DE10242759A1

DE10242759A1 - Formschlusskupplung und deren Verwendung für eine Anordnung zum Kuppeln von zwei Getriebekomponenten

Info

Publication number: DE10242759A1
Application number: DE2002142759
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl.-Ing. Barnreiter
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-09-14
Filing date: 2002-09-14
Publication date: 2004-03-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Formschlusskupplung und deren Verwendung für eine Anordnung zum Kuppeln von zwei Getriebekomponenten eines Kraftfahrzeuggetriebes. Da zumindest eine Kupplungshälfte eine abgestufte Verzahnung aufweist, ist es möglich, die korrespondierende Verzahnung der anderen Kupplungshälfte reibend an den Stufen "herabrutschen" zu lassen, so dass es infolge einer Reibmomentübertragung zu einer Drehzahlangleichung der beiden Kupplungshälften kommt. Bei nahezu angeglichener Drehzahl kommen Zahnflanken der beiden Kupplungshälften zum Anschlagen aneinander, so dass nahezu ruckfrei in den formschlüssig drehmomentübertragenden Zustand übergegangen wird. Durch eine axiale Nachgiebigkeit zumindest einer der beiden Kupplungshälften wird erreicht, dass zwei aneinander anliegende angeschrägte Anlaufflächen die beiden Kupplungshälften entgegen deren Einrückbewegung aufweiten können, so dass auf die Anlaufflächenpaarung eine erhöhte Normalkraft mit einer demzufolge ebenfalls erhöhten Reibmomentübertragung einwirkt. DOLLAR A Einsatzmöglichkeit der Formschlusskupplung ist z. B. ein Planentengetriebe, bei welchem durch Kupplung von Getriebegliedern die Übersetzung geändert wird.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 eine Formschlusskupplung und gemäß Patentanspruch 5 deren Verwendung für eine Anordnung zum Kuppeln von zwei Getriebekomponenten eines Kraftfahrzeugplanetengetriebes.

Aus der DE 41 13 128 C2 ist bereits eine als Klauenkupplung ausgeführte Formschlusskupplung bekannt, welche seitliche Kontaktflächen aufweist. An den Stirnflächen der Klauenverzahnung sind Anlaufflächen ausgebildet, die das Einrücken der Klauenkupplung bei Relativbewegung zwischen den beiden Kupplungshälften erleichtern.

Ferner sind aus der DE 40 06 446 A1 Klauenkupplungshälften mit angeschrägten Kupplungsklauen bekannt.

Die DE 100 40 116 A1 zeigt ein Planetengetriebe, bei welchem ein Planetenträger mit einem Getriebegehäuse koppelbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es,

– zwei formschlüssige Kupplungshälften zu schaffen, die sanft einrückbar sind bzw.
– zwei Getriebekomponenten sanft einzurücken.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 bzw. Verwendungsanspruch 5 in vorteilhafter Weise gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Formschlusskupplung weist zumindest eine Kupplungshälfte eine abgestufte Verzahnung auf. Dadurch wird erreicht, dass die korrespondierende Verzahnung der anderen Kupplungshälfte reibend an den Stufen „herabrutschen" kann, so dass es infolge einer Reibmomentübertragung zu einer Drehzahlangleichung der beiden Kupplungshälften kommt. Bei nahezu angeglichener Drehzahl kommen die Zahnflanken der beiden Kupplungshälften zum Anliegen aneinander, so dass nahezu ruckfrei in den formschlüssig drehmomentübertragenden Zustand übergegangen wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung wird mittels schräger Ausgestaltung der Verzahnungen beim „herabrutschen" der Stufen ein axiales Anschlagen und damit ein axialer Stoß mit dem zwangsläufigen Anschlaggeräusch vermieden.

Durch eine erfindungsgemäße axiale Nachgiebigkeit zumindest einer der beiden Kupplungshälften wird erreicht, dass zwei aneinander anliegende angeschrägte Anlaufflächen die beiden Kupplungshälften entgegen deren Einrückbewegung aufweiten können, so dass auf die Anlaufflächenpaarung einer erhöhte Normalkraft mit einer demzufolge ebenfalls erhöhten Reibmomentübertragung einwirkt. Somit können die Drehzahlen der beiden Kupplungshälften sehr schnell angenähert werden, so dass zeitlich kurz vor dem Kontakt der beiden Zahnflanken zur formschlüssigen Drehmomentübertragung bereits nahezu Drehzahlgleichheit herrscht.

Gemäß der im Anspruch 5 aufgeführten Verwendung bei einer Anordnung zum Kuppeln von zwei Getriebekomponenten kann der Formschlusskupplung in Serie eine Reibschlusskupplung folgen, welche beispielsweise als Lamellenbremse oder Reibkonuskupplung ausgeführt sein kann. Insbesondere durch die Lamellenbremse kann zeitliche nach dem ruckfreien Einrücken der Formschlusskupplung eine kontinuierliche Steigerung des reibschlüssig übertragenen Drehmomentes folgen.

Da die beiden Getriebekomponenten im ausgerückten Zustand mittels der Formschlusskupplung gänzlich voneinander getrennt sind, ist der Wirkungsgrad bei getrennten Getriebekomponenten im Verhältnis zu Getriebekomponenten, die ausschließlich mittels einer Lamellenