DE102014214297A1

DE102014214297A1 - Kupplungsanordnung

Info

Publication number: DE102014214297A1
Application number: DE102014214297.0A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Beigang
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: DE102014214297B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend: eine formschlüssige Kupplung 3, eine Rampenanordnung 4 und eine steuerbare Bremsvorrichtung 5, wobei die Rampenanordnung 4 ein axial abgestütztes Drehelement 15 mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Drehelement-Stützfläche 20 und ein axial bewegliches Verschiebeelement 17 mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Verschiebeelement-Stützfläche 21 aufweist, wobei eine relative Drehbewegung des Drehelements 15 zum Verschiebeelement 17 eine axiale Bewegung des Verschiebeelements 17 bewirkt, und wobei die steuerbare Bremsvorrichtung 5 ein Bremselement 36 aufweist, das mit dem Drehelement 15 verbunden und gegenüber einem ortsfesten Bauteil 29 abbremsbar ist, wobei ein Abbremsen des Bremselements 36 zu einer Verdrehung des Drehelements 15 relativ zum Verschiebeelement 17 führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Antriebsstranganordnung, die einen ersten Antriebsstrang zum permanenten Antreiben einer ersten Antriebsachse sowie einen zweiten Antriebsstrang zum optionalen Antreiben einer zweiten Antriebsachse aufweist. Derartige Antriebskonzepte mit bedarfsweise zuschaltbarer Antriebsachse werden auch als „Hang-on“, „On-demand“ oder „Disconnect“-Systeme bezeichnet.
Generell werden unterschiedliche Antriebskonzepte bei Kraftfahrzeugen unterschieden. So gibt es Kraftfahrzeuge mit Frontmotor, bei denen die Vorderachse permanent angetrieben wird und die Hinterachse bedarfsweise zuschaltbar ist. Weiter gibt es Kraftfahrzeuge mit Frontmotor, bei denen die Hinterachse permanent angetrieben ist und die Vorderachse bedarfsweise zuschaltbar ist. Schließlich sind Kraftfahrzeuge mit Heckmotor bekannt, bei denen die Hinterachse permanent angetrieben ist und die Vorderachse mittels einer Hang-on Kupplung bedarfsweise zugeschaltet wird.
Aus der DE 10 2008 037 886 A1 , entsprechend WO 2010/017882 A1 , ist eine Antriebsanordnung für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug bekannt. Die Antriebsanordnung umfasst einen permanent angetriebenen ersten Antriebsstrang und einen optional antreibbaren zweiten Antriebsstrang. Der optional antreibbare Antriebsstrang umfasst eine erste Kupplung, die im Leistungspfad vor der Längsantriebswelle angeordnet ist, und eine zweite Kupplung, die im Leistungspfad hinter der Längsantriebswelle angeordnet ist. Durch Öffnen der ersten und der zweiten Kupplung kann die Längsantriebswelle drehmomentfrei geschaltet werden.
Aus der DE 10 2007 040 204 A1 ist eine Kupplungsanordnung mit einer Reibungskupplung, einer Pilotkupplung und einer Axialverstellvorrichtung bekannt. Die Axialverstellvorrichtung umfasst eine Rampenanordnung mit einem Stützring, der axial abgestützt und drehbar gelagert ist, sowie eine Druckplatte, die bei relativer Verdrehung des Stützrings axial im Schließsinn der Reibungskupplung betätigt wird. Der Stützring wird durch Reibkontakt mit einem Anpressring verdreht, wobei der Anpressring von einer steuerbaren Magnetspule axial bewegbar ist.
Aus der US 2013/0199885 A1 , entsprechend WO 2011/098595 A1 , ist eine Kopplungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Kopplungsanordnung umfasst eine Kupplung, die an einer rotierenden Welle angeordnet ist, um die rotierende Welle wahlweise mit einem Antriebselement des Antriebsstrangs zu koppeln, und eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Kupplung. Die Betätigungseinrichtung weist ein Eingriffselement auf, das in einen Gewindeabschnitt der Welle eingreifen kann, so dass sich das Eingriffselement beim Rotieren des Gewindeabschnitts axial bewegt, um die Kupplung zu schließen.
Aus der US 4 950 214 A ist eine Kupplungsanordnung mit Axialverstellvorrichtung in Form einer Kugelrampenanordnung bekannt. Die Kugelrampenanordnung weist Kugelrillen mit einer radialen Erstreckungskomponente über dem Umfang auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsanordnung vorzuschlagen, die ein sicheres Schalten einer optional antreibbaren Antriebswelle ermöglicht, die einen geringen Energiebedarf zum Betätigen und zum Halten einer Schaltstellung hat und die einfach aufgebaut und damit kostengünstig herstellbar ist. Die Aufgabe besteht ferner darin, eine Abtriebseinheit mit einer solchen Kupplungsanordnung für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, die schnell und einfach betätigbar ist.
Eine Lösung besteht in einer Kupplungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend: eine Kupplung, eine Rampenanordnung zum Betätigen der Kupplung und eine steuerbare Bremsvorrichtung zum Betätigen der Rampenanordnung; wobei die Kupplung ein erstes Kupplungsteil und ein zweites Kupplungsteil aufweist, die koaxial zu einer Drehachse angeordnet und zur Übertragung von Drehmoment miteinander formschlüssig koppelbar sind; wobei die Rampenanordnung ein axial abgestütztes Drehelement mit zumindest einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Drehelement-Stützfläche und ein axial bewegliches Verschiebeelement mit zumindest einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Verschiebeelement-Stützfläche aufweist, wobei die Drehelement-Stützfläche und die Verschiebeelement-Stützfläche zumindest mittelbar aneinander axial abgestützt und derart gestaltet sind, dass eine Drehbewegung des Drehelements relativ zum Verschiebeelement eine axiale Bewegung des Verschiebeelements relativ zum Drehelement bewirkt; und wobei die steuerbare Bremsvorrichtung ein Bremselement aufweist, um das Drehelement gegenüber einem ortsfesten Bauteil abzubremsen, wobei ein Abbremsen des Bremselements zu einer Verdrehung des Drehelements relativ zum Verschiebeelement führt, so dass das Verschiebeelement zum Entkoppeln des ersten und des zweiten Teils der formschlüssigen Kupplung axial verschoben wird.
Ein Vorteil der Kupplungsanordnung besteht darin, dass diese aufgrund der verwendeten Bremseinrichtung nur einen geringen Energiebedarf zum Betätigen und Halten des Verschiebeelements benötigt. Außerdem ist die Kupplungsanordnung einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar. Die Kupplungsanordnung eignet sich zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Zuschalten einer optional antreibbaren sekundären Antriebsachse. In einer ersten Position des Verschiebelements ist die Kupplung geschlossen, so dass Drehmoment übertragbar ist. In einer zweiten Position des Verschiebeelements ist die Kupplung geöffnet, so dass eine Drehmomentübertragung unterbrochen ist.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Verschiebeelement beim Abbremsen des Drehelements in eine erste axiale Richtung bewegt, wobei Federmittel vorgesehen sind, welche das Verschiebeelement in eine zur ersten axialen Richtung entgegengesetzten zweiten axialen Richtung beaufschlagen. Mit anderen Worten ist die Federkraft der Federmittel gegen die von der Bremseinrichtung erzeugte Betätigungskraft gerichtet. Die Federmittel sind vorzugsweise derart gestaltet, dass die Federkennlinie der Federmittel einen degressiven Kennlinienabschnitt aufweist.
Hiermit ist insbesondere vorgesehen, dass die von den Federmitteln erzeugte Federkraft bei zunehmender Kompression der Federmittel bis zu einem Maximalwert zunimmt und, bei weiterer Kompression wieder abnimmt. Insofern ist die Federkraft in der maximal komprimierten Position geringer als in einer teilweise entspannten Position.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Rampenanordnung zumindest eine an dem Drehelement ausgebildete Drehelement-Stützfläche und zumindest eine an dem Verschiebeelement ausgebildete Verschiebeelement-Stützfläche auf, wobei die Drehelement-Stützfläche und die Verschiebeelement-Stützfläche wenigstens mittelbar aneinander axial abgestützt sind, und wobei wenigstens eine von der zumindest einen Drehelement-Stützfläche und der zumindest einen Verschiebeelement-Stützfläche sich in Umfangsrichtung erstreckt und eine axiale Steigungskomponente hat. Durch die axiale Steigung wird bei relativer Drehung des Drehelements zum Verschiebelement eine relative axiale Bewegung der genannten Elemente zueinander erzeugt.
Mit zumindest mittelbarer Abstützung soll insbesondere mit umfasst sein, dass die Drehelement-Stützfläche und die Verschiebelement-Stützfläche direkt aneinander abgestützt sein können, oder indirekt über ein oder mehrere weitere Zwischenelemente. Als Zwischenelemente können Wälzkörper wie Kugeln oder Zylinderrollen verwendet werden. Mit axialer Steigung ist gemeint, dass die Stützfläche mit einer Radialfläche, die senkrecht zur Drehachse steht, einen Steigungswinkel ungleich Null einschließt. Das Drehelement und das Verschiebeelement können jeweils ein oder mehrere Stützflächen aufweisen, deren Anzahl gleich oder unterschiedlich sein kann. Wenn vorliegend von „einer“ oder „der“ Stützfläche die Rede ist, soll dies im Sinne von zumindest ein zu verstehen sein.
Die Stützflächen mit axialer Steigung haben vorzugsweise eine variable axiale Steigung entlang der jeweiligen Stützfläche. Dies kann für die Stützflächen des Verschiebeelements und/oder die Stützflächen des Drehelements gelten. Insbesondere ist vorgesehen, dass die axiale Steigungskomponente in einem ersten Abschnitt, welcher einer ersten axialen Position des Verschiebeelements entspricht, in der das Verschiebeelement vom Drehelement axial weiter auseinander angeordnet ist, größer ist, als in einem zweiten Abschnitt, welcher einer zweiten axialen Position des Verschiebeelements entspricht, in der das Verschiebeelement an das Drehelement axial weiter ineinander positioniert ist. Durch die flachere Steigung im zweiten Abschnitt ist das durch die zwischen Verschiebelement und Drehelement in diesem Abschnitt wirksamen Axialkräfte erzeugte Drehmoment auf das Drehelement reduziert.
