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Die Erfindung betrifft eine fluidbetätigte Schaltkupplung oder -bremse mit einem ersten Kupplungs- oder Bremsenteil und mit einem zweiten Kupplungs- oder Bremsenteil, der relativ zu dem ersten Kupplungs- oder Bremsenteil um eine Kupplungs- oder Bremsendrehachse drehbar gelagert ist, mit wenigstens einem durch ein Fluid beaufschlagbaren Druckkolben, sowie mit wenigstens einer relativ zu der Kupplungs- oder Bremsendrehachse axial verlagerbaren Kupplungs- oder Bremsscheibe, um bei einer Beaufschlagung des Druckkolbens den ersten und den zweiten Kupplungs- oder Bremsenteil drehschlüssig miteinander zu koppeln, sowie mit wenigstens einem Wälzlager, das zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungs- oder Bremsenteil angeordnet ist.
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Eine fluidbetätigte Schaltkupplung oder -bremse ist aus der
DE 20 2010 017 006 U1 bekannt. Die bekannte Schaltkupplung oder -bremse wird mit Hydrauliköl betrieben und weist zwei relativ zueinander drehbewegliche Kupplungs- oder Bremsenteile auf, die über ein Lamellenpaket in Form mehrerer Lamellenscheiben drehmomentübertragend miteinander koppelbar sind. Hierzu ist ein hydraulisch beaufschlagbarer Druckkolben vorgesehen, der axial relativ zu den Lamellenscheiben verlagerbar ist und bei Druckbeaufschlagung die Lamellenscheiben zusammenpresst. Hierdurch ergibt sich zwangsläufig eine Drehmomentübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungs- oder Bremsenteil. Zur Sicherstellung einer relativen Drehbeweglichkeit der beiden Kupplungs- oder Bremsenteile ist wenigstens ein Wälzlager vorgesehen, das – auf die Kupplungs- oder Bremsendrehachse bezogen – in axialer Richtung über Federelemente vorgespannt ist. Das wenigstens eine Wälzlager ist als Schrägkugellager ausgebildet und auf einen zylindrischen Nabenabschnitt eines Innenkörpers aufgesetzt. Das Schrägkugellager ist dort so gelagert, dass es axiale Stützkräfte in entgegengesetzter Axialrichtung zu einem weiteren Schrägkugellager überträgt und abstützt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine fluidbetätigte Schaltkupplung oder -bremse der eingangs genannten Art zu schaffen, die geringe Wartungskosten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass dem Wälzlager ein fluidbetätigbarer, relativ zu dem zweiten Kupplungs- oder Bremsenteil axial beweglich gelagerter Zusatzkolben zugeordnet ist, der bei Fluidbeaufschlagung eine Axialspannung auf das Wälzlager ausübt, und der abhängig von einer Fluidbeaufschlagung des Druckkolbens fluidbeaufschlagbar ist, und dass dem Zusatzkolben eine von einer Hauptleitung für eine Fluidzufuhr zu dem Druckkolben abgeleitete Zweigleitung zugeordnet ist, die gemeinsam mit der Hauptleitung fluidbeaufschlagbar und lüftbar ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine axiale Vorspannung des wenigstens einen Wälzlagers nur bei einem Schaltvorgang der Schaltkupplung oder -bremse, d. h. bei einer Fluidbeaufschlagung des Druckkolbens, erzielt. In gelüftetem Zustand des Druckkolbens ist auch der Zusatzkolben nicht fluidbeaufschlagt. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, eine Lebensdauer des wenigstens einen Wälzlagers signifikant zu erhöhen. Denn eine Axialbelastung des wenigstens einen Wälzlagers erfolgt nur bei einem Schaltvorgang und einem entsprechend geschalteten Zustand der Schaltkupplung oder -bremse. In gelüftetem Zustand der Schaltkupplung oder -bremse hingegen wird das wenigstens eine Wälzlager durch den Zusatzkolben nicht beaufschlagt. Erfindungsgemäß weist die Schaltkupplung oder -bremse wenigstens eine axial verlagerbare Kupplungs- oder Bremsscheibe auf. Vorteilhaft sind mehrere Kupplungs- oder Bremsscheiben in Form von Lamellenscheiben vorgesehen, die alternierend dem einen oder dem anderen Kupplungsteil drehmomentübertragend zugeordnet sind, und die eine Vielzahl von Reibflächen definieren, die bei axialer Druckbeaufschlagung durch den Druckkolben gegeneinander gepresst werden, um die Drehmomentübertragung zu erzielen. Die erfindungsgemäße Lösung ist in gleicher Weise für eine Kupplung wie für eine Bremse vorgesehen. Vorteilhaft betrifft die Erfindung eine hydraulische Schaltkupplung oder -bremse, die Hydrauliköl als Fluid und demzufolge als Druckmittel einsetzt. Die Zweigleitung weist in vorteilhafter Weise mehrere axial verlaufende, über einen Kupplungs- oder Bremsenumfang verteilt angeordnete Fluidkanäle auf. Alternativ oder ergänzend kann die Zweigleitung einen relativ zu der Kupplungs- oder Bremsendrehachse koaxialen Ringraum aufweisen.
