DE102016210104B3

DE102016210104B3 - Kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016210104B3
Application number: DE102016210104.8A
Authority: DE
Inventors: Ralph Schimpf; Alexander Wenisch
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2036-06-09
Also published as: WO2017211340A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung, umfassend einen Innenring (1) und einen Außenring (2) sowie mindestens eine radial zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) angeordnete Kupplungsscheibe (3), die aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter sowie durch einen Käfig (4) elastisch miteinander verbundener Segmente (5) ausgebildet ist, wobei die Segmente (5) in einem unbetätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung lediglich an dem Außenring (2) zur Anlage kommen, und wobei die Segmente (5) in einem betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung auch an dem Innenring (1) zur Anlage kommen, um ein Reibmoment zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) zu generieren, wobei der Außenring (2) an einer Innenumfangsfläche eine Vielzahl von Rampen (6) aufweist, die mit korrespondierend dazu ausgebildeten Rampen (7) an einer jeweiligen Außenumfangsfläche des jeweiligen Segments (5) zusammenwirken, und wobei die Segmente (5) über einen axial betätigbaren Kolben (13) radial verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Kupplungsvorrichtungen in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Getrieben von Kraftfahrzeugen sind in der Regel als Lamellenkupplung oder Klauenkupplung ausgebildet. Lamellenkupplungen sind reibschlüssige Kupplungsvorrichtungen, die im Wesentlichen durch eine Axialkraft betätigbar sind. Klauenkupplung sind formschlüssige Kupplungsvorrichtungen, die einen geringeren Schaltkomfort als Lamellenkupplungen aufweisen, jedoch eine geringere Betätigungskraft benötigen.
Beispielsweise geht aus der DE 10 2013 220 224 A1 eine schaltbare Kupplung hervor. Die Kupplung umfasst einen ersten äußeren Ring, einen zweiten äußeren Ring, einen inneren Ring, mindestens einen zumindest teilweise radial zwischen dem inneren Ring und den ersten und zweiten äußeren Ringen angeordneten Keilblock, und eine einzige Aktuatorstange, welche, um den mindestens einen Keilblock zu positionieren, verschiebbar ist. In einer ersten Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock sind der erste äußere Ring und der innere Ring drehfest miteinander verbunden. In einer zweiten Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock sind der zweite äußere Ring und der innere Ring drehfest miteinander verbunden. In einer dritten Position für die Aktuatorstange und den mindestens einen Keilblock ist der innere Ring drehbar gegenüber dem ersten und dem zweiten äußeren Ring.
Ferner offenbart die DE 10 2013 220 224 A1 ein Einspannmechanismus, umfassend eine Mehrzahl von Backen, die auseinander bewegt werden können, um zu ermöglichen, dass ein Objekt zwischen den Backen angeordnet wird, und zusammengeführt werden können, um das Objekt im wesentlichen zu umgeben, sowie eine Mehrzahl von Greifelementen, die um die Öffnungen der Backen zwischen den Backen und dem Objekt festgehalten sind. Wenn die Backen um ein Objekt geschlossen sind, kann die Drehung des Objekts, das zwischen den Backen eingeschlossen ist, dazu führen, dass sich die Greifelemente in Positionen bewegen, in denen sie zwischen den Backen und dem Objekt verkeilt sind, so dass das Objekt von dem Einspannmechanismus gehalten wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, dass insbesondere ein Schaltkomfort der Kupplungsvorrichtung gesteigert und eine Betätigungskraft zur Betätigung der Kupplungsvorrichtung verringert werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung umfasst einen Innenring und einen Außenring sowie mindestens eine radial zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Kupplungsscheibe, die aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter sowie durch einen Käfig elastisch miteinander verbundener Segmente ausgebildet ist, wobei die Segmente in einem unbetätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung lediglich an dem Außenring zur Anlage kommen, und wobei die Segmente in einem betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung auch an dem Innenring zur Anlage kommen, um ein Reibmoment zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Innenring und dem Außenring zu generieren, wobei der Außenring an einer Innenumfangsfläche eine Vielzahl von Rampen aufweist, die mit korrespondierend dazu ausgebildeten Rampen an einer jeweiligen Außenumfangsfläche des jeweiligen Segments zusammenwirken, und wobei die Segmente über einen axial betätigbaren Kolben radial verschiebbar sind.
