DE102021206801B3

DE102021206801B3 - Switchable clutch

Info

Publication number: DE102021206801B3
Application number: DE102021206801.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Prinz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2022-09-22
Anticipated expiration: 2041-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Kupplung (1), umfassend Kupplungsseiten (2, 3) und Kupplungselemente (4 bis 12), die jeweils einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Um eine effektive Kupplung (1) zu realisieren, sind die Kupplungselemente (4 bis 12) an axial einander zugewandten Stirnseiten (15, 16) von miteinander koppelbaren Kupplungsseiten (2, 3) als alternierend in radialer Richtung aufeinanderfolgende, ringförmige Profile ausgebildet, die sich jeweils ausgehend von der jeweiligen Stirnseite (15; 16) der einen Kupplungsseite (2, 3) axial mit einer kürzeren Grundseite (28) des trapezförmigen Querschnitts in Richtung der jeweils gegenüberliegenden Stirnseite (16; 15) der anderen Kupplungsseite (3, 2) erstrecken. Zudem können die miteinander koppelbare Kupplungsseiten (2, 3) axial aufeinander zubewegt werden, wodurch das einzelne Kupplungselement (5; 7; 9; 11) der jeweiligen Kupplungsseite (2, 3) an zumindest einem Schenkel (17, 18) seines trapezförmigen Querschnitts in Kontakt mit je einem Schenkel (19, 20) des trapezförmigen Querschnitts je eines Kupplungselements (4; 6; 8; 10; 12) der jeweils anderen Kupplungsseite (3, 2) bringbar ist.The invention relates to a switchable clutch (1), comprising clutch sides (2, 3) and clutch elements (4 to 12), each of which has a trapezoidal cross section. In order to realize an effective coupling (1), the coupling elements (4 to 12) are formed on axially mutually facing end faces (15, 16) of coupling sides (2, 3) that can be coupled to one another as ring-shaped profiles that follow one another alternately in the radial direction and that each extending axially, starting from the respective end face (15; 16) of one clutch side (2, 3), with a shorter base side (28) of the trapezoidal cross-section in the direction of the respective opposite end face (16; 15) of the other clutch side (3, 2). . In addition, the coupling sides (2, 3) that can be coupled together can be moved axially towards one another, as a result of which the individual coupling element (5; 7; 9; 11) of the respective coupling side (2, 3) on at least one leg (17, 18) of its trapezoidal cross-section in Contact can be brought with one leg (19, 20) of the trapezoidal cross-section of one coupling element (4; 6; 8; 10; 12) of the respective other coupling side (3, 2).

Description

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Kupplung, umfassend Kupplungsseiten und Kupplungselemente, die jeweils einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Getriebe mit mindestens einer vorgenannten Kupplung.The invention relates to a switchable clutch, comprising clutch sides and clutch elements, each of which has a trapezoidal cross section. Furthermore, the invention relates to a transmission with at least one aforementioned clutch.

Kupplungen kommen als Maschinenelemente zur Übertragung von Drehbewegungen zwischen hieran angebundenen Komponenten, wie beispielsweise Wellen, zum Einsatz. Neben Kupplungen, welche einer permanenten Verbindung der hieran angebundenen Komponenten ggf. unter Ausgleich von Versätzen dienen, sind insbesondere im Bereich der Getriebe schaltbare Kupplungen bekannt, die erst mit Betätigung eine zumeist drehfeste Verbindung zwischen den an der jeweiligen Kupplung angebundenen Komponenten herstellen. Während eine drehfeste Verbindung dabei bei schaltbaren, formschlüssigen Kupplungen durch Formschluss von Kupplungselementen, zumeist in Form von Klauen oder Zähnen, hergestellt wird, werden angebundene Komponenten bei schaltbaren, kraftschlüssigen Kupplungen durch Reibung zwischen Kupplungselementen der jeweiligen Kupplung miteinander verbunden. Dabei haben kraftschlüssige Kupplungen den Vorteil, dass sie auch bei noch bestehenden Drehzahlunterschieden zwischen den zu verbindenden Komponenten oder sogar unter Last betätigt werden können. Im Allgemeinen können Kupplungselemente je nach darzustellender Funktion unterschiedlichste Geometrien aufweisen.Couplings are used as machine elements to transmit rotary movements between the components connected to them, such as shafts. In addition to clutches, which are used to permanently connect the components connected to them, possibly by compensating for offsets, switchable clutches are known in particular in the field of transmissions, which only produce a mostly non-rotatable connection between the components connected to the respective clutch when they are actuated. While a non-rotatable connection is made with switchable, form-fitting clutches by positive engagement of clutch elements, usually in the form of claws or teeth, connected components in switchable, force-fitting clutches are connected to one another by friction between the clutch elements of the respective clutch. The advantage of non-positive couplings is that they can be actuated even if there are still speed differences between the components to be connected, or even under load. In general, coupling elements can have a wide variety of geometries depending on the function to be performed.

