring 150 und den Lamellen 225 ausgeglichen werden. Das Ansprechverhalten der Boosterkupplung 100 kann dadurch verbessert sein.
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5 zeigt einen Querschnitt durch die Boosterkupplung 100 nach den 3 oder 4.
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Die Boosterkupplung 100 ist zum Einsatz an konzentrisch drehbar gelagerten Wellen eingerichtet, wobei eine Eingangswelle 210 radial außen liegt und mit dem Kupplungsdeckel 235 drehfest verbunden ist, während die Ausgangswelle 215 radial innen liegt. Ein erster Flansch 505 ist zur drehfesten Verbindung mit der Ausgangswelle 215 eingerichtet. Der erste Flansch 505 wirkt unmittelbar auf die Vorkupplung 105 und über den Drehmomentfühler 310 auf die Hauptkupplung 120 (vergleiche 4). Ein zweiter Flansch 510 ist zum drehfesten aber axial verschiebbaren Eingriff mit der Ausgangswelle 215 eingerichtet. Der zweite Flansch 510 koppelt den erste Rampenring 150 mit der Ausgangswelle 215.
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Das Betätigungsmittel 255 ist als Tellerfeder ausgeführt. Die Vorkupplung 105 wird geöffnet, indem ein radial innen liegender Bereich des Betätigungsmittels 255 in 5 axial nach unten gedrückt wird. Dadurch hebt sich ein radial äußerer Bereich des Betätigungsmittels 255 und eine axiale Pressung der Reibbeläge 220 gegen den Kupplungsdeckel 235 wird verringert.
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Das Umsetzungsmittel 145 setzt eine Drehbewegung der Vorkupplung 105 bezüglich des Kupplungsdeckels 235 in eine axiale Bewegung zur Betätigung der Hauptkupplung 120 um. Dabei ist der erste Rampenring 150 mittels des ersten Nadellagers 240 und der zweite Rampenring 155 mittels des zweiten Nadellagers 245 in Drehrichtung entkoppelt. Dadurch kann die Anpressplatte 165 als Schwungmasse vom Getriebe 140 abgekoppelt sein.
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Zu den 6 bis 12:
Die Kinematik der MV Anordnung ist in der 6 zu sehen. Die 7 zeigt wie die Konstruktion aussieht.
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Ohne Ausgleichmasse wird die Rampe von dem Motor angeregt. Das heißt, die Beschleunigung des Motors verdreht die Rampe oder die Drehungleichförmigkeiten des Motors verursachen eine Schwingung der Rampe. Der Einsatz der Ausgleichmasse erlaubt der Rampe, von der Drehbewegungsänderung des Motors unabhängiger zu sein. Die Konstruktion, die für die Kupplung (insbesondere zur Verwendung in einem Kraftrad) umgesetzt wurde, bestand darin, eine Massenträgheit hinzuzufügen, die die Massenträgheit der Rampe und der Vorkupplung (Vorsteuerkupplung) ausgleicht.
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Damit die zusätzliche Masse außer der Schwingungsisolation eine weitere Funktion in der Kupplung aufweist und das Gewicht der Kupplung verringert wird, wird vorgeschlagen, die Vorsteuerkupplung als Ausgleichmasse der Rampe zu benutzen. So kann die zusätzliche Masse der letzen Konstruktion gespart werden. Das Prinzip ist in der 8 gezeigt. So versteht man, dass diese Konstruktion (8) günstiger als die oben beschriebene (6) ist, weil es keine „Totmasse“ in der Kupplung gibt.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um die Planetengetriebekinematik zu realisieren, die für die Umsetzung der Ausgleichmasse erforderlich ist. Die Schwierigkeit der Konstruktion ist die axiale Bewegung der Einzelteile. Insbesondere sollen die Zahnräder axial beweglich sein.
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Eine erste Lösung ist in der 7 gezeigt. Die Konstruktion besteht aus einer Ausgleichmasse, 3 Zahnräder, einem inneren Zahnring. Der innere Zahnring ist auf dem Rampenring der Vorsteuerkupplung verschraubt. Die Zahnräder sind in Stifte eingepasst, die mit der Anpressplatte befestigt sind. Daher verursacht die Verdrehung der Rampe eine Verdrehung der Ausgleichmasse in der anderen Richtung. In der 6 wird die Kinematik des Systems detailliert beschrieben.