Nach einer möglichen Ausgestaltung kann wenigstens eine von der zumindest einen Drehelement-Stützfläche und der zumindest einen Verschiebeelement-Stützfläche durch eine Rille gebildet sein, in der ein Zwischenelement geführt ist. Alternativ hierzu kann wenigstens eine der Drehelement- und Verschiebeelement-Stützflächen auch durch einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Steg gebildet sein, welcher eine seitliche Anlagefläche für die Zwischenelemente bildet. Es sind selbstverständlich auch Kombinationen der genannten Ausgestaltungen denkbar, das heißt eines von dem Drehelement und dem Verschiebeelement kann zumindest eine Rille aufweisen, während das andere Element zumindest einen sich in Umfangsichtung erstreckenden Steg aufweist. Als Zwischenelement sind beliebige Elemente denkbar, um eine Axialkraft von dem Drehelement auf das Verschiebeelement zu übertragen, wie beispielsweise Kugeln, Zylinderrollen oder Gleitsteine. Vorzugsweise sind an zumindest einem der Elemente mehrere rampenförmige Stützflächen über den Umfang verteilt vorgesehen, an denen jeweils ein Zwischenelement axial abgestützt und geführt ist. Bei Verwendung mehrerer Zwischenelemente ist es günstig, wenn diese in einem Käfig auf definierte Umfangsabstände relativ zueinander gehalten sind.
Nach einer ersten Möglichkeit hat nur eines der Elemente, Verschiebelement oder Drehelement, eine Stützfläche mit axialer Steigungskomponente, während das andere der Elemente eine Stützfläche mit Steigung Null hat. Die Zuordnung, welches der Elemente eine Steigung gleich Null und welches der Elemente eine Steigung ungleich Null hat, ist dabei beliebig wählbar. Nach einer alternativen Möglichkeit können auch beide der Elemente, Verschiebeelement und Drehelement, jeweils ein oder mehrere Stützflächen mit axialer Steigungskomponente ungleich Null aufweisen. Die Stützflächen des Drehelements und des Verschiebeelements können gemäß der obigen Beschreibung beispielsweise durch Kugelrillen oder durch sich in Umfangsrichtung erstreckende Stege gebildet werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest eines von dem Drehelement und dem Verschiebeelement hülsenförmig gestaltet ist. Insbesondere kann das Drehelement hülsenförmig gestaltet sein und eine innere Umfangsfläche aufweisen, in der über dem Umfang verteilt ein oder mehrere Drehelement-Stützflächen ausgebildet sind, gegen die sich das Verschiebelement mit entsprechenden Stützflächen zumindest mittelbar axial abstützen kann. Alternativ oder in Ergänzung kann auch das Verschiebeelement hülsenförmig gestaltet sein und in einer äußeren Umfangsfläche ein oder mehrere Stützflächen aufweisen. Vorzugsweise ist bei der hülsenförmigen Ausgestaltung der Elemente das Verschiebelement radial innerhalb des Drehelements angeordnet, wobei prinzipiell auch eine umgekehrte Anordnung denkbar ist.
Nach einer ersten konkreten Ausführungsform hat das Drehelement mehrere über den Umfang verteilte Stützflächen, die sich in Umfangsrichtung erstrecken und jeweils eine axiale Steigung größer Null aufweisen, während das Verschiebeelement ein oder mehrere Stützflächen mit einer axialen Steigung gleich Null aufweist, das heißt keine axiale Steigung hat. Das Verschiebeelement kann je Zwischenelement eine Ausnehmungen aufweisen, in der das jeweilige Zwischenelement angeordnet und axial abgestützt ist. Die Ausnehmungen können als radiale Durchbrüche gestaltet sein, wobei das zugehörige Zwischenelement gegen eine Seitenfläche des Durchbruchs axial abgestützt ist und in dem Durchbruch radial beweglich einsitzt. Insbesondere können die Stützflächen des Drehelements jeweils einen Endabschnitt mit einer radialen Steigung aufweisen, welcher derart gestaltet ist, dass das zugehörige Zwischenelement bei Drehung des Drehelements relativ zum Verschiebeelement von der radialen Steigung nach radial innen beaufschlagt wird. Die Zwischenelemente können eine größere radiale Erstreckung haben als die Wanddicke des Verschiebelements, so dass die Zwischenelemente radial innen und außen gegenüber den Umfangsflächen des Verschiebelements vorstehen. An dem koaxial innen liegenden Kupplungsteil ist eine radiale Vertiefung vorgesehen, in welche das nach radial innen beaufschlagte Zwischenelement eingreifen kann, wenn es die radiale Steigung des Drehelements durchläuft. Wenn die Zwischenelemente in der jeweiligen Vertiefung der Antriebswelle angeordnet sind, wird durch den Formschluss eine axiale Rückhaltekraft erzeugt, so dass die Bremskräfte entsprechend vermindert werden können, ohne dass die Verschiebehülse aufgrund der Rückstellkräfte der Federmittel wieder in ihre Ausgangslage bewegt wird. („Sliding Ball“)
Nach einer zweiten konkreten Ausgestaltung ist die zumindest eine Stützfläche des Verschiebelements in einer äußeren Umfangsfläche des Verschiebelements gebildet, das heißt, das Verschiebelement hat keinen radialen Durchbruch zur Aufnahme der Zwischenelemente, sondern die Zwischenelemente sind radial mit der Umfangsfläche des Verschiebelements in Anlage. Sowohl die Stützfläche des Drehelements als auch die Stützfläche des Verschiebelements haben Erstreckungskomponenten in Umfangsrichtung, so dass die Zwischenelemente bei relativer Drehbewegung des Drehelements zum Verschiebeelement in Umfangsrichtung geführt werden. Soweit vorliegend von Umfangserstreckung oder Umfangsrichtung die Rede ist, soll dies insbesondere auch eine Umfangserstreckung mit axialer Steigungskomponente bzw. eine rampenförmige Umfangserstreckung mit einschließen. Wie oben bereits erläutert können die Stützflächen als sich in Umfangsrichtung erstreckende Stege oder als Rillen gestaltet sein. Dabei sind alle Paarungsmöglichkeiten zwischen Drehelement und Verschiebelement denkbar, das heißt, Steg/Steg, Steg/Rille oder Rille/Rille. Ebenso sind alle Steigungsmöglichkeiten denkbar, das heißt ein Element mit axialer Steigung gleich Null, das andere mit axialer Steigung ungleich Null oder beide Elemente mit axialer Steigung ungleich Null.
In jedem Fall ist die Ausgestaltung für alle der oben genannten Möglichkeiten derart, dass ein relatives Verdrehen des Drehelements gegenüber dem Verschiebelement zu einer axialen Verschiebung des Verschiebeelements gegenüber dem Drehelement führt. Insofern kann die Rampenanordnung auch als Rotations-Translations-Wandler bezeichnet werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung, die für jede der oben genannten Ausführungen gilt, ist das Drehelement mittels eines Lagers relativ zur Antriebswelle drehbar gelagert und axial fixiert ist, wobei das Lager insbesondere in Form eines Kugellagers gestaltet ist. Besonders günstig ist es, wenn ein Lagerring des Kugellagers einstückig mit dem Drehelement gestaltet ist. Auf diese Weise wird die Anzahl der Teile gering gehalten. Vorzugsweise ist der Lageraußenring des Kugellagers an das Drehelement angeformt beziehungsweise in einer Innenfläche des Drehelements ausgebildet. Der Lagerinnenring des Kugellagers ist vorzugsweise mit der Antriebswelle durch eine geeignete Verbindung fest verbunden.
Die steuerbare Bremseinrichtung kann beispielsweise eine Bandbremse, Konusbremse, Lamellenbremse oder Fluidbremse (beispielsweise magnetorheologisch) aufweisen. Es ist vorgesehen, dass ein erstes Bremsenbauteil mit einem ortsfesten Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse fest verbunden ist, während ein zweites Bremsenbauteil mit dem Verschiebeteil in Wirkverbindung bringbar ist, um dieses gegenüber dem ortsfesten Bauteil abzubremsen. Besonders günstig ist die Verwendung einer Bandbremse mit Differentialhebelmechanismus zur Betätigung der Bremse. Mit einem Differentialhebelmechanismus lassen sich mit niedrigen Betätigungskräften große Bremskräfte erzeugen. Die Aktuierung der Bremseinrichtung kann beispielsweise mittels eines steuerbaren Elektromagneten oder eines steuerbaren Elektromotors erfolgen.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Verschiebeelement von den Federmitteln in Richtung der ersten Position beaufschlagt, in der das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil zur Drehmomentübertragung miteinander in Eingriff sind; beim Abbremsen des Drehelements gegenüber dem ortsfesten Bauteil wird das Verschiebeelement von der Rampenanordnung, die auch als Rotations-Translations-Wandler bezeichnet werden kann, in Richtung der zweiten Position beaufschlagt, in der das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil außer Eingriff sind.
Die Kupplung ist als formschlüssige Kupplung gestaltet, das heißt die Drehmomentübertragung erfolgt durch formschlüssiges Ineinandergreifen von zwei oder mehreren Kupplungsteilen. Nach einer ersten Möglichkeit können das erste und das zweite Kupplungsteil jeweils gegengleiche Eingriffsmittel aufweisen, welche unmittelbar miteinander in Eingriff gebracht werden können. Hierfür kann die Kupplung konkret als Zahn- oder Klauenkupplung ausgestaltet sein. Bei dieser Ausführungsform kann das Verschiebelement mit einem der beiden Kupplungsteile fest verbunden sein. Nach einer zweiten Möglichkeit kann ein Koppelelement vorgesehen sein, das mit einem der beiden Kupplungsteile drehfest und axial verschiebbar verbunden ist und mit dem anderen Kupplungsteil durch axiales Verschieben in Eingriff bringbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Verschiebeelement vorzugsweise mit dem Koppelelement fest verbunden, insbesondere einteilig mit diesem gestaltet. Eine Kombination der genannten Möglichkeiten ist ebenso denkbar. Das erste Kupplungsteil kann in Form einer Antriebswelle gestaltet oder mit einer solchen verbunden sein, die als Eingangs- oder Ausgangswelle fungieren kann. Das zweite Kupplungsteil kann ebenfalls in Form einer Antriebswelle gestaltet oder mit einer solchen verbunden sein.
Nach einer möglichen Ausgestaltung kann wenigstens eine von der zumindest einen Drehelement-Stützfläche und der zumindest einen Verschiebeelement-Stützfläche einen Teilabschnitt mit einer radialen Steigung aufweisen, wobei dieser Teilabschnitt eine radiale Kraftkomponente zwischen der Drehelement-Stützfläche und der Verschiebeelement-Stützfläche erzeugt.
Die Lösung besteht weiterhin in einer Abtriebsanordnung mit einer Eingangswelle, einem Tellerrad, einem mit dem Tellerrad kämmenden Ritzel und einer Ausgangswelle, sowie mit einer Kupplungsanordnung, die nach zumindest einer der oben genannten Ausführungsformen gestaltet ist, wobei die Kupplungsanordnung im Leistungspfad zwischen der Eingangswelle und dem Tellerrad angeordnet ist. Hiermit ergeben sich die oben genannten Vorteile einer schnellen Schaltung der Kupplung bei niedrigen Betätigungs- und Haltekräften.
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:
1 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer ersten Ausführungsform in Schließstellung

