DE102016210647B3

DE102016210647B3 - Keilkupplung-Synchronisation

Info

Publication number: DE102016210647B3
Application number: DE102016210647.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Dressel; Pascal Kohtes
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-06-16
Also published as: WO2017215699A1

Abstract

Bei einer schaltbaren Kupplung zum Festsetzen eines frei drehbar angeordneten Losrades auf einer Antriebs- oder Abtriebswelle ist eine Keilscheibe und eine Kupplungsscheibe vorgesehen, wobei die Kupplungsscheibe formschlüssig mit dem Losrad, die Kupplungsscheibe axial kraftschlüssig mit der der Keilscheibe und die Keilscheibe radial kraftschlüssig mit dem Losrad verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Kupplung zur Synchronisation und zum Festsetzen eines auf einer Welle frei drehbar angelagerten Losrades zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Welle auf das Losrad.
Zur Übertragung eines Drehmomentes in einer Drehrichtung von einer Welle auf ein Losrad sind so genannte Freiläufe oder Ein-Weg-Kupplungen bekannt. Eine spezielle Ausführung ist eine Ein-Weg-Keilkupplung, wie diese durch die US 2014/0014455 A1 bekannt ist. Diese zeigt eine Ein-Weg-Keilkupplung (Freilauf) für ein Losrad mit einem Innenring, einem Außenring und einer zwischen Innenring und Außenring angeordneten Keilscheibe zum Festsetzen des Außenringes gegenüber dem Innenring in einer Drehrichtung.
Zu diesem Zweck weist der Innenring eine Anzahl an seinem Außenumfang gleichmäßig verteilt angeordneten Rampen auf, die mit einer entsprechenden Anzahl Rampen am Innenumfang der Keilscheibe zusammenwirkend angeordnet sind. Die Keilscheibe wird an ihrem Außenumfang vom Außenring beabstandet koaxial umgeben.
In einer ersten Drehrichtung des Innenringes nimmt dieser die Keilscheibe mit ohne diese zu verformen, wodurch der Außenring gegenüber der An- oder Abtriebswelle frei drehbar gelagert ist.
In einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung wird die Keilscheibe über die Steigung der Rampen verformt und nach außen gedrückt, so dass der Außendurchmesser der Keilplatte vergrößert wird und der Außenring festklemmt.
Die WO 2014/193671 A1 zeigt ein Planetenradgetriebe mit einer Reibkupplung, insbesondere einer Lamellenkupplung zur schaltbaren Verbindung eines drehbaren Außenträgers mit einem drehbaren Innenträger, wobei zusätzlich zur Reibkupplung eine Ein-Weg-Keilkupplung als Bypass parallel geschaltet angeordnet ist.
Auf diese Weise kann die Ein-Weg-Keilkupplung ein Drehmoment, insbesondere ein Bremsmoment, übertragen, wenn die Lamellenkupplung geöffnet wird.
Weitere Keilkupplungen gehen aus DE 11 2014 002 308 T5 , US 1 453 548 A1 und US 2017/0 089 410 A1 hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine, schaltbare Kupplung für ein auf einer Welle gelagertes Losrad zu schaffen, welche einen kurzen axialen Aufbau aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass zur Kupplung eines Außenringes, z. B. eines Losrades, an einen Innenring einer Antriebswelle eine Keilscheibe und eine Kupplungsscheibe vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme wird nach dem Kuppeln des Losrades an die Antriebswelle ein Drehmoment, sowohl über die Keilscheibe, als auch zusätzlich über die Kupplungsscheibe auf den Außenring des Losrades übertragen.
Zur Erhöhung eines Reibschlusses zwischen Kupplungsscheibe und Keilscheibe ist es vorgesehen, dass diese an ihren stirnseitigen Kontaktflächen Reibflächen aufweisen.
Das Kupplungspaket bestehend aus einer Keilscheibe und einer Kupplungsscheibe weist einen kurzen axialen Aufbau auf, so dass dieses problemlos innerhalb der Breite des Losrades angeordnet werden kann.
Zur Übertragung größerer Drehmomente ist es vorgesehen, dass zwei oder mehrere Kupplungspakete axial nebeneinander alternierend angeordnet werden, so dass sich Keilscheiben und Kupplungsscheiben abwechseln.
In vorteilhafter Anordnung weist die Kupplungsscheibe radiale Vorsprünge auf, die gleichmäßig voneinander beabstandet am Umfang der Kupplungsscheibe angeordnet sind und formschlüssig in entsprechend angeordnete Aufnahmen im Außenring eingreifen.
