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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung mit wenigstens einer Kupplung und wenigstens einer Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Kupplung, wobei ein Gehäuseabschnitt der Kupplungsanordnung und ein Abschnitt der Betätigungseinrichtung einen Druckraum einschließen, und wobei der Druckraum über eine Versorgungsleitung mit einer Fluidzufuhreinrichtung verbunden ist und in der Versorgungsleitung ein Ventil angeordnet ist, das eine Betriebsstellung und eine Verschlussstellung umfasst, wobei in der Betriebsstellung die Versorgungsleitung geöffnet ist und in der Verschlussstellung der Abfluss von Fluid aus dem Druckraum verhindert ist.
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Kupplungsanordnungen mit hydraulischer Betätigung sind insbesondere bei nasslaufenden Kupplungen bekannt. Derartige mit einem Kolben betätigte Kupplungen werden beispielsweise bei nasslaufenden Doppelkupplungen oder Wandlerüberbrückungskupplungen in Wandlern von Automatgetrieben verwendet.
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Der Kolben begrenzt dabei einen Teil eines Druckraumes, in den zum Einrücken der Kupplung Fluid eingeführt wird. Durch die Einführung des Druckfluids wird der Kolben in Richtung eines Lamellenpakets verschoben und presst die Lamellen zusammen. Dadurch entsteht ein Reibschluss zwischen den Lamellen, von denen bekanntermaßen ein Teil antriebsseitig und ein anderer Teil abtriebsseitig angeordnet ist. Deratige Kupplungen werden auch als „normally open“-Kupplungen bezeichnet, da Energie beim Einrücken aufzuwenden ist.
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Zum Einrücken einer derartigen Kupplung ist also das Vorhalten eines Druckes im Druckraum notwendig. Dies benötigt, da hierfür eine Pumpe ständig Arbeit verrichten muss, Energie. Um diese zu reduzieren ist es bekannt, in der Versorgungsleitung des Druckraumes ein Ventil vorzusehen und den Druck so einzuschließen. In der
DE 10 2005 011 915 A1 sind mehrere Ventilanordnungen gezeigt, um in einem Druckraum das Fluid unter Druck einzuschließen. Die Ventile sind teilweise als Schiebeventile ausgebildet, die gegen eine Vorlast mit einer elektromagnetischen Einheit verschoben werden. Hierfür wird zwar weniger Energie verbraucht als beim Betrieb der Pumpe, jedoch ist immer noch auch bei längerer Schließstellung des Ventils Energie aufzuwenden.
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Aus der US 2011 / 0108140 A1 geht ein Sperrventil hervor. Bei diesem wirken ein Kolben, ein Zahnring und eine Haltung zusammen, um eine Betriebsstellung und eine Verschlussstellung des Sperrventils zu erzielen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der der Energieverbrauch beim Betrieb der Kupplung weiter verringert ist.
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Zur Lösung der Aufgabe ist eine Kupplungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Als Kern der Erfindung wird angesehen, dass das Ventil nicht durch eine elektromagnetische Vorrichtung verschlossen gehalten wird, sondern in der Verschlussstellung eine mechanische Verrastung stattfindet, wobei diese Verrastung Drehbewegungen des Schließmechanismus verhindert. Dem liegt die Idee zugrunde, ein Ventil mit einer Art Kugelschreibermechanismus zu verwenden, so dass eine Betriebsstellung und eine Verschlussstellung vorhanden sind, wobei in der Betriebsstellung Öl in den Druckraum hineingeführt werden kann und aus diesem entweichen kann und in der Verschlussstellung Öl aus dem Druckraum nicht mehr entweichen kann. Bei genügend hohem Druck in der Versorgungsleitung wäre es aber immer noch möglich, dass Ventil aufzudrücken und Öl in den Druckraum einzuführen. Dies bietet den Vorteil, dass nur während der Betätigung des Ventils, d. h. beim Wechsel von der Betriebsstellung in die Verschlussstellung und umgekehrt, Energie aufzuwenden ist.
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Dabei ist das Ventil als Schieberventil ausgebildet. Der Schieber ist dabei der Verschließmechanismus.