A) im Querschnitt;
B) im Längsschnitt;

2 die Kupplungsanordnung aus 1 in Offenstellung

A) im Querschnitt;
B) im Längsschnitt;

3 das Verschiebeelement der Kupplungsanordnung gemäß den 1 und 2 in perspektivischer Darstellung;
4 das Drehelement der Kupplungsanordnung gemäß den 1 und 2 in perspektivischer Darstellung;
5 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform in Schließstellung

A) im Querschnitt;
B) im Längsschnitt;

6 die Kupplungsanordnung aus 5 in Offenstellung

A) im Querschnitt;
B) im Längsschnitt;

7 das Verschiebeelement der Kupplungsanordnung gemäß den 5 und 6 in perspektivischer Darstellung;
8 das Drehelement der Kupplungsanordnung gemäß den 5 und 6 in perspektivischer Darstellung;
9 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer dritten Ausführungsform in Schließstellung

A) im Querschnitt;
B) im Längsschnitt;

10 die Kupplungsanordnung aus 9 in Offenstellung

A) im Querschnitt;
B) im Längsschnitt;

11 das Verschiebeelement der Kupplungsanordnung gemäß den 9 und 10 in perspektivischer Darstellung;
12 das Drehelement der Kupplungsanordnung gemäß den 9 und 10 in perspektivischer Darstellung;
13 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer vierten Ausführungsform

A) in perspektivischer Darstellung mit Antriebswelle;
B) in Axialansicht;
C) im Längsschnitt in Schließstellung;
D) im Längsschnitt in Offenstellung;

14 das Verschiebeelement der Kupplungsanordnung gemäß 13

A) in perspektivischer Darstellung;
B) in Seitenansicht;

15 das Drehelement der Kupplungsanordnung gemäß 13

A) in perspektivischer Darstellung;
B) in Seitenansicht;

16 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer abgewandelten Ausführungsform im Halblängsschnitt;
17 eine Teileinheit der Kupplungsanordnung aus 16 mit einem Kupplungsteil und Verschiebeelement in perspektivischer Darstellung, teilweise geschnitten;
18 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer weiteren Ausführungsform in Schließstellung

A) im Längsschnitt;
B) in perspektivischer Ansicht;

19 die Kupplungsanordnung gemäß 18 in Offenstellung

A) im Längsschnitt;
B) in perspektivischer Ansicht;

