-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich in Allgemeinen auf einen Kolben für eine Kupplungseinheit.
-
Hintergrund
-
Getriebesysteme können Kupplungseinheiten aufweisen. Derartige Kupplungseinheiten können einen Kolben aufweisen. Während eines Einrückens kann der Kolben in Richtung eines Kupplungspakets vorgespannt werden. Eine durch den Kolben ausgeübte axiale Kraft kann letztendlich bewirken, dass die Kupplung eingerückt wird.
-
Zusammenfassung
-
In mindestens einer Ausführung stellt die Erfindung eine Kupplungseinheit zur Verfügung. Die Kupplungseinheit kann mindestens eine drehbare Kupplungsscheibe aufweisen, sowie eine Reaktionsscheibe, die derart angeordnet ist, dass sie zusammen mit der mindestens einen drehbaren Scheibe mitrotieren und auf diese eine Kraft aufbringen kann, eine Feder, die derart ausgebildet ist, dass sie die die Reaktionsscheibe in Richtung weg von der mindestens einen drehbaren Kupplungsscheibe vorspannt, sowie einen Kolben, und mindestens einen zwischen der Reaktionsscheibe und dem Kolben angeordneten Lagerwälzkörper aufweisen, der eine relative Drehbewegung zwischen diesen Teilen ermöglicht. Der Kolben kann ein erstes plattenförmiges Segment aufweisen, welches einen inneren Raum zwischen dem ersten Segment und einem Gehäuse begrenzt, und ein zweites Großsegment, das ein Teil des inneren Raums ausfüllt.
-
In einer Ausführung ist das zweite Großsegment aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffverbundwerkstoff geformt. Das zweite Großsegment kann mindestens 50% oder mindestens 75% des Volumens des inneren Raums ausfüllen. Das Gehäuse kann den Kolben mindestens teilweise umgeben. In einer Ausführung begrenzt das zweite Großsegment mit dem Gehäuse eine Aussparung, die derart ausgebildet ist, dass sie eine hydraulische Flüssigkeit aufnehmen kann. In einer anderen Ausführung erstreckt sich die Aussparung radial entlang nur eines Teils einer axialen Endfläche des zweiten Großsegments. Mindestens ein O-Ring kann zwischen dem ersten Segment und dem zweiten Großsegment in axialer Richtung angeordnet werden, und die Aussparung kann in axialer Richtung mit dem mindestens einen O-Ring nicht axial überlappen. Das zweite Großsegment kann in Pressverband mit dem ersten Segment sein. In einer Ausführung weist das erste Segment eine Lagerlaufbahn auf, die derart ausgebildet ist, dass sie in unmittelbaren Kontakt mit dem mindestens einen Lagerwälzkörper kommen kann. In einer anderen Ausführung kann eine Laufscheibe zwischen dem ersten Segment und dem mindestens einen Lagerwälzkörper angeordnet sein, wobei die Laufscheibe eine Lagerlaufbahn aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie in unmittelbaren Kontakt mit mindestens einem Lagerwälzkörper kommen kann.
-
In mindestens einer Ausführung sieht die Erfindung einen Kolben für eine Kupplungseinheit vor. Der Kolben kann ein erstes plattenförmiges Segment aufweisen, welches einen inneren Raum zwischen sich selbst und einem Gehäuse der Kupplungseinheit begrenzt, wobei ein zweites Segment als ein Stützt-Großsegment ausgebildet ist. Das zweite Segment kann aus einem Kunststoff oder einem Kunststoffverbundwerkstoff geformt sein.