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Vorzugsweise kann der Verschließmechanismus in der Betriebsstellung und in der Verschlussstellung in einer unterschiedlichen Axialposition verrastet sein. Während bei den Schiebeventilen eine Bewegung des Schiebers senkrecht zur Zuleitungsrichtung bzw. Versorgungsleitung und damit üblicherweise in radialer Richtung erfolgt ist bei dem beschriebenen Ventil vorgesehen, dass die unterschiedlichen Betriebspositionen in axialer Richtung beanstandet sind.
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Vorzugsweise kann der Verschließmechanismus durch eine Axial- und Drehbewegung von der Verschlussstellung in die Betriebsstellung und umgekehrt verbringbar sein. Wie beschrieben soll eine Art Kugelschreibermechanismus verwendet werden. Dabei ist ein Wechsel der Stellungen dadurch möglich, dass gleichzeitig eine Axial- und zumindest teilweise eine Drehbewegung durchgeführt wird, wodurch unterschiedliche Rastpositionen erreicht werden.
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Vorzugsweise kann an der Wand des den Verschließmechanismus aufnehmenden Gehäuses ein Sperrkranz zum Verrasten des Verschließmechanismus vorhanden sein. Als Verschließmechanismus wird demnach derjenige Teil der Kupplungsanordnung bezeichnet, der die Versorgungsleitung aufgrund seiner Bewegung, insbesondere Axialbewegung, öffnet und schließt. Die anderen am Verschluss beteiligten Bauteile werden nicht zum Verschließmechanimus gezählt, auch wenn sie mitwirken. Das Gehäuse ist vorteilhafterweise ein Abschnitt der Versorgungsleitung, wodurch die Anzahl der Bauteile gering gehalten werden kann.
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Vorteilhafterweise kann der Sperrkranz in Umfangsrichtung abwechselnd Gleitnuten und Sperrrippen umfassen. Die Sperrrippen erstrecken sich in axialer Richtung, wodurch bei vorstehenden Sperrrippen gleichzeitig die Gleitnuten entstehen. Die Gleitnuten können also durch einen Abschnitt der Wand des Gehäuses gebildet werden, die Sperrrippen stehen dagegen üblicherweise von der Gehäusewand ab.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, Nuten in die Gehäusewand einzufügen, wodurch gleichzeitig die Sperrrippen entstehen. Am arbeitsaufwendigsten wäre es, Nuten in die Gehäusewand einzufügen und gleichzeitig Sperrrippen aufzusetzen. Bevorzugt wird eine der ersten beiden Varianten verwendet, wobei diejenige mit dem geringeren Arbeitsaufwand ausgewählt wird.
Vorteilhafterweise kann der Verschließmechanismus Eingriffsrippen umfassen. Die Eingriffsrippen wirken mit den Sperrrippen zusammen und erwirken eine Verrastung. Bevorzugt kann das Ventil eine Schaltkrone zum Verdrehen des Verschließmechanismus aufweisen. Die Schaltkrone kann bevorzugt radial innerhalb der Sperrrippen des Gehäuses führbar sein. Damit die Schaltkrone zusammen mit den Eingriffsrippen wirken kann, erstrecken sich die Eingriffsrippen in radialer Richtung bevorzugt radial weiter nach innen als die Sperrrippen. Dadurch können die Eingriffsrippen sowohl mit den Sperrrippen als auch mit der Schaltkrone zusammenwirken.
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Allgemeiner ausgesprochen weisen die Eingriffsrippen einer größere radiale Erstreckung auf als die Sperrrippen und die Schaltkrone. Dadurch wird erreicht, dass die Eingriffsrippen sowohl mit den Sperrrippen als auch mit der Schaltkrone zusammenwirken können.
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Bevorzugt weist die Schaltkrone Zähne auf, deren Spitzen in die gleiche Richtung weisen wie die Spitzen der Sperrrippen.
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Vorteilhafterweise kann das Ventil eigenmediumbetätigt sein. D. h., dass durch eine Erhöhung und Erniedrigung des Drucks in der Versorgungsleitung einer Betätigung des Ventils möglich ist.
