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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung, wie eine TAC-(Travel Adjusted Clutch)-Kupplung, für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Verschleißnachstelleinrichtung, die ein federantreibbares Ritzel aufweist, welches mit einer Spindel drehgekoppelt ist, wobei eine Spindelmutter so auf der Spindel angeordnet ist, dass bei Drehbewegung der Spindel eine translatorische Bewegung der Spindelmutter erzwungen ist und diese Bewegung genutzt ist, um unter einem Abstützen an zumindest einer Rampe eines Verstellrings eine verschleißkompensierende Bewegung einer Anpressplatte zu bewirken, wobei eine Sperreinrichtung über eine Vielzahl von an ihr vorhandenen Klinkenzungen an dem Ritzel dessen Drehbewegung in eine Drehrichtung blockierend angreift, wobei die Klinkenzungen unterschiedlich lang ausgebildet sind.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, in dem eine Antriebsvorrichtung sowie ein Getriebe angeordnet sind. Zwischen diesen beiden Komponenten ist eine Kupplung vorhanden, die eine Drehmomentübertragung von der einen Komponente auf die andere ermöglicht. Diese Kupplung ist vorzugsweise als Reibungskupplung ausgestaltet. Der in einer Reibungskupplung aufgrund ihrer Funktionsweise anfallende Reibverschleiß ist in dem Antriebsstrang über eine verschleißnachstellende Kupplung kompensiert.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, die eine gattungsgemäße Kupplung offenbaren. Die Patentanmeldung mit der Nummer
WO 2010/020205 A1 betrifft eine Reibungskupplung mit einer Anpressplatte und einer zu dieser axial begrenzt verlagerbaren, von einem Hebelsystem beaufschlagten Druckplatte zur Herstellung eines Reibeingriffs gegenüber Reibbelägen einer Kupplungsscheibe, wobei abhängig vom Verschleiß eine Nachstellung der Reibungskupplung mit einem Nachjustieren des Hebelsystems erfolgt.
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Aus der
deutschen Patentanmeldung mit der Nummer 20 2011 017 005 A1 ist weiterhin eine Sperreinrichtung zum formschlüssigen Sperren eines Ritzels einer Nachstelleinrichtung für eine Reibungskupplung offenbart, mit deren Hilfe ein unbeabsichtigtes Rückgängigmachen einer erfolgten Verschleißnachstellung vermieden werden kann.
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Ebenso offenbart die deutsche Patentanmeldung mit der Nummer
10 2012 210 718 A1 relevanten Stand der Technik. Der Gegenstand jener Anmeldung ist eine Nachstelleinrichtung für eine Reibungskupplung, mit deren Hilfe ein durch einen Verschleiß von Reibbelägen der Reibungskupplung verursachter erhöhter Hubweg einer Anpressplatte kompensiert werden kann.
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Eine weitere Patentanmeldung die auf diesem Gebiet anzusiedeln ist, ist die
WO 2014/019585 A1 , die auf eine Sperr- und/oder Antriebsklinke für eine Verschleißnachstelleinrichtung einer Kupplungsvorrichtung, sowie eine Kupplungsvorrichtung gerichtet ist. Ebenso ist in jener Anmeldung ein Verfahren zur Herstellung einer Sperr- und/oder Antriebsklinke für eine Verschleißnachstelleinrichtung einer Kupplungsvorrichtung offenbart.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass sich das Ritzel, das Teil der Verschleißnachstelleinrichtung ist, unter Drehzahl- und/oder Fliehkrafteinfluss elastisch verformt. Diese Verformung resultiert in einem weiteren Einrasten der Klinkenzungen, wodurch ein ungewolltes Nachstellen der Verschleißnachstelleinrichtung bewirkt ist. Ein Nachstellverhalten während des Fahrzeugeinsatzes ist somit nicht mehr kontrollierbar bzw. konstant. Als Folge hieraus verschiebt sich der Betriebspunkt der Kupplung und es entsteht eine Reduktion der Ausrück- und/oder Anpresskräfte. Dies hat ein Rutschen der Kupplung zur Folge, wodurch die Betriebssicherheit sowie die Zuverlässigkeit gesenkt sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben oder zumindest zu mildern und insbesondere eine Drehzahlgrenze, ab der ein ungewolltes Nachstellen erfolgt, zu erhöhen, wodurch die Auswirkungen der Fliehkraft auf die Nachstelleinheit reduziert werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eine der Spindelmutter nächstgelegene Klinkenzunge kürzer als zumindest eine spindelmutterferne Klinkenzunge ausgebildet ist. Somit erreicht eine Durchbiegung des Ritzels unter Fliehkraft nicht mehr oder zumindest erst bei höheren Fliehkräften das Niveau bzw. die Steigung der Klinkenzungenabstände. Die Verschleißnachstelleinrichtung ist somit drehzahloptimiert durch eine Anpassung der Klinkenzungenform und des Klinkenzungenverlaufs.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die nächstgelegene Klinkenzunge relativ zur spindelfernen Klinkenzunge eine solche Form aufweist, dass eine Einrastposition der Verschleißnachstelleinrichtung in dem Ritzel bei einer fliehkraftbedingten Verformung des Ritzels unverändert bleibt. Somit bewirkt auch eine hohe Fliehkraft keine Nachverstellung mehr, was das Bereitstellen einer rutschfreien Kupplung ermöglicht.
