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Die Erfindung betrifft eine radiale Doppelkupplung für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Doppelkupplung zum Herstellen einer drehmomentschlüssigen Verbindung zwischen einer Eingangsseite und zwei getrennten Ausgangsseiten, wobei die Übertragung steuernde Kupplungselemente radial versetzt sind.
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Eine Doppelkupplung wird in Verbindung mit einem Doppelkupplungsgetriebe verwendet, um einen Wechsel zwischen unterschiedlichen Gangstufen schneller und ruckfreier durchführen zu können. Die Doppelkupplung umfasst allgemein eine Eingangsseite und zwei voneinander separate Ausgangsseiten. Die Eingangsseite wird üblicherweise mit einem Antriebsmotor, insbesondere einem Hubkolben-Verbrennungsmotor, verbunden und die Ausgangsseiten mit separaten Eingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes. Mit den Eingangswellen sind unterschiedliche Gangradpaare verbunden, die unterschiedliche Gangstufen des Doppelkupplungsgetriebes repräsentieren. Ein erstes Kupplungselement stellt eine drehmomentschlüssige Verbindung zwischen der Eingangsseite und der ersten Ausgangsseite her, während ein zweites Kupplungselement eine drehmomentschlüssige Verbindung zwischen der Eingangsseite und der zweiten Ausgangsseite verhindert. Um die Gangstufe zu wechseln, werden die Kupplungselemente derart angesteuert, dass die drehmomentschlüssige Verbindung des ersten Kupplungselements aufgehoben und die des zweiten Kupplungselements hergestellt werden. Anschließend kann im Doppelkupplungsgetriebe an der ersten Eingangswelle ein anderes Gangradpaar für einen folgenden Gangwechsel eingelegt werden, ohne den Kraftfluss vom Antriebsmotor durch das Doppelkupplungsgetriebe zu beeinflussen.
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Eine Doppelkupplung kann allgemein axial aufgebaut werden, wobei die Kupplungselemente gegeneinander axial versetzt sind, oder radial, wobei die Kupplungselemente radial versetzt sind. Die radiale Bauform erfordert allgemein weniger Platz in axialer Richtung als der axiale Typ und wird bevorzugt dann eingesetzt, wenn der axiale Bauraum begrenzt ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Doppelkupplung des radialen Typs anzugeben, die einen vorhandenen Bauraum verbessert ausnutzt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Doppelkupplung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine erfindungsgemäße Doppelkupplung umfasst eine Eingangsseite, eine erste Ausgangsseite und eine zweite Ausgangsseite. Ferner sind ein erstes Kupplungselement zur Steuerung einer drehmomentschlüssigen Verbindung der Eingangsseite mit der ersten Ausgangsseite und ein zweites Kupplungselement zur Steuerung einer drehmomentschlüssigen Verbindung der Eingangsseite mit der zweiten Ausgangsseite vorgesehen. Ein Betätigungselement dient zur axialen Betätigung des zweiten Kupplungselements, um die drehmomentschlüssige Verbindung zu öffnen oder zu schließen. Zur Erzeugung einer axialen Vorspannkraft auf das Betätigungselement sind ein erstes Federelement und ein zweites Federelement vorgesehen, wobei das zweite Federelement radial innerhalb des ersten Federelements angeordnet ist.
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Durch die radiale Schachtelung der Federelemente kann die benötigte Vorspannkraft auf zwei Federelemente verteilt werden. Dadurch kann die Materialstärke der einzelnen Federelemente jeweils verringert werden. Durch die Reduzierung der Materialstärke steht für jedes Federelement axial mehr Bauraum zur Verfügung. Außerdem kann das Spannungsniveau der Federelemente bei maximaler Betätigung abgesenkt werden. Eine Wahrscheinlichkeit eines Spannungsbruchs eines der Federelemente kann dadurch verringert sein. Außerdem kann im Fall eines Defekts an einem der Federelemente das andere Federelement noch einen Notbetrieb ermöglichen. Ein vorhandener Bauraum kann durch die Verwendung der beiden radial versetzten Federelemente verbessert ausgenutzt werden.