-
In einer Ausführung kann das zweite Segment mindestens 50% oder mindestens 75% des Volumens des inneren Raums ausfüllen. Das zweite Segment kann mit dem Gehäuse eine Aussparung begrenzen, die derart ausgebildet ist, dass sie eine hydraulische Flüssigkeit aufnehmen kann. In einer Ausführung erstreckt sich die Aussparung radial entlang nur eines Teils einer axialen Endfläche des zweiten Segments. Mindestens ein O-Ring kann zwischen dem ersten Segment und dem zweiten Segment in axialer Richtung angeordnet wer 18den, und die Aussparung kann in axialer Richtung mit dem mindestens einen O-Ring nicht axial überlappen. In einer Ausführung ist das zweite Segment ist in Pressverband mit dem ersten Segment sein. In einer anderen Ausführung weist das erste Segment eine gehärtete Lagerlaufbahn auf, die derart ausgebildet ist, dass sie in unmittelbaren Kontakt mit einem Lagerwälzkörper der Kupplungseinheit kommen kann.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine Querschnittsansicht einer Kupplungseinheit gemäß einer Ausführung, und
- 2 ist eine Querschnittsansicht eines Kolbens, der in einer Kupplungseinheit gemäß einer Ausführung Verwendung findet.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Anfänglich muss es klar gemacht werden, dass gleiche Bezugszahlen in verschiedenen Ansichten in den Zeichnungen sich auf identische oder auf funktionsidentische Bauteile beziehen. Weiterhin ist es selbstverständlich, dass sich diese Erfindung nicht auf die konkreten hierin beschriebenen Ausführungen, Methodik, oder Werkstoffe und Modifikationen begrenzt und kann, als solche, sehr wohl variiert werden. Wie der Fachmann auf dem Gebiet verstehen wird, können verschiedene, unter Bezugnahme auf eine bestimmte Figur dargestellte und beschriebene Merkmale mit anderen, in einer oder mehreren Figuren gezeigten Ausführungen kombiniert werden, die hierin nicht explizit illustriert oder beschrieben sind.
-
Die hierein verwendete Terminologie dient dem Zweck, bestimmte Aspekte zu beschreiben und ist nicht im Sinne einer Beschränkung des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung zu verstehen, die lediglich durch die angefügten Ansprüche limitiert ist. Es ist selbstverständlich, dass die offenbarten Ausführungen nur Beispiele darstellen und dass andere Ausführungen verschiedene und alternative Formen haben können. Die Figuren sind nicht zwangsweise maßstäblich: einige Merkmale können übertrieben groß oder minimiert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Bauteile zu zeigen. Folglich sollen bestimmte hierin beschriebene strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern nur als repräsentative Basis zum Lehren eines Fachmanns, wie die Ausführungen verschiedentlich verwendet werden können.
-
Wenn nicht anderweitig definiert, besitzen alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie ein Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung generell versteht. Obwohl es möglich ist, beliebige ähnliche oder gleichwertige Verfahren, Vorrichtungen bzw. Werkstoffe wie die hierin beschriebenen in der Ausführung der Erfindung oder zum Testen der Erfindung zu verwenden, werden hierin die folgenden beispielhaften Verfahren, Vorrichtungen und Werkstoffe beschrieben.
-
In
1 ist eine beispielhafte Querschnittsansicht einer Kupplungseinheit
10 gezeigt. Die Kupplungseinheit
10 kann eine Getriebe-Kupplungseinheit sein und kann, zum Beispiel, in einer hinteren Differentialeinheit (RDU), in einer vorderen Differentialeinheit (FDU) oder in einer Abtriebseinheit (PTU) integriert sein. Die Kupplungseinheit
10 weist Kupplungsscheiben
12 und Reibungsscheiben
14 auf, die zusammen als Kupplungspaket bezeichnet werden können. Die Reibungsscheiben
14 weisen auf jeder Seite Ringe
16 aus Reibwerkstoff auf. Die Kupplungscheiben
12 sind drehbar relativ zu einem Gehäuse
18 für das Getriebe. Obwohl in den Figuren fünf Kupplungsscheiben und vier Reibungsscheiben gezeigt werden, ist es möglich, andere Anzahlen von Kupplungsscheiben und Reibungsscheiben zu verwenden. Ein Beispiel einer Kupplungseinheit ist in am 27. Februar 2015 angemeldeten
U.S. Patent Nummer 9,593,724 gezeigt und beschrieben, welches mit seiner gesamten Offenbarung in der vorliegenden Anmeldung durch Bezugnahme integriert ist. Die darin offenbarten Beschreibung und Ausführungen können mit der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden, um weitere Ausführungen zu erschaffen.
-
Die Getriebe-Kupplungseinheit 10 kann eine Reaktionsscheibe 20, einen Kolben 22, und Käfig 26 aufweisen. Die Reaktionsscheibe 20 (die auch als Z-Scheibe bezeichnet werden kann), kann derart angeordnet sein, dass sie eine Kraft auf eine der Kupplungsscheiben 12 aufbringt, obwohl in anderen Ausführungen die Scheibe 20 eine Kraft auf eine der Reibungsscheiben 14 ausüben kann. In anderen Worten, kann die Reaktionsscheibe derart ausgebildet sein, dass sie in Eingriff mit dem Kupplungspaket kommen kann. Der Kolben 22 kann relativ zum Gehäuse 18 drehbar oder drehfest sein, und/oder abgedichtet zum Gehäuse 18 ausgebildet sein. Während eines normalen Betriebs der Kupplungseinheit 10 muss der Kolben 22 nicht im Gehäuse rotieren, und so für eine robuste Abdichtung und verminderte Leckage an der Dichtung sorgen, wodurch Pumpverluste vermindert werden.
