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Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 10 2012 021 458 A1 ist bereits eine Klauenkupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Kupplungshälfte, die ein erstes Klauenelement mit einer Sperrverzahnung und ein relativ zu dem ersten Klauenelement verdrehbares zweites Klauenelement mit einer Fangverzahnung aufweist, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herzustellende Klauenkupplung bereitzustellen, die einen guten Komfort liefert. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Klauenkupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kupplungshälfte, die ein erstes Klauenelement mit einer Sperrverzahnung und ein relativ zu dem ersten Klauenelement verdrehbares zweites Klauenelement mit einer Fangverzahnung aufweist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Sperrverzahnung und die Fangverzahnung unterschiedliche Verzahnungsgeometrien aufweisen. Durch eine geeignete Verzahnungsgeometrie des Fangelements kann ein Risiko, dass während eines Einspurvorgangs einer zweiten Kupplungshälfte in die erste Kupplungshälfte ein sogenanntes Kupplungsratschen auftritt, minimiert werden. Durch eine geeignete Verzahnungsgeometrie des Sperrelements kann für das erste Klauenelement eine einfache Ausgestaltung gefunden werden, die damit auch kostengünstig herstellbar ist. Durch unterschiedliche Verzahnungsgeometrien kann somit ein guter Kompromiss zwischen einer kostengünstigen Herstellung und gutem Komfort erreicht werden. Unter einer „Verzahnungsgeometrie” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Orientierung und/oder Ausgestaltung von Flächen an einem der Klauenelemente verstanden werden, welche für einen formschlüssigen Kontakt mit einer korrespondierenden Fläche an einem korrespondierenden Klauenelement vorgesehen sind. Unter „unterschiedlichen Verzahnungsgeometrien” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass miteinander vergleichbare Flächen der Sperrverzahnung und der Fangverzahnung eine unterschiedliche Orientierung und/oder Ausgestaltung aufweisen. Unter einem „Klauenelement” soll in diesem Zusammenhang ein Element verstanden werden, das eine Verzahnung aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Verzahnung der anderen Kupplungshälfte zu kontaktieren. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Fangverzahnung zumindest einen Zahn umfasst, der als Verzahnungsgeometrie eine angeschrägte Kopfgeometrie aufweist. Dadurch kann das Kupplungsratschen besonders gut minimiert werden. Unter einer „Kopfgeometrie” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Orientierung und/oder Ausgestaltung einer Kopffläche des Zahns verstanden werden. Unter einer „Kopffläche” soll insbesondere eine zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung orientierte Fläche des Zahns verstanden werden. Unter „zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Fläche eine Flächennormale aufweist, welche mit einer axialen Richtung einen Winkel kleiner als 20 Grad einschließt. Unter einer „angeschrägten Kopfgeometrie” soll insbesondere verstanden werden, dass der Winkel zwischen der axialen Richtung und der Flächennormale größer als 0 Grad ist. Vorzugsweise beträgt der Winkel zumindest 1 Grad und besonders bevorzugt zumindest 2 Grad.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Sperrverzahnung zumindest einen Zahn umfasst, der als Verzahnungsgeometrie eine gerade Kopfgeometrie aufweist. Dadurch kann das Klauenelement besonders kostengünstig ausgebildet werden. Unter einer „geraden Kopfgeometrie” soll insbesondere verstanden werden, dass der Winkel zwischen der axialen Richtung und der Flächennormale kleiner als 0 Grad ist. Vorzugsweise beträgt der Winkel 0 Grad.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die erste Kupplungshälfte zumindest eine Rückstellfeder aufweist, die dazu vorgesehen ist, das zweite Klauenelement in einer Grundstellung relativ zu dem ersten Klauenelement anzuordnen. Dadurch können die Klauenelemente sicher in einer Grundstellung bewegt werden, in der nach einem Ausspuren ein erneutes Einspuren möglich ist. Unter einer „Grundstellung” soll dabei insbesondere eine Stellung verstanden werden, die die zwei Klauenelemente zueinander in einem unbelasteten Zustand einnehmen.
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Vorzugsweise umfasst die Klauenkupplung einen Umsetzmechanismus, der dazu vorgesehen ist, eine axial wirkende Federkraft der Rückstellfeder in ein Drehmoment zur Rückstellung des zweiten Klauenelements umzusetzen. Dadurch kann die Rückstellfeder konstruktiv besonders einfach ausgeführt werden, wodurch eine weitere Kostenreduktion möglich ist.
