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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 1. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeuggetriebe mit den oberbegrifflichen Merkmalen nach Anspruch 8.
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Es ist bekannt in Fahrzeugantriebssträngen, bei denen eine Anfahrkupplung besonders hohen Belastungen ausgesetzt ist, nasslaufende Reibkupplungen zu verwenden, weil damit die entstehende Reibungswärme mithilfe einer Fluidkühlung abgeführt werden kann und so eine höhere Lebensdauer der Anfahrkupplung erreichbar ist. Dies kann beispielsweise bei einem Fahrzeugantriebsstrang mit einer Doppelkupplung der Fall sein, oder bei Fahrzeugen, bei denen zum Anfahren eine besonders hohe Antriebsleistung erforderlich ist.
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Aus der
DE 10 2010 018 989 A1 ist eine Doppelnasskupplung mit zwei nasslaufenden Reibkupplungen bekannt, die jeweils mittels einer hydraulischen oder einer pneumatischen Betätigungseinheit betätigt werden können. Ferner ist dazu ein Antriebsstrang mit einer derartigen Doppelnasskupplung offenbart, wobei der Antriebsstrang einen Nassraum, in dem die nasslaufenden Reibkupplungen angeordnet sind aufweist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Kupplungsanordnung mit einer nasslaufenden Reibkupplung vorzuschlagen, welche insbesondere einen geringen Herstellaufwand erfordert und über eine möglichst lange Lebensdauer zuverlässig funktioniert. Ferner soll ein Fahrzeuggetriebe mit einer solchen Kupplungsanordnung geschaffen werden.
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Die vorliegende Erfindung schlägt zur Lösung der vorgenannten Aufgabe eine Kupplungsanordnung mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 und durch ein Fahrzeuggetriebe gemäß Patentanspruch 8 vor. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen hervor.
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Es wird eine Kupplungsanordnung vorgeschlagen, die eine nasslaufende Reibkupplung und einen pneumatischen Aktuator zur Betätigung der nasslaufenden Reibkupplung umfasst. Dabei ist die nasslaufende Reibkupplung in einem Nassraum angeordnet. Der pneumatische Aktuator ist dagegen in einem Trockenraum angeordnet, der durch eine Trennwand von dem Nassraum abgegrenzt ist.
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Die in der Praxis unübliche Verwendung eines pneumatischen Aktuators für eine nasslaufende Kupplung hat den Vorteil, dass Standardgetriebe mit einem pneumatischen Kupplungsaktuator, wie sie beispielsweise für Nutzfahrzeuge in hohen Stückzahlen kostengünstig produziert werden, auch für Sonderfahrzeuge verwendbar sind. Durch die Anordnung des pneumatischen Aktuators in dem Trockenraum kann eine Verschmutzung der Druckluft für den pneumatischen Aktuator durch das Schmier- und Kühlfluid der nasslaufenden Reibkupplung verhindert werden.
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In dem Nassraum befindet sich Schmier- und Kühlfluid für die nasslaufende Reibkupplung und gegebenenfalls für Lagerstellen die im Nassraum angeordnet sind. Das Schmier- und Kühlfluid kann mittels einer Pumpe in einem Kreislauf gefördert werden und verteilt sich im Betrieb im Nassraum. Der Nassraum ist vorzugsweise flüssigkeitsdicht abgedichtet, sodass kein Schmier- und Kühlfluid aus dem Nassraum austreten kann. Insbesondere ist der Nassraum gegenüber dem Trockenraum abgedichtet, sodass eine Verschmutzung des Trockenraums mit Schmier- und Kühlfluid ausgeschlossen ist. Der Begriff „abgegrenzt“ bedeutet also, dass die Trennwand den Nassraum gegenüber dem Trockenraum zumindest so abdichtet, dass kein Schmier- und Kühlfluid vom Nassraum in den Trockenraum gelangen kann. Alle in dem Trockenraum angeordneten Bauteile, beispielsweise die des pneumatischen Aktuators sind dadurch vor Verschmutzung durch das Schmier- und Kühlfluid geschützt.
