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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung, umfassend ein über ein Betätigungselement axial zusammendrückbares Lamellenpaket, wobei dem Betätigungselement ein Druckraum zugeordnet ist, in den ein Fluid zum axialen Bewegen des Betätigungselements aus einer Lösestellung in eine das Lamellenpaket komprimierende Arbeitsstellung einbringbar ist, wobei das Betätigungselement über eine Rückstelleinrichtung aus der Arbeits- in die Lösestellung rückführbar ist.
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Eine solche Kupplungseinrichtung kommt bekannterweise zur temporären Herstellung eines Momente übertragenden Kraftschlusses zwischen einer Antriebswelle einer Brennkraftmaschine oder eines Elektromotors und einer zu einem Getriebe laufenden Abtriebswelle zum Einsatz. Die Kupplungseinrichtung umfasst üblicherweise, wenn sie als Einfachkupplung ausgeführt ist, einen Außenlamellenträger mit daran axial verschiebbaren Außenlamellen, einen Innenlamellenträger mit daran axial verschiebbaren Innenlamellen, die zwischen die Außenlamellen greifen und zusammen mit diesen ein Lamellenpaket bilden, sowie ein Betätigungselement oder Druckelement üblicherweise in Form eines Drucktopfes, das axial bewegbar ist, um das Lamellenpaket axial zusammenzudrücken. Der Außenlamellenträger ist beispielsweise mit der Antriebswelle verbunden, während der Innenlamellenträger mit der zum Getriebe führenden Abtriebswelle verbunden ist. Durch Zusammendrücken des Lamellenpakets wird ein Kraft- beziehungsweise Reibschluss erwirkt, so dass von der Antriebswelle über den Außenlamellenträger eingebrachte Momente über das Lamellenpaket auf den Innenlamellenträger und über diesen auf die Abtriebswelle zum Getriebe geleitet werden können. Zum Zusammendrücken des Lamellenpakets wird das Druckelement axial bewegt, wozu eine fluidische Betätigungseinrichtung vorgesehen ist, umfassend einen Druckraum, der dem Betätigungselement zugeordnet ist, beispielsweise von diesem axial begrenzt wird, sowie ein Fluid, das mit Druck in den Druckraum einbringbar ist. Im Falle einer solchen Druckerhöhung wird das Betätigungselement axial bewegt, das Lamellenpaket wird zusammengedrückt.
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Zum Rückstellen des Betätigungselements, wenn dieses also entlastet werden soll und das Lamellenpaket unter Beendigung des Kraft- oder Reibschlusses wieder geöffnet werden soll, ist eine Rückstelleinrichtung vorgesehen, üblicherweise umfassend ein oder mehrere Federelemente, gegen die das Betätigungselement aus der vormaligen Lösestellung in die gegebene Arbeitsstellung, in der das Lamellenpaket zusammengedrückt ist, bewegt wird. Das Federelement baut eine Rückstellkraft auf, die, wenn der fluidische Druck auf der gegenüberliegenden Seite aufgehoben ist, das Betätigungselement, also beispielsweise den Drucktopf, wieder zurückdrückt. Es liegt also eine „normaly open“-Kupplungsvariante vor. Eine Kupplungseinrichtung mit Federrückstellung ist z.B. aus
DE 10 2015 225 033 A1 bekannt.
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Ersichtlich ist zur Betätigung der Kupplung, also zum Schließen des Lamellenpakets, immer zuerst die von der Rückstelleinrichtung respektive dem Federelement aufgebrachte Kraft zu überwinden, um den Reibschluss zu erwirken. Bei Fahrten mit geschlossener Kupplung muss also permanent die zusätzliche Kraft zur Überbrückung des Rückstellelements respektive der Feder aufgebracht werden. Dies führt bei hydraulisch betätigten Kupplungen zu zusätzlichen Verlusten im Betätigungssystem.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zu Grunde, eine demgegenüber verbesserte Kupplungseinrichtung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Kupplungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rückstelleinrichtung einen dem Betätigungselement zugeordneten zweiten Druckraum umfasst, in den ein Fluid zum Rückstellen einbringbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung erfolgt das Schließen und Öffnen der Kupplung beide Male auf fluidischem Weg, also hydraulisch oder pneumatisch. Es ist ein zweiter Druckraum vorgesehen, in den das Fluid zum Öffnen der Kupplung einbringbar ist, was dazu führt, dass das Betätigungselement wieder zurückgeschoben wird, wenn der Druck im ersten Druckraum abgebaut wird. Beide Druckräume arbeiten also entgegengesetzt zueinander, das heißt, dass das über den jeweiligen Fluiddruck bewegte Kolbenelement, das mit dem Betätigungselement gekoppelt ist, bei Druckaufbau im ersten Druckraum in die eine Richtung und bei Druckaufbau im zweiten Druckraum in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.