Die Keilscheibe ist in vorteilhafter Weise auf einem Innenring angeordnet, der drehfest auf der Antriebswelle sitzt. An seinem Außenumfang weist dieser eine Rampenkontur auf, die aus einer Anzahl gleichmäßig am Umfang des Innenringes verteilt angeordneter Berge und Täler besteht. Die Rampenkontur steht in Kontakt mit einer entsprechenden Rampenkontur der inneren Laufseite der Keilscheibe. Bei einer richtungsunabhängigen Verdrehung der Keilscheibe gegenüber dem Innenring bewirkt die Rampenkontur, dass die Keilscheibe eine Ausdehnung insbesondere eine Durchmesservergrößerung erfährt, wodurch die Keilscheibe mit ihrem Außenumfang in Kontakt mit dem Außenring des Losrades gerät und eine kraftschlüssige Verbindung herstellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Es zeigen
1 ein Losrad mit schaltbarer Kupplung im Schnitt in schematischer Darstellung
2 die schaltbare Kupplung als Explosionszeichnung
3 die schaltbare Kupplung im Querschnitt während einer Freilaufphase
4 einen Querschnitt durch die schaltbare Kupplung im gekoppelten Zustand des Außenringes bzw. Losrades.
Auf einer An- oder Abtriebswelle 1 gemäß 1 ist ein Losrad 2 mittels eines Losradlagers 3 frei drehbar gelagert. Das Losrad 3 ist zur Drehmomentübertragung mittels einer schaltbaren Kupplung 4 mit der An- oder Abtriebswelle 1 kuppelbar.
Die schaltbare Kupplung 4 weist einen Innenring 6 auf, welcher mittels einer Innenverzahnung 7 drehfest mit der An- oder Abtriebswelle 1 verbunden ist. Der Außenumfang des Innenringes 6 weist eine Rampenkontur 8 aus gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten Bergen 8.1 und Tälern 8.2 auf, die mit einer entsprechend ausgebildeten Rampenkontur 9 einer durchmesserveränderbaren Keilscheibe 11 zusammenwirken, welche auf dem Innenring 6 angeordnet ist.
Im ungeschalteten Zustand weist der Außenumfang der Keilscheibe 11 einen geringen Abstand a (Spalt) zum Innenumfang eines die Keilscheibe 11 koaxial umfassenden Außenringes 12 auf, der im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ein Teil des Losrades 2 ist.
Der Keilscheibe 11 axial benachbart angeordnet ist eine Kupplungsscheibe 13, welche an ihrem Außenumfang 14 gleichmäßig verteilt angeordnete radiale Vorsprünge 16 aufweist, die in eine entsprechende Anzahl Aufnahmen 17 im Außenring 12 formschlüssig eingreifen. Die Aufnahmen 17 sind als achsparallel angeordnete Nuten ausgebildet, welche so lang ausgeführt sind, dass diese auch Vorsprünge 16 von zwei oder mehr Kupplungsscheiben 13 aufnehmen können. Hierbei sind zur Übertragung größerer Drehmomente zwei oder mehr Kupplungspakete 11, 13, jeweils bestehend aus einer Keilscheibe 11 und einer Kupplungsscheibe 13, alternierend in axialer Richtung nebeneinander angeordnet.
Zur Erhöhung einer Reibkraft zwischen den stirnseitigen Kontaktflächen der nebeneinander angeordneten Keil- und Kupplungsscheiben 11, 13 weisen diese jeweils eine Reibfläche 11.1, 13.1 auf.
Das Kupplungspaket 11, 13 wird in axialer Richtung seitlich begrenzt, zum Einen durch eine mit dem Innenring verbundene Anschlagscheibe 18 oder eine Stirnseite 19 des Losrades 2 und zum Anderen durch eine axial verschiebbare Druckscheibe 21, welche mittels eines nicht dargestellten Aktuators betätigbar ist.
Zur Betätigung der schaltbaren Kupplung 4, wird die Druckscheibe 21 mit einer axial gerichteten Kraft beaufschlagt, wodurch die Reibfläche 13.1 der Kupplungsscheibe 13 gegen die Reibfläche 11.1 der Keilscheibe 11 gedrückt wird. Die zusammen mit der An- oder Abtriebswelle 1 rotierende Keilscheibe 11 wird dadurch abgebremst und mittels der Rampenkonturen 8, 9 radial nach außen verformt, wodurch sich ein Durchmesser der Keilscheibe 11 vergrößert bis ein Abstand a (Spalt) zum Außenring 12 überbrückt ist und die Keilscheibe 11 an dem Außenring 12 anliegt und mit diesem eine kraftschlüssige, insbesondere durch Reibschluss erzeugte Klemmverbindung herstellt.
In einer ersten Kupplungsphase (Vorsynchronisation) wird der Außenring 12, bzw. das Losrad 2, durch den Reibkontakt zwischen Kupplungsscheibe 13 und Keilscheibe 11 bereits schleppend in Drehrichtung der An- oder Abtriebswelle mitgenommen, bis der Abstand a (Spalt) überbrückt ist und das Losrad 2 fest auf der An- oder Abtriebswelle 1 verklemmt und somit synchronisiert ist. Hierbei nimmt die Drehzahldifferenz zwischen Losrad 2 und An- oder Abtriebswelle 1 schlagartig ab, wodurch eine sehr kurze Synchronisierungszeit erzielt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: An- oder Abtriebswelle
2: Losrad
3: Losradlager
4: schaltbare Kupplung
5
6: Innenring
7: Verzahnung (6)
8: Rampenkontur (6)
8.1: Berg
8.2: Tal
9: Rampenkontur (11)
10
11: Keilscheibe
11.1: Reibfläche (11)
12: Außenring (2)
13: Kupplungsscheibe
13.1: Reibfläche (13)
14: Außenumfang (13)
15
16: Vorsprung
17: Aufnahme (12)
18: Anschlagplatte
19: Stirnseite (2)
20
21: Druckplatte
a: Abstand (11–12)