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Der pneumatische Aktuator kann als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgeführt sein, die zur Betätigung der nasslaufenden Reibkupplung mit Druckluft gesteuert beaufschlagbar ist. Der pneumatische Aktuator kann beispielsweise als Zentralausrücker ausgeführt sein, der konzentrisch zu einer Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Ein solcher Zentralausrücker wird auch CSC (Concentric Slave Cylinder) genannt.
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Die nasslaufende Reibkupplung kann als Lamellenkupplung mit einer Vielzahl an einzelnen Lamellen ausgeführt sein, wobei die Lamellen in axialer Richtung abwechselnd als Innenlamellen und Außenlamellen angeordnet sein können. Dabei können beispielsweise die Innenlamellen mit einer Getriebeeingangswelle und die Außenlamellen mit einer Abtriebswelle eines Antriebsmotors verbunden sein.
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Zwischen der Abtriebswelle des Antriebsmotors und der nasslaufenden Reibkupplung kann ein Drehschwingungsdämpfer im Antriebsstrang angeordnet sein, sodass von einem Antriebsmotor erzeugte Drehschwingungen bereits vor der nasslaufenden Reibkupplung gedämpft werden.
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Bevorzugt können die nasslaufende Reibkupplung und der pneumatische Aktuator in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnet sein. Dadurch ergibt sich Platz für die Trennwand zwischen dem Nassraum mit der nasslaufenden Reibkupplung und dem Trockenraum mit dem pneumatischen Aktuator. Die Abmessungen und der Bauraumbedarf der Kupplungsanordnung in radialer Richtung können dadurch klein gehalten werden. Die Trennwand kann beispielsweise überwiegend entlang einer radialen Ebene verlaufen. Die Richtungsangaben axial und radial beziehen sich auf die Rotationsachse der nasslaufenden Reibkupplung.
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Zumindest ein Übertragungselement, das eine Betätigungskraft des pneumatischen Aktuators auf die nasslaufende Reibkupplung überträgt, erstreckt sich vorzugsweise durch die Trennwand hindurch. Die Trennwand weist dazu für jedes Übertragungselement eine entsprechende Öffnung auf. Um die Betätigungskraft des pneumatischen Aktuators auf die nasslaufende Reibkupplung zu übertragen sind vorteilhaft mehrere Übertragungselemente vorgesehen. Bevorzugt sind diese gleichmäßig verteilt über einen Umfang um die Rotationsachse der Reibkupplung angeordnet. Beispielsweise können drei Übertragungselemente jeweils um einen Winkel von 120° versetzt zueinander angeordnet sein. Die einzelnen Übertragungselemente können dabei jeweils als einfache zylindrische Bolzen mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche ausgebildet sein. Es sind jedoch auch Übertragungselement bzw. Bolzen mit einer anderen Querschnittsfläche möglich.
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Die Übertragungselemente bzw. Bolzen können in der Trennwand gelagert sein. Dazu kann zumindest ein Lager in der Trennwand vorgesehen sein. Bevorzugt ist das Lager als Gleitlager ausgeführt. Gleitlager haben sich als einfache, kostengünstige und trotzdem zuverlässige Lagerart bewährt. In die Trennwand können Gleitlagerbuchsen für die Übertragungselemente eingepresst werden. Jede Gleitlagerbuchse kann aus mehreren Schichten bestehen, beispielsweise einem Stahlrücken, einer Bronzegleitschicht und einer als Festschmierstoff dienenden Deckschicht. Eine solche Gleitlagerbuchse hat durch die Deckschicht selbst Schmiereigenschaften. Zusätzlich kann ein solches Gleitlager aber auch mit Ölnebel aus dem Nassraum versorgt werden. Dazu kann die Gleitlagerbuchse auf der dem Nassraum zugewandten Seite einer Bohrung so in der Trennwand angeordnet werden, dass sie im Betrieb mit Ölnebel aus dem Nassraum versorgt wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass ein Dichtungselement zwischen dem zumindest einen Übertragungselement und der Trennwand angeordnet ist, um den Nassraum gegenüber dem Trockenraum abzudichten. Bei der Ausführung der Übertragungselemente in Form von zylindrischen Bolzen kann das Dichtungselement als Dichtungsring, beispielsweise als einfacher O-Ring, ausgeführt sein. Derartige Dichtungsringe können als Standardbauteile kostengünstig beschafft werden und haben sich durch zuverlässige Funktion bewährt.