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Eine zweite Lösung ist in der 12 beschrieben. Diese Konstruktion unterscheidet sich bei der Verbindung der Zahnräderachse mit der Anpressplatte. Das Prinzip wird in den 11 und 12 abgeklärt. Die Achse des Zahnrads ist über 2 Blattfedern mit der Anpressplatte verbunden. Eine Blattfeder übernimmt positive Momente während die andere negative Momente übernimmt. So schützt jede Blattfeder die andere vor Knickrisiko.
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Die Zentrierung des Zahnrads über 2 Blattfedern ist allerdings empfindlich, weil die Achse des Zahnrads je nach seiner axialen Position kippen kann. Die Position der unteren Seite des Zahnrads wird nämlich von der Blattfeder 1 gesteuert, während die Position der oberen Seite des Zahnrads von der Blattfeder 2 gesteuert wird. Die Biegung der Blattfeder (die Höheänderung) verursacht parallel dazu eine Verschiebung der Zahnradachse in der Umfangsrichtung (11). Wenn die Verschiebung in der Umfangsrichtung der Blattfeder 1 die Verschiebung der Blattfeder 2 bei der gleichen Biegung nicht ausgleicht, kippt die Zahnradachse. Das Kippverhalten kann erheblich begrenzt werden, wenn die Blattfedern, wie in der 11 beschreibt, montiert sind. In diesem Fall verursacht eine positive Verschiebung der Blattfeder1 eine negative Verschiebung der Blattfeder 2 (11). Das ist nur möglich, wenn in der Einbaulage die Blattfeder 1 nach oben vorgespannt ist und die Blattfeder 2 nach unten vorgespannt ist (oder umgekehrt).
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Die Umkehrung der Rampenbewegung erfolgt mittels Zahnräder. Dennoch könnte man diese Kinematik mit anderen Systemen realisieren, wie zum Beispiel ein Riemensystem.
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6 zeigt ein Wirkprinzip einer Boosterkupplung 100 mit einer Ausgleichsmasse. Die Darstellung folgt der Symbolik der 1 und 3.
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Im Gegensatz zu der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der erste Rampenring 150 des Umsetzungsmittels 145 nicht mit der Welle des Getriebes 140, sondern mit der des Antriebsmotors 135 gekoppelt. Dazu ist ein Ausgleichselement 305 vorgesehen. Außerdem ist der zweite Rampenring 155 mittels eines Übersetzungsmittels, insbesondere eines Planetengetriebes 605, mit einer Ausgleichsmasse 610 gekoppelt. Das Planetengetriebe 605 umfasst ein Hohlrad 615, das mit der Ausgleichsmasse 610 verbunden ist, ein Sonnenrad 620, das mit der Vorkupplung 105 beziehungsweise dem zweiten Rampenring 155 verbunden ist, und ein Planetenrad 625, das das Hohlrad 615 und das Sonnenrad 620 in unterschiedlichen Drehrichtungen miteinander koppelt. Ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Sonnenrad 620 und dem Hohlrad 615 kann dabei ungefähr eins zu eins betragen, wobei die Drehrichtung des Eingangs umgekehrt zu der des Ausgangs ist.
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Die Ausgleichsmasse 610 dämpft Drehschwingungen des zweiten Rampenrings 155, die mit der Vorkupplung 105 verbunden ist. Da der zweite Rampenring 155 axial beweglich ist, muss die Anbindung der Drehbewegung des zweiten Rampenrings 155 an das Planetengetriebe 605 diese axiale Bewegung erlauben.
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7 zeigt einen Querschnitt durch eine Boosterkupplung 100 nach 6. Die Ausgleichsmasse 610 ist im oberen Bereich von 7 radial außen als massereicher Ring ausgeführt. Das Hohlrad 615 ist fest mit der Ausgleichsmasse 610 verbunden. Das Sonnenrad 620 ist mit dem zweiten Rampenring 155 gekoppelt. Das Hohlrad 615 ist mit dem Sonnenrad 620 mittels eines Planetenrads 625 gekoppelt, das im rechten Bereich von 7 sichtbar ist. Dabei ist das Planetenrad 625 auf einer Achse 705 drehbar gelagert, die an dem ersten Rampenring 150 befestigt ist. Das Planetenrad 625 kann sich in axialer Richtung auf der Achse 705 bewegen, um einer axialen Bewegung des zweiten Rampenrings 155 zu folgen.