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Dies ermöglicht mit besonderem Vorteil einerseits, dass keine separaten Rückstellelemente respektive Federelemente mehr vorzusehen sind. Darüber hinaus kann der Rückstelldruck auch variabel geregelt werden, nachdem der zweite Druckraum separat mit Fluid bedient wird.
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Eine solche Kupplungseinrichtung kann als Einfachkupplung ausgeführt sein, sie kann aber auch in an sich bekannter Weise als Doppelkupplung beziehungsweise als Drei- oder Mehrfachkupplung ausgeführt sein, umfassend zwei oder mehr separat betätigbare Teilkupplungen, die jeweils ein Lamellenträgerpaar nebst Lamellenpaket und Betätigungselement mit zugeordneten Stelleinrichtungen respektive Druckräumen aufweist. Die grundsätzliche Funktionsweise einer solchen Einfach- oder Mehrfachkupplung ist hinlänglich bekannt. Darüber hinaus kann, nachdem zum Schließen der Kupplung keine Rückstellkraft eines Federelements zu überwinden ist, die hierfür benötigte Betätigungskraft reduziert werden.
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Bevorzugt sind die beiden Druckräume über das Betätigungselement voneinander getrennt, das heißt, dass das Betätigungselement selbst unmittelbar mit dem Fluid beaufschlagt wird, mithin also quasi einen Druckkolben in Bezug auf die jeweilige Druckraum-Kolben-Anordnung bildet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass kein oder keine separaten Kolbenelemente, die mit dem Betätigungselement zu koppeln wären, vorzusehen ist, vielmehr wirkt das Betätigungselement als intrinsischer Kolben des Doppelsystems. Darüber hinaus bietet diese Anordnung auch den Vorteil, dass letztlich nur ein einziger größerer Raum vorzusehen ist, der über das Druckelement in zwei separate Teilräume, die jeweils einen Druckraum bilden, der getrennt wird.
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Die beiden Druckräume sind zweckmäßigerweise über separate Dichtmittel radial und axial zum Betätigungselement hin abgedichtet, so dass jeder Druckraum vollständig geschlossen ist und ein entsprechender Druckaufbau bei Zufuhr des Fluids über eine entsprechende Zufuhrleitung aufgebaut werden kann.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die über das Fluid im zweiten Druckraum beaufschlagte Fläche des Betätigungselements größer als die über das Fluid im ersten Druckraum beaufschlagte Fläche ist. Die axiale Fläche, gesehen in Bewegungsrichtung des Betätigungselements, ist also im zweiten Druckraum größer ausgeführt, das heißt, dass die dortige Kolbenfläche größer ist als die Kolbenfläche im ersten Druckraum. Damit ist bei ausgeglichenen Druckverhältnissen ein sicheres Öffnen der Kupplung gewährleistet, das heißt, dass unmittelbar mit Erhöhung des Drucks im zweiten Druckraum sogleich ein Öffnen aufgrund der Druckerhöhung stattfindet. Im Übrigen ist durch eine hydraulische Rückstellung, wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Rückstellkraft bei konstantem Druck über den Betätigungsweg konstant. Somit verändert sich die effektiv gegebene Federkennlinie nicht über den Paketverschleiß.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung mit einem sich zwischen der Löse- und der Arbeitsstellung befindlichen Betätigungselement zur Darstellung der beiden Druckräume,
- 2 die Kupplungseinstellung aus 1 mit in der Lösestellung befindlichem Betätigungselement, und
- 3 die Kupplungseinrichtung aus 1 mit in der Arbeitsstellung befindlichem Druckelement.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung 1, umfassend einen Außenlamellenträger 2 mit daran axial verschiebbar angeordneten Außenlamellen 3, beispielsweise Stahllamellen, sowie einen Innenlamellenträger 4 mit daran axial verschiebbar angeordneten Innenlamellen 5, beispielsweise Reiblamellen. Der Außenlamellenträger 2 ist mit einem nicht näher gezeigten Eingangsglied, beispielsweise der Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine oder eines Elektromotors verbunden, während der Innenlamellenträger mit einem Abtriebsglied 6, das beispielsweise zu einem Getriebeeingang führt, verbunden ist. Durch axiales Zusammendrücken des Lamellenpakets aus Außen- und Innenlamellen 3, 5 über ein Betätigungselement 7 kann ein Reibschluss zwischen den Lamellen 3, 5 erwirkt werden, so dass ein über den Außenlamellenträger 2 eingebrachtes Drehmoment auf den Innenlamellenträger 4 und von diesem in Richtung des Getriebes übertragen wird. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise einer solchen Kupplungseinrichtung ist bekannt.