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Zur Übertragung der Betätigungskraft des pneumatischen Aktuators auf die nasslaufende Reibkupplung kann sich das zumindest eine Übertragungselement von dem pneumatischen Aktuator bis zu einem Ausrücklager der Kupplungsanordnung erstrecken, wobei das Ausrücklager über eine Membranfeder mit den Reibscheiben der Reibkupplung wirkverbunden ist. Dabei sind das Ausrücklager und die Membranfeder zusammen mit der nasslaufenden Reibkupplung in dem Nassraum angeordnet während der pneumatische Aktuator in dem Trockenraum angeordnet ist.
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Beispielsweise können mehrere, als Bolzen ausgeführte Übertragungselemente mit ihrem einen Ende an einem Kolben des pneumatischen Aktuators und mit ihrem gegenüberliegenden Ende an einem Element des Ausrücklagers anstehen, wobei das Ausrücklager im zentralen Bereich der Membranfeder der Kupplungsanordnung angeordnet ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das zumindest eine Übertragungselement mittels einer Vorspannkraft zwischen der Membranfeder der Kupplungsanordnung und dem pneumatischen Aktuator eingespannt ist. Die Vorspannkraft kann dabei von der Membranfeder und/oder von einer Feder in dem pneumatischen Aktuator erzeugt werden. Letztgenannte Feder kann in Form einer Schraubendruckfeder in einem als Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführten pneumatischen Aktuator angeordnet sein und sich mit ihrem einen Ende an dem gehäusefest angeordneten Zylinder und mit ihrem anderen Ende an dem beweglichen Kolben abstützen. Die Vorspannkraft hält das bzw. die Übertragungselemente in einer bestimmten axialen Position. Die Höhe der Vorspannkraft kann das Verhalten der Reibkupplung bei deren Betätigung beeinflussen.
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Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Fahrzeuggetriebe mit der vorgeschlagenen Kupplungsanordnung. Die nasslaufende Reibkupplung und der pneumatische Aktuator sind dabei in einem Getriebegehäuse des Fahrzeuggetriebes angeordnet, und die Trennwand ist bevorzugt gehäusefest in Bezug auf das Getriebegehäuse angeordnet. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Trennwand einstückig mit dem Getriebegehäuse oder einstückig mit einem Teil des Getriebegehäuses ausgebildet ist. Bei einem gegossenen Getriebegehäuse kann die Trennwand direkt mit dem Rest des Getriebegehäuses gegossen sein. Die Trennwand kann auch einstückig mit einem Zwischengehäuse ausgebildet sein, welches einen Teil des gesamten Getriebegehäuses bildet.
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Eine Getriebeeingangswelle des Fahrzeuggetriebes ist konzentrisch zu der oben genannten Rotationsachse der nasslaufenden Reibkupplung angeordnet und der pneumatische Aktuator ist als ein Zentralausrücker ausgeführt, der wiederum konzentrisch zu der Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Der Zentralausrücker kann dabei eine zentrale Öffnung aufweisen, durch die hindurch sich die Getriebeeingangswelle erstreckt.
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Die vorgeschlagene Kupplungsanordnung ist insbesondere geeignet für Nutzfahrzeuggetriebe und dabei insbesondere für Getriebe, die mithilfe von pneumatischen Schalteinrichtungen schaltbar sind, das bedeutet, dass das Fahrzeuggetriebe Schaltelemente zum Schalten verschiedener Übersetzungsstufen umfasst, welche pneumatisch betätigbar sind. Hier liegt der Vorteil darin, dass eine Druckluftversorgung an dem Fahrzeuggetriebe ohnehin vorliegt, sodass für die Versorgung des pneumatischen Aktuators für die Kuppungsanordnung nur einen geringen Aufwand bedeutet.
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Anhand der im Folgenden erläuterten Figur wird ein Ausführungsbeispiel und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung in einer Schnittansicht.