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Die Kupplungselemente können radial versetzt sein, so dass die Doppelkupplung vom radialen Typ ist. Dabei liegt bevorzugterweise das erste Kupplungselement radial außen und das zweite Kupplungselement radial innen, so dass die beiden Federelemente auf das radial außen liegende, erste Kupplungselement wirkt. In einer anderen Ausführungsform kann auch das radial innen liegende zweite Kupplungselement mit zwei radial versetzten Federelementen belastet sein. Diese beiden Ausführungsformen können auch miteinander kombiniert sein. Ferner können die Kupplungselemente auch axial versetzt sein, so dass die Doppelkupplung vom axialen Typ ist. Auch in dieser Ausführungsform können das erste Kupplungselement, das zweite Kupplungselement oder beide Kupplungselemente durch zwei radial versetzte Federelemente belastet sein.
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Bevorzugterweise umfasst das erste Federelement eine erste Tellerfeder. Die Tellerfeder kann kostengünstig herzustellen und einzubauen sein. Außerdem kann die Tellerfeder eine über den Umfang des Betätigungselements gleichmäßige axiale Kraft bewirken.
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Ein radial innerer Rand der ersten Tellerfeder liegt bevorzugterweise an der Eingangsseite an, während ein radial äußerer Rand am Betätigungselement anliegt. Dadurch kann die Verformung der Tellerfeder bei Belastung den zur Verfügung stehenden Bauraum verbessert ausnutzen.
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Das zweite Federelement kann eine zweite Tellerfeder umfassen. Die zweite Tellerfeder kann insbesondere in Kombination mit der ersten Tellerfeder eingesetzt werden.
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Ein radial äußerer Rand der zweiten Tellerfeder liegt bevorzugterweise an der Eingangsseite, während ein radial innerer Rand am Betätigungselement anliegt. Diese Einbaulage kann in Bezug auf den erforderlichen Bauraum günstiger sein.
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Bevorzugterweise liegt das erste Federelement radial außerhalb der zweiten Ausgangsseite. Der zur Verfügung stehende Bauraum radial außerhalb der zweiten Ausgangsseite kann so vorteilhaft für das erste Federelement genutzt werden.
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Das zweite Federelement liegt bevorzugterweise radial innerhalb der zweiten Ausgangsseite. Insbesondere ist bevorzugt, dass das zweite Federelement radial innerhalb des zweiten Kupplungselements liegt. In beiden Ausführungsformen kann der radial innen liegende Bauraum durch das zweite Federelement verbessert genutzt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform stellt das Betätigungselement die drehmomentschlüssige Verbindung in einer ersten axialen Stellung her und verhindert sie in einer zweiten axialen Stellung. Dabei pressen die Federelemente das Betätigungselement in Richtung der zweiten axialen Stellung. Anders ausgedrückt wirken die Federelemente auf das Betätigungselement, um die drehmomentschlüssige Verbindung zwischen der Eingangsseite und der zweiten Ausgangsseite zu unterbrechen. Dadurch bringen die Federelemente eine Rückstellkraft für einen Aktuator auf, der in der Gegenrichtung auf das Betätigungselement wirkt, um die drehmomentschlüssige Verbindung herzustellen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Doppelkupplung einen hydraulischen Aktuator zur Ausübung einer axialen Kraft auf das Betätigungselement. Die axiale Kraft des Aktuators ist bevorzugterweise der Federkraft der Federelemente entgegengerichtet. Dadurch kann das Schließen des zweiten Kupplungselements, um die drehmomentschlüssige Verbindung zwischen der Eingangsseite und der zweiten Ausgangsseite herzustellen, genau gesteuert werden. Die radial geschachtelten Federelemente können die benötigte Rückstellkraft mit hoher Sicherheit und unter Inanspruchnahme eines geringen Bauraums, insbesondere in axialer Richtung, bereitstellen.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Figur genauer beschrieben, die einen schematischen Halbschnitt durch eine Doppelkupplung darstellt.
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1 zeigt eine Doppelkupplung 100 zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere ist die Doppelkupplung 100 zur Verwendung in einem Antriebsstrang und in Verbindung mit einem Doppelkupplungsgetriebe eingerichtet.