20 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer abgewandelten Ausführungsform im Halblängsschnitt;
21 das Verschiebeelement der Kupplungsanordnung gemäß 20 in perspektivischer Darstellung;
22 das Drehelement der Kupplungsanordnung gemäß 20 in perspektivischer Darstellung;
23 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung in einer weiteren Ausführungsform im Halblängsschnitt.
Die 1 bis 4 werden nachstehend gemeinsam beschrieben. Es ist eine Kupplungsanordnung 2 gezeigt mit einer formschlüssigen Kupplung 3, einer Rampenanordnung 4 zum Betätigen der Kupplung 3 und einer Bremsvorrichtung 5 zum Betätigen der Rampenanordnung 4. Die Kupplung 3 umfasst ein erstes Kupplungsteil 6, ein zweites Kupplungsteil 7, welche zueinander um eine Drehachse A drehbar angeordnet sind, sowie ein axial verschiebbares Koppelelement 8. Das Koppelelement 8 ist hülsenförmig gestaltet und hat an einer inneren Umfangsfläche ein Eingriffsprofil 9, das in der Schließstellung der Kupplung 3 in ein gegengleiches äußeres Eingriffsprofil 10 des ersten Kupplungsteils 6 und ein zweites äußeres Eingriffsprofil 11 des zweiten Kupplungsteils 7 zur Drehmomentübertragung eingreift. Das Eingriffsprofil 9 des Koppelelements 8 ist in Form einer Nabenverzahnung gestaltet. Entsprechend ist das Eingriffsprofil 10 des ersten Kupplungsteils 6 und das zweite Eingriffsprofil 11 des zweiten Kupplungsteils 7 in Form von Wellenverzahnungen gestaltet. 1A) zeigt das Koppelelement 8 in einer Schließstellung, in der das Koppelelement 8 mit axialer Überdeckung zum ersten Kupplungsteil 6 angeordnet ist, so dass die Eingriffsprofile des Koppelelements 8 und der Kupplungsteile 6, 7 zur Drehmomentübertragung ineinandergreifen. In 2B) ist das Koppelelement 8 in die zweite Richtung R2 bewegt und befindet sich in Offenstellung, in der der Verzahnungseingriff zwischen dem Koppelelement 8 und dem ersten Kupplungsteil 6 unterbrochen ist. In dieser Stellung ist das Koppelelement 8 gegenüber dem ersten Kupplungsteil 6 axial verschoben, so dass die Kupplungsteile 6, 7 relativ zueinander drehen können, das heißt, die Drehmomentübertragung unterbrochen ist.
Das erste Kupplungsteil 6 ist einteilig mit einer Antriebswelle 12 gestaltet, die zur Drehmomenteinleitung eine Wellenverzahnung 13 aufweist. Das zweite Kupplungsteil 7 ist hülsenförmig gestaltet und hat eine innere Wellenverzahnung 14, in die ein Anschlussbauteil zur Drehmomentübertragung in Eingriff bringbar ist. Es versteht sich jedoch, dass das erste Kupplungsteil 6 und das zweite Kupplungsteil 7 entsprechend den technischen Gegebenheiten der Anschlussbauteile auch anders gestaltet sein können und insbesondere andere Anschlussmittel zur Drehmomentübertragung aufweisen können.
Die Rampenanordnung 4 umfasst ein axial ortsfest gehaltenes Drehelement 15 mit mehreren über den Umfang verteilten rampenförmigen Drehelement-Stützflächen 20 sowie ein axial verschiebbares Verschiebeelement 17 mit mehreren Verschiebeelement-Stützflächen 21. Die Verschiebeelement-Stützflächen 21 sind durch radiale Durchbrüche 18 gebildet. In jedem der Durchbrüche 18 sitzt eine Kugel 19 mit Spiel ein und ist gegen eine zugehörige Stützfläche 20 des Drehelements 15 axial abgestützt. Es ist insbesondere in 4 erkennbar, dass die Stützflächen 20 des Drehelementes 15 sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken und eine axiale Steigungskomponente aufweisen. Durch die axiale Steigung wandern die Kugeln 19 beim Verdrehen des Drehelements 15 relativ zum Verschiebelement in die zweite Richtung R2. Dadurch, dass die Kugeln 19 gegen die in den Durchbrüchen 18 gebildeten Stützflächen 21 axial abgestützt sind, wird das Verschiebeelement 17 gemeinsam mit dem Kugeln 18 in die zweite Richtung R2, das heißt in Richtung Offenstellung bewegt.
Es ist insbesondere in den 1B) und 2B) erkennbar, dass das Drehelement 15 mittels eines Lagers 22 gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 7 drehbar gelagert und axial abgestützt ist. Dabei bildet eine in dem Drehelement 15 angeformte Kugelrille 23 einen Lageraußenring des Kugellagers 22, während der Lagerinnenring 24 gegen eine Schulter des zweiten Kupplungsteils 7 axial abgestützt ist.
Das Drehelement 15 hat eine zylindrische Innenfläche 25, in der die Stützflächen 20 eingearbeitet sind. Das Verschiebeelement 17 hat eine zylindrische Außenfläche 26, welche gegenüber der Innenfläche 25 des Drehelements 15 Radialspiel aufweist. Das Verschiebeelement 17 ist koaxial zum Drehelement 15 beziehungsweise zur Drehachse A angeordnet und axial verschiebbar geführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind das Koppelelement 8 und das Verschiebeelement 17 einteilig gestaltet. Das Verschiebe- bzw. Koppelelement wird von Federmitteln 27 in die erste Richtung R1 beaufschlagt, welche der Schließstellung der Kupplung 3 entspricht. Die Federmittel 27 sind in Form einer Wellfeder gebildet, die koaxial zur Drehachse A angeordnet ist. Ein erstes Ende der Wellfeder 27 ist über einen Sicherungsring 28 gegenüber einem ortsfesten Gehäuse 29 axial abgestützt. Ein zweites Ende der Schraubenfeder 27 ist über ein Ringelement 30 an einem Stützabschnitt 32 des Koppelelements 8 axial abgestützt ist. Ein zweiter Sicherungsring 33 definiert einen Axialanschlag für die Schließposition.
Die Stützflächen 20 des Drehelements haben jeweils Endabschnitte, welche mit der Offenstellung der Kupplung 3 bzw. mit der Schiebestellung des Verschiebelements 17 in zweiter Richtung R2 korrespondieren, mit einer Steigungskomponente nach radial innen. Entsprechend hat das zweite Kupplungsteil 7 in der entsprechenden axialen Überdeckung 16 jeweils radiale Vertiefungen 35, in welche die Kugeln 19 in diese Endposition hineinlaufen. Durch die Kugeln 19, die in der jeweiligen Vertiefung 35 des Kupplungsteils 7 angeordnet sind, wird durch den Formschluss eine axiale Rückhaltekraft erzeugt, so dass die Betätigungskräfte an dem Drehelement 15 vermindert werden können, ohne dass das Verschiebe- bzw. Koppelelement aufgrund der Rückstellkräfte der Federmittel 27 wieder in ihre Ausgangslage (Schließstellung) bewegt wird.
Die Bremsvorrichtung 5, welche in den 1 und 2 nur schematisch dargestellt ist, weist ein Bremselement 36 auf, das mit dem Drehelement 15 zusammenwirkt, um dieses gegenüber einem ortsfesten Bauteil 29 abzubremsen. Das ortsfeste Bauteil 29 kann beispielsweise ein Gehäuse der Kupplungsanordnung 2 sein oder ein mit dem Gehäuse verbundenes Zwischenelement. Das Abbremsen des Drehelements 15 mittels des Bremselements 36 erfolgt insbesondere durch Reibschluss. Ein Abbremsen des Drehelements 15 bewirkt eine Relativverdrehung gegenüber dem schneller drehenden Verschiebeelement 17, so dass die Kugeln 19 entlang der Drehelement-Stützflächen 20 laufen und das Verschiebeelement 17 in Richtung zum zweiten Kupplungsteil 7 axial verschoben wird. Die Bremsvorrichtung 5 kann beispielsweise in Form einer Bandbremse gestaltet sein, insbesondere wie in 13 gezeigt, wobei andere Ausführungsformen, wie eine Konusbremse, Lamellenbremse oder Fluidbremse ebenso denkbar sind. Die Bremsvorrichtung ist mittels einer elektronischen Regeleinheit (ECU) ansteuerbar, wobei die Betätigung des Bremselements 36 beispielsweise elektromagnetisch, elektromotorisch oder elektrisch (insbesondere bei Verwendung einer Fluidbremse) erfolgen kann.