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Ferner vorteilhaft ist es, wenn zwischen der nächstgelegenen Klinkenzunge und der spindelfernen Klinkenzunge weitere Zwischenzungen angeordnet sind, wobei die Länge der einzelnen Zwischenzungen von der nächstgelegenen Klinkenzunge bis zur spindelfernen Klinkenzunge zunimmt, um eine Klinkenzungensteigung auszubilden. Somit ist in einem Betriebszustand, in dem eine Verschleißnacheinstellung vorzunehmen ist, eine kontinuierliche, weiche Verdrehung des Ritzels ermöglicht.
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Sobald jede Klinkenzunge eine sie radial begrenzende Stirnseite aufweist, und die einzelnen Stirnseiten eine gleiche Steigung relativ zur Radialrichtung aufweisen, ist die weiche Verdrehung des Ritzels noch optimiert. So ist eine Stirnseite der Sperreinrichtung trotz einer Vielzahl an Klinkenzungen bündig, was eine besonders wirtschaftliche Fertigung zur Folge hat.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist jede Klinkenzunge eine sie radial begrenzende Stirnseite auf, und die einzelnen Stirnseiten verlaufen jeweils parallel, sodass die Klinkenzungensteigung gestuft verläuft. Diese Stufenartigkeit beugt einer zu hohen Belastung in den Stirnflächen vor, da diese einheitlich belastet werden und wirkt sich somit positiv auf die Lebensdauer der Sperreinrichtung und der Verschleißnachstelleinrichtung aus.
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Ein weiterer Vorteil resultiert, wenn die Klinkenzungensteigung entgegengesetzt zu einer Biegelinie des Ritzels, die einen Verlauf der fliehkraftbedingten Verformung des Ritzels andeutet, verläuft. Der gegensätzliche Verlauf erhöht den Überschneidungsgrad zwischen Ritzel und Klinkenzungen, was das ungewollte Verschleißnachstellen zusätzlich erschwert.
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Es ist darüber hinaus vorteilhaft, wenn eine Längendifferenz zwischen der nächstgelegenen Klinkenzunge und der spindelmutterfernen Klinkenzunge klein ist verglichen mit der Länge einer der Klinkenzungen in der Radialrichtung. Mittels dieser Ausgestaltung ist die Gewindetiefe des Ritzels klein zu halten, was zum einen wirtschaftlich ist, zum anderen den Bauraum, vor allem in der Radialrichtung, minimiert. Die Länge der Klinkenzungen, die entlang der Radialrichtung der Anpressplatte bemessen ist, ist derart ausgestaltet, dass die Sperreinrichtung eine ausreichende Elastizität aufweist.
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Sobald die nächstgelegene Klinkenzunge, die spindelmutterferne Klinkenzunge und die Zwischenzungen eine gleiche Breite, die quer zur Radialrichtung verläuft, aufweisen, ist die Herstellung eines kammartigen Klinkenabschnitts der Sperreinrichtung ohne hohen Aufwand durchführbar. Dadurch, dass über eine Vielzahl an Betriebszuständen gemittelt eine vergleichbare Krafteinwirkung auf die einzelnen Klinkenzungen zu erwarten ist, wird somit der Vorgabe des minimalen Materialeinsatzes Folge geleistet.
