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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.
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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.
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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.
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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 miteinander verbundener Segmente ausgebildet ist, wobei die Segmente in einem unbetätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung lediglich an dem Außenring zur Anlage kommen, wobei ferner der Außenring mit einer Axialkraft beaufschlagbar ist, um die Segmente radial zu verschieben, und wobei die Segmente in einem betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung auch am Innenring zur Anlage kommen, um ein Reibmoment zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Innenring und dem Außenring zu generieren. 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.
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Vorzugsweise weist der Außenring an einer Innenumfangsfläche eine Vielzahl von Rampen auf, die mit korrespondierend dazu ausgebildeten Rampen an einer jeweiligen Außenumfangsfläche des jeweiligen Segments zusammenwirken, um in einem betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung das Reibmoment zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring und dem Außenring zu erhöhen. Somit erfolgt bei einer Relativdrehung zwischen der Kupplungsscheibe und dem Außenring aufgrund der Rampen an der jeweiligen Außenumfangsfläche des jeweiligen Segments und der Rampen an der Innenumfangsfläche des Außenrings eine radiale Verschiebung der jeweiligen Segmente. Diese radiale Verschiebung der Segmente führt zu einer Verkeilung der Kupplungsscheibe zwischen dem Außenring und dem Innenring und somit zu einer formschlüssigen Verbindung. Ferner wird dadurch auch der Schaltkomfort erhöht. Insbesondere ist eine Außenumfangsfläche des Innenrings zylindrisch ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bilden zwei jeweilige Rampen am Außenring zusammen 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 mindestens eine radial abnehmende Rampe abwechselnd in Umfangsrichtung ausgebildet sind.
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Bevorzugt nimmt ein Innendurchmesser des Außenrings in axialer Richtung zu. Die radiale Zunahme des Innendurchmessers des Außenrings in axialer Richtung ermöglicht eine vorteilhafte Ausbildung des Außenrings, die bei einer axialen Verschiebung des Außenrings die jeweiligen am Außenring anliegenden Segmente radial verschiebt. Dadurch wird insbesondere eine Betätigungskraft zur Betätigung der Kupplungsvorrichtung verringert.
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Ferner bevorzugt nimmt ein jeweiliger Außendurchmesser des jeweiligen Segments in axialer Richtung zu. Insbesondere ist der in axialer Richtung radial zunehmende Außendurchmesser des jeweiligen Segments komplementär zum in axialer Richtung radial zunehmenden Innendurchmesser des Außenrings ausgebildet, sodass das jeweilige Segment flächig am Außenring zur Anlage kommt. Zwischen dem Außenring und dem jeweiligen Segment wird somit eine Keilstruktur ausgebildet.
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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 sowie die Betätigungskraft der Kupplungsvorrichtung zu verringern.
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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 auch die Normalkraft und somit auch das Reibmoment zwischen dem jeweiligen Segment und dem Innenring.
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Bevorzugt 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. Ferner ist es aber auch denkbar, dass die Federelemente als Zugfedern ausgebildet sind.
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Vorzugsweise ist der Außenring drehfest und axial beweglich mit einem Gehäuse verbunden. Das Gehäuse kann beispielsweise ein Getriebegehäuse sein. Insbesondere ist zwischen dem Gehäuse und dem Außenring eine formschlüssige Struktur ausgebildet, die ein Verdrehen des Außenrings im Gehäuse verhindert.
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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
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1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung,
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2 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß 1,
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3 eine weitere schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß 1 in einem betätigten Zustand, und
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4 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer nur teilweise dargestellten erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung zur Veranschaulichung eines Übergangs der Kupplungsvorrichtung von einem unbetätigten Zustand in einem betätigten Zustand.
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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 und axial beweglich 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 und eine axiale Verschiebung des Außenrings 2 im Gehäuse 10 ermöglicht. Die Kupplungsscheibe 3 ist aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter sowie durch einen Käfig 4 miteinander verbundener Segmente 5 ausgebildet.
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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. Dabei bilden zwei jeweilige Rampen 6 am Außenring 2 zusammen eine Teilkreiskontur aus.
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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 Außenring 2 ist mit einer Axialkraft beaufschlagbar, um die Segmente 5 radial zu betätigen. In einem betätigten Zustand der Kupplungsvorrichtung kommen die Segmente 5 aufgrund einer radialen Verschiebung, die durch die axialen Betätigung des Außenrings 2 eingeleitet wird, auch am Innenring 1 zur Anlage, um ein Reibmoment zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 zu generieren. 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.
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In 3 ist die Kupplungsvorrichtung 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 Außenring 2 wirkende Axialkraft, die den Außenring 2 axial im Gehäuse 10 verschoben hat.
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4 stellt eine stark vereinfachte schematische Darstellung der in 3 gezeigten Kupplungsvorrichtung dar. Die Kupplungsvorrichtung gemäß 3 ist in 4 nur teilweise dargestellt und dient insbesondere zur Veranschaulichung eines Übergangs der Kupplungsvorrichtung von einem unbetätigten Zustand in einem betätigten Zustand. Daher sind in 4 lediglich der Innenring 1, der Außenring 2 und das radial zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 angeordnete Segment 5 dargestellt. Ein Innendurchmesser des Außenrings 2 nimmt in axialer Richtung zu. Ferner nimmt auch ein Außendurchmesser des Segments 5 in axialer Richtung zu. Dadurch ergibt sich zwischen dem Außenring 2 und dem Segment 5 eine keilförmige Struktur. Das Segment 5 kommt am Außenring 2 zur Anlage und wird bei einer axialen Betätigung des Außenrings 2 aufgrund der keilförmigen Struktur zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 radial betätigt. Das Segment 5 verschiebt sich somit radial und kommt 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenring
- 2
- Außenring
- 3
- Kupplungsscheibe
- 4
- Käfig
- 5
- Segmente
- 6
- Rampe
- 7
- Rampe
- 8
- Nut
- 9
- Federelement
- 10
- Gehäuse
- 11
- Spalt
- 12
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013220224 A1 [0002]