So offenbart die DE 102 35 286 A1 eine schaltbare Kupplung, die in einem Schiffsantriebsstrang zum Verbinden einer Schiffsantriebsmaschine mit einem Schiffspropeller zur Anwendung kommt. Dabei umfasst die Kupplung zwei Kupplungsseiten in Form von Kupplungsnaben, die jeweils mit Kupplungselementen in Form von Zähnen versehen sind. Die Zähne sind dabei jeweils an einem Außenumfang der jeweiligen Kupplungsnabe ausgestaltet, wobei auf der einen Kupplungsnabe zudem eine Hülse axial verschiebbar geführt ist, die hierzu an einem Innenumfang ebenfalls mit Zähnen versehen ist. Sowohl die Zähne der Kupplungsnaben, als auch die Zähne der Hülse weisen dabei jeweils einen trapezförmigen Querschnitt auf, wobei hierdurch ein Flankenspiel der Verzahnung beim Aufschieben der Hülse in Abhängigkeit eines Verschiebewegs der Hülse eingestellt werden kann.So reveals the DE 102 35 286 A1 a switchable clutch used in a ship's drive train for connecting a ship's propulsion engine to a ship's propeller. In this case, the clutch comprises two clutch sides in the form of clutch hubs, which are each provided with clutch elements in the form of teeth. The teeth are each configured on an outer circumference of the respective clutch hub, with a sleeve also being guided in an axially displaceable manner on one clutch hub, which sleeve is also provided with teeth on an inner circumference for this purpose. Both the teeth of the coupling hubs and the teeth of the sleeve each have a trapezoidal cross section, whereby backlash of the teeth can be adjusted when the sleeve is pushed on depending on a displacement path of the sleeve.

Aus der DE 586 420 A ist eine Flügelspinn- oder Flügelzwirnmaschine mit durch ein endloses Seil angetriebenen Spinnflügeln bekannt. Ein Rotor eines an einer Seiltrommelwelle angeordneten Kurzschlussmotors ist an seinem unteren Ende mit einer Kupplungshälfte versehen und senk- und hebbar gelagert. Dadurch kann das Kuppeln mit der an der Seiltrommel befestigten Gegenkupplungshälfte nach dem Einschalten des Motors durch Senken des Rotors unter der Wirkung seines Eigengewichtes erfolgen. Das Entkuppeln geschieht entsprechend durch Anheben des Rotors.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effektive, schaltbare Kupplung zu schaffen.From the DE 586 420 A a flyer spinning or flyer twisting machine with flyers driven by an endless cable is known. A rotor of a squirrel-cage motor arranged on a cable drum shaft is provided with a coupling half at its lower end and is mounted so that it can be raised and lowered. As a result, the coupling with the counter-coupling half attached to the cable drum can take place after the motor has been switched on by lowering the rotor under the effect of its own weight. The decoupling is done accordingly by lifting the rotor.
Proceeding from the prior art described above, it is now the object of the present invention to create an effective, switchable clutch.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Getriebe, bei welchem mindestens eine erfindungsgemäße Kupplung zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand von Anspruch 6.This object is achieved based on the preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features. The dependent claims that follow each specify advantageous developments of the invention. A transmission in which at least one clutch according to the invention is used is also the subject of claim 6.

Gemäß der Erfindung umfasst eine schaltbare Kupplung Kupplungsseiten und Kupplungselemente, die jeweils einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Die erfindungsgemäße Kupplung verfügt also über mehrere Kupplungsseiten, wobei die Kupplungsseiten dabei insbesondere einer Verbindung mit Komponenten dienen, die durch Schalten der Kupplung und damit in deren betätigten Zustand über die Kupplungsseiten miteinander gekoppelt werden. Dabei ist im verbauten Zustand der schaltbaren Kupplung an der einzelnen Kupplungsseite bevorzugt je eine zugeordnete Komponente, beispielsweise in Form einer jeweiligen Welle, drehfest angebunden. Letzteres wird dabei besonders bevorzugt über eine Mitnahmeverzahnung realisiert, zu deren Ausgestaltung die jeweilige Kupplungsseite insbesondere mit einem Keilwellen- oder Keilnabenprofil versehen ist.According to the invention, a switchable clutch comprises clutch faces and clutch elements each having a trapezoidal cross section. The clutch according to the invention therefore has a plurality of clutch sides, the clutch sides serving in particular to connect to components which are coupled to one another via the clutch sides by shifting the clutch and thus in its actuated state. In the installed state of the shiftable clutch, one associated component, for example in the form of a respective shaft, is preferably connected in a rotationally fixed manner to each clutch side. The latter is particularly preferably realized via a driving toothing, for the design of which the respective clutch side is provided in particular with a splined shaft or splined hub profile.

Die Kupplungselemente der erfindungsgemäßen Kupplung verfügen jeweils über je einen trapezförmigen Querschnitt, d.h. ein Querschnitt des einzelnen Kupplungselements weist die Gestalt eines Trapezes auf. Insofern sind bei dem Querschnitt zwei parallele Grundseiten vorgesehen, die an Endpunkten über zwei Schenkel miteinander verbunden sind. Die Kupplungselemente sind bei der Kupplung dabei insbesondere dazu vorgesehen, im geschalteten Zustand der Kupplung eine Koppelung in Drehrichtung herbeizuführen.The coupling elements of the coupling according to the invention each have a trapezoidal cross section, i.e. a cross section of the individual coupling element has the shape of a trapezium. In this respect, two parallel base sides are provided in the cross section, which are connected to one another at end points via two legs. In the case of the clutch, the clutch elements are provided in particular to bring about a coupling in the direction of rotation in the engaged state of the clutch.

Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Kupplungselemente an axial einander zugewandten Stirnseiten von miteinander koppelbaren Kupplungsseiten als alternierend in radialer Richtung aufeinanderfolgende, ringförmige Profile ausgebildet sind, die sich jeweils ausgehend von der jeweiligen Stirnseite der einen Kupplungsseite axial mit einer kürzeren Grundseite des trapezförmigen Querschnitts in Richtung der jeweils gegenüberliegenden Stirnseite der anderen Kupplungsseite erstrecken. Zudem können die miteinander koppelbare Kupplungsseiten axial aufeinander zubewegt werden, wodurch das einzelne Kupplungselement der jeweiligen Kupplungsseite an zumindest einem Schenkel seines trapezförmigen Querschnitts in Kontakt mit je einem Schenkel des trapezförmigen Querschnitts je eines Kupplungselements der jeweils anderen Kupplungsseite gebracht werden kann.The invention now includes the technical teaching that the coupling elements on axially facing end faces of clutch sides that can be coupled to one another are designed as annular profiles that follow one another in alternation in the radial direction and that each extend axially, starting from the respective end face of one clutch side, with a shorter base side of the trapezoidal Cross-section in the direction of each opposite lying end face of the other clutch side extend. In addition, the coupling sides that can be coupled to one another can be moved axially towards one another, as a result of which the individual coupling element of the respective coupling side can be brought into contact on at least one leg of its trapezoidal cross section with one leg of the trapezoidal cross section of each coupling element of the other clutch side.

Mit anderen Worten ist das einzelne Kupplungselement als Profil ausgebildet, welches gegenüber einer Stirnseite der jeweiligen Kupplungsseite axial vorsteht und sich dabei in Richtung einer zugewandten Stirnseite der mit dieser Kupplungsseite jeweils koppelbaren Kupplungsseite erstreckt. Dabei ist das einzelne Kupplungselement mit dem trapezförmigen Querschnitt und zudem als ringförmiges Profil ausgebildet, so dass das einzelne Kupplungselement als axial gegenüber der jeweiligen Stirnseite vorstehender Ring ausgebildet ist, welcher im Querschnitt als Trapez gestaltet ist. Die Kupplungselemente der miteinander koppelbaren Kupplungsseiten sind in radialer Richtung wechselseitig an der Stirnseite der einen Kupplungsseite und der Stirnseite der anderen Kupplungsseite vorgesehen, wodurch dem einzelnen Kupplungselement radial auf seiner Höhe axial kein Kupplungselement an der jeweils anderen Kupplungsseite gegenüberliegt. Die miteinander koppelbaren Kupplungsseiten können für ein Betätigen der schaltbaren Kupplung axial relativ zueinander und aufeinander zu bewegt werden, was zur Folge hat, dass das jeweilige Kupplungselement der einen Kupplungsseite durch axiale Vorbeiwandern an dem oder den Kupplungselementen der anderen Kupplungsseite einspuren kann. Dabei tritt das Kupplungselement mit zumindest einem der Schenkel, welche sich zwischen den paralleten Grundseiten des trapezförmigen Querschnitts erstrecken, mit je einem Schenkel eines Kupplungselements in Kontakt, welcher seitens der Kupplungsseite vorgesehen ist.In other words, the individual coupling element is designed as a profile which protrudes axially in relation to an end face of the respective clutch side and in the process extends in the direction of a facing end face of the clutch side which can be coupled to this clutch side. The individual coupling element is designed with the trapezoidal cross section and also as an annular profile, so that the individual coupling element is designed as a ring that protrudes axially relative to the respective end face and has a trapezoidal cross section. The coupling elements of the coupling sides that can be coupled to one another are provided alternately in the radial direction on the front side of one coupling side and the front side of the other coupling side, as a result of which the individual coupling element is not axially opposite at its height on the other coupling side. The clutch sides that can be coupled to one another can be moved axially relative to one another and towards one another for actuating the switchable clutch, with the result that the respective clutch element on one clutch side can mesh by axially moving past the clutch element or elements on the other clutch side. The coupling element comes into contact with at least one of the legs, which extend between the parallel base sides of the trapezoidal cross section, with a respective leg of a coupling element, which is provided on the coupling side.

Eine derartige Ausgestaltung einer schaltbaren Kupplung hat den Vorteil, dass aufgrund der ringförmigen Gestaltung der Kupplungselemente eine hohe wirksame Reibfläche beim Schließen der Kupplung und damit eine zuverlässige kraftschlüssige Übertragung einer Drehbewegung zwischen den Antriebsseiten realisiert werden kann. Dadurch wird bei der Kupplung ein schnelles und verlustarmes Einkuppeln ermöglicht. Dies lässt sich dabei außerdem auf geringem Bauraum und damit auf kompakte Art und Weise verwirklichen. Insgesamt kann also eine effektive, schaltbare Kupplung geschaffen werden.Such an embodiment of a switchable clutch has the advantage that, due to the ring-shaped design of the clutch elements, a high effective friction surface can be realized when the clutch is engaged and thus a reliable non-positive transmission of a rotational movement between the drive sides. This enables fast and low-loss engagement of the clutch. This can also be implemented in a small space and thus in a compact manner. Overall, therefore, an effective, switchable clutch can be created.

Im Sinne der Erfindung bedeutet „axial“ eine Orientierung in Richtung einer Rotationsachse der schaltbaren Kupplung, während mit „radial“ eine Orientierung in Durchmesserrichtung ausgehend von der Rotationsachse gemeint ist.For the purposes of the invention, “axial” means an orientation in the direction of an axis of rotation of the shiftable clutch, while “radial” means an orientation in the diameter direction starting from the axis of rotation.