Mit anderen Worten ist im unbetätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung zwischen der mindestens einen Kupplungsscheibe und dem Innenring ein Spalt ausgebildet, sodass der Innenring und die mindestens eine Kupplungsscheibe nicht aneinander zur Anlage kommen, wobei zwischen dem Innenring und dem Außenring kein Drehmoment übertragen wird. Demgegenüber kommt die mindestens eine Kupplungsscheibe in einem betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung radial am Innenring und am Außenring zur Anlage. Eine radiale Verschiebung der Segmente wird durch das axiale Betätigen des Kolbens sowie der miteinander zusammmenwirkenden Rampen am Außenring und am jeweiligen Segment eingeleitet. Die radiale Verschiebung der Segmente führt zu einer Verkeilung der Kupplungsscheibe zwischen dem Außenring und dem Innenring und somit zu einer formschlüssigen Verbindung. Insbesondere wird dadurch der Schaltkomfort erhöht. Eine Außenumfangsfläche des Innenrings ist zylindrisch ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist der Kolben ringförmig ausgebildet und weist eine Vielzahl axial ausgebildeter Keilelemente auf, die tangential zwischen jeweils zwei Segmenten angeordnet sind, um die jeweiligen zwei Segmente tangential voneinander zu beabstanden. Mithin ist das jeweilige Keilelement derart ausgebildet, dass ein am ringförmigen Kolben ausgebildetes Ende des jeweiligen Keilelements tangential breiter als ein freies Ende des jeweiligen Keilelements ist. Je weiter der Kolben axial in Richtung der Kupplungsscheibe verschoben wird, umso weiter werden jeweils zwei Segmente voneinander beabstandet. Die tangentiale Verschiebung der jeweiligen zwei Segmente am Außenring, ist mit einem aneinander Abgleiten der Rampen am Außenring und an den Segmenten verbunden, sodass dadurch eine radiale Verschiebung der jeweiligen zwei Segmente einhergeht.
Bevorzugt ist das jeweilige Keilelement jeweils nach zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Segmenten tangential zwischen zwei Segmenten angeordnet. Mit anderen Worten ist abwechselnd zwischen zwei Segmenten ein Keilelement sowie kein Keilelement angeordnet. Mithin weist der Kolben halb so viele Keilelemente auf wie die Kupplungsscheibe Segmente aufweist. Ein Keilelement ist jeweils zum Betätigen von zwei Segmenten vorgesehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bilden zwei jeweilige Rampen am Außenring zusammen im Wesentlichen eine Teilkreiskontur aus. Dadurch wird ein drehrichtungunabhängiges Verkeilen der Kupplungsscheibe realisiert. Ferner sind auch andere Rampenkonturen denkbar, die ein drehrichtungunabhängiges Verkeilen der Kupplungsscheibe realisieren. Insbesondere sind die Rampen am Außenring in Umfangsrichtung abwechselnd am Außenring ausgebildet, wobei jeweils mindestens eine radial zunehmende und jeweils mindestens eine radial abnehmende Rampe abwechselnd in Umfangsrichtung ausgebildet sind.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Segmente in einer umlaufenden Nut am Innenring angeordnet sind, wobei die Segmente im betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung in der umlaufenden Nut zur Anlage kommen. Die umlaufende Nut ist insbesondere dazu vorgesehen, ein Verkippen der Segmente zu verhindern und die Betätigungskraft für die Kupplungsvorrichtung zu verringern.
Vorzugsweise sind die Segmente an einer Innenumfangsfläche im Wesentlichen keilförmig ausgebildet. Insbesondere ist die umlaufende Nut komplementär zu den Segmenten ausgebildet. Dadurch vergrößert sich die Anlagefläche zwischen dem jeweiligen Segment und dem Innenring. Mithin vergrößert sich die Normalkraft und somit auch das Reibmoment zwischen dem jeweiligen Segment und dem Innenring.
Erfindungsgemäß ist das jeweilige Segment über jeweils zwei Federelemente radial am Käfig gelagert, wobei die beiden jeweiligen Federelemente im unbetätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung das jeweilige Segment radial gegen den Außenring drücken. Die Federelemente sind vorzugsweise als Druckfedern ausgebildet und stützen sich radial zwischen dem Käfig und dem jeweiligen Segment ab.