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Weiter bevorzugt weist der Verschließmechanismus an seinem den Eingriffsrippen abgewandten Ende wenigstens eine Verschlussfläche auf, mit der die Versorgungsleitung verschließbar ist. Dementsprechend befindet sich in der Versorgungsleitung ein Gegenabschnitt, der durch den Verschließmechanismus verschlossen wird. Dieser Gegenabschnitt weist eine begrenzte axiale Erstreckung auf, so dass eine axiale Verschiebung des Verschließmechanismus ein Öffnen oder Verschließen der Versorgungsleitung bewirkt.
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Daneben betrifft die Erfindung einen Wandler umfassend eine Wandlerüberbrückungskupplung. Der Wandler zeichnet sich dadurch aus, dass die Wandlerüberbrückungskupplung als Kupplungsanordnung wie beschrieben ausgebildet ist.
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Daneben betrifft die Erfindung eine nasslaufenden Lamellenkupplung. Die Lamellenkupplung zeichnet sich dadurch aus, dass sie als Kupplungsanordnung wie beschrieben ausgebildet ist.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Kupplungsanordnung. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Kupplungsanordnung wie beschrieben ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
- 1 einen Teil einer Kupplungsanordnung,
- 2 einer Abwicklung mehrerer Bauteile der Kupplungsanordnung, und
- 3 ein Ventil in perspektivischer Darstellung.
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1 zeigt einen Abschnitt einer Kupplungsanordnung 1 umfassend eine Lamellenkupplung 2 und ein Ventil 3 in einer Versorgungsleitung 4. Von der Lamellenkupplung 2 sind lediglich drei Lamellen dargestellt, betätigt wird die Lamellenkupplung 2 mittels des Kolbens 5. Der Kolben 5 wird über Hydrauliköl in der Versorgungsleitung 4 verschoben, wobei dieses Öl in den Druckraum 6 eingeführt oder ausgelassen wird. Der Druckraum 6 wird vorzugsweise teilweise durch den Kolben und teilweise durch einen Abschnitt des Gehäuses begrenzt, wobei weitere Bauteile der Kupplungsanordnung den Druckraum begrenzen können. Statt des Gehäuses kann auch ein zusätzliches Bauteil, bspw. eine Stauscheibe, verwendet werden. Die in 1 dargestellte Ausgestaltung der Kupplungsanordnung ist dabei rein schematisch zu verstehen, sie zeigt vor allen, dass in der Versorgungsleitung 4 zum Druckraum 6 hin ein Ventil 3 angeordnet ist, mit dem die Versorgungsleitung 4 öffen- und schließbar ist.
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Die Kupplungsanordnung 1 kann in einem Wandler als Wandlerüberbrückungskupplung angeordnet sein, was auch eine bevorzugte Ausgestaltung ist. Das Ventil 3 umfasst ein Gehäuse 7 mit in Umfangsrichtung vorhandenen Sperrrippen 8. Der Verschließmechanismus 9 weist mit den Sperrrippen 8 zusammenwirkende Eingriffsrippen 10 auf. Ebenfalls mit den Eingriffsrippen 10 des Verschließmechanismus 9 wirken die Zähne 12 einer Schaltkrone 14 zusammen.
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2 zeigt das Gehäuse 7, die Schaltkrone 14 und den Verschließmechanismus 9 als Abwicklung. Dabei ist zur besseren Orientierung in den 1 und 2 der Pfeil 16 zur Angabe der axialen Richtung dargestellt. Der Verschließmechanismus 9 weist an seinem einen Ende Eingriffsrippen 10 auf, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Eingriffsrippen 10 haben einseitig zulaufende Spitzen 18, deren Wirkung im Folgenden noch beschrieben wird. Dem gegenüber sind die Spitzen 20 der Sperrrippen 8 in die gegenteilige Richtung weisend. D. h., dass wenn in der Abwicklung die Eingriffsrippen 10 ihre Spitzen auf der linken Seite haben, die Spitzen 20 der Sperrrippen 8 auf der rechten Seite liegen. Eine Sperrrippe 8 weist in der gezeigten Ausführungsform immer zwei Spitzen 20 auf.