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Besonders bevorzugt weist das zweite Klauenelement zumindest eine Schrägfläche auf, die für den Umsetzmechanismus vorgesehen ist. Dadurch ist eine einfache Ausgestaltung des Umsetzmechanismus möglich. Unter einer „Schrägfläche” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung orientierte, in Umfangsrichtung geneigte Fläche verstanden werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Klauenkupplung einen Rampenring mit zumindest einer Schrägfläche, die korrespondierend zu der zumindest einen Schrägfläche des Klauenelements angeordnet ist, aufweist. Dadurch kann einfach ein Gegenstück für das Klauenelement bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise sind das zweite Klauenelement axial fest und der Rampenring axial verschiebbar mit dem ersten Klauenelement verbunden. Dadurch ist eine Anordnung der Rückstellfeder zwischen dem ersten Klauenelement und dem Rampenring möglich, wodurch eine konstruktiv einfache Ausgestaltung erreicht werden kann.
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Die Rückstellfeder ist vorzugsweise als eine Tellerfeder oder Wellfeder ausgebildet, die dazu vorgesehen ist, das Klauenelement oder den Rampenring mit einer axial wirkenden Federkraft zu beaufschlagen. Dadurch kann die Rückstellfeder besonders einfach ausgebildet werden.
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Außerdem wird ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang, der zumindest eine erfindungsgemäße Klauenkupplung aufweist, vorgeschlagen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang,
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2 eine Klauenkupplung des Antriebsstrangs in einer perspektivischen Darstellung,
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3 die Klauenkupplung schematisch in ausgelegtem Zustand und
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4 die Klauenkupplung schematisch in eingelegtem Zustand.
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Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang 31, der zumindest eine Klauenkupplung 10 aufweist. Der Antriebsstrang umfasst ein Getriebe 19, in welches die Klauenkupplung 10 integriert ist. Das Getriebe 19 ist vorzugsweise als ein sogenanntes Mehrstufengetriebe ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten Planetenradstufen, die zur Schaltung unterschiedlicher Getriebeübersetzungen vorgesehen sind. Die Klauenkupplung 10 kann je nach Ausgestaltung des Getriebes 19 zur Herstellung einer Wirkverbindung zwischen zwei der Planetenradgetriebe oder als Bremse für eines der Planetenradgetriebe ausgebildet sein. Die Klauenkupplung 10 ist in den 2 bis 4 näher dargestellt.
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Die Klauenkupplung 10 umfasst eine erste Kupplungshälfte 11 und eine zweite Kupplungshälfte 20. Die Kupplungshälften 11, 20 sind zur Herstellung einer drehfesten Verbindung formschlüssig miteinander verbindbar. Eine der Kupplungshälften 11, 20 ist dazu vorgesehen, entlang einer Betätigungsrichtung 27 relativ zu der anderen Kupplungshälfte 20, 11 verschoben zu werden. Durch eine Relativverschiebung der Kupplungshälften 11, 20 relativ zueinander werden die zwei Kupplungshälften 11, 20 in einen formschlüssigen Eingriff miteinander gebracht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kupplungshälfte 11 dazu vorgesehen, axial verschoben zu werden. Die Klauenkupplung 10 weist einen nicht näher dargestellten Betätigungskolben auf. Der Betätigungskolben kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch ausgeführt sein.
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Die erste Kupplungshälfte 11 umfasst ein erstes Klauenelement 12 mit einer Sperrverzahnung 13 und ein zweites Klauenelement 14 mit einer Fangverzahnung 15. Das zweite Klauenelement 14 ist dazu vorgesehen, relativ zu dem ersten Klauenelement 12 verdreht zu werden. Das erste Klauenelement 12 umfasst einen Führungsring. Die Sperrverzahnung 13 umfasst eine Anzahl von Zähnen, die in einem identischen Abstand an einem Innenumfang des Führungsrings angeordnet sind. Das zweite Klauenelement 14 mit der Fangverzahnung 15 ist gegenüber dem ersten Klauenelement 12 in Umfangsrichtung 28 verdrehbar gelagert. Die Fangverzahnung 15 weist eine zu der Sperrverzahnung 13 identische Anzahl von Zähnen auf, die an einer Stirnseite des Abweisrings angeordnet sind. In radialer Richtung betrachtet, greifen die Fangverzahnung 15 und die Sperrverzahnung 13 ineinander ein. Entlang der Betätigungsrichtung 27 betrachtet stehen die Zähne der Fangverzahnung 15 über die Zähne der Sperrverzahnung 13 über. Entlang des Umfangs sind die Zähne der Fangverzahnung 15 und die Zähne der Sperrverzahnung 13 jeweils wechselweise angeordnet, d. h. jeweils einer der Zähne der Fangverzahnung 15 ist zwischen zwei der Zähne der Sperrverzahnung 13 angeordnet.