Vorzugsweise ist der Außenring drehfest mit einem Gehäuse verbunden. Das Gehäuse kann beispielsweise ein Getriebegehäuse oder eine andere drehmomentführende Komponente, wie beispielsweise ein Planetenträger sein. Insbesondere ist zwischen dem Gehäuse bzw. dieser Komponente und dem Außenring eine formschlüssige Struktur ausgebildet, die ein Verdrehen des Außenrings gegenüber der befestigten Komponente oder des Gehäuses verhindert.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung,
2 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß 1, und
3 eine weitere schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß 2 in einem betätigten Zustand.
Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung für ein – hier nicht dargestelltes – Kraftfahrzeug einen Innenring 1, einen Außenring 2 sowie eine radial zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 angeordnete Kupplungsscheibe 3 auf. Der Außenring 2 ist drehfest mit einem Gehäuse 10 verbunden. Insbesondere ist radial zwischen dem Außenring 2 und dem Gehäuse 10 eine formschlüssige Struktur ausgebildet, die eine Relativdrehung zwischen dem Außenring 2 und dem Gehäuse 10 verhindert. Die Kupplungsscheibe 3 ist aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter sowie durch einen Käfig 4 miteinander verbundener Segmente 5 ausgebildet.
Nach 2 ist das jeweilige Segment 5 über jeweils zwei Federelemente 9 radial am Käfig 4 gelagert. In einem – hier dargestellten – unbetätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung wird das jeweilige Segment 5 von den beiden jeweiligen Federelementen 9 radial gegen den Außenring 2 gedrückt. Mithin kommen die Segmente 5 radial an einer Innenumfangsfläche des Außenrings 2 zur Anlage. Ferner weist der Außenring 2 an der Innenumfangsfläche eine Vielzahl von Rampen 6 auf, die mit korrespondierend dazu ausgebildeten Rampen 7 an einer jeweiligen Außenumfangsfläche des jeweiligen Segments 5 zusammenwirken, um eine radiale Verschiebung des jeweiligen Segments zu bewirken. Dabei bilden zwei jeweilige Rampen 6 am Außenring 2 zusammen eine Teilkreiskontur aus. Jeweils zwei Segmente 5 sind über einen axial betätigbaren Kolben 13 radial verschiebbar. Dazu ist der Kolben 13 ringförmig ausgebildet und weist eine Vielzahl axial ausgebildeter Keilelemente 14 auf, die tangential zwischen jeweils zwei Segmenten 5 angeordnet sind, um bei einer axialen Betätigung des Kolbens 13 die jeweiligen zwei Segmente 5 tangential voneinander zu beabstanden und dadurch radial zu verschieben. Das jeweilige Keilelement 14 ist jeweils nach zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Segmenten 5 tangential zwischen zwei Segmenten 5 angeordnet.
In einem unbetätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung kommen die Segmente 5 lediglich an dem Außenring 2 zur Anlage, wobei zwischen dem Innenring 1 und der Kupplungsscheibe 3, insbesondere zwischen dem Innenring 1 und den Segmenten 5 ein radialer Spalt 11 ausgebildet ist. Mithin wird zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 kein Drehmoment übertragen. Der Kolben 13 ist mit einer Axialkraft beaufschlagbar, um die Segmente 5 radial zu betätigen. In einem betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung kommen die Segmente 5 auch am Innenring 1 zur Anlage, um ein Reibmoment zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 zu generieren. Grund dafür ist die durch die axiale Verschiebung des Kolbens 13 eingeleitete tangentiale Verschiebung zwischen jeweils zwei Segmenten 5, die aufgrund der in wirkverbindung stehenden Rampen 6 am Außenring 2 sowie der korrespondierend dazu ausgebildeten Rampen 7 am jeweiligen Segment 5 mit einer radialen Verschiebung der jeweils zwei Segmente 5 einhergeht. Mit anderen Worten wird im betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung der Innenring 1 über die Kupplungsscheibe 3 mit dem Außenring 2 gekoppelt und somit drehfest verbunden. Aufgrund der Rampen 6 am Außenring 2 sowie der korrespondierend dazu ausgebildeten Rampen 7 am jeweiligen Segment 5 erfolgt nach einer geringen Relativdrehung zwischen der Kupplungsscheibe 3 und dem Außenring 2 eine Verkeilung der Kupplungsscheibe 3 zwischen dem Außenring 2 und dem Innenring 1. Durch diese Verkeilung wird im betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung das Reibmoment zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 verstärkt.