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8 zeigt ein Wirkprinzip einer weiteren Boosterkupplung 100 mit einer Ausgleichsmasse 610. Die Darstellung folgt der Symbolik der 1, 3 und 6. Im Unterschied zu der in 6 dargestellten Ausführungsform ist hier die Vorkupplung 105 als Ausgleichsmasse 610 mit dem Planetengetriebe 605 verbunden. Dadurch kann eine zusätzliche Ausgleichsmasse 610 eingespart werden. Die ohnehin erforderliche Vorkupplung 105 erfüllt dann sowohl den Zweck der Betätigung der Hauptkupplung 120 als auch den der Torsionsdämpfung des zweiten Rampenrings 155 des Umsetzungsmittels 145.
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9 zeigt eine schematische Darstellung einer Boosterkupplung 100 nach 8. Mittels des Planetengetriebes 605 ist die Vorkupplung 105 als rotatorische Ausgleichsmasse mit dem zweiten Rampenring 155 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform liegt die Vorkupplung 105 radial innen von dem zweiten Rampenring 155, deshalb ist das Sonnenrad 620 mit der Vorkupplung 105 und das Hohlrad 615 mit dem zweiten Rampenring 155 verbunden statt wie in 7 umgekehrt. Die Achse 705, die das Planetenrad 625 zwischen dem Hohlrad 615 und dem Sonnenrad 620 lagert, ist an der Anpressplatte 165 befestigt. Ebenfalls an der Anpressplatte 165 ist der erste Rampenring 150 befestigt.
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10 zeigt einen Querschnitt durch eine Boosterkupplung 100 nach einer der 8 oder 9. In exemplarischer Weise ist die Boosterkupplung 100 mit einem Zweimassenschwungrad 1005 verbunden, das mittels Bogenfedern 1010 drehbar gegenüber der Boosterkupplung 100 angebracht ist. Außerdem ist ein optionaler Zahnkranz 1015 zum Eingriff eines Anlassermotors dargestellt.
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Die Vorkupplung 105 ist über das Planetengetriebe 605 im entgegengesetzten Drehsinn mit dem zweiten Rampenring 155 gekoppelt und dient als Ausgleichsmasse zur Dämpfung von Torsionsschwingungen.
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11 zeigt eine Lagerung 1100 des Planetenrads 625 des Planetengetriebes 605 an der Boosterkupplung 100 nach einer der 6 bis 10. Die Achse 705, um die das Planetenrad 625 drehbar ist, ist an einem in 11 unteren Ende mittels einer ersten Blattfeder 1105 und an einem entgegengesetzten Ende mittels einer zweiten Blattfeder 1110 verbunden. Jeweils entfernte Enden der Blattfedern 1105 und 1110 sind mit einem vorbestimmten Versatz in der Boosterkupplung 100 angebracht. Dies erlaubt es, die Achse 705 mit dem Planetenrad 625 in axialer Richtung zu bewegen. Bevorzugterweise sind die Blattfedern 1105 und 1110 in axialer Richtung auf vorbestimmte Positionen vorgespannt, so dass die axiale Bewegung der Achse 705 ein weiteres Verspannen einer der Blattfedern 1105, 1110 und ein Entlasten der anderen Blattfeder 1105, 1110 bewirkt.
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Es ist zu sehen, dass die axiale Bewegung des Planetenrads 625 gleichzeitig eine minimale Bewegung in Umfangsrichtung bewirkt. Dies ist erkennbar am in 11 seitlichen Versatz der beiden dargestellten Positionen des Planetenrads 625. Dieser Versatz kann zwar die Schwingungsdämpfung mittels der Ausgleichsmasse 610 beeinträchtigen, ist jedoch so gering, dass sie in Kauf genommen werden kann. Vorteilhafterweise ist die Achse 705 nur kurz, wodurch sich Bauraumvorteile ergeben können und wodurch Biegekräfte auf die Achse 705 klein gehalten sein können. Mittels der Lagerung 1100 kann das Planetenrad 625 auf einfache Weise axial verschiebbar im Planetengetriebe 605 geführt sein.