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In Ausgestaltung der Erfindung sind die Hauptleitung im Wesentlichen radial und die Zweigleitung zumindest abschnittsweise axial innerhalb des ersten Kupplungsteiles erstreckt. Vorzugsweise ist der erste Kupplungsteil relativ zu dem zweiten Kupplungsteil radial innenliegend positioniert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zusatzkolben einem Wälzlagerring des Wälzlagers axial zugeordnet. In vorteilhafter Weise ist der Zusatzkolben einem – relativ zu der Kupplungs- oder Bremsendrehachse – radial inneren Wälzlagerring des Wälzlagers zugeordnet, um axial auf diesen Wälzlagerring zu wirken.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Zweigleitung durch wenigstens einen in dem ersten Kupplungsteil axial erstreckten Fluidkanal gebildet, der zu dem Zusatzkolben führt. Der wenigstens eine Fluidkanal mündet in einen Kolbenraum, der ringförmig koaxial zur Kupplungs- oder Bremsendrehachse angeordnet ist und durch den vorzugsweise ebenfalls ringförmigen Zusatzkolben begrenzt ist. Der Zusatzkolben liegt axial an dem entsprechenden Wälzlagerring an. Axial gegenüberliegend zu dem Wälzlagerring schließt an den Zusatzkolben der Kolbenraum an.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Wälzlager durch eine mechanische Federeinrichtung permanent axial vorgespannt. Die mechanische Federeinrichtung bewirkt eine permanente Axialkraft auf einen Wälzlagerring des Wälzlagers in gleicher Axialrichtung wie die durch den Zusatzkolben bewirkte zusätzliche Axialspannung. Die axiale Vorspannkraft, die die mechanische Federeinrichtung ausübt, ist wesentlich geringer als die Axialkraft, die durch die Fluidbeaufschlagung des Zusatzkolbens auf das Wälzlager ausgeübt wird. Bei nicht betätigter Kupplung oder Bremse wirkt kein Fluid und somit auch keine zusätzliche Axialkraft auf das Wälzlager. Vielmehr wird das Wälzlager ausschließlich durch die mechanische Federeinrichtung axial vorgespannt. Das Wälzlager ist in vorteilhafter Weise als Kugellager ausgeführt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Federeinrichtung derart gestaltet, dass die Federeinrichtung auf den Zusatzkolben eine permanente axiale Vorspannung in Richtung des Wälzlagerringes ausübt. Als Federeinrichtung können wenigstens ein Wellring, wenigstens eine Tellerfeder oder mehrere axial erstreckte und gleichmäßig über den Umfang der Kupplung oder Bremse verteilt angeordnete Schraubendruckfedern vorgesehen sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Federeinrichtung als auf den Zusatzkolben wirkende Tellerfeder gestaltet. Die Tellerfeder erstreckt sich koaxial zu der Kupplungs- oder Bremsendrehachse ringförmig. Die ringförmige Tellerfeder kann eine plane oder eine gewellte Anlagefläche am Wälzlagerring aufweisen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Nachfolgend ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der Zeichnungen dargestellt.
(Fortsetzung Seite 3 Absatz 5 der ursprünglichen Beschreibung: „1 zeigt ...”).
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine obere Hälfte einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltkupplung, die im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt und
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2 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt II der Schaltkupplung nach 1.
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Eine hydraulische Schaltkupplung 1 nach den 1 und 2 weist einen ersten Kupplungsteil 2 in Form eines Kupplungsgehäuses sowie einen zweiten Kupplungsteil 3 in Form eines innerhalb des Kupplungsgehäuses angeordneten Innenkörpers auf. Beide Kupplungsteile 2 und 3 sind relativ zu einer Kupplungsdrehachse D drehbeweglich gelagert. In nicht näher dargestellter Weise wird in einen zu der Kupplungsdrehachse D koaxialen Kupplungsdurchgang eine Versorgungswelle axial eingeschoben, die hydraulische Versorgungsanschlüsse aufweist, um eine Hydraulikversorgung der Schaltkupplung 1 in nachfolgend näher beschriebener Weise zu bewirken. Die Versorgungswelle ist in montiertem Zustand drehschlüssig mit dem Kupplungsinnenkörper verbunden und bildet demzufolge gemeinsam mit dem Kupplungsinnenkörper den innenliegenden, zweiten Kupplungsteil 3.