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Die zweite Kupplungshälfte 20 umfasst ein Klauenelement 21, das eine Klauenverzahnung 22 mit einer Mehrzahl von Zähnen aufweist. Die Klauenverzahnung 22 ist zu einem Eingriff in die Fangverzahnung 15 und in die Sperrverzahnung 13 der ersten Kupplungshälfte 11 vorgesehen. Die Klauenverzahnung 22, die Sperrverzahnung 13 und die Fangverzahnung weisen jeweils eine gleiche Anzahl von Zähnen auf. Die Zähne der Klauenverzahnung 22 der zweiten Kupplungshälfte 20 sind dazu vorgesehen, zwischen einem der Zähne der Sperrverzahnung 13 der ersten Kupplungshälfte 11 und einem der Zähne der Fangverzahnung 15 der ersten Kupplungshälfte 11 angeordnet zu werden.
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Zur Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen der ersten Kupplungshälfte 11 und der zweiten Kupplungshälfte 20 wird die erste Kupplungshälfte 11 durch den Betätigungskolben in die Betätigungsrichtung 27 verschoben. Indem die Zähne über die Zähne entlang der Betätigungsrichtung 27 hinausstehen, greifen die Zähne der Klauenverzahnung 22 der zweiten Kupplungshälfte 20 zunächst in die Zähne der Fangverzahnung 15 der ersten Kupplungshälfte 11 ein. Das gegenüber dem ersten Klauenelement 12 verdrehbare zweite Klauenelement 14 wird durch die Klauenverzahnung 22 in Umfangsrichtung 28 mitgenommen und ein Einspurvorgang der Klauenkupplung 10 beginnt. Das zweite Klauenelement 14 wird in Umfangsrichtung 28 gegenüber dem ersten Klauenelement 12 verdreht, bis die Zähne der Fangverzahnung 15 an den Zähnen der Sperrverzahnung 13 anschlagen. Während eines Zeitraums des Einspurvorgangs wird die erste Kupplungshälfte 11 weiterhin in Betätigungsrichtung 27 bewegt. Indem die Fangverzahnung 15 gegen die Sperrverzahnung 13 verdreht wird, entsteht zwischen den Zähnen der Fangverzahnung 15 und den Zähnen der Sperrverzahnung 13 ein Freiraum, in welchen bei einem vollständigen Schließen der Klauenkupplung 10 die Zähne der Klauenverzahnung 22 eingreifen.
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Die erste Kupplungshälfte 11 der Klauenkupplung 10 umfasst eine Rückstellfeder 24, die dazu vorgesehen ist, das zweite Klauenelement 14 in einer Grundstellung relativ zu dem ersten Klauenelement 12 anzuordnen. In der Grundstellung liegen die Zähne der Fangverzahnung 15 an den Zähnen der Sperrverzahnung 13 an. Die Rückstellfeder 24 stellt eine Federkraft bereit, die dazu vorgesehen ist, die Fangverzahnung 15 in Anlage mit der Sperrverzahnung 13 zu bringen. Sobald die Klauenverzahnung 22 in die Fangverzahnung 15 eingreift, wird das zweite Klauenelement 14 gegen die Federkraft relativ zu dem ersten Klauenelement 12, verdreht. Die Rückstellfeder 24 ist dazu vorgesehen, eine Dämpfung für den Einspurvorgang bereitzustellen.
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Die von der Rückstellfeder 24 bereitgestellte Federkraft wirkt in axialer Richtung. Die Klauenkupplung 10 umfasst einen Umsetzmechanismus 23, der dazu vorgesehen ist, die axial wirkende Federkraft der Rückstellfeder 24 in ein Drehmoment zur Rückstellung des zweiten Klauenelements 14 umzusetzen. Das zweite Klauenelement 14 weist eine Mehrzahl von Schrägflächen 16 auf, die für den Umsetzmechanismus 23 vorgesehen ist. Die Schrägflächen 16 sind dazu vorgesehen, eine Verdrehung des zweiten Klauenelements 14 relativ zu dem ersten Klauenelement 12 in eine axial wirkende Kraft parallel zu der Betätigungsrichtung 27 umzusetzen. Die erste Kupplungshälfte 11 umfasst weiter einen Rampenring 18 mit Schrägflächen 29, die korrespondierend zu den Schrägflächen 16 des zweiten Klauenelements 14 angeordnet sind.
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Das zweite Klauenelement 14 ist drehbar und axial fest mit dem ersten Klauenelement 12 verbunden. Der Rampenring 18 ist drehfest und axial verschiebbar mit dem ersten Klauenelement 12 verbunden. Die Rückstellfeder 24 ist zwischen dem ersten Klauenelement 12 und dem Rampenring 18 abgestützt. In dem Einspurvorgang setzt der Umsetzmechanismus 23 eine Verdrehung des zweiten Klauenelements 14 relativ zu dem ersten Klauenelement 12 in eine axiale Verschiebung des Rampenrings 18 relativ zu dem ersten Klauenelement 12 um. Die Rückstellfeder 24 wird dadurch komprimiert. In einem Ausspurvorgang wird die wirkende Federkraft der Rückstellfeder 24 durch die Schrägflächen 16, 29 in das Drehmoment zur Rückstellung des zweiten Klauenelements 14 gesetzt. Die Rückstellfeder 24 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Tellerfeder oder Wellfeder ausgebildet, die dazu vorgesehen ist, den Rampenring 18 mit der axial wirkenden Federkraft zu beaufschlagen. Die Federkraft ist entgegen der Betätigungsrichtung 27 gerichtet.