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Auch von Vorteil ist eine solche Ausgestaltung der Kupplung, dass die Zwischenzungen relativ zu einem sie haltenden Halteabschnitt zumindest teilweise elastisch ausgeformt sind. Die Sperreinrichtung ist somit in der Lage, auf Fertigungstoleranzen zu reagieren, was den Wert der Erfindung erhöht.
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Die Erfindung hat ebenfalls einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zum Gegenstand. Dieser weist eine Antriebsvorrichtung, eine Kupplung und ein Getriebe auf, wobei die Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgestaltet ist. Der Antriebsstrang garantiert eine hohe Betriebssicherheit, da auch bei hohen Drehzahlen, die eine hohe fliehkraftbedingte Verformung des Ritzels und der Spindel bewirkt, keine rutschhervorrufende Nacheinstellung des Anpressplatte impliziert ist, sofern sie nicht ausdrücklich erfordert ist.
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In anderen Worten kann gesagt werden, dass die Form der Klinkenzungen angepasst ist. Durch diese Anpassung der Klinkenzungen und deren Verlauf gegenüber dem Stand der Technik, nämlich dass eine Rampenrichtung von nach links steigend auf nach rechts steigend modifiziert ist, ändert sich ein Nachstellverhalten der Sperreinrichtung und somit die Nachstellrichtung.
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Bei einer Verformung einer Ritzelspindel, die sich aus der Spindel und dem Ritzel zusammensetzt, ergibt sich eine drehzahlabhängige Biegelinie der Spindel. Die Verformung der Spindel rechts von einem in einem Betriebszustand eingreifenden Sperrfinger/einer eingreifenden Klinkenzunge ist kleiner als links von dem eingreifendem Sperrfinger. Der Begriff rechts bedeutet hierbei spindelmutterentfernt, während der Begriff spindelmutterzugewandt bedeutet. Dies führt dazu, dass ein nächster Sperrfinger nicht einrastet. Somit wird die unzulässige Nachstellung verhindert bzw. so kann die Einsatzgrenze erweitert werden bis eine unzulässige Nachstellung erfolgt.
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Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Erfindung auf eine Kupplung, vorzugsweise eine wegabhängige TAC-Kupplung sowie einen Antriebsstrang gerichtet ist. Das zugrundeliegende Problem besteht insbesondere darin, eine unerwünschte Abnutzung, die von einer fliehkraftbedingten Verformung des Ritzels hervorgerufen ist, zu reduzieren. Hierfür werden die Klinkenzungen in ihrer Neigung gegenüber dem Stand der Technik umgekehrt. So ist erfindungsgemäß eine Klinkenzunge am äußeren Rand des Ritzels in radialer Richtung länger als die Klinkenzunge, die der Spindelmutter zugewandt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend mittels Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung;
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2: eine Explosionsansicht eines Verstellmechanismus;
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3: einen Kupplungsdeckel in einer perspektivischen Ansicht;
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4a: eine erfindungsgemäße Sperreinrichtung in einer ersten Darstellung; und
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4b: die erfindungsgemäße Sperreinrichtung mit einem vergrößerten Klinkenabschnitt.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Kupplung 1 mit einer Verschleißnachstelleinrichtung 2. Diese weist ein Ritzel 3 auf. Die Verschleißnachstellung 2 näher beschreibend sei auf 2 verwiesen. Eine Spindel 4 ist drehmomentübertragend mit dem Ritzel 3 gekoppelt. Hierbei sind das Ritzel 3 und die Spindel 4 vorzugsweise einmaterialig/integral zueinander aufgebaut. Eine Spindelmutter 5 ist derart mit der Spindel 4 gekoppelt, dass sie bei der Rotation des Ritzels 3 eine translative Bewegung auf der Spindel 4 durchführt, sodass über einen Formschluss zwischen einem Muttervorsprung 14 und einer in einem Verstellring 7 vorgesehenen Aufnahme 15 eine Rotation des Verstellrings 7 folgt. Über Verstellringrampen 16, die sich mit der Rotation des Verstellrings 7 in Umfangsrichtung bewegen, wird nun eine translative Bewegung entlang der Rotationsachse der Kupplung 1 auf eine Anpressplatte 8 übertragen.