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Die Doppelkupplung 100 umfasst eine Eingangsseite 105, eine erste Ausgangsseite 110 und eine zweite Ausgangsseite 115. Die Eingangsseite 105 und die beiden Ausgangsseiten 110 und 115 sind um eine Drehachse 120 drehbar gelagert. Die Eingangsseite 105 und die Ausgangsseiten 110, 115 können jeweils einen radial verlaufenden Flansch, ein geprägtes Blech oder eine sich sonstwie in radialer Richtung erstreckende Einrichtung umfassen. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Eingangsseite 105 eine Nabe 125 zur Montage an einer Abtriebswelle eines Antriebsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Die Doppelkupplung 100 umfasst ferner ein erstes Kupplungselement 130 und ein zweites Kupplungselement 135. Das erste Kupplungselement 130 ist dazu eingerichtet, eine drehmomentschlüssige Verbindung zwischen der Eingangsseite 105 und der ersten Ausgangsseite 110 selektiv herzustellen oder zu verhindern. In entsprechender Weise ist das zweite Kupplungselement 135 dazu vorgesehen, eine drehmomentschlüssige Verbindung zwischen der Eingangsseite 105 und der zweiten Ausgangsseite 115 selektiv herzustellen oder zu verhindern.
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Die Kupplungselemente 130, 135 umfassen üblicherweise jeweils wenigstens ein erstes Reibelement 140 und ein zweites Reibelement 145, die in axialer Nachbarschaft zueinander liegen. Eines der Reibelemente 140, 145 ist jeweils mit der Eingangsseite 105 und das andere Reibelement 145, 140 mit der jeweils zugeordneten Ausgangsseite 110, 115 drehmomentschlüssig verbunden. In der in 1 dargestellten, bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Übertragung von Drehmoment zwischen dem ersten Reibelement 140 und der Eingangsseite 105 jeweils auf der radialen Außenseite der Kupplungselemente 130, 135. Die zweiten Reibelemente 145 stellen drehmomentschlüssige Verbindungen auf der jeweiligen radialen Innenseite der Kupplungselemente 130, 135 zu den Ausgangsseiten 110 bzw. 115 her. Um die axiale Verschiebbarkeit der Reibelemente 140, 145 zu gewährleisten, kann jeweils eine axiale Verzahnung vorgesehen sein.
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Allgemein sind zwei Reibelemente 140, 145 bereits ausreichend, man spricht dann von einer Einscheiben-Kupplung. In einer bevorzugten Ausführungsform werden jedoch mehrere erste Reibelemente 140 und mehrere zweite Reibelemente 145 in axialer Richtung abwechselnd angeordnet, um zusammen die Kupplungselemente 130 bzw. 135 zu bilden. Diese Anordnung wird Mehrscheiben-Kupplung genannt. Insbesondere bei Einsatz der Doppelkupplung 100 in einem Ölbad kann der Mehrscheiben-Ansatz von Vorteil sein. Eines oder beide der Reibelemente 140, 145 können Reibbeläge zur Verbesserung der Reibeigenschaften tragen. In einer Ausführungsform wird die Reibung zwischen den Reibelementen 140, 145 jeweils zwischen einem Reibbelag und einer Stahllamelle hergestellt.
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Die Kupplungselemente 130, 135 sind radial versetzt angeordnet, wobei das erste Kupplungselement 130 radial außerhalb des zweiten Kupplungselements 135 liegt. In axialer Richtung überlappen sich die Kupplungselemente 130, 135 bevorzugterweise wenigstens teilweise. Zur Betätigung des ersten Kupplungselements 130 ist ein erstes Betätigungselement 150 und zur Betätigung des zweiten Kupplungselements 135 ein zweites Betätigungselement 155 vorgesehen. Komprimiert eines der Betätigungselemente 150, 155 das jeweils zugeordnete Kupplungselement 130 bzw. 135 in axialer Richtung, so entsteht eine drehmomentschlüssige Verbindung zwischen der Eingangsseite 105 und der ersten Ausgangsseite 110 bzw. der zweiten Ausgangsseite 115.
