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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtung für eine Lamellenkupplung, umfassend
- - einen mit einem auf ein Lamellenpaket der Lamellenkupplung axial einwirkenden Ausrückelement verbundenen, axial verschieblich angeordneten Ausrückring und
- - einen mit dem Ausrückring über eine Kugelrampe koaxial gekoppelten, axial fixierten Stützring,
von denen einer drehbeweglich gelagert und mit einem in Umfangsrichtung erstreckten Verzahnungsabschnitt versehen ist und als Stellring eines Kugelrampenmechanismus wirkt, wobei der Verzahnungsabschnitt des Stellrings mit einer Stirnverzahnung eines Zwischenrades kämmt, welches seinerseits über einen weiteren Zahneingriff drehmomentübertragend mit einem Antriebsritzel verbunden ist.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine mit einem ersten Antriebsaggregat verbindbare, erste Eingangswelle und eine mit einem Abtrieb verbindbare koaxial angeordnete Ausgangswelle, die über eine mittels einer Betätigungsvorrichtung der vorgenannten Art betätigbare Lamellenkupplung miteinander gekoppelt sind.
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Stand der Technik
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Eine derartige Betätigungsvorrichtung sowie eine derartige Antriebsanordnung sind bekannt aus der
US 2007/002 32 52 A1 .
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Im Stand der Technik finden sich vielfältige Anwendungen für die automatisierte Ansteuerung einer Lamellenkupplung. Insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik bilden automatisiert ansteuerbare Lamellenkupplungen eine typische Art der schaltbar drehmomentübertragenden Kopplung zwischen zwei koaxialen Wellen, nämlich von einer Eingangswelle zu einer Ausgangswelle. Die Eingangswelle ist dabei drehfest mit dem Innen- oder Außenlamellenträger der Lamellenkupplung verbunden, während die Ausgangswelle entsprechend mit deren Außen- bzw. dem Innenlamellenträger verbunden ist. Die intermittierend angeordneten Innen- und Außenlamellen sind axial verschieblich und können mittels eines axial auf sie einwirkenden Ausrückelementes, typischerweise einer drehentkoppelten Druckscheibe, gesteuert oder, vorteilhafterweise, geregelt zusammengepresst werden. Dieses Ausrücken der Druckscheibe erfolgt üblicherweise gegen die Kraft einer Vorspannfeder, die häufig als Tellerfeder ausgebildet ist.
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Zur Ansteuerung der Druckscheibe hat sich der sogenannte Kugelrampenmechanismus bewährt. Zwei von der Vorspannfeder gegeneinandergepresste, koaxiale Ringe klemmen zwischen sich Kugeln, die in in Umfangsrichtung erstreckten und in ihrer Tiefe monoton variierenden, d. h. rampenförmigen Ausnehmungen geführt sind. Eine Relativverdrehung der beiden Ringe führt daher zu einer vom Verdrehwinkel abhängigen Änderung des axialen Abstandes zwischen den Ringen. Einer der Ringe, der hier als Stützring bezeichnet wird, ist dabei gegenüber einer festen Referenzbasis axial fixiert, sodass der andere Ring, der hier als Ausrückring bezeichnet wird, im Fall einer Relativverdrehung axial verschoben wird. Der Ausrückring ist mit dem oben genannten Ausrückelement verbunden (kann insbesondere mit diesem identisch sein) und bewirkt so das Ausrücken der Lamellenkupplung. Die Relativdrehung von Stütz- und Ausrückring wird gewöhnlich durch die Drehung nur eines dieser Ringe relativ zu der festen Referenzbasis bewirkt. Der drehbare Ring wird hier als Stellring bezeichnet. Möglich ist jedoch auch die Ausgestaltung von sowohl Stütz- als auch Ausrückring als Stellringe.
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Bei der oben genannten Druckschrift ist der Stützring nicht nur axial, sondern auch drehfixiert. Der Ausrückring hingegen ist sowohl axial als auch drehbeweglich und wirkt daher als Stellring. Von der unmittelbar auf die Lamellenpakete einwirkenden Druckscheibe ist er über ein Drucklager drehentkoppelt. Er trägt eine Kronenverzahnung, die mit einem zylinderförmigen Stirnrad kämmt, welches die Aufgabe eines Zwischenrades erfüllt. Die Stirnverzahnung des Zwischenrades kämmt zusätzlich mit einer Schnecke, deren Schneckenachse senkrecht zur Achse des Zwischenrades und parallel zu Ein- und Ausgangswelle steht. Die Schnecke ist mit einem elektromotorischen Stellantrieb verbunden, der das zum Ausrücken der Lamellenkupplung erforderliche Drehmoment in geregelter Weise zur Verfügung stellt.
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Nachteilig ist, dass die Orientierung der Stellmotorachse zwar innerhalb eines gewissen, beschränkten Raumwinkels wählbar ist, dass aber der Stellmotor im Wesentlichen achsparallel zu Ein- und Ausgangswelle angeordnet ist. In dieser Richtung steht jedoch im Kraftfahrzeugbau typischerweise nur wenig Bauraum zur Verfügung.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine größere Flexibilität bei der Wahl der Ausrichtung des Stellmotors zu gewährleisten.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird im Kontext einer Betätigungsvorrichtung für eine Lamellenkupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst,
dass das Zwischenrad zwei Axialabschnitte aufweist, nämlich
- - einen stirnverzahnten, ersten Axialabschnitt, der mit dem als Stirnverzahnung ausgebildeten Verzahnungsabschnitt des Stellrings kämmt, und
- - einen tellerradartigen, zweiten Axialabschnitt, der mit dem korrespondierend ausgebildeten Antriebsritzel kämmt.
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Im Kontext einer Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 7 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Betätigungsvorrichtung als eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung der vorgenannten Art ausgebildet ist.
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Die aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Idee der Ankopplung des Stellantriebs über einen Winkeltrieb wird auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung beibehalten. Unterschiede ergeben sich jedoch hinsichtlich der konkreten Natur dieses Winkeltriebs. So ist die Verzahnung des Stellrings nicht als Kronenverzahnung, sondern als einfache Stirnverzahnung ausgebildet, die mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung eines achsparallelen Ritzels kämmt. Das Ritzel ist erfindungsgemäß Bestandteil eines Kombinationsrades, welches einen stirnverzahnten Axialabschnitt (nämlich besagtes Ritzel) und einen tellerradartigen, d. h. kegel- oder kronenverzahnten Axialabschnitt, aufweist. Mit diesem zweiten Axialabschnitt kämmt dann das eigentlich Antriebsritzel, welches eine korrespondierende Verzahnung trägt. Durch die Wählbarkeit der konkreten Verzahnung des Tellerrades einerseits und die erheblichen Freiheitsgrade bei der Ausrichtung eines korrespondierenden Antriebsritzels andererseits ist bei der Auslegung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung die diesbezügliche Konstruktionsfreiheit so groß, dass der Stellmotor an nahezu beliebiger, den nötigen Bauraum aufweisender Stelle positioniert werden kann. Diese Freiheit bei der konstruktiven Auslegung einer Antriebsanordnung stellt vor dem Hintergrund der notorischen Bauraumknappheit im Automobilbau einen hohen Wert dar. Diese Freiheit ist wesentlich das Ergebnis der Ausbildung des Zwischenrades als ein Kombinationsrad mit zwei unterschiedlichen Verzahnungen. Wo beim Stand der Technik die Stellringverzahnung einerseits und die Antriebsritzelverzahnung andererseits in dieselbe Stirnverzahnung des Zwischenrades eingreifen, bietet das Kombinationsrad, als welches das Zwischenrad erfindungsgemäß ausgestaltet ist, zwei für den jeweiligen Zahneingriff optimierte Schnittstellen.
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Günstigerweise wirkt der Ausrückring als besagter Stellring des Kugelrampenmechanismus. Da es, wie eingangs erläutert, bei der Ausrückung nur auf eine Relativverdrehung zwischen Stützring und Ausrückring ankommt, könnte zwar auch der Stützring als Stellring verwendet werden; dies würde jedoch dessen zusätzliche Drehlagerung erfordern, was insbesondere unter Kostenaspekten als weniger günstig angesehen wird.
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Der zweite Axialabschnitt des Zwischenrades trägt vorzugsweise eine Kronenverzahnung, die mit einer korrespondierenden Stirnverzahnung des Ritzels kämmt. Insbesondere in Fällen, in denen eine senkrechte Ausrichtung des Stellantriebs im Vergleich zu Ein- und Ausgangswelle gewünscht ist, ist diese Verzahnungsvariante aus Gründen des besseren Wirkungsgrades und geringeren Verschleißes sowie des Wegfalls von Axialkräften einer Kegelradstufe vorzuziehen.
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Die Kronenverzahnung und die Stirnverzahnung sind bevorzugt zueinander korrespondierend schräg- oder bogenverzahnt, besonders bevorzugt schrägverzahnt. Dies stellt den optimalen Kompromiss aus Wirkungsgrad und Fertigbarkeit dar. Das Antriebsrad kann dabei als Schnecke ausgebildet werden. Dies ist aufgrund der Selbsthemmung eines Schneckentriebs vorteilhaft, da der Stellmotor in allen stationären Zuständen, insbesondere auch im entgegen der Kraft der Vorspannfeder ausgerückten Zustand, unbestromt bleiben kann.
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Günstigerweise sind die Achsen des Zwischenrades und des Antriebsritzels windschief zueinander ausgerichtet, d. h. der Winkeltrieb weist einen sogenannten Achsversatz auf. Winkeltriebe mit Achsversatz zeigen einen besseren Wirkungsgrad als solche ohne Achsversatz, d. h. solche mit sich schneidenden Achsen von Tellerrad und Antriebsritzel.
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Bei einer Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist vorgesehen, dass die erste Eingangswelle ein stirnverzahntes Koppelrad trägt, welches mit einem Koppelritzel kämmt, das einer mit einem zweiten Antriebsaggregat verbindbaren, zweiten Eingangswelle angeordnet ist. Die erste und zweite Eingangswelle können bevorzugt achsparallel angeordnet sein. Die zweite Eingangswelle erlaubt die Einkopplung eines zusätzlichen Drehmomentes von einem zweiten Antriebsaggregat. Bspw. können auf diese Weise die Drehmomente einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Maschine gekoppelt werden. Das elektrisch eingekoppelte Drehmoment kann dabei ein positives oder negatives Vorzeichen haben, d. h. die elektrische Maschine kann motorisch oder generatorisch betrieben werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1: eine Schnittdarstellung einer Antriebsanordnung, geeignet zum Einsatz einer nicht dargestellten, erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung,
- 2: eine Seitenansicht der Antriebsanordnung von 1 mit erfindungsgemäßer Betätigungsvorrichtung,
- 3: eine entlang der Schnittlinie III-III teilweise geschnittene Darstellung der Antriebsvorrichtung von 2,
- 4: eine entlang der Schnittlinie IV-IV teilweise geschnittene Darstellung der Antriebsanordnung von 2.
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Figurenliste
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
- 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, jedoch ohne Darstellung der erfindungsgemäßen Lamellenkupplungs-Betätigungsvorrichtung.
- 1 dient lediglich der Illustration des grundsätzlichen Kupplungsmechanismus.
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Die Anordnung von 1 umfasst eine erste Eingangswelle 11 und eine Ausgangswelle 20, die mittels einer Lamellenkupplung 30 schaltbar miteinander gekoppelt sind. Die erste Eingangswelle 11 kann mittels einer Steckverzahnung 111 mit einem ersten Antriebsaggregat, bspw. einer Verbrennungskraftmaschine, verbunden werden. Die Ausgangswelle 20 kann mittels einer Steckverzahnung 201 mit weiteren Abtriebskomponenten, bspw. einem Getriebe oder einem Differential, verbunden werden. Weiter umfasst die Anordnung von 1 eine zweite Eingangswelle 12, die ein stirnverzahntes Koppelritzel 122 aufweist, welches mit einem korrespondierenden stirnverzahnten Koppelrad 112 der ersten Eingangswelle 11 kämmt. Die zweite Eingangswelle 12 ist mit einem zweiten Antriebsaggregat verbindbar, sodass dessen (positives oder negatives) Drehmoment zu dem Drehmoment des ersten Antriebsaggregats addiert und an der ersten Eingangswelle 11 angelegt werden kann.
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Die erste Eingangswelle 11 ist drehfest mit dem Außenlamellenträger 31 der Lamellenkupplung 30 verbunden. Deren Innenlamellenträger 32 ist drehfest mit der Ausgangswelle 20 verbunden. Mittels eines als Drucklager 33 ausgebildeten Ausrückelementes können die Lamellen der Lamellenkupplung 30 gegen die Vorspannung einer nicht dargestellten Vorspannfeder zusammengepresst werden, sodass eine reibschlüssige Verbindung entsteht. In diesem Zustand wird das an der ersten Eingangswelle 11 anliegende Drehmoment (des ersten und/oder zweiten Antriebsaggregats) auf die Ausgangswelle 20 übertragen. Im unbetätigten Zustand der Lamellenkupplung 30 können deren Lamellen hingegen ohne Momentenübertrag relativ zueinander rotieren.
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Die zum Ausrücken der Lamellenkupplung 30 erforderliche Axialbewegung des Drucklagers 33 wird über einen Kugelrampen-Mechanismus 40 bewirkt. Ein axial beweglicher Ausrückring 41, der, wie nachfolgend noch näher erläutert, zugleich als Stellring 42 wirkt, liegt am Drucklager 33 an. Auf der dem Drucklager 33 abgewandten Seite trägt der Ausrückring 41 eine in Umfangsrichtung erstreckte Kugelbahn 44, in der ein Satz Wälzkugeln gelagert ist. Die Wälzkugeln sind zugleich in rampenförmigen Kugelführungen 45 eines axial und drehfest fixierten Stützrings 43 gelagert. Eine Relativrotation von Ausrückring 41 und Stützring 43 die bei der dargestellten Ausführungsform durch eine Verdrehung des als Stellring 42 wirkenden Ausrückrings 41 bewirkt wird, führt also zu einer Axialverschiebung des Ausrückrings 41, die über das Drucklager 33 eine Betätigung der Lamellenkupplung 30 in der oben erläuterten Weise bewirkt.
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2 zeigt die Anordnung von 1 in einer Seitenansicht, wobei zusätzlich eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung zur Erzeugung der oben erläuterten Rotationsbewegung des Stellrings 42 gezeigt ist. Der Stellring 42 weist einen äußeren Stirnverzahnungsabschnitt 421 auf. Dieser kämmt mit der korrespondierenden Stirnverzahnung 511 eines ersten Axialabschnitts 51 eines Zwischenrades 50. Das Zwischenrad 50 ist als ein Kombinationsrad ausgebildet und umfasst neben dem erwähnten ersten Axialabschnitt 51 zusätzlich einen zweiten Axialabschnitt 52, der tellerradartig ausgebildet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der zweite Axialabschnitt 52 insbesondere kronenradartig ausgebildet, d. h. er weist eine Kronenverzahnung 551 auf. Mit dieser Kronenverzahnung 551 kämmt ein korrespondierend verzahntes Antriebsritzel 60. Dessen Stirnverzahnung 601 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das Antriebsritzel 60 als Schnecke bezeichnet werden kann, sodass sich ein selbsthemmender Schneckentrieb ergibt. Dieser kann die Rückstellkraft der Vorspannfeder der Lamellenkupplung 30 abstützen. Das Antriebsritzel 60 ist mit einem Stellantrieb 70, vorzugsweise einen elektrischen Stellmotor, verbunden.
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Durch vorzugsweise geregelte Ansteuerung des Stellantriebs 70 kann also über den Winkeltrieb zwischen Antriebsritzel 60 und zweitem Axialabschnitt 52 des zweiten Zwischenrades 50 sowie nachfolgend über die Stirnradstufe zwischen dem ersten Axialabschnitt 51 des Zwischenrades 50 und der Stirnverzahnung 421 des Stellrings 42 eine sehr präzise Verdrehung des Stellrings 42 und damit eine entsprechend präzise Axialverschiebung des Ausrückrings 41 zur Betätigung der Lamellenkupplung 30 bewirkt werden.
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3 zeigt eine entlang der Schnittlinie III-III teilweise geschnittene Darstellung der Antriebsanordnung von 2. Man erkennt die vorteilhafte Ausgestaltung des Winkeltriebs zwischen dem Antriebsritzel 60 und dem zweiten Axialabschnitt 52 des Zwischenrades 50 als Schrägverzahnung mit Achsversatz. In 3 gut erkennbar ist auch der Umstand, dass sich der Verzahnungsabschnitt 421 des Stellrings 42 nicht über dessen gesamten Umfang erstreckt, sondern lediglich über einen begrenzten Winkelbereich, der über die zur Betätigung der Lamellenkupplung 30 erforderliche Axialverschiebung notwendig ist. Die Größe dieses Winkelabschnitts hängt u. a. von der Steigung der Kugelrampen 45 ab.
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4 zeigt die Antriebsanordnung von 2 in entlang der Schnittlinie IV-IV teilweise geschnittener Darstellung. Diese Abbildung dient der Illustration der Stirnradstufe zwischen der ersten Eingangswelle 11 und der parallel dazu angeordneten zweiten Eingangswelle 12.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- erste Eingangswelle
- 111
- Steckverzahnung auf 11
- 112
- Koppelrad auf 11
- 12
- zweite Eingangswelle
- 122
- Koppelritzel 12
- 20
- Ausgangswelle
- 201
- Steckverzahnung auf 20
- 30
- Lamellenkupplung
- 31
- Außenlamellenträger
- 32
- Innenlamellenträger
- 33
- Drucklager
- 40
- Kugelrampenmechanismus
- 41
- Ausrückring
- 42
- Stellring
- 421
- Verzahnungsabschnitt von 42
- 43
- Stützring
- 44
- Kugelbahn
- 45
- Kugelrampe
- 50
- Zwischenrad
- 51
- erster Axialabschnitt von 50
- 511
- Stirnverzahnung von 51
- 52
- zweiter Axialabschnitt von 50
- 521
- Kronenverzahnung von 52
- 60
- Antriebsritzel
- 601
- Stirnverzahnung von 60
- 70
- Stellantrieb
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0023252 A1 [0003]