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Der innenliegende Kupplungsteil 3 lagert einen ringförmigen Druckkolben 4, der koaxial zur Kupplungsdrehachse D axial verlagerbar ist. Dem Druckkolben 4 ist ein Druckraum 7 zugeordnet, der in nachfolgend näher beschriebener Weise hydraulisch druckbeaufschlagbar ist. Der Druckkolben 4 wird über mehrere, gleichmäßig über einen Kupplungsumfang verteilt angeordnete Schraubendruckfedern 6 in seiner in 1 dargestellten Lüftstellung gehalten. Bei hydraulischer Druckbeaufschlagung wird der Druckkolben 4 axial verlagert in Richtung mehrerer Kupplungsscheiben 5, die durch Innen- und Außenlamellen gebildet sind. Die Innenlamellen sind drehschlüssig mit dem inneren Kupplungsteil 3 verbunden, wohingegen die Außenlamellen mit dem als Kupplungsgehäuse gestalteten Kupplungsteil 2 drehschlüssig verbunden sind. Die Kupplungsscheiben 5 bilden ein Lamellenpaket aus acht Innenlamellen und sieben Außenlamellen, die jeweils scheibenringförmig gestaltet sind und jeweils gegeneinander wirkende Reibflächen definieren. Auf einer dem Druckkolben 4 axial relativ zu dem durch die Kupplungsscheiben 5 gebildeten Lamellenpaket gegenüberliegenden Seite ist eine Axialverlagerbarkeit der Kupplungsscheiben 5 begrenzt durch eine Abschlussscheibe, die nicht näher bezeichnet ist. Die Abschlussscheibe ist ringförmig ausgeführt und über Schraubverbindungen an dem Kupplungsinnenkörper befestigt. Die Abschlussscheibe ist damit Teil des inneren Kupplungsteiles 3. Der äußere Kupplungsteil 2 ist mit Hilfe von zwei Wälzlagern drehbar relativ zu dem innenliegenden Kupplungsteil 3 gelagert, wobei nachfolgend lediglich das in 1 linke Wälzlager 8 näher beschrieben wird. Das Wälzlager 8 weist einen radial inneren Wälzlagerring 9 sowie einen radial äußeren Wälzlagerring 10 auf, zwischen denen eine Wälzkugelreihe vorgesehen ist. Der innere Wälzlagerring 9 ist auf einem Außenmantel der Versorgungswelle des inneren Kupplungsteiles 3 angeordnet, wohingegen der äußere Wälzlagerring 10 axial an einem Innenumfang einer Stirnwand des als äußerer Kupplungsteil 2 dienenden Kupplungsgehäuses gehalten ist.
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Um den Druckkolben 4 hydraulisch mit Druck beaufschlagen zu können, wird der Druckraum 7 über eine Hauptleitung 13 hydraulisch mit hydraulischen Versorgungsleitungen der Versorgungswelle verbunden. Die Hauptleitung 13 wird gebildet durch mehrere gleichmäßig über einen Kupplungsumfang verteilt angeordnete und radial erstreckte Hauptkanäle in dem Kupplungsinnenkörper. Die Hauptleitung 13 weist zudem einen Ringraum 13a auf, von dem aus axial zu dem Wälzlager 8 hin eine Zweigleitung 14 abgezweigt ist, die durch mehrere parallel zueinander angeordnete und gleichmäßig über einen Kupplungsumfang verteilt angeordnete Fluidkanäle gebildet ist. Die Fluidkanäle der Zweigleitung 14 weisen gegenüber den radial erstreckten Strömungskanälen der Hauptleitung 13 einen erheblich reduzierten Querschnitt auf, wie insbesondere 2 entnommen werden kann. Die Fluidkanäle der Zweigleitung 14 münden in einen Fluidraum 17, der koaxial zur Kupplungsdrehachse D ringförmig gestaltet ist. Der Fluidraum 17 wird einerseits durch den Kupplungsinnenkörper axial begrenzt. Andererseits wird der Fluidraum 17 axial wie auch radial nach außen begrenzt durch einen ringförmigen Zusatzkolben 11, der an dem radial inneren Wälzlagerring 9 axial anliegt. Der Fluidraum 17 bildet für den Zusatzkolben 11 einen Kolbenraum, in dem der Zusatzkolben 11 axial verschiebbar ist. Der Zusatzkolben 11 ist axial entgegengerichtet zu dem Druckkolben 4 mit Hydraulikdruck beaufschlagbar. Der Zusatzkolben 11 ist axial beweglich relativ zu dem innenliegenden Kupplungsteil 3 gelagert.