-
Der Lagerwälzkörper 24 kann zwischen der Reaktionsscheibe 20 und dem Kolben 22 angeordnet sein, und/oder in Kontakt mit der Reaktionsscheibe 20 und dem Kolben 22 kommen können, um zwischen diesen beiden Teilen eine relative Drehbewegung zu ermöglichen. In einer Ausführung kann der Lagerwälzkörper 24 sich unmittelbar am Kolben 22 abwälzen. In einer anderen Ausführung kann der Lagerwälzkörper 24 sich an einem zwischen diesen beiden Teilen angeordneten Bauteil wie einer Laufscheibe abwälzen. Der Lagerwälzkörper 24 kann einer aus einer Mehrzahl von Wälzkörpern wie zylindrischen Rollern sein und derart angeordnet sein, dass er sich während einer relativen Drehbewegung zwischen der Reaktionsscheibe 20 und dem Kolben 22 zwischen diesen beiden Bauteilen abwälzen kann. Der Käfig 26 hat die Aufgabe die Wälzkörper 24 in radialer Richtung zu halten und zu positionieren, wie auch jeweils einen geeigneten Abstand dazwischen in Umfangsrichtung aufrechtzuerhalten. Der Käfig 26 kann, wie weiter unten beschrieben, durch eine Reaktionsscheibe 20 gehalten werden. Der Lagerwälzkörper 24 und der Käfig 26 können zusammen als ein Lagerelement bezeichnet werden.
-
Ein Kupplungsträger 28 kann drehbar mit der Kupplungsscheibe 12 in Eingriff stehen. Dies bedeutet, dass die Kupplungsscheibe 12 einen äußeren verzahnten Abschnitt 30 haben kann, der mit einem komplementären inneren Keilnutenabschnitt 32 in Eingriff steht, so dass die Kupplungsscheibe 12 und der Träger sich gemeinsam drehen, aber die Kupplungsscheibe sich immer noch innerhalb des Trägers bewegen kann, um die Kupplung einzurücken. Anders ausgedrückt, ist das Kupplungspaket in dem Träger angeordnet. Die hinterste Kupplungsscheibe 12 kann in axialer Richtung durch ein Merkmal des Trägers oder durch einen Sprengring (nicht gezeigt) gehalten werden. Eine Ausrückfeder 34 kann zwischen Kupplungsträger 28 und der Reaktionsscheibe 20 angeordnet sein und unter Druckbelastung damit in Eingriff stehen, um die Reaktionsscheibe 20 in Richtung weg von der Kupplungsscheibe 12 vorzuspannen. Dies bedeutet, dass ohne Einwirkung eines ausreichenden hydraulischen Drucks auf das Gehäuse 18 und den Kolben 22 um die Kupplung einzurücken, die Feder 34 die Kupplung ausrücken könnte. In einer Ausführung kann die Feder 34 eine Wellenfeder sein.
-
Die Reaktionsscheibe 20 kann einen radialen Abschnitt 38 aufweisen, der auf einer Seite mit der drehbaren Kupplungsscheibe 12 und auf der anderen Seite mit dem Lagerwälzkörper 24 in Kontakt kommen kann. Die Reaktionsscheibe 20 kann einen radialen Abschnitt 40 aufweisen, der mit der Feder in Kontakt kommen kann. Der Abschnitt 38 kann sich radial innerhalb des Abschnitts 40 befinden. Der Abschnitt 40 kann auch einen verzahnten Abschnitt (nicht gezeigt) aufweisen, der in Eingriff mit dem Keilnutenabschnitt 32 des Kupplungsträgers steht, so dass die Reaktionsscheibe 20 und der Kupplungsträger 28 drehbar miteinander verbunden sind.