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12 zeigt eine Ansicht der Lagerung 1100 von 11. In der dargestellten Ausführungsform sind drei Planetenräder 625 auf einem Umfang versetzt angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann auch eine geringere oder größere Anzahl Planetenräder 625 verwendet werden. Die Achsen 705 der Planetenräder 625 sind auf gegenüberliegenden axialen Seiten des Planetenrads 625 an einem ersten Blechteil 1205 beziehungsweise einem zweiten Blechteil 1210 befestigt. Aus dem ersten Blechteil 1205 sind zungenförmige erste Blattfedern 1105 und aus dem zweiten Blechteil 1210 zweite Blattfedern 1110 herausgebogen. Die Blattfedern 1105 und 1110 stützen sich jeweils an Bolzen 1215 ab, die an der Anpressplatte 165 angebracht sind. In der dargestellten Ausführungsform sind Vorspannungen der Blattfedern 1105 und 1110 so gewählt, dass die Planetenräder 625 in axialer Richtung eine mittlere Position einnehmen, aus der sie entgegen der Federkräfte der Blattfedern 1105 und 1110 in eine beliebige axiale Richtung ausgelenkt werden können.
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Zu den 13 bis 15:
Je nach Anwendung kann es erforderlich sein, eine Freilauffunktion der Kupplung (oder mindestens ein sehr kleines übertragbares Moment) im Schubbetrieb zu integrieren. Die Umsetzung einer Freilauffunktion bei der Kupplungseinrichtung ist günstig und relativ einfach.
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Wenn die Rampe im Schub flach ist und über einen Anschlag verfügt (siehe 13), kann die Hauptkupplung im Schub kein Moment übertragen, weil die Hauptkupplung offen bleibt. Das heißt, das übertragbare Moment der Booster Kupplung im Schub entspricht dem übertragbaren Moment der Vorsteuerkupplung, das niedrig ist. Da die Vorsteuerkupplung ausgelegt ist, um ca. 10% des Zugmoments zu übertragen, überträgt eine Booster Kupplung mit einem Anschlag der Rampe im Schubbetrieb ca. 10% des Zugmoments.
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Falls das übertragbare Schubmoment der Kupplung trotz der flachen Schubrampen mit Anschlag zu groß ist, gibt es die Möglichkeit einen Freilauf in der Vorsteuerkupplung zu integrieren (14 und 15). So wird das übertragbare Schubmoment der Kupplung minimal insofern als nur das Schleppmoment der Hauptkupplung und das Schleppmoment des Freilaufs noch bestehen.
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Natürlich wäre es möglich, eine konventionelle Kupplung mit einem Freilauf zu konstruieren, um diese Funktion zu erstellen. Aber in diesem Fall soll der Freilauf fähig sein, das (sehr hohes) Zugmoment der Kupplung übertragen zu können, während der erforderliche Freilauf bei der Vorsteuerkupplung der Boosterkupplung nur 10% des Zugmoments im Zugbetrieb übernehmen soll.
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13 zeigt Kugelbahnen 1300 an einer Boosterkupplung 100. 13A zeigt die Kugelbahn 1300 an einem der Rampenringe 150, 155, 13B eine Darstellung der axialen Höhe der Kugelbahn 1300 bezüglich eines der Rampenringe 150, 155, wobei die Kugelbahn 1300 jeweils eine Freilaufeinrichtung 1305 in dem Umsetzmittel 145 implementiert. 13C zeigt eine konventionelle Kugelbahn 1300 an einem der Rampenringe 150, 155 und 13D zeigt die axiale Höhe der Kugelbahn 1300 von 13C in axialer Richtung an einem der Rampenringe 150, 155.
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Wird ein positives Drehmoment durch die Boosterkupplung 100 vom Antriebsmotor 135 zum Getriebe 140 übertragen, so wird der Wälzkörper 160 (nicht dargestellt) in 13 nach links bewegt. Wird das Drehmoment hingegen in der umgekehrten Richtung übertragen, so wird der Wälzkörper 160 nach rechts bewegt. Befindet sich der Wälzkörper 160 in einer Neutralstellung 1310, so wird die Hauptkupplung 120 nicht betätigt. Von der Neutralstellung 1310 aus erstreckt sich eine erste Rampe 1315 mit einer ersten Steigung in 13 nach links und eine zweite Rampe 1320 mit einer zweiten Steigung nach rechts. Um die Freilaufeinrichtung 1305 zu implementieren, ist die zweite Steigung der zweiten Rampe 1320 als Null gewählt. Bevorzugterweise ist die zweite Rampe 1320 durch einen Anschlag 1325 begrenzt. Wird die Vorkupplung 105 gegenüber der Hauptkupplung 120 so verdreht, dass der Wälzkörper 160 von der Neutralstellung 1310 aus nach rechts bewegt wird, so übt die Vorkupplung 105 keine axiale Betätigungskraft auf die Hauptkupplung 120 aus. Dadurch bleibt die Hauptkupplung 120 unbetätigt und die Übermittlung von Drehmoment vom Getriebe 140 zum Antriebsmotor 135 kann nicht durch die Hauptkupplung 120 erfolgen.