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Der Zusatzkolben 11 wird durch eine mechanische Federeinrichtung 12 permanent in Richtung des inneren Wälzlagerringes 9 axial druckbeaufschlagt. Die mechanische Federeinrichtung 12 wird bei der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 durch eine ringförmige Tellerfeder gebildet, die in dem Fluidraum 17 angeordnet ist. Die Tellerfeder 12 stützt sich an der Stirnwand des Kupplungsinnenkörpers einerseits und an einer entsprechenden Kolbenfläche des Zusatzkolbens 11 andererseits ab, wie 2 gut entnehmbar ist. Die Tellerfeder der mechanischen Federeinrichtung 12 ist unter permanenter Vorspannung in den Fluidraum 17 eingebaut, so dass der Zusatzkolben 11 durch die Federeinrichtung 12 eine permanente Axialkraft in Richtung des inneren Wälzlagerringes 9 erfährt. Hierdurch wird der innere Wälzlagerring 9 relativ zu dem äußeren Wälzlagerring 10 permanent geringfügig axial verschoben, wodurch die Wälzkugeln des Wälzlagers 8 sowohl radial als auch axial spielfrei zwischen dem äußeren Wälzlagerring 10 und dem inneren Wälzlagerring 9 gehalten sind. Der äußere Wälzlagerring 10 ist, wie anhand der 2 gut erkennbar ist, axial spielfrei zwischen einem Axialanschlag und einem Axialsicherungsring gehalten, die nicht näher bezeichnet sind.
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Anhand der 1 und 2 ist der nicht geschaltete Lüftungszustand der Schaltkupplung 1 gezeigt. Um die Schaltkupplung 1 zu schalten und demzufolge den inneren Kupplungsteil 3 mit dem äußeren Kupplungsteil 2 drehmomentübertragend zu koppeln, wird über die Versorgungswelle die Hauptleitung 13 hydraulisch mit Druck beaufschlagt, wodurch der Druckkolben 4 axial in Richtung des Lamellenpaketes verschoben wird, das durch die Kupplungsscheiben 5 gebildet wird. Hierdurch werden die Kupplungsscheiben 5 gegeneinander sowie gegen die Abschlussscheibe gepresst, wodurch zwangsläufig über die verschiedenen Reibflächen Drehmomente zwischen dem inneren Kupplungsteil 3 und dem äußeren Kupplungsteil 2 übertragen werden. Mit der hydraulischen Druckbeaufschlagung der Hauptleitung 13 wird auch der Ringraum 13a zwangsläufig hydraulisch mit Druck beaufschlagt. Da die Zweigleitung 14 zu dem Ringraum 13a sowie zu dem Fluidraum 17 hin offen ist, erfolgt zwangsläufig auch eine hydraulische axiale Druckbeaufschlagung des Zusatzkolbens 11 in entgegengesetzter Richtung wie die axiale Druckbeaufschlagung des Druckkolbens 4. Hierdurch wird der Zusatzkolben 11 in der Vorspannungsrichtung der Federeinrichtung 12 zusätzlich axial gegen den inneren Wälzlagerring 9 gepresst, wodurch sich eine Spielfreiheit der Wälzkugeln zwischen dem inneren Wälzlagerring 9 und dem äußeren Wälzlagerring 10 verbessert. Sobald der Hydraulikdruck in dem Druckraum 7 wieder reduziert wird, um die Schaltkupplung 1 zu lüften, drücken die Schraubendruckfedern 6 den Druckkolben 4 wieder in seine gelüftete Ausgangslage gemäß 1 zurück. Die hydraulische Druckreduzierung setzt sich aufgrund der fluidströmungsmäßig kommunizierenden Zweigleitung 14 auch in den Fluidraum 17 hinein fort, wodurch die zusätzliche hydraulische Druckbeaufschlagung des Zusatzkolbens 11 entfällt. In gelüftetem Zustand der Schaltkupplung 1 wirkt demzufolge lediglich die axiale Vorspannkraft der Federeinrichtung 12 auf den Zusatzkolben 11 und demzufolge auf den inneren Wälzlagerring 9.