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Die Sperrrippen 8 weisen weiterhin eine Einkerbung 22 auf. Wie oben bereits beschrieben wird der Verschließmechanismus in zwei verschiedenen axialen Positionen verrastet, um einmal in einer Betriebsstellung und ein anderes Mal in einer Verschlussstellung zu sein. Greifen die Eingriffsrippen 10 in die zwischen den Sperrrippen 8 befindlichen Gleitnuten 24 ein, so befindet sich der Verschließmechanismus 9 weiter entfernt vom Druckraum 6 und somit in der Betriebsstellung. Einer Verrasstung gegen ein Verdrehen erfolgt dabei mittels der Sperrrippen 8.
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Durch eine Verdrehung und axiale Verschiebung können die Eingriffsrippen 10 aber auch so gedreht werden, dass sie in die Einkerbungen 22 eingreifen. Auch in dieser Stellung erfolgt eine mechanische Verrastung des Verschließmechanismus 9 durch die Sperrrippen 8. Allerdings ist die axiale Position des Verschließmechanismus 9 dann näher am Druckraum 6 und das Ventil 3 befindet sich in der Verschlussstellung. Dadurch kann kein Öl aus dem Druckraum 6 entweichen.
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Um den Verschließmechanismus 9 von der Betriebsstellung in die Verschlussstellung zu bewegen ist eine Schaltkrone 14 vorgesehen. Diese weist in Umfangsrichtung mehrere Zähne 12 auf. Die Schaltkrone 14 und damit die Zähne 12 sind in axialer Richtung beweglich, gegenüber dem Gehäuse 7 bzw. den Sperrrippen 8 aber nicht verdrehbar. Der Verschließmechanismus 9 ist dagegen gegenüber den Sperrrippen 8 bzw. dem Gehäuse 7 verdrehbar, wenn er nicht verrastet ist.
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Wie weiter oben bereits beschrieben kann sich die Schaltkrone radial innerhalb der Sperrrippen 8 und damit innerhalb des Sperrkranzes befinden. Die radiale Erstreckung der Eingriffsrippen 10 ist dann derart, dass sie zumindest teilweise mit den Sperrrippen 8 und auch den Zähnen 12 der Schaltkrone 14 zusammenwirken können. Die Zähne 12 der Schaltkrone 14 sind derart angeordnet, dass sie bei Kontakt mit den Eingriffsrippen 10 den Verschließmechanismus 9 in axialer Richtung in Richtung des Druckraumes 6 bewegen und, sobald die Eingriffsrippen 10 nicht mehr mit den Sperrrippen 8 verrastet sind, den Verschließmechanismus 9 in Umfangsrichtung verdrehen. Durch das Verdrehen werden die Eingriffsrippen 10 derart verschoben, dass sie nach einem axialen Verschieben statt in einer Gleitnut 24 in einer Einkerbung 22 gelangen und umgekehrt. Durch ein einmaliges Betätigen wird also von der Betriebsstellung in die Verschlussstellung gewechselt und umgekehrt.
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Auf der Seite des Druckraumes 6 ist bevorzugt ein Vorlastelement, bspw. eine Vorlastfeder, angeordnet. Dieses erzeugt eine Vorlast für das Ventil 3, hier auf den Verschließmechanismus 9. Die Vorlast bewirkt über die Schrägen das Verdrehmoment zum Verdrehen des Verschließmechanismus 9 gegenüber der Schaltkrone 14.
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3 zeigt eine mögliche dreidimensionale Darstellung des Ventils 3. Dabei ist erkennbar, dass die axiale Erstreckung der Sperrrippen 8 und der Eingriffsrippen 10 auch relativ kurz ausfallen kann, um den axialen Hub zum Wechseln von der Verschlussstellung in die Betriebsstellung gering zu halten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsanordnung
- 2
- Lamellenkupplung
- 3
- Ventil
- 4
- Versorgungsleitung
- 5
- Kolben
- 6
- Druckraum
- 7
- Gehäuse
- 8
- Sperrrippe
- 9
- Verschließmechanismus
- 10
- Eingriffsrippe
- 12
- Zahn
- 14
- Schaltkrone
- 16
- Pfeil
- 18
- Spitze
- 20
- Spitze
- 22
- Einkerbung
- 24
- Gleitnut