In 3 ist die Kupplungsvorrichtung gemäß einer weiteren Schnittdarstellung im betätigten Zustand dargestellt. Insbesondere geht aus 3 hervor, dass die vom Käfig 4 gehaltenen Segmente 5 in einer umlaufenden Nut 8 am Innenring 1 angeordnet sind. Im betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung kommen die Segmente 5 in der umlaufenden Nut 8 zur Anlage. Ein Pfeil 12 visualisiert eine auf den Kolben 13 wirkende Axialkraft, die das jeweilige axial ausgebildete Keilelemente 14 axial zwischen jeweils zwei Segmenten 5 verschoben hat und dadurch die jeweiligen zwei Segmente 5 tangential, und damit einhergehend radial verschoben hat. Insbesondere ist der Kolben 13 ringförmig ausgebildet und weist eine Vielzahl axial ausgebildeter Keilelemente 14 auf, die tangential zwischen jeweils zwei Segmenten 5 angeordnet sind, um die jeweiligen zwei Segmente 5 tangential voneinander zu beabstanden.
Aufgrund der radialen Verschiebung des Segments 5, kommt das Segment 5 radial in der Nut 8 am Innenring 1 zur Anlage. Das Segment 5 ist an einer Innenumfangsfläche im Wesentlichen keilförmig, insbesondere trapezförmig im Querschnitt ausgebildet. Ferner ist die Nut 8 im Wesentlichen komplementär zum Segment 5 ausgebildet, um ein Verkippen des Segments 5 zu verhindern.
Bezugszeichenliste

1: Innenring
2: Außenring
3: Kupplungsscheibe
4: Käfig
5: Segmente
6: Rampe
7: Rampe
8: Nut
9: Federelement
10: Gehäuse
11: Spalt
12: Pfeil
13: Kolben
14: Keilelement

Claims

Kupplungsvorrichtung, umfassend einen Innenring (1) und einen Außenring (2) sowie mindestens eine radial zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) angeordnete Kupplungsscheibe (3), die aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter sowie durch einen Käfig (4) elastisch miteinander verbundener Segmente (5) ausgebildet ist, wobei die Segmente (5) in einem unbetätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung lediglich an dem Außenring (2) zur Anlage kommen, und wobei die Segmente (5) in einem betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung auch an dem Innenring (1) zur Anlage kommen, um ein Reibmoment zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) zu generieren, wobei der Außenring (2) an einer Innenumfangsfläche eine Vielzahl von Rampen (6) aufweist, die mit korrespondierend dazu ausgebildeten Rampen (7) an einer jeweiligen Außenumfangsfläche des jeweiligen Segments (5) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5) über einen axial betätigbaren Kolben (13) radial verschiebbar sind, wobei der Kolben (13) ringförmig ausgebildet ist und eine Vielzahl axial ausgebildeter Keilelemente (14) aufweist, die tangential zwischen jeweils zwei Segmenten (5) angeordnet sind, um die jeweiligen zwei Segmente (5) tangential voneinander zu beabstanden, wobei das jeweilige Segment (5) über jeweils zwei Federelemente (9) radial am Käfig (4) gelagert ist, wobei die beiden jeweiligen Federelemente (9) im unbetätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung das jeweilige Segment (5) radial gegen den Außenring (2) drücken.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Keilelement (14) jeweils nach zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Segmenten (5) tangential zwischen zwei Segmenten (5) angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei jeweilige Rampen (6) am Außenring (2) zusammen im Wesentlichen eine Teilkreiskontur ausbilden.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5) an einer Innenumfangsfläche im Wesentlichen keilförmig ausgebildet sind.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (5) in einer umlaufenden Nut (8) am Innenring (1) angeordnet sind, wobei die Segmente (5) im betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung in der umlaufenden Nut (8) zur Anlage kommen.
Kupplungsvorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (2) drehfest mit einem Gehäuse (10) verbunden ist.