Die als ringförmige Profile ausgebildeten Kupplungselemente sind an der Stirnseite der jeweiligen Kupplungsseite konzentrisch zueinander und bevorzugt auch der Rotationsachse der Kupplung platziert. Die Stirnseiten liegen insbesondere als Stirnseiten von Kupplungsscheiben vor, mit denen sich die miteinander koppelbaren Kupplungsseiten axial gegenüberliegen.The coupling elements designed as ring-shaped profiles are placed on the end face of the respective coupling side concentrically to one another and preferably also to the axis of rotation of the coupling. The end faces are in particular in the form of end faces of clutch disks, with which the clutch sides that can be coupled to one another are axially opposite one another.

Die jeweils miteinander koppelbaren Kupplungsseiten können relativ zueinander axial bewegt werden, wobei das axiale aufeinander Zubewegen der Kupplungsseiten in Abhängigkeit des axialen Abstandes den Kontakt zwischen Kupplungselementen der zu koppelnden Kupplungsseiten zur Folge hat. Im Rahmen der Erfindung können dabei beide Kupplungsseiten oder nur eine der beiden Kupplungsseiten axial beweglich ausgeführt sein.The coupling sides that can be coupled to one another can be moved axially relative to one another, with the axial movement of the coupling sides toward one another depending on the axial distance resulting in contact between the coupling elements of the coupling sides to be coupled. Within the scope of the invention, both clutch sides or only one of the two clutch sides can be designed to be axially movable.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung gelangt bei axialem aufeinander Zubewegen der miteinander koppelbaren Kupplungsseiten mindestens ein Kupplungselement einer der Kupplungsseiten an beiden Schenkeln seines trapezförmigen Querschnitts in Kontakt mit Schenkeln von trapezförmigen Querschnitten der Kupplungselemente der anderen Kupplungsseite. Dadurch kommt es zu einer Kräftezerlegung an den Kontaktflächen und damit ggf. zu einem Aufheben von Kräften, wodurch sich geeignete Kräfteverhältnisse an der Kupplung bei der Betätigung erreichen lassen. Bevorzugt kommt es an mehreren Kupplungselementen und besonders bevorzugt an fast allen Kupplungselementen der miteinander zu koppelnden Kupplungsseiten im Zuge der Betätigung zu einem Kontakt an beiden Schenkeln mit Kupplungselementen der anderen Kupplungsseite.According to one embodiment of the invention, when the coupling sides that can be coupled together move axially toward one another, at least one coupling element of one of the coupling sides comes into contact on both legs of its trapezoidal cross section with legs of trapezoidal cross sections of the coupling elements of the other coupling side. This leads to a breakdown of forces on the contact surfaces and thus, if necessary, to a cancellation of forces, as a result of which suitable force relationships can be achieved on the clutch during actuation. In the course of actuation, there is preferably contact on both legs with coupling elements on the other coupling side on a number of coupling elements and particularly preferably on almost all coupling elements of the coupling sides to be coupled to one another.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung beträgt bei dem einzelnen trapezförmigen Querschnitt je ein Winkel zwischen der kürzeren Grundseite und dem jeweiligen Schenkel 20° bis 60°, wobei hierbei ein Winkelbereich zwischen 30° und 45° besonders bevorzugt ist. Eine derartige Ausgestaltung der trapezförmigen Querschnitte hat sich hinsichtlich der bei Betätigung der Kupplung auftretenden Kräfte als besonders vorteilhaft erwiesen.According to an advantageous embodiment of the invention, in the individual trapezoidal cross section, an angle between the shorter base and the respective leg is 20° to 60°, with an angle range between 30° and 45° being particularly preferred. Such a configuration of the trapezoidal cross sections has proven to be particularly advantageous with regard to the forces occurring when the clutch is actuated.

In Weiterbildung der Erfindung sind die Querschnitte der Kupplungselemente als gleichschenkligen Trapez ausgebildet. Durch diese somit gleichmäßige Geometrie der Kupplungselemente lässt sich eine Kräftezerlegung erreichen, bei der es zu einem gegenseitigen Aufheben von Kräften kommt.In a further development of the invention, the cross sections of the coupling elements are designed as isosceles trapezoids. Due to this uniform geometry of the coupling elements, a distribution of forces can be achieved in which forces are canceled out.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Kupplungsseiten als mindestens eine erste Kupplungsseite und mindestens eine zweite Kupplungsseite vorliegen, die jeweils miteinander koppelbar sind. Bei der erfindungsgemäßen Kupplung können also eine oder mehrere erste Kupplungsseiten und auch eine oder mehrere zweite Kupplungsseiten vorgesehen sein.According to the invention, it is provided that the clutch sides are present as at least one first clutch side and at least one second clutch side, which can each be coupled to one another. In the clutch according to the invention, one or more first clutch sides and also one or more second clutch sides can be provided.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin vorgesehen, dass mehrere erste Kupplungsseiten und mehrere zweite Kupplungsseiten vorhanden sind, wobei die ersten Kupplungsseiten und die zweiten Kupplungsseiten paarweise axial aufeinander zu bewegt und dabei über die Kupplungselemente in Drehrichtung miteinander gekoppelt werden können. Dementsprechend können bei Anwendung dieser Kupplung mehrere hieran angebundene Komponenten bei Betätigung jeweils paarweise verbunden werden.According to the invention, it is further provided that several first clutch sides and several second clutch sides are present, the first clutch sides and the second clutch sides being moved in pairs axially towards one another and being coupled to one another in the direction of rotation via the clutch elements. Accordingly, when using this coupling, several components connected to it can be connected in pairs when actuated.