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In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist ein hydraulischer Aktuator 160 vorgesehen, der einen Druckraum umfasst, der durch das erste Betätigungselement 150 abgeschlossen ist. Das erste Betätigungselement 150 ist in axialer Richtung verschiebbar angeordnet, sodass ein steigender Druck im Druckraum das erste Betätigungselement 150 axial gegen das erste Kupplungselement 130 presst, wodurch Drehmoment zwischen der Eingangsseite 105 und der ersten Ausgangsseite 110 übertragen werden kann. Zur Rückstellung des ersten Betätigungselements 150 sind ein erstes Federelement 165 und ein zweites Federelement 170 vorgesehen. Dabei liegt das erste Federelement 165 radial außerhalb des zweiten Federelements 170. Beide Federelemente 165, 170 können auf unterschiedliche Weisen implementiert sein, beispielsweise als Zylinderfedern, Blattfedern oder Haarnadelfedern. Bevorzugterweise können eines oder beide Federelemente 165, 170 jedoch als Tellerfedern implementiert sein.
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In der bevorzugten Darstellung von 1 liegt ein radial äußerer Rand des ersten Federelements 165 am ersten Betätigungselement 150 und der radial innere Rand an der Eingangsseite 105 an. Es ist ferner bevorzugt, dass ein radial äußerer Rand des zweiten Federelements 170 an der Eingangsseite 105 und ein radial innerer Rand am Betätigungselement 150 anliegt, eine umgekehrte Konstellation ist jedoch ebenfalls möglich. Die Federelemente 165, 170 greifen so in einem radial weit gespreizten Bereich am ersten Betätigungselement 150 und in einem relativ kleinen Bereich an der Eingangsseite 105 an.
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Das erste Federelement 165 erstreckt sich in radialer Richtung über die Bereiche der beiden Kupplungselemente 130, 135. Das erste Federelement 165 kann auch noch weiter radial außen montiert werden, beispielsweise radial außerhalb des zweiten Kupplungselements 135. Es ist jedoch bevorzugt, dass das erste Federelement 165 radial außerhalb der zweiten Ausgangsseite 115 angeordnet ist. Als Bezugsgröße wird dabei der äußere Radius der zweiten Ausgangsseite 115 verwendet. Diese Vorgabe gilt unter der Voraussetzung, dass die zweite Ausgangsseite 115 radial innerhalb des zweiten Kupplungselements 135 liegt. In einer umgekehrten Anordnung, bei der die zweite Ausgangsseite 115 radial außerhalb des zweiten Kupplungselements 135 liegt, ist es bevorzugt, dass das erste Federelement 165 radial außerhalb desjenigen Abschnitts der Eingangsseite 105 liegt, die radial innerhalb des zweiten Kupplungselements 135 liegt.
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Das zweite Federelement 170 liegt bevorzugterweise radial innerhalb des zweiten Kupplungselements 135. Insbesondere ist bevorzugt, dass das zweite Federelement 170 radial innerhalb der zweiten Ausgangsseite 115 liegt, wobei die zweite Ausgangsseite 115 radial innerhalb des zweiten Kupplungselements 135 liegt, wie in der Darstellung von 1.
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In der dargestellten Ausführungsform wirken die Federelemente 165, 170 parallel zur Aufbringung einer Rückstellkraft auf das erste Betätigungselement 150. In einer anderen Ausführungsform können die Federelemente 165, 170 auch zur Aufbringung einer Schließkraft verwendet werden, die das erste Betätigungselement 150 axial in Richtung des ersten Kupplungselements 130 treibt, um die Übertragung von Drehmoment zwischen der Eingangsseite 105 und der ersten Ausgangsseite 110 zu ermöglichen. Um die Drehmomentübertragung zu unterbrechen, muss das erste Betätigungselement 150 in diesem Fall entgegen der Federkräfte der Federelemente 165 und 170 bewegt werden. Dies kann allgemein hydraulisch, wie in oben beschriebener, bevorzugter Ausführungsform oder auf andere Weise, beispielsweise mechanisch mittels eines Hebels oder einer anderen Einrichtung erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Doppelkupplung
- 105
- Eingangsseite
- 110
- erste Ausgangsseite
- 115
- zweite Ausgangsseite
- 120
- Drehachse
- 125
- Nabe
- 130
- erstes Kupplungselement
- 135
- zweites Kupplungselement
- 140
- erstes Reibelement
- 145
- zweites Reibelement
- 150
- erstes Betätigungselement
- 155
- zweites Betätigungselement
- 160
- hydraulischer Aktuator
- 165
- erstes Federelement
- 170
- zweites Federelement