Die 5 bis 8, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2 in einer zweiten Ausführungsform. Diese entspricht in weiten Teilen der Ausführungsform gemäß den 1 bis 4, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 1 bis 4. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insbesondere auf die Unterschiede der vorliegenden Ausführungsform eingegangen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß den 5 bis 8 hat das Verschiebeelement 17 an seiner Außenfläche 26 eine umlaufend geschlossene Kugelrille 37, in welcher die Kugeln 19 geführt sind. Dabei bildet die Kugelrille 37 eine seitliche Verschiebeelement-Stützfläche 21, gegen die die Kugeln 19 axial abgestützt sind. Das Drehelement 15 hat demgegenüber mehrere Drehelement-Stützflächen 20, die sich mit axialer Steigung in der Innenfläche des Drehelements 15 in Umfangsrichtung erstrecken. Durch relatives Verdrehen des Drehelements 15 wandern die Kugeln 19 entlang der rampenförmigen Drehelementstützflächen 20, wobei sich die Kugeln aufgrund der axialen Steigungskomponente auch in axialer Richtung bewegen. Hierdurch wird das Verschiebeelement 17 ebenfalls axial bewegt, in dessen Rille 37 die Kugeln 19 eingreifen. Es ist auch bei der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen, dass die Stützfläche 20 des Drehelements 15 eine variable Steigung entlang der Umfangserstreckung aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine axiale Steigungskomponente in einem ersten Endabschnitt, welcher der Schließstellung der Kupplung 3 entspricht, größer ist als in eine zweiten Endabschnitt, welcher der Offenstellung des Verschiebeelements 17 entspricht. Durch die flachere Steigung im Bereich der Offenstellung ist auch das zwischen dem Verschiebeelement 17 und dem Drehelement 15 in diesem Abschnitt wirksame Rückstellmoment gering, was in vorteilhafter Weise zu reduzierten Haltekräften der Bremsvorrichtung 5 führt.
Die 9 bis 12, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2 in einer dritten Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend der zweiten Ausführungsform gemäß den 5 bis 8, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 5 bis 8.
Der einzige Unterschied der vorliegenden Ausführungsform gemäß den 9 bis 12 liegt in der Ausgestaltung der Rampenanordnung. Wie insbesondere in den 11 und 12 erkennbar, hat das Verschiebeelement 17 in seiner Außenfläche 26 mehrere umfangsverteilte Kugelrillen 37, in denen jeweils eine zugehörige Kugel 19 geführt ist. Die Kugelrillen 37 erstrecken sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung und haben eine axiale Steigungskomponente. Das Drehelement 15 hat eine ringförmige bzw. umlaufend geschlossene Stützfläche 20, gegen welche die Kugeln 19 axial abgestützt sind. Die Funktionsweise der Rampenanordnung 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform entspricht den oben beschriebenen Ausführungsformen. Durch ein Abbremsen des Drehelements 15 gegenüber dem schneller rotierenden Verschiebeelement 17 mittels der Bremse 5 rollen die Kugeln 19 entlang der Kugelrillen 37, so dass das Verschiebeelement 17 in Richtung R2 zum zweiten Kupplungsteil 7 axial verschoben wird. Dabei wälzen die Kugeln 19 gegenüber dem Drehelement 15 und dem Verschiebeelement 17 ab. Hierfür ist vorgesehen, dass die Kugeln 19 mit geringem Übermaß zwischen dem Verschiebeelement 17 und dem Drehelement 15 einsitzen. Im Übrigen entspricht die vorliegende Ausführungsform 9 bis 12 hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise der Ausführungsform gemäß den 5 bis 8, auf deren Beschreibung hier Bezug genommen wird.
Die 13 bis 15, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2 in einer vierten Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend den Ausführungsformen gemäß den 5 bis 12, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 5 bis 12.
Eine Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform ist, dass die Federmittel 27 mehrere über den Umfang verteilte einzelne Federn umfassen, die zwischen dem Verschiebeelement 17 und dem zweiten Kupplungsteil 7 wirksam angeordnet sind. Das zweite Kupplungsteil 7 hat an seiner Außenfläche eine Vielzahl von über den Umfang verteilten Ausnehmungen 38, in denen jeweils eine Feder einsitzt. Die Ausnehmungen 38, welche auch als Taschen bezeichnet werden können, haben eine an die Form der Federn angepasste Querschnittsform. Die Federn sind als Schraubenfedern gestaltet, wobei ein erstes Ende der Schraubenfedern gegen das zweite Kupplungsteil 7 axial abgestützt ist und das zweite Ende der Schraubenfedern gegen das Verschiebeelement 17 axial abgestützt ist. Zur axialen Abstützung gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 7 ist ein Axialsicherungsring 39 vorgesehen, welcher in einer entsprechenden Ringnut des zweiten Kupplungsteils einsitzt. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Arten der Abstützung denkbar wären, beispielsweise eine Schulter. Die Federn 37 sind so gestaltet, dass sie gegenüber einer Umfangsfläche des zweiten Kupplungsteils 7 radial vorstehen, so dass sie in eine entsprechende innere Ausnehmung 41 des Verschiebeelements 17 eingreifen können. Ein Vorteil der Ausführungsform mit zwischen dem Kupplungsteil 7 und dem Verschiebeelement 17 wirksamen Federmitteln 27 ist im kompakten Aufbau zu sehen. Eine separate Abstützung der Federmittel gegenüber einem ortsfesten Bauteil ist bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich.
Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht in der Ausgestaltung der Bremsvorrichtung 5. Diese umfasst als Bremselement 36 ein Bremsband, dessen Enden in entsprechenden Aufnahmen 42, 43 eines Differentialhebels 44 aufgenommen sind. Der Differentialhebel 44 ist über ein Schwenkelement 45 um eine Schwenkachse A45 schwenkbar gelagert. Dabei ist ein erster Abstand a1 zwischen der Schwenkachse A45 und der ersten Aufnahme 42 kleiner als ein zweiter Abstand a2 zwischen der Schwenkachse A45 und der zweiten Aufnahme 43. Durch diese Asymmetrie bzw. ungleichen Hebelarme wird erreicht, dass eine in den Differentialhebel 44 eingeleitete Betätigungskraft verstärkt wird, so dass die hieraus resultierende Zugkraft des Bremsbandes 36 deutlich größer ist als die eingeleitete Betätigungskraft. Zum Einleiten der Betätigungskraft ist eine Druckstange 46 vorgesehen, die von einem entsprechenden Aktuator (nicht dargestellt) angesteuert wird. Als Aktuator kann beispielsweise ein bistabiler Elektromagnet verwendet werden, wobei andere Aktuatoren, wie ein elektromechanischer Aktuator, ebenso denkbar sind.
Die in der vorliegenden Ausführungsform gezeigte Bremsvorrichtung 5 stellt nur eine mögliche Ausführungsform dar. Es versteht sich, dass selbstverständlich andere Bremsmittel vorgesehen sein können, beispielsweise eine Konusbremse, Backenbremse oder Fluidbremse. Weiter versteht es sich, dass die hier gezeigte Bremsvorrichtung 5 auch in jeder der vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsformen gemäß den übrigen Figuren einsetzbar ist, in denen die Bremsvorrichtung nur schematisch gezeigt ist.
Eine weitere Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass sowohl die Stützflächen 20 des Drehelements 15 als auch die Stützflächen 21 des Verschiebeelements 17 jeweils eine axiale Steigung ungleich Null aufweisen. Jeweils eine Drehelement-Stützfläche 20 und eine Verschiebeelement-Stützfläche 21 bilden ein Stützflächenpaar, zwischen denen jeweils eine Kugel 19 aufgenommen und axial abgestützt ist. Das Drehelement 15 hat mehrere über den Umfang verteilte Stützflächen 20, die durch Rillen 40 in der Innenumfangsfläche 25 gebildet sind. Die gegengleichen Stützflächen 21 des Verschiebeelements 17 sind durch Rillen 37 in der Außenumfangsfläche des Verschiebeelements 17 gebildet.
Die Drehelement-Stützflächen 20 und die Verschiebeelement-Stützflächen 21 haben jeweils eine variable Steigung über dem Umfang. Es ist insbesondere in den 14B und 15B erkennbar, dass die ersten Steigungsabschnitte 31, welche der Schließstellung der Kupplung 3 entsprechen, eine größere axiale Steigungskomponente aufweisen als die zweiten Steigungsabschnitte 32, die der Offenstellung der Kupplung 3 entsprechen. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass die von der Bremsvorrichtung 5 aufzubringenden Haltekräfte in der Offenstellung reduziert werden können. Die von dem Aktuator aufzubringende Kraft ist damit ebenfalls vermindert.
Im Übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß den 13 bis 15 hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise zumindest im Wesentlichen den Ausführungsformen gemäß den 5 bis 12, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird.
Die 16 und 17, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2 in einer abgewandelten weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend den Ausführungsformen gemäß den 13 bis 15, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 13 bis 15.