Es ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, dass die Kupplungselemente jeweils mit einer eine Reibung steigernde Beschichtung versehen sind. Dadurch lassen sich die bei Betätigung der Kupplung höhere Reibkräfte zwischen den miteinander in Kontakt tretenden Kupplungselementen erzeugen. Dabei wird bevorzugt eine Beschichtung aus einem Material verwendet, das im Vergleich zu dem sonstigen Material der Kupplungselemente einen höheren Reibbeiwert aufweist.It is a further advantageous embodiment of the invention that the clutch elements are each provided with a friction-increasing coating. As a result, when the clutch is actuated, the higher frictional forces can be generated between the clutch elements that come into contact with one another. A coating made of a material is preferably used that has a higher coefficient of friction compared to the other material of the clutch elements.

Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Getriebe, bei welchem mindestens eine Kupplung entsprechend einer oder mehrerer der vorgenannten Varianten vorgesehen ist. Innerhalb des Getriebes kommt die jeweilige Kupplung dabei insbesondere dafür zur Anwendung, bei Betätigung eine Kraftflussführung innerhalb des Getriebes durch drehfeste Verbindung vom Getriebekomponenten herbeizuführen. Konkret kann das Getriebe dabei als Kraftfahrzeuggetriebe vorliegen.The invention also relates to a transmission in which at least one clutch is provided in accordance with one or more of the aforementioned variants. Within the transmission, the respective clutch is used in particular to bring about a flow of force within the transmission through a non-rotatable connection of the transmission components when it is actuated. Specifically, the transmission can be present as a motor vehicle transmission.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.The invention is not limited to the specified combination of features of the main claim or the claims dependent thereon. In addition, there are possibilities of combining individual features with one another, even if they emerge from the claims, the following description of preferred embodiments of the invention or directly from the drawings. Reference of the claims to the drawings by the use of reference signs is not intended to limit the scope of the claims.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht einer schaltbaren Kupplung entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung, gezeigt in einem geöffneten Zustand;
2 eine Einzelansicht einer Kupplungsseite der Kupplung aus 1;
3 eine weitere Ansicht der Kupplung aus 1, gezeigt in einem betätigten Zustand;
4 eine schematische Darstellung von Kräfteverhältnissen an einem Teil der Kupplung der 1 bis 3;
5 eine schematische Ansicht einer schaltbaren Kupplung gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, gezeigt in einem ersten Zustand; und
6 eine weitere Ansicht der Kupplung aus 5, gezeigt in einem zweiten Zustand.

Advantageous embodiments of the invention, which are explained below, are shown in the drawings. It shows:

1 a schematic view of a switchable clutch according to a first embodiment of the invention, shown in an open state;
2 shows a detail view of a clutch side of the clutch 1 ;
3 Another view of the clutch 1 , shown in an actuated condition;
4 a schematic representation of the balance of forces on a part of the clutch 1 until 3 ;
5 a schematic view of a switchable clutch according to a second embodiment of the invention, shown in a first state; and
6 Another view of the clutch 5 , shown in a second state.

Aus 1 geht eine schematische Ansicht einer schaltbaren Kupplung 1 hervor, die entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet. Die Kupplung 1 weist eine erste Kupplungsseite 2 und eine zweite Kupplungsseite 3 auf, die koaxial zueinander liegen und jeweils einer drehfesten Verbindung mit je einer Komponente, insbesondere einer jeweiligen Welle, im verbauten Zustand der Kupplung 1 dienen. Dabei kann eine jeweilige drehfeste Verbindung der einzelnen Kupplungsseite 2 bzw. 3 mit der jeweiligen Komponente über eine Mitnahmeverzahnung o.ä. realisiert sein.Out of 1 shows a schematic view of a switchable clutch 1, which is designed according to a first embodiment of the invention. The clutch 1 has a first clutch side 2 and a second clutch side 3, which are coaxial with one another and each serve for a non-rotatable connection with one component each, in particular a respective shaft, when the clutch 1 is in the installed state. A respective non-rotatable connection of the individual clutch side 2 or 3 with the respective component can be realized via a driving toothing or the like.

Im verbauten Zustand ist die Kupplung 1 dafür vorgesehen, insbesondere eine drehfeste Verbindung zwischen den an den Kupplungsseiten 2 und 3 jeweils drehfest angebundenen Komponenten herzustellen, wozu in einem betätigten Zustand der Kupplung 1 die beiden Kupplungsseiten 2 und 3 drehfest miteinander verbunden werden. Diese drehfeste Verbindung wird dabei bei der Kupplung 1 durch Kraftschluss hergestellt, indem die Kupplungsseiten 2 und 3 an Kupplungselementen 4 bis 12 miteinander in Kontakt gebracht werden. Dazu sind die Kupplungsseiten 2 und 3 mit Kupplungsscheiben 13 und 14 ausgestattet, deren Stirnseiten 15 und 16 einander gegenüber liegen. Wie insbesondere in 1 zu erkennen ist, sind die Kupplungselemente 5, 7, 9 und 11 dabei an der Stirnseite 15 der Kupplungsscheibe 13 der Kupplungsseite 2 vorgesehen und stehen axial gegenüber der Stirnseite 15 in Richtung der Kupplungsscheibe 14 der Kupplungsseite 3 vor, während die Kupplungselemente 4, 6, 8, 10 und 12 an der Kupplungsscheibe 14 der Kupplungsseite 3 ausgebildet sind. Hierbei stehen die Kupplungselemente 4, 6, 8, 10 und 12 axial gegenüber der Stirnseite 16 in Richtung der Kupplungsscheibe 13 der Kupplungsseite 2 vor.In the installed state, the clutch 1 is intended in particular to produce a non-rotatable connection between the components that are non-rotatably connected to the clutch sides 2 and 3, for which purpose the two clutch sides 2 and 3 are non-rotatably connected to one another when the clutch 1 is in an actuated state. In the case of the clutch 1, this non-rotatable connection is produced by frictional engagement, in that the clutch sides 2 and 3 are brought into contact with one another on the clutch elements 4 to 12. For this purpose, the clutch sides 2 and 3 are equipped with clutch discs 13 and 14, the end faces 15 and 16 of which lie opposite one another. As in particular in 1 can be seen, the clutch elements 5, 7, 9 and 11 are provided on the end face 15 of the clutch disk 13 of the clutch side 2 and protrude axially opposite the end face 15 in the direction of the clutch disk 14 of the clutch side 3, while the clutch elements 4, 6, 8, 10 and 12 are formed on the clutch disc 14 of the clutch side 3. Here are the clutch elements 4, 6, 8, 10 and 12 axially opposite the end face 16 in the direction of the clutch disc 13 of the clutch side 2 before.