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Die Kupplungsanordnung 1 umfasst eine nasslaufende Reibkupplung 2 und einen pneumatischen Aktuator 3, wobei der pneumatische Aktuator 3 zur Betätigung der nasslaufenden Reibkupplung 2 vorgesehen ist. Die nasslaufende Reibkupplung 2 ist in einem Nassraum 4 angeordnet, während der pneumatische Aktuator 3 in einem Trockenraum 5 angeordnet ist. Der Trockenraum 5 ist durch eine Trennwand 6 von dem Nassraum 4 abgegrenzt, d.h. die Trennwand 6 dichtet die beiden genannten Räume zumindest flüssigkeitsdicht gegeneinander ab.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebe sind die nasslaufende Reibkupplung 2 und der pneumatische Aktuator 3 in einem Getriebegehäuse 13 des Fahrzeuggetriebes 1 angeordnet. Die Trennwand 6 ist gehäusefest in Bezug auf das Getriebegehäuse 13 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Trennwand 6 als Gußteil einstückig mit einem Teil des mehrteiligen Getriebegehäuses 13 ausgebildet.
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Die nasslaufende Reibkupplung 2 und der pneumatische Aktuator 3 sind in axialer Richtung zueinander beabstandet angeordnet. Die Richtungsangabe axial bezieht sich dabei auf eine zentrale Rotationsachse 15 einer Getriebeeingangswelle 14. Die Reibkupplung 2 und der pneumatische Aktuator 3 sind beide koaxial zu der Getriebeeingangswelle 14 und deren Rotationsachse 15 angeordnet. Bei dem pneumatischen Aktuator 3 handelt es sich demnach um einen sogenannten Zentralausrücker bzw. CSC, dessen wesentliche Bauelemente ein Ringzylinder 16 und ein Ringkolben 17 sind. Eine Schraubendruckfeder 18 ist in einem Druckraum 19 in dem Ringzylinder 16 angeordnet. Die Schraubendruckfeder 18 stützt sich an dem stationären Ringzylinder 16 ab und spannt den Ringkolben 17 in axialer Richtung vor. Das heißt, die Schraubendruckfeder 18 drückt den Ringkolben 17 und den Ringzylinder 19 dauernd mit einer gewissen Vorspannung auseinander.
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Die Betätigungskraft des pneumatischen Aktuators 3 wird in diesem Ausführungsbeispiel über drei Übertragungselemente 7 auf die nasslaufende Reibkupplung 2 übertragen. Dazu erstrecken sich die Übertragungselemente 7 in axialer Richtung durch die Trennwand 6 hindurch. Die Übertragungselemente 7 sind hier als Bolzen mit einer kreisrunden Querschnittsfläche ausgeführt. In der Schnittansicht der 1 ist nur eines der Übertragungselemente 7 sichtbar. Die Übertragungselemente 7 bzw. Übertragungsbolzen sind in gleichmäßigen Abständen um die Rotationsachse 15 herum angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel mit drei Übertragungselementen also jeweils um 120° versetzt zueinander.
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Das in den Nassraum 4 hineinragende Ende der Übertragungselemente 7 liegt jeweils an einer Ausrückplatte 11 eines Ausrücklagers 10 an. Das Ausrücklager 10 ist im radial inneren Bereich der Membranfeder 12 angeordnet. Es ist als Axiallager ausgebildet und überträgt die Betätigungskraft des pneumatischen Aktuators 3 auf eine Membranfeder 12. Über eine im radial äußeren Bereich der Membranfeder 12 angeordnete Druckplatte 22 kann dann die nasslaufende Reibkupplung 2 betätigt werden. Das Ausrücklager 10, die Membranfeder 12 und die Druckplatte 22 sind alle in dem Nassraum 4 angeordnet.
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Die Übertragungselemente 7 sind zwischen der Membranfeder 12 und dem pneumatischen Aktuator 3 unter einer Vorspannkraft eingespannt. Auf Seiten des pneumatischen Aktuators 3 wird die Vorspannkraft von der oben beschriebenen Schraubendruckfeder 18 bewirkt.