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14 zeigt einen Querschnitt durch eine Boosterkupplung 100 nach einer der vorangehenden Figuren mit einer Kugelbahn 1300 nach einer der 13A oder 13B. Die dargestellte Boosterkupplung 100 basiert auf der in 10 dargestellten Ausführungsform. Im Unterschied zu dieser ist eine Überholkupplung 1405 vorgesehen, um den zweiten Flansch 510 an der Ausgangswelle 215 nur in einer relativen Drehrichtung drehmomentschlüssig abzustützen. Bevorzugterweise erlaubt die Überholkupplung 1405 eine axiale Bewegung gegenüber der Ausgangswelle 215. Durch die Überholkupplung 1405 kann die Übertragung eines positiven Drehmoments vom Getriebe 140 zum Antriebsmotor 135 auch durch die Vorkupplung 105 unterbrochen werden. In Verbindung mit der Freilaufeinrichtung 1305 kann so ein Fluss von Drehmoment durch die Boosterkupplung 100 vom Getriebe 140 zum Antriebsmotor 135 praktisch vollständig unterbrochen werden.
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15 zeigt ein Detail der Boosterkupplung 100 von 14. Im oberen Bereich ist die Überholkupplung 1405 zu erkennen, die dazu eingerichtet ist, in die Ausgangswelle 215 einzugreifen, die zum Getriebe 140 führt. Bevorzugterweise umfasst die Überholkupplung 1405 eine Anzahl Klemmkörper 1505, die radial innen von einer Laufhülse 1510 aufgenommen und dazu eingerichtet sind, in einem radial inneren Bereich an der Eingangswelle 210 anzuliegen. Dabei sind die Klemmkörper 1505 so gestaltet, dass sie nach Art eines Wälzlagers zwischen der Ausgangswelle 215 und der Laufhülse 1510 abrollen oder schleifen, wenn diese sich in einer vorbestimmten Richtung relativ zueinander drehen. Erfolgt eine Drehung in umgekehrter Richtung, so spreizen sich die Klemmkörper 1505 zwischen die Ausgangswelle 215 und die Laufhülse 1510 und übertragen Kraft in radialer Richtung.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Boosterkupplung
- 105
- Vorkupplung
- 110
- erster Kupplungseingang
- 115
- erster Kupplungsausgang
- 120
- Hauptkupplung
- 125
- zweiter Kupplungseingang
- 130
- zweiter Kupplungsausgang
- 135
- Antriebsmotor
- 140
- Getriebe
- 145
- Umsetzungsmittel
- 150
- erster Rampenring
- 155
- zweiter Rampenring
- 160
- Wälzkörper
- 165
- Anpressplatte
- 170
- Übertragungsmittel
- 175
- erstes Übertragungselement
- 180
- zweites Übertragungselement
- 205
- Drehachse
- 210
- Eingangswelle
- 215
- Ausgangswelle
- 220
- Reibbelag
- 225
- Lamelle
- 230
- Torsionsdämpfer
- 235
- Kupplungsdeckel
- 240
- erstes Nadellager
- 245
- zweites Nadellager
- 250
- Widerlager
- 255
- Betätigungsmittel
- 260
- Lagerplatte
- 305
- Ausgleichselement
- 310
- Drehmomentfühler
- 505
- erster Flansch
- 510
- zweiter Flansch
- 605
- Planetengetriebe
- 610
- Ausgleichsmasse
- 615
- Hohlrad
- 620
- Sonnenrad
- 625
- Planetenrad
- 705
- Achse
- 1005
- Zweimassenschwungrad
- 1010
- Bogenfeder
- 1015
- Zahnkranz
- 1100
- Lagerung
- 1105
- erste Blattfeder
- 1110
- zweite Blattfeder
- 1205
- erstes Blechteil
- 1210
- zweites Blechteil
- 1215
- Bolzen
- 1300
- Kugelbahn
- 1305
- Freilaufeinrichtung
- 1310
- Neutralstellung
- 1315
- erste Rampe
- 1320
- zweite Rampe
- 1325
- Anschlagmittel
- 1405
- Überholkupplung
- 1505
- Klemmkörper
- 1510
- Laufhülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010048829 A1 [0004]
- DE 102011016718 A1 [0005]
- DE 102012201218 A1 [0006]
- DE 102010048827 A1 [0007]