Wie in Kombination mit der Einzeleinsicht der Kupplungsscheibe 13 der Kupplungsseite 2 in 2 zu erkennen ist, sind die Kupplungselemente 5, 7, 9 und 11 der Kupplungsseite 2 und in analoger Weise dazu auch die Kupplungselemente 4, 6, 8 und 10 der Kupplungsseite 3 als ringförmige Profile ausgeführt. Dementsprechend ist das einzelne Kupplungselement 4 bzw. 5 bzw. 6 bzw. 7 bzw. 8 bzw. 9 bzw. 10 bzw. 11 auf einem jeweiligen Durchmesser und damit einem zugehörigen radialen Maß der jeweiligen Kupplungsscheibe 13 bzw. 14 als komplett umlaufendes Profil ausgebildet. Die ringförmigen Profile der Kupplungselemente 4 bis 11 sind dabei jeweils konzentrisch zu einer Rotationsachse der Kupplung 1 platziert, zu welcher auch die Kupplungsseiten 2 und 3 mit ihren Kupplungsscheiben 13 und 14 koaxial liegen. Auf dieser Rotationsachse ist dabei auch das Kupplungselement 12 platziert, welches nicht ringförmig ausgebildet ist.As in combination with the individual inspection of the clutch disc 13 of the clutch side 2 in 2 can be seen, the coupling elements 5, 7, 9 and 11 of the coupling side 2 and, in an analogous manner, the coupling elements 4, 6, 8 and 10 of the coupling side 3 are designed as ring-shaped profiles. Accordingly, the individual clutch element 4 or 5 or 6 or 7 or 8 or 9 or 10 or 11 is designed as a completely circumferential profile on a respective diameter and thus an associated radial dimension of the respective clutch disk 13 or 14 . The ring-shaped profiles of the clutch elements 4 to 11 are each placed concentrically to a rotational axis of the clutch 1, to which the clutch sides 2 and 3 with their clutch discs 13 and 14 are also located coaxially. The coupling element 12 , which is not ring-shaped, is also placed on this axis of rotation.

Die Kupplungselemente 4 bis 12 sind, wie insbesondere in 1 zu erkennen ist, jeweils mit einem trapezförmigen Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Trapezes ausgeführt, welches ausgehend von der jeweiligen Stirnseite 15 bzw. 16 mit einer jeweils kürzeren Grundseite in Richtung der jeweils gegenüberliegenden Stirnseite 16 bzw. 15 orientiert ist.The coupling elements 4 to 12 are, as in particular in 1 can be seen, each with a trapezoidal cross-section in the form of an isosceles trapezium, which is oriented starting from the respective end face 15 or 16 with a respective shorter base in the direction of the opposite end face 16 or 15 in each case.

Die beiden Kupplungsseiten 2 und 3 können axial relativ zueinander bewegt werden, wobei dies vorliegend bevorzugt dadurch realisiert ist, dass die eine Kupplungsseite 2 oder 3 über einen zugehörigen Aktuator axial bewegt werden kann, während die jeweils andere Kupplungsseite 3 oder 2 axial feststehend angeordnet ist. Zudem sind die Kupplungselemente 4 bis 12 radial nun so an den Kupplungsscheiben 13 und 14 angeordnet, dass die Kupplungselemente 4 bis 12 in radialer Richtung alternierend aufeinander folgen. Diese alternierende Anordnung der Kupplungselemente 4 bis 12 in radialer Richtung hat dabei zur Folge, dass die Kupplungselemente 4 bis 12 im Zuge der axialen Relativbewegung der Kupplungsseiten 2 und 3 axial aneinander vorbei wandern können. Bei einem axialen aufeinander Zubewegen können die Kupplungselemente 4 bis 12 dabei miteinander in Reibkontakt gebracht werden, um die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Kupplungsseiten 2 und 3 auszubilden.The two clutch sides 2 and 3 can be moved axially relative to one another, this being preferably realized in the present case in that one clutch side 2 or 3 can be moved axially via an associated actuator, while the respective other clutch side 3 or 2 is arranged in an axially fixed manner. In addition, the clutch elements 4 to 12 are now arranged radially on the clutch disks 13 and 14 in such a way that the clutch elements 4 to 12 follow one another in alternation in the radial direction. This alternating arrangement of the coupling elements 4 to 12 in the radial direction means that the coupling elements 4 to 12 can move past one another axially in the course of the relative axial movement of the coupling sides 2 and 3 . In the event of an axial movement toward one another, the coupling elements 4 to 12 can be brought into frictional contact with one another in order to form the non-positive connection between the coupling sides 2 and 3 .