Ein Unterschied der vorliegenden Ausführungsform gemäß den 16 und 17 besteht in der Ausgestaltung der Rampenanordnung 4. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Verschiebeelement 17 hinterschnittfrei gestaltet. Hierfür hat das Verschiebeelement 17 mehrere über den Umfang verteilte rampenförmige Stege, welche die Stützflächen 21 für die Kugeln 19 bilden. Die an die Stege in Richtung dem ersten Kupplungsteil angrenzende Außenfläche ist zylindrisch gestaltet. Ein Vorteil der hinterschnittfreien Außenkontur des Verschiebelements 17 ist, dass diese spanlos durch ein Umformverfahren hergestellt werden können. Das Drehelement 15 ist gestaltet wie bei der Ausführungsform gemäß den 13 bis 15 und hat mehrere über den Umfang verteilte Kugelrillen 40, welche die Stützflächen 20 bilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform haben sowohl die Drehelement-Stützflächen 20 als auch die gegengleichen Verschiebeelement-Stützflächen 21 eine Steigungskomponente in axiale Richtung. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass erste Steigungsabschnitte 31, welche der Schließstellung der Kupplung 3 entsprechen, eine größere axiale Steigung haben, als zweite Steigungsabschnitte 32, welche der Offenstellung der Kupplung 3 entsprechen. So können die Betätigungs- und Haltekräfte in der Schließstellung vermindert werden. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die Stützflächen eine konstante Steigung über dem Umfang aufweisen.
Die 18 und 19, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2 in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend den Ausführungsformen gemäß den 16 und 17, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 16 und 17.
Eine Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht in der Ausgestaltung der formschlüssigen Kupplung 3. Die Kupplung 3 ist vorliegend in Form einer Axial-Klauenkupplung gestaltet, das heißt, das erste Kupplungsteil 6 und das Koppelteil 8 haben jeweils an ihren zugewandten Stirnseiten Formeingriffsmittel 11, 9, die wahlweise zur Drehmomentübertragung miteinander in Eingriff oder zur Drehmomentunterbrechung außer Eingriff bringbar sind. Das Koppelelement 8 ist einteilig mit dem Verschiebeelement 17 gestaltet und gegenüber dem zweiten Kupplungsteil 7 mittels Formeingriffsmitteln 11 drehfest und axial verschieblich gehalten.
Die 18A) und 18B) zeigen die Kupplung 3 in der Schließstellung, in welcher das Koppelelement 8 durch die Federmittel 27 in die erste Richtung R1 verschoben und mit den Eingriffsmitteln 11 des ersten Kupplungsteils 6 in Eingriff ist. Demgegenüber zeigen die 19A) und 19B) die Kupplung 3 in der Offenstellung, in welcher das Koppelelement 8 von dem ersten Kupplungsteil 6 weg in Richtung R2 zum zweiten Kupplungsteil 7 axial verschoben ist. In dieser Position sind die Eingriffsmittel 9, 11 außer Eingriff, so dass die beiden Kupplungsteile 6, 7 frei gegeneinander drehen können, so dass eine Drehmomentübertragung im Antriebsstrang unterbrochen ist.
Die Rampenanordnung 4 ist so gestaltet, dass die Stützflächen 20 im Drehelement 15 eine axiale Steigungskomponente größer Null über den Umfang haben, während die Stützfläche 21 im Verschiebeelement 17 umlaufend geschlossen ist, das heißt keine axiale Steigung aufweist. Es versteht sich jedoch, dass die Rampenanordnung 4 auch anders gestaltet sein kann; beispielsweise könnte auch eine kinematische Umkehr vorgesehen sein, bei der lediglich das Verschiebeelement 17 Stützflächen mit axialer Steigung aufweist, während das Drehelement 15 eine umlaufend geschlossene Stützfläche ohne axiale Steigungskomponente aufweist. Ebenso wäre es denkbar, dass sowohl die Stützflächen 20 des Drehelements 15 als auch die Stützflächen 21 des Verschiebeelements 17 axiale Steigungskomponenten ungleich Null aufweisen, analog zu der Ausführungsform gemäß den 13 bis 15. Hinsichtlich der übrigen Einzelheiten wird auf die oben beschriebenen Ausführungsformen verwiesen.
Die 20 bis 22, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2 in einer weiteren Ausführungsform. Diese entspricht weitestgehend der Ausführungsform gemäß den 13 bis 15, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 13 bis 15.
Eine Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform gemäß den 20 bis 22 ist in der Ausgestaltung der Rampenanordnung 4 zu sehen. Es ist insbesondere in den 21 und 22 erkennbar, dass das Drehelement 15 und das Verschiebeelement 17 jeweils Stützflächen 20, 21 aufweisen, die entlang ihrer Umfangserstreckung eine axiale Steigungskomponente aufweisen. Es ist weiter erkennbar, dass die beiden Elemente 15, 17 jeweils axial hinterschnittfrei ausgestaltet sind. Dies ist insofern besonders günstig, als dass die Elemente 15, 17 im Wege eines Umformprozesses ohne spanende Bearbeitung herstellbar sind. Insbesondere lassen sich die genannten Elemente im Wege eines Sinterprozesses herstellen.
Die 23 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 2 in einer weiteren Ausführungsform im Halblängsschnitt. Diese entspricht hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise derjenigen Ausführungsformen gemäß den 20 bis 22, auf deren Beschreibung insofern Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche bzw. einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in den 20 bis 22.
Eine Besonderheit der vorliegenden Ausführungsform besteht wiederum in der Ausgestaltung der Rampenanordnung 4. Während bei den obigen Ausführungsformen gemäß den 1 bis 22 vorgesehen ist, dass die Rampen- bzw. Stützflächen 20, 21 jeweils in inneren bzw. äußeren Umfangsflächen ausgebildet sind, ist bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß 23 vorgesehen, dass die rampenförmigen Stützflächen 20, 21 jeweils in Stirnseiten ausgebildet sind. Konkret umfasst die Rampenanordnung 4 einen Stützring 47, der gegenüber dem hülsenförmigen Drehelement 15 axial abgestützt ist, sowie einen Stellring 48, der mit dem Verschiebeelement 17 axial fest verbunden ist. Zur Axialsicherung sind jeweils entsprechende Axialsicherungsringe 49, 50 vorgesehen.
Der Stützring 47 und der Stellring 48 haben an ihren einander zugewandten Stirnflächen jeweils mehrere über den Umfang verteilte Rampen, welche die Stützflächen 20, 21 bilden. Zwischen den Rampen 20, 21 sind jeweils Zwischenelemente 19 in Form von Zylinderkörpern vorgesehen, über welche sich der Stützring 47 und der Stellring 48 axial aneinander abstützen. Durch Abbremsen des Drehelements 15 mittels der Bremsvorrichtung 5 wird dieses relativ zu dem mit dem zweiten Kupplungsteil 7 drehfest verbundenen Verschiebelement 17 verdreht, so dass die Zylinderkörper 19 in flachere Bereiche laufen. Auf diese Weise wird das Verschiebeelement 17 aus der Schließposition, welche in 23 gestrichelt dargestellt ist, in Richtung R2 zum zweiten Kupplungsteil 7 axial verschoben, so dass die Kupplung 3 geöffnet wird. Die Offenstellung ist mit durchgezogenen Linien gezeigt. Die Bremsvorrichtung 5 ist bei der vorliegenden Ausführungsform nur schematisch dargestellt. Diese kann beispielsweise ausgeführt sein wie in der Ausführungsform gemäß den 13 und 14. Die Federmittel 27 sind zwischen dem Stellring 48 und der mit dem zweiten Kupplungsteil 7 verbundenen Antriebswelle wirksam abgestützt. Konkret ist vorgesehen, dass das hülsenförmige Drehelement 15 mittels des Lagers 22 auf der Antriebswelle drehbar gelagert ist. Der Lagerinnenring ist mittels eines Axialsicherungsrings axial abgestützt. Die Federmittel 27, welche wiederum an dem Lagerinnenring 24 abgestützt sind, beaufschlagen den Stellring 48 sowie den hiermit axial verbundenen Verschiebering 17 in die erste Richtung R1.
Im Übrigen entspricht die vorliegende Ausführungsform den bereits oben genannten Ausführungsformen, auf deren Beschreibung zur Vermeidung von Wiederholungen hiermit verwiesen wird.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnungen gemäß allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen besteht darin, dass diese einen kompakten Aufbau haben und aufgrund der verwendeten Bremsvorrichtung nur einen geringen Energiebedarf zum Betätigen und Halten der Kupplung 3 benötigen.
Bezugszeichenliste