Claims

Schaltbare Kupplung (4) zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Welle (1) auf ein auf der Welle (1) frei drehbar angeordnetes Losrad (2) mit einem auf der Welle (1) drehfest angeordneten Innenring (6), einem auf dem Innenring (6) mittels Rampen (8, 9) angeordneter Keilscheibe (11) und einem die Keilscheibe (11) koaxial umgebenden Außenring (12), dadurch gekennzeichnet, dass eine formschlüssig mit dem Außenring (12) verbundene und mit der Keilscheibe (11) reibschlüssig zusammenwirkende Kupplungsscheibe (13) vorgesehen ist.
Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilscheibe (11) kraftschlüssig mit dem Außenring (12) in Kontakt bringbar angeordnet ist.
Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheibe (13) radiale Vorsprünge (16) aufweist und dass die radialen Vorsprünge (16) in achsparallel angeordnete Aufnahmen (17) des Außenringes (12) eingreifen.
Schaltbare Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheibe (13) und die Keilscheibe (11) an ihren axial gerichteten Stirnseiten Reibflächen (13.1, 11.1) aufweisen.
Schaltbare Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheibe (13) axial benachbart zur Keilscheibe (11) angeordnet ist und mit dieser mittels der Reibflächen (11.1, 13.1) in Kontakt bringbar ist.
Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kupplungspakete (11, 13) bestehend aus jeweils einer Kupplungsscheibe (13) und einer Keilscheibe (11) vorgesehen sind, wobei die Kupplungsscheiben (13) und die Keilscheiben (11) alternierend angeordnet sind.
Schaltbare Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (6) an seinem Außenumfang eine Rampenkontur (8) aufweist, die mit einer entsprechenden Rampenkontur (9) der Keilscheibe (11) zusammenwirkt.
Schaltbare Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur (8) eine gleichmäßige Abfolge von Bergen (8.1) und Tälern (8.2) aufweist.
Schaltbare kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (12) ein Teil des Losrades (2) ist.