-
Der Käfig 26 kann einen kreisrunden Ring 42 aufweisen. Die Reaktionsscheibe 20 kann einen kreisrunden Ring 42 mit einer radialen Erhebung 46 an einem distalen Ende 48 aufweisen. Das heißt, dass der Käfigring 42 durch die radiale Erhebung 46 auf der Reaktionsscheibe 20 gehalten werden kann, welche Erhebung 46 auch seine Entfernung verhindert. Die Erhebung 46 kann ein vorgeformtes Merkmal sein, in welchem Fall der Käfig 26 auf die Reaktionsscheibe 20 aufgeschnappt werden würde, oder die Erhebung 46 kann nach der Installation des Käfigs 26 auf der Reaktionsscheibe 20 durch Stemmen oder ähnliches geformt werden.
-
Wie in 1 und 2 gezeigt, kann der Kolben 22 Segmente 50 und 52 aufweisen. Die Segmente können aneinander befestigt sein, wobei aber eine Fixierung nicht nötig ist. Ein Paar von O-Ringnuten 54 und 56 kann zwischen den Segmenten vorgesehen sein. In einer Ausführung kann das Segment 50 eine Platte sein, zum Beispiel eine Metallplatte sein. Das Segment 50 kann durch Stemmen geformt sein und kann aus Stahl geformt sein. In einer anderen Ausführung kann das Segment 52 aus einem Kunststoff (zum Beispiel aus einem Polymer) oder aus einem Verbundmaterial (zum Beispiel aus einem Polymerfiber-Verbund) geformt sein. Das Segment 52 kann als ein Tragelement, eine Einlage oder eine Laufscheibe bezeichnet werden. Das Segment 52 kann auch als ein Element mit voluminöser Form beschrieben werden im Sinn von einem Teil mit substanzieller oder großer Dicken-Dimension. Dies kann im Kontrast zum Plattensegment 50 sein, das eine im Vergleich zu den anderen Dimensionen eine relativ kleine Dicke besitzt. Das Segment 52 kann eine zweite Platte ersetzen (z.B. gepresstes Blechteil wie Segment 50), das typischerweise im Kolben 22 vorgesehen wird. Bei solchen Ausbildungen würden die zwei Platten zwischen sich und dem Gehäuse 18 eine große Aussparung bilden. Diese Aussparung würde eine Flüssigkeit aufnehmen (z. B. Öl oder eine andere hydraulische Flüssigkeit), die eine Bewegung des Kolbens 22 bewirken würde (weiter unten ausführlicher beschrieben). Die Größe der Aussparung in solchen Ausführungen würde jedoch für den Betrieb ein relativ großes Volumen an Flüssigkeit benötigen.
-
In mindestens einer Ausführung kann das Segment 52 ein großes Teil des Raums zwischen dem Segment 50 und dem Gehäuse 18 ausfüllen. Dieser Raum kann zum Beispiel durch die radial inneren und äußersten Enden des Segments 50 begrenzt werden. Alternativ kann der Raum in radialer Richtung zwischen den O-Ringen 58 und 60 begrenzt sein. In einer Ausführung kann das Großteil des Raums (z.B. > 50% des Volumens) durch das Segment 52 ausgefüllt werden. In einer anderen Ausführung kann mindestens 75%, 80%, 85%, 90% oder 95% des Raums durch das Segment 52 ausgefüllt werden. In anderen Ausführungen kann das Segment 52 mindestens 10%, 25% oder 35% des Raums ausfüllen.
-
Wie gezeigt, kann in einer Ausführung zwischen dem Segment 52 und dem Gehäuse 18 eine axial schmale Aussparung 36 gebildet werden. Wie gezeigt, kann die Aussparung 36 sich radial entlang nur eines Teils der axialen Stirnfläche des Segments 52 erstrecken. In anderen Ausführungen jedoch kann die Aussparung 36 entlang der gesamten oder im Wesentlichen gesamten, axialen Stirnfläche erstrecken. Die Aussparung 36 kann axial schmal sein, so dass sie den O-Ring 60 in axialer Richtung nicht überlappt. Die Aussparung 36 kann derart ausgebildet sein, dass sie über eine Öffnung oder einen Kanal im Gehäuse (nicht gezeigt) eine hydraulische Flüssigkeit aufnehmen kann. Allerdings im Vergleich zu der oben beschriebenen typischen Ausbildung des Kolbens kann die erforderliche(es) Menge/Volumen der Flüssigkeit zum Ausfüllen der Aussparung 36 erheblich kleiner sein. Dies kann daran liegen, dass die Aussparung 36 kleiner ist, weil das Segment 52 einen größeren Raum innerhalb des Segments 50 ausfüllt.