2: Kupplungsanordnung
3: Kupplung
4: Rampenanordnung
5: Bremsvorrichtung
6: erstes Kupplungsteil
7: zweites Kupplungsteil
8: Koppelelement
9: Eingriffsprofil
10: Eingriffsprofil
11: Eingriffsprofil
12: Antriebswelle
13: Wellenverzahnung
14: Wellenverzahnung
15: Drehelement
16: Kugelrillen
17: Verschiebeelement
18: Durchbruch
19: Kugel
20: Drehelement-Stützfläche
21: Verschiebeelement-Stützfläche
22: Lager
23: Kugelrille
24: Lagerinnenring
25: Innenfläche
26: Außenfläche
27: Federmittel
28: Sicherungsring
29: ortsfestes Bauteil
30: Ringelement
31: Stützabschnitt
32: Stützabschnitt
33: Sicherungsring
34: radialer Steigungsabschnitt
35: radiale Ausnehmung
36: Bremselement
37: Kugelrille
38: Ausnehmung
39: Axialsicherungsring
40: Kugelrille
41: Ausnehmung
42: Aufnahme
43: Aufnahme
44: Differentialhebel
45: Schwenkelement
46: Druckstange
47: Stützring
48: Stellring
49: Axialsicherungsring
50: Axialsicherungsring
A: Drehachse
F: Kraft
R: Richtung
a: Hebelarm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008037886 A1 [0003]
WO 2010/017882 A1 [0003]
DE 102007040204 A1 [0004]
US 2013/0199885 A1 [0005]
WO 2011/098595 A1 [0005]
US 4950214 A [0006]