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Jedes der Übertragungselemente 7 ist in der Trennwand 6 gelagert. Dazu ist jeweils ein Lager 8, hier ein Gleitlager in der Trennwand 6 angeordnet. Jedes der Gleitlager 8 umfasst eine Gleitlagerbuchse, welche in eine Bohrung 20 in der Trennwand 6 eingepresst ist. In jeder Gleitlagerbuchse ist jeweils ein Übertragungselement 7, das heißt ein Übertragungsbolzen axial beweglich angeordnet. Die Gleitlagerbuchse besteht aus mehreren Schichten. Eine Festschmierstoffdeckschicht sorgt dafür, dass die Gleitlagerbuchse selbstschmierend ist. Zusätzlich ist die Gleitlagerbuchse auf der dem Nassraum 4 zugewandten Seite der Bohrung 20 in der Trennwand 6 angeordnet, sodass sie im Betrieb mit Ölnebel aus dem Nassraum 4 versorgt wird.
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In der genannten Bohrung 20 ist ferner ein Dichtungselement 9 zwischen dem zumindest einen Übertragungselement 7 und der Trennwand 6 angeordnet. Das Dichtungselement 9 ist ein O-Ring, der in einer Umlaufnut in der Bohrung 20 angeordnet ist. Damit wird der Nassraum 4 gegenüber dem Trockenraum 5 abgedichtet.
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Zur Abdichtung des Nassraums 4 von dem Trockenraum 5 dient ferner ein Dichtungsring 21, der im zentralen, d.h. im radial inneren Bereich der Trennwand befestigt ist und dessen Dichtlippe auf der Getriebeeingangswelle 14 aufliegt. Damit wird auch in diesem zentralen Bereich um die Getriebeeingangswelle 14 verhindert, dass Schmier- und Kühlfluid aus dem Nassraum 4 in den Trockenraum 5 gelangt.
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Zum Öffnen der Reibkupplung 2 wird der Druckraum 19 in dem pneumatischen Aktuator 3 mit Druckluft beaufschlagt, sodass der Ringkolben 17 eine Betätigungskraft in axialer Richtung auf die Übertragungselemente 7 ausübt. Die Betätigungskraft bewirkt ein Verschieben des Ringkolbens 17, der Übertragungselemente 7 und des Ausrücklagers 10 in axialer Richtung hin zu der nasslaufenden Reibkupplung 2. Die Membranfeder 12 bewirkt dadurch eine Axialbewegung der Druckplatte 22 in entgegengesetzter Richtung, sodass die Reiblamellen der nasslaufenden Reibkupplung 2 sich voneinander lösen und gegeneinander verdrehbar sind. Die Reibkupplung 2 ist in diesem Zustand ausgekuppelt. Zum Schließen der Reibkupplung 2 wird der Druck im Druckraum 19 des pneumatischen Aktuators 3 wieder abgebaut und und die Kraft der Membranfeder 12 bewirkt, dass die Reiblamellen der Reibkupplung 2 wieder aufeinander gepresst werden. Dadurch wird die Reibkupplung 2 wieder geschlossen, das heißt eingekuppelt. Die Vorspannung, mit der die Übertragungselemente 7 zwischen der Membranfeder 12 und dem pneumatischen Aktuator 3 eingespannt sind, verhindert, dass in der Kupplungsanordnung 1 ein nachteiliges Spiel entsteht und ermöglicht so kurze Reaktionszeiten und ein exaktes Ansteuern der Reibkupplung 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsanordnung
- 2
- nasslaufende Reibkupplung
- 3
- pneumatischer Aktuator
- 4
- Nassraum
- 5
- Trockenraum
- 6
- Trennwand
- 7
- Übertragungselement
- 8
- Lager
- 9
- Dichtungselement
- 10
- Ausrücklager
- 11
- Ausrücklagerplatte
- 12
- Membranfeder
- 13
- Getriebegehäuse
- 14
- Getriebeeingangswelle
- 15
- Rotationsachse
- 16
- Ringzylinder
- 17
- Ringkolben
- 18
- Schraubendruckfeder
- 19
- Druckraum
- 20
- Bohrung
- 21
- Dichtungsring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010018989 A1 [0003]