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Das Ritzel 3 ist mittels eines Freilaufes ausgestattet. So führt sie die Bewegung, die den im vorstehenden Abschnitt beschriebenen Bewegungsablauf nach sich zieht, durch eine Zusammenwirkung aus einer Vorspannfeder 17 und einer Antriebsfeder 18 durch. Diese sind in 3 näher dargestellt. Um ein unerwünschtes Zurückdrehen des Ritzels 3 zu verhindern, ist eine Sperreinrichtung 9 vorgesehen. Diese greift in die Verzahnung des Ritzels 3 ein, wie 1 darstellt. Für das Ein- greifen sind Klinkenzungen ausgebildet, die im Zusammenhang mit den 4a und 4b näher erläutert sind.
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In 3 ist ein Deckel 19 mit den beiden Federn 17, 18, die über Niete 20 am Deckel 19 befestigt sind, dargestellt. Der Deckel ist an verschiedene Geometrien anpassbar.
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In 4a ist die erfindungsgemäße Sperreinrichtung 9 näher dargestellt. Sie ist in einen Klinkenabschnitt 21 und einen Halteabschnitt 22 unterteilt. Der Halteabschnitt 22 ist starr mit der Anpressplatte 8 verbunden. Der Klinkenabschnitt 21 weist mehrere zum Halteabschnitt 22 elastische Klinken auf. Eine der Spindelmutter 5 nächstgelegene Klinkenzunge 11 ist erfindungsgemäß entlang einer Längsrichtung 23 der Sperreinrichtung 9 kürzer ausgestaltet als eine spindelmutterferne Klinkenzunge 12.
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In 4b ist ein Endabschnitt des Klinkenabschnitts 21 vergrößert dargestellt. Zwischen der nächstgelegenen Klinkenzunge 11 und der spindelmutterfernen Klinkenzunge 12 sind mehrere Zwischenzungen 13 angeordnet. In einem Betriebszustand ist beispielsweise eine Klinkenzunge 13 in Eingriff mit dem Ritzel 3. Aufgrund von Fliehkrafteinflüssen wird das Ritzel 3 hierbei derart verformt, dass das Ritzel 3 eine gestrichelt dargestellte Biegelinie 24 aufweist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Neigung der einzelnen Zungen 11, 12, 13 ist in einem Zustand, in dem eine Verformung des Ritzels 3 entlang der Biegelinie 24 stattfindet, nun weiterhin ein Eingriff des Klinkenabschnitts 21 in das Ritzel 3 sichergestellt.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zunächst eine erste eingreifende Zunge 25 mit dem Ritzel 3 in Eingriff, bevor aufgrund der Fliehkraftverformung eine zweite Zunge 26 mit dem Ritzel in Eingriff gerät.
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Eine daraus resultierende geregelte Nachstelleinrichtung verläuft entlang dem Pfeil 27. Diese Richtung der Nachstellung erhöht die Betriebssicherheit, da die erfindungsgemäße Kupplung auch bei hohen Drehzahlen keine unerwünschte Verstellung ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 2
- Verschleißnachstelleinrichtung
- 3
- Ritzel
- 4
- Spindel
- 5
- Spindelmutter
- 6
- Rampe
- 7
- Verstellring
- 8
- Anpressplatte
- 9
- Sperreinrichtung
- 10
- Klinkenzungen
- 11
- nächstgelegene Klinkenzunge
- 12
- spindelmutterferne Klinkenzunge
- 13
- Zwischenzungen
- 14
- Muttervorsprung
- 15
- Aufnahme
- 16
- Verstellringrampe
- 17
- Vorspannfeder
- 18
- Antriebsfeder
- 19
- Deckel
- 20
- Niete
- 21
- Klinkenabschnitt
- 22
- Halteabschnitt
- 23
- Längsrichtung
- 24
- Biegelinie
- 25
- Erste eingreifende Zunge
- 26
- Zweite eingreifende Zunge
- 27
- Geregelte Nachstelleinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/020205 A1 [0003]
- DE 202011017005 A1 [0004]
- DE 102012210718 A1 [0005]
- WO 2014/019585 A1 [0006]