-
Die Segmente 50 und 52 können durch eine beliebige geeignete Methode aneinander befestigt sein wie zum Beispiel Pressen, Kleben oder Nieten (oder andere Befestigungsmittel). Das Segment 50 kann derart gestaltet sein, dass es mit dem Lagerwälzkörper 24 an einem radialen Abschnitt 64 (der radiale Abschnitt 64 kann z.B. eine Lagerlaufbahn sein) in Kontakt kommen kann. In einer derartigen Ausführung kann das Segment 50 ein gehärtetes Metall, wie Stahl sein. In anderen Ausführungen muss das Segment 50 nicht unmittelbar in Kontakt mit dem Wälzkörper 24 sein (z.B. es kann ein dazwischen angeordneter Bauteil vorgesehen sein. Das Segment 52 kann eine axiale Auswölbung 62 zur Begrenzung einer Ausrückbewegung des Kolbens 22 aufweisen. Der Kolben 22 kann jeweils in den Nuten 54 und 56 angeordnete O-Ringe 58 und 60 aufweisen, die zur Abdichtung jeweils an inneren und äußeren Abschnitten, oder an Umfangsflächen des Gehäuses 18 dienen. In anderen Worten können die O-Ringe 58 und 60 jeweils radial innere und äußere Dichtungen sein.
-
Während eines Einrückvorgangs kann der in der Kammer 36 vorhandene hydraulische Druck den Kolben 22 in Richtung des Kupplungspakets vorspannen. Eine durch den Kolben 22 ausgeübte axiale Kraft kann auf den Lagerwälzkörper 24 einwirken, der seinerseits auf die Reaktionsscheibe 20 einwirkt und dadurch die von der Feder 34 aufgebrachte Kraft überwindet. Die Reaktionsscheibe 20 kann gegen die Kupplungsscheibe 12 drücken und dadurch das Kupplungspaket klemmen und die Kupplung einrücken. Weil die Reaktionsscheibe und die Kupplungsscheibe beide drehfest am Kupplungsträger angeordnet sind und zusammen rotieren, gibt es keine relative Bewegung zwischen den beiden Bauteilen. In anderen Ausführungen können diese beiden Teile nicht drehfest miteinander verbunden sein, aber die von der Feder 34 ausgeübte Reibung, die auf die Reaktionsscheibe 20 und den Kupplungsträger 28 wirkt, kann die beiden Bauteile bei einer ähnlichen Drehgeschwindigkeit miteinander halten. Der Lagerwälzkörper 24 kann effektiv die Drehverbindung des Kolbens 22 von der sich drehenden Reaktionsscheibe 20 lösen, so dass der Kolben 22 sich nicht dreht und dass konventionale statische Dichtungen zum rotierenden Gehäuse verwendet werden können.
-
Während hier beispielhafte Ausführungen beschrieben worden sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungen alle möglichen, durch die Ansprüche gedeckten Ausbildungen umfassen. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe haben vielmehr eine reine Beschreibungsfunktion und keine einschränkende Natur. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne sich von Geist und Umfang der Offenbarung zu entfernen. Wie schon weiter oben erwähnt, können die Merkmale von verschiedenen Ausführungen kombiniert werden, um weitere Ausführungen der Erfindung zu erhalten, welche nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt worden sind. Es wäre zwar möglich gewesen, verschiedene Ausführungen als vorteilhaft oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungen oder dem Stand der Technik hinsichtlich einen oder mehreren Merkmalen anzugeben, erkennt ein Fachmann, dass auf ein oder mehrere Merkmale verzichtet werden kann, um erwünschte übergeordnete Systemeigenschaften zu erlangen, die von bestimmten Anwendungen und Durchführungen abhängen. Diese Eigenschaften können u. a., aber nicht ausschließlich, sein: Kosten, Robustheit, Lebensdauer, Lebenszyklus-Kosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Fertigungsaspekte, Eignung zum Ein- und Zusammenbau usw. An sich, auch wenn irgendwelche Ausführungen als weniger erwünscht hinsichtlich ein oder mehrere Merkmale als andere Ausführungen oder aktuellen Durchführungen im Stand der Technik angegeben werden, fallen sie nicht aus dem Geltungsbereich der Offenbarung heraus und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