1 zeigt einen geöffneten Zustand der Kupplung 1, bei welcher die beiden Kupplungsseiten 2 und 3 axial so weit voneinander beabstandet positioniert sind, dass die Kupplungselemente 4 bis 12 nicht miteinander in Kontakt stehen. Hierdurch findet auch keine drehfeste Verbindung zwischen den Kupplungsseiten 2 und 3 und damit im verbauten Zustand der Kupplung 1 auch nicht der hiermit jeweils drehfest verbundenen Komponenten statt. Werden die Kupplungsseiten 2 und 3 dagegen axial aufeinander zu in eine, in 3 gezeigte Position bewegt, so gelangen die Kupplungselemente 4 bis 12 an Schenkeln ihrer trapezförmigen Querschnitte miteinander in Kontakt, wodurch die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Kupplungsseiten 2 und 3 ausgebildet wird. 1 shows an open state of the clutch 1, in which the two clutch sides 2 and 3 are positioned so far apart axially that the clutch elements 4 to 12 are not in contact with one another. As a result, there is also no non-rotatable connection between the clutch sides 2 and 3 and thus, in the installed state of the clutch 1, there is also no non-rotatable connection between the components connected thereto. If, on the other hand, the clutch sides 2 and 3 are pushed axially towards each other into one, in 3 If the position shown is moved, the coupling elements 4 to 12 come into contact with one another on the legs of their trapezoidal cross sections, as a result of which the non-positive connection between the coupling sides 2 and 3 is formed.

In 4 sind dabei Kräfteverhältnisse beispielhaft für das Kupplungselement 11 der Kupplungsseite 2 dargestellt. Wie zu erkennen ist, findet in dem in 3 gezeigten, betätigten Zustand der Kupplung 1 ein Kontakt an beiden Schenkeln 17 und 18 des trapezförmigen Querschnitts des Kupplungselements 11 mit Schenkeln 19 und 20 statt, von denen der Schenkel 19 dem trapezförmigen Querschnitt des Kupplungselements 10 und der Schenkel 20 dem trapezförmigen Querschnitt des Kupplungselements 12 zugeordnet ist. Durch diesen radial beidseitigen Kontakt des Kupplungselements 11 kommt es zu einer Kräftezerlegung an den Kontaktflächen. Dabei ist in 4 zu erkennen, dass eine axiale Betätigungskraft 21 Normalkräfte 22 und 23 und Reibkräfte 24 und 25 zur Folge hat, die gemeinsam zu resultierenden Kräften 26 und 27 führen. Dabei kompensieren sich diese resultierenden Kräfte 26 und 27 an den radial benachbart liegenden Kupplungselementen 10 und 12.In 4 Here, power relationships are shown as an example for the coupling element 11 of the coupling side 2 . As can be seen, takes place in the in 3 In the actuated state of the clutch 1 shown, there is contact on both legs 17 and 18 of the trapezoidal cross section of the clutch element 11 with legs 19 and 20, of which the leg 19 is associated with the trapezoidal cross section of the clutch element 10 and the leg 20 with the trapezoidal cross section of the clutch element 12 is. This radial contact of the coupling element 11 on both sides results in a distribution of forces on the contact surfaces. where is in 4 It can be seen that an axial actuation force 21 results in normal forces 22 and 23 and frictional forces 24 and 25, which together lead to resultant forces 26 and 27. In the process, these resulting forces 26 and 27 compensate each other on the radially adjacent clutch elements 10 and 12.

Wie ebenfalls in 4 am Beispiel des Kupplungselements 11 zu erkennen ist, sind die trapezförmigen Querschnitte der Kupplungselemente 4 bis 12 so gestaltet, dass die jeweilige kurze Grundseite 28 des trapezförmigen Querschnitts mit dem einzelnen Schenkel 17 bzw. 18 jeweils je einen Winkel einschließt, der im Bereich von 20° bis 60°, bevorzugt 30° bis 45° liegt. Eine derartige Gestaltung des Trapezes hat sich hinsichtlich der Kräftezerlegung an den Kontaktflächen als besonders vorteilhaft erwiesen.As also in 4 As can be seen from the example of the coupling element 11, the trapezoidal cross sections of the coupling elements 4 to 12 are designed in such a way that the respective short base side 28 of the trapezoidal cross section encloses an angle with the individual leg 17 or 18 which is in the range of 20° to 60°, preferably 30° to 45°. Such a design of the trapezium has proven to be particularly advantageous with regard to the distribution of forces at the contact surfaces.

Schließlich zeigen noch die 5 und 6 schematische Ansichten einer Kupplung 29 entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Diese Kupplung 29 entspricht dabei im Wesentlichen der vorhergehenden Variante nach den 1 bis 4, mit dem Unterschied, dass mit der Kupplungsseite 3 nun zum einen eine Kupplungsseite 30 und zum anderen eine Kupplungsseite 31 jeweils drehfest verbunden werden kann.Finally show the 5 and 6 schematic views of a clutch 29 according to a second embodiment of the invention. This clutch 29 essentially corresponds to the previous variant according to FIG 1 until 4 , with the difference that with the clutch side 3 now on the one hand a clutch side 30 and on the other hand a clutch side 31 can each be connected in a torque-proof manner.