Claims

Kupplungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend: eine Kupplung (3), eine Rampenanordnung (4) zum Betätigen der Kupplung (3) und eine steuerbare Bremsvorrichtung (5) zum Betätigen der Rampenanordnung (4), wobei die Kupplung (3) ein erstes Kupplungsteil (6) und ein zweites Kupplungsteil (7) aufweist, die koaxial zu einer Drehachse (A) angeordnet und zur Übertragung von Drehmoment miteinander formschlüssig koppelbar sind, wobei die Rampenanordnung (4) ein axial abgestütztes Drehelement (15) mit zumindest einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Drehelement-Stützfläche (20) und ein axial bewegliches Verschiebeelement (17) mit zumindest einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Verschiebeelement-Stützfläche (21) aufweist, wobei die Drehelement-Stützfläche (20) und die Verschiebeelement-Stützfläche (21) zumindest mittelbar aneinander axial abgestützt und derart gestaltet sind, dass eine Drehbewegung des Drehelements (15) relativ zum Verschiebeelement (17) eine axiale Bewegung des Verschiebeelements (17) relativ zum Drehelement (15) bewirkt, und wobei die steuerbare Bremsvorrichtung (5) ein Bremselement (36) aufweist, um das Drehelement (15) gegenüber einem ortsfesten Bauteil (29) abzubremsen, wobei ein Abbremsen des Bremselements (36) zu einer Verdrehung des Drehelements (15) relativ zum Verschiebeelement (17) führt, so dass das Verschiebeelement (17) zum formschlüssigen Koppeln des ersten und des zweiten Kupplungsteils (6, 7) axial verschoben wird.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine von der zumindest einen Verschiebeelement-Stützfläche (21) und der zumindest einen Drehelement-Stützfläche (20) einen ersten Abschnitt (31) mit einer ersten Steigung und einen zweiten Abschnitt (32) mit einer zweiten Steigung aufweist, die sich von der ersten Steigung unterscheidet.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Federmittel (27) vorgesehen sind, welche das Verschiebeelement (17) in eine erste axiale Richtung (R1) beaufschlagen, und dass das Verschiebeelement (17) beim Abbremsen des Drehelements (15) in eine zur ersten axialen Richtung (R1) entgegengesetzte zweite axiale Richtung (R2) bewegt wird.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (27) derart gestaltet sind, dass die Federkennlinie der Federmittel (27) einen degressiven Kennlinienabschnitt aufweist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (31) und der zweite Abschnitt (32) so angeordnet sind, dass das Verschiebelement (17) und das Drehelement (15) axial weiter auseinander angeordnet sind, wenn das Drehelement (15) und das Verschiebelement (17) sich in einem Bereich des ersten Abschnitts (31) gegeneinander abstützen, und dass das Verschiebelement (17) und das Drehelement (15) axial weiter ineinander positioniert sind, wenn das Drehelement (15) und das Verschiebelement (17) sich in einem Bereich des zweiten Abschnitts (32) gegeneinander abstützen, wobei der erste Abschnitt (31) eine größere axiale Steigung aufweist als der zweite Abschnitt (32).
Kupplungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Drehelement-Stützfläche (20) den ersten Abschnitt (31) mit erster Steigung und den zweiten Abschnitt (32) mit zweiter Steigung aufweist, wobei die erste Steigung (31) eine Steigungskomponente in axialer Richtung ungleich Null hat, und dass die zumindest eine die Verschiebeelement-Stützfläche (21) in axialer Richtung steigungslos gestaltet ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steigung eine Steigungskomponente in radialer Richtung ungleich Null hat.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine von der zumindest einen Drehelement-Stützfläche (20) und der zumindest einen Verschiebeelement-Stützfläche (21) durch eine Rille gebildet ist, in der ein Zwischenelement (19) geführt ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (15) hülsenförmig gestaltet ist und eine Innenfläche (25) aufweist, in der mehrere Drehelement-Stützflächen (20) umfangsverteilt angeordnet sind, und dass das Verschiebeelement (17) hülsenförmig gestaltet ist und umfangsverteilt mehrere Ausnehmungen (18) aufweist, in der jeweils ein zugehöriges Zwischenelement (19) angeordnet und axial abgestützt ist. („Sliding Ball“)
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Steigungskomponente der zweiten Steigung derart gestaltet ist, dass das Zwischenelement (19) beim Bewegen entlang der zweiten Steigung nach radial innen beaufschlagt wird.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Ausnehmungen (18) als radialer Durchbruch gestaltet ist, in der das Zwischenelement (19) radial beweglich einsitzt, und dass das zweite Kupplungsteil (7) eine radiale Vertiefung (35) aufweist, in die das Zwischenelement (19) in Eingriff kommt, wenn das Zwischenelement (19) entlang der zweiten Steigung nach radial innen bewegt wird.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine von der Drehelement-Stützfläche (20) und der Verschiebeelement-Stützfläche (21) in Form einer Rille gestaltet ist, in der ein Zwischenelement (19) aufgenommen und geführt ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehelement (15) mittels eines Lagers (22) relativ zu einem von dem ersten und zweiten Kupplungsteil (6, 7) drehbar gelagert und axial fixiert ist, wobei das Lager (22) insbesondere in Form eines Kugellagers gestaltet ist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Bremseinrichtung (5) eines aus der Gruppe Bandbremse, Konusbremse, Lamellenbremse, Backenbremse und Fluidbremse aufweist.
Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebeelement (17) von den Federmitteln (27) in der ersten Richtung (R1) beaufschlagt wird, in der das erste Kupplungsteil (6) und das zweite Kupplungsteil (7) zur Drehmomentübertragung miteinander in Eingriff sind, und dass das Verschiebeelement (17) beim Abbremsen des Drehelements (15) von der Rampenanordnung (4) in der zweiten Richtung (R2) beaufschlagt wird, in der das erste Kupplungsteil (6) und das zweite Kupplungsteil (7) außer Eingriff sind.
Abtriebsanordnung (PTU) mit einer Eingangswelle, einem Tellerrad, einem mit dem Tellerrad kämmenden Ritzel und einer Ausgangswelle, gekennzeichnet durch eine Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Kupplungsanordnung im Leistungspfad zwischen der Eingangswelle und dem Tellerrad angeordnet ist.