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Alternativ ist es auch denkbar, den Rampenring 18 axial fest mit dem ersten Klauenelement 12 zu verbinden. In einer solchen Ausgestaltung ist das zweite Klauenelement 14 drehbar und axial verschiebbar mit dem ersten Klauenelement 12 verbunden. Wird bei einer solchen Ausgestaltung das zweite Klauenelement 14 durch die Klauenverzahnung 22 des Klauenelements 21 in Umfangsrichtung 28 mitgenommen, gleiten die Schrägflächen 16 des Klauenelements 14 an den korrespondierenden Schrägflächen 29 des Rampenrings 18 entlang. Das zweite Klauenelement 14 wird dadurch in Betätigungsrichtung 27 verschoben, wodurch eine Flächenüberdeckung der Zähne der Sperrverzahnung 13, der Fangverzahnung 15 und der Klauenverzahnung 22 zusätzlich rasch erhöht und ein Flächenanpressdruck, den die Zähne der Sperrverzahnung 13, der Fangverzahnung 15 und der Klauenverzahnung 22 aufeinander ausüben, verringert wird. Die Rückstellfeder 24 wirkt auf das zweite Klauenelement 14. Die Rückstellfeder 24 ist in einer solchen Ausgestaltung dazu vorgesehen, eine entlang der Betätigungsrichtung 27 gerichtete Federkraft bereitzustellen.
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Die Sperrverzahnung 13 und die Fangverzahnung 15 weisen unterschiedliche Verzahnungsgeometrien auf. Jeder der Zähne der Sperrverzahnung 13 und jeder der Zähne der Fangverzahnung 15 weist zwei Zahnflanken 25, 26, 25', 26' auf, welche durch in Umfangsrichtung 28 orientierte Flächen der Zähne gebildet sind, und eine Kopffläche 30, 30', welche durch eine in axialer Richtung orientierter Fläche der Zähne gebildet ist. Die Kopfflächen 30, 30' sind für einen ersten Kontakt der Klauenelemente 12, 14, 21 während des Schließens der Klauenkupplung 10 vorgesehen. Die Zahnflanken 25, 25', 26, 26' sind für die formschlüssige Verbindung der Klauenelemente 12, 14, 21 und eine Übertragung des Drehmoments vorgesehen.
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Die Zähne der Fangverzahnung 15 weisen als Verzahnungsgeometrie eine angeschrägte Kopfgeometrie auf. Die Kopfflächen 30 der Zähne der Fangverzahnung 15 sind gegenüber der axialen Richtung geneigt angeordnet. Die Kopfflächen 30' der Zähne der Sperrverzahnung 13 sind in die axiale Richtung orientiert. Die Kopfflächen 30 der Zähne der Fangverzahnung 15 sind dabei um einen Winkel zwischen 5 Grad und 10 Grad gegen die axiale Richtung geneigt. Bezogen auf die axiale Richtung weisen sie dadurch die angeschrägte Kopfgeometrie auf.
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Die Zähne der Sperrverzahnung 13 weisen, indem deren Kopfflächen 30' in axialer Richtung orientiert sind, eine gerade Kopfgeometrie auf. Das Klauenelement 14 ist in Form eines Stanzbauteils ausgeführt, dass aus einem Blech erforderlicher Stärke hergestellt werden kann. Das Klauenelement 14 weist entlang der axialen Richtung eine konstante Stärke auf. In axialer Richtung schließen die Zähne der Sperrverzahnung 13 bündig mit dem Abweisring ab.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Klauenkupplung
- 11
- Kupplungshälfte
- 12
- Klauenelement
- 13
- Sperrverzahnung
- 14
- Klauenelement
- 15
- Fangverzahnung
- 16
- Schrägfläche
- 18
- Rampenring
- 19
- Getriebe
- 20
- Kupplungshälfte
- 21
- Klauenelement
- 22
- Klauenverzahnung
- 23
- Umsetzmechanismus
- 24
- Rückstellfeder
- 25
- Zahnflanken
- 25'
- Zahnflanken
- 26
- Zahnflanken
- 26'
- Zahnflanken
- 27
- Betätigungsrichtung
- 28
- Umfangsrichtung
- 29
- Schrägfläche
- 30
- Kopffläche
- 30'
- Kopffläche
- 31
- Antriebsstrang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012021458 A1 [0002]