Dabei sind an der Kupplungsseite 30 die Kupplungselemente 5 und 7 ausgestaltet, während die Kupplungsseite 31 mit den Kupplungselementen 9 und 11 ausgestattet ist. Die beiden Kupplungsseiten 30 und 31 können unabhängig voneinander axial bewegt werden, wobei in 5 ein Zustand der Kupplung 29 gezeigt ist, in dem die Kupplungsseite 30 axial auf die Kupplungsseite 3 zubewegt und hierdurch über die Kupplungselemente 5 und 7 in Zusammenspiel mit den Kupplungselementen 4, 6 und 8 der Kupplungsseite 3 eine drehfeste Verbindung zwischen den Kupplungsseiten 3 und 30 hergestellt ist. Dagegen ist in 6 die Kupplungsseite 31 axial in eine Position bewegt, in welcher die Kupplungsseiten 31 und 3 durch Zusammenspiel der Kupplungselemente 8 bis 12 drehfest miteinander verbunden sind. Ansonsten entspricht die Ausführungsform nach den 5 und 6 der Variante nach den 1 bis 4, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.The coupling elements 5 and 7 are configured on the coupling side 30 , while the coupling side 31 is equipped with the coupling elements 9 and 11 . The two clutch sides 30 and 31 can be moved axially independently of one another, with 5 a state of the clutch 29 is shown in which the clutch side 30 moves axially towards the clutch side 3 and thereby via the clutch elements 5 and 7 in interaction with the clutch elements 4, 6 and 8 of the clutch side 3, a non-rotatable connection between the clutch sides 3 and 30 is established. On the other hand is in 6 the clutch side 31 is moved axially into a position in which the clutch sides 31 and 3 are non-rotatably connected to one another by the interaction of the clutch elements 8 to 12 . Otherwise, the embodiment corresponds to the 5 and 6 the variant after the 1 until 4 , so that reference is made to what has been described here.

Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen lässt sich jeweils eine effektive, schaltbare Kupplung verwirklichen.An effective, switchable clutch can be implemented in each case by means of the configurations according to the invention.

BezugszeichenlisteReference List

11: Kupplungcoupling
22: Kupplungsseiteclutch side
33: Kupplungsseiteclutch side
44: Kupplungselementcoupling element
55: Kupplungselementcoupling element
66: Kupplungselementcoupling element
77: Kupplungselementcoupling element
88th: Kupplungselementcoupling element
99: Kupplungselementcoupling element
1010: Kupplungselementcoupling element
1111: Kupplungselementcoupling element
1212: Kupplungselementcoupling element
1313: Kupplungsscheibeclutch disc
1414: Kupplungsscheibeclutch disc
1515: Stirnseiteface
1616: Stirnseiteface
1717: Schenkelleg
1818: Schenkelleg
1919: Schenkelleg
2020: Schenkelleg
2121: Betätigungskraftoperating force
2222: Normalkraftnormal force
2323: Normalkraftnormal force
2424: Reibkraftfriction force
2525: Reibkraftfriction force
2626: resultierende Kraftresulting power
2727: resultierende Kraftresulting power
2828: Grundseitebase
2929: Kupplungcoupling
3030: Kupplungsseiteclutch side
3131: Kupplungsseiteclutch side

Claims

Switchable clutch (1; 29), comprising clutch sides (2, 3; 3, 30, 31) and clutch elements (4 to 12), which each have a trapezoidal cross section, the clutch elements (4 to 12) being on end faces (4 to 12) facing axially one another 15, 16) of coupling sides (2, 3; 3, 30; 3, 31) which can be coupled to one another are designed as annular profiles which follow one another in alternation in the radial direction and which each start from the respective end face (15; 16) of one coupling side ( 2, 3; 3, 30; 3, 31) axially with a shorter base (28) of the trapezoidal cross-section in the direction of the respectively opposite end face (16; 15) of the other clutch side (3, 2; 30, 3; 31, 3) extend, and that the coupling sides (2, 3; 3, 30; 3, 31) which can be coupled to one another can be moved towards one another axially, as a result of which the individual coupling element (5; 7; 9; 11) of the respective coupling side (2, 3; 3, 30 ; 3, 31) on at least one leg (17, 18) of its trapezoidal cross section Nitts in contact with each leg (19, 20) of the trapezoidal cross-section of each coupling element (4; 6; 8th; 10; 12) of the respective other clutch side (3, 2; 30, 3; 31, 3), the clutch sides (2, 3; 3, 30, 31) being at least one first clutch side (3) and at least one second clutch side ( 2; 30, 31) which can each be coupled to one another, characterized in that there are a plurality of first clutch sides and a plurality of second clutch sides, the first clutch sides and the second clutch sides being able to be moved axially towards one another in pairs and being able to be coupled to one another via the clutch elements in the direction of rotation .

Coupling (1; 29) after claim 1 , characterized in that when the coupling sides (2, 3; 3, 30; 3, 31) that can be coupled together move axially towards one another, at least one coupling element (5 to 12) of one of the coupling sides is in contact on both legs of its trapezoidal cross-section with legs of trapezoidal cross-sections of the coupling elements of the other coupling side.

Coupling (1; 29) after claim 1 or 2 , characterized in that in the individual trapezoidal cross section, an angle between the shorter base (28) and the respective leg (17, 18) is 20° to 60°, preferably 30° to 45°.

Coupling (1; 29) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the cross sections of the coupling elements (4 to 12) are designed as isosceles trapezoids.

Coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling elements are each provided with a friction-increasing coating.

Transmission, comprising at least one clutch according to one or more of Claims 1 until 5 .