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Zum Betätigen des Betätigungselements 7, das zum Zusammendrücken axial zu verschieben ist, dient eine Betätigungseinrichtung 8, die hier hydraulisch oder pneumatisch arbeitet, also mit einem Fluid, das der axialen Verschiebung des Betätigungselements 7, hier beispielsweise eines Drucktopfes, dient.
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Die Betätigungseinrichtung 8 umfasst einen ersten Druckraum 9 sowie einen zweiten Druckraum 10, die über das Betätigungselement 7, das einen entsprechenden, sich radial erstreckenden und kolbenartig wirkenden Abschnitt 11 aufweist, getrennt sind, wie 1 deutlich zeigt. Das heißt, dass beide Druckräume 9, 10 über den Abschnitt 11 getrennt sind und mithin also ein eingebrachtes Fluid in einen der beiden Druckräume 9, 10 unmittelbar auf den Abschnitt 11 und damit auf das Betätigungselement 7 wirkt, so dass dieses axial verschoben werden kann.
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Die beiden Druckräume 9, 10 sind über entsprechende Dichtelemente 12, 13 axial und/oder radial zum Betätigungselement 7 hin abgedichtet, so dass sich insgesamt geschlossene Druckräume 9, 10 bilden, die jeweils über eine Zufuhrleitung 14, 15 mit dem Fluid, sei es hydraulisch, sei es pneumatisch, bedient werden können. Hierzu sind in einer zentralen Welle 16 entsprechende, nicht näher gezeigte Zuführbohrungen ausgebildet, in die das jeweilige Fluid über eine Zufuhreinrichtung eingebracht und zu den Druckräumen 9, 10 geführt wird. Die Steuerung, welcher Druckraum 9, 10 bedient wird, erfolgt auf einfache Weise z.B. über ein entsprechend geschaltetes Steuerventil, das nicht näher gezeigt ist.
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In 1 ist das Betätigungselement 7 in einer Mittenstellung gezeigt, so dass beide Druckräume, 9, 10 zu erkennen sind.
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2 zeigt demgegenüber die Lösestellung, in der das Betätigungselement 7 komplett vom Lamellenpaket entfernt ist, dieses also vollständig entlastet ist. Das Fluid ist in den Druckraum 10 mit Druck eingebracht, so dass das Betätigungselement 10 axial nach links in Anschlag gegen ein entsprechendes Anschlagelement oder Anschlagbauteil 16 bewegt ist. Ersichtlich ist das Druckelement von der ersten Innenlamelle 5 beabstandet, die Lamellen 3, 5 sind voneinander beabstandet, ein Moment wird nicht übertragen.
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Soll nun ausgehend von der in 2 gezeigten Lösestellung die Kupplung geschlossen und das Lamellenpaket zusammengedrückt werden, wird das Fluid in den ersten Druckraum 9 eingebracht, was dazu führt, dass das Betätigungselement 7, siehe 3, nach rechts bewegt wird. Während der Bewegung aus der Lösestellung in die Arbeitsstellung läuft das Betätigungselement 7 gegen die erste benachbarte Innenlamelle 5 und schiebt diese weiter, so dass sukzessive das Lamellenpaket geschlossen und der Reibschluss erwirkt wird. Der Druckraum 10 ist stark verkleinert, der Druckraum 9 demgegenüber groß und mit Fluid gefüllt, anders als in der in 2 gezeigten Lösestellung.
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Soll ausgehend von 3 die Kupplung wieder geöffnet werden, so wird erneut Fluid in den zweiten Druckraum 10 eingebracht, was zum erneuten Verschieben des Betätigungselements nach links führt, der Druckraum 10 vergrößert sich, während der erste Druckraum 9 verkleinert wird. Das Betätigungselement 7 bewegt sich vom Lamellenpaket weg, die Lamellen können lüften.
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Ersichtlich ist die Fläche des Abschnitts 11, die im zweiten Druckraum 10 mit Fluid beaufschlagt wird, um einiges größer als die entsprechend gegenüberliegende Fläche des Abschnitts 11 im ersten Druckraum 9. Dies führt dazu, dass es im zweiten Druckraum zu einem sehr schnellen Druckaufbau kommt und demzufolge zum Beginn der Öffnungsbewegung bei ausgeglichenen Druckverhältnissen ein schnelles und sicheres Öffnen der Kupplung gewährleistet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungseinrichtung
- 2
- Außenlamellenträger
- 3
- Außenlamelle
- 4
- Innenlamellenträger
- 5
- Innenlamelle
- 6
- Abtriebsglied
- 7
- Betätigungselement
- 8
- Betätigungseinrichtung
- 9
- Druckraum
- 10
- Druckraum
- 11
- Abschnitt
- 12
- Dichtelement
- 13
- Dichtelement
- 14
- Zufuhrleitung
- 15
- Zufuhrleitung
- 16
- Welle
- 17
- Anschlagelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015225033 A1 [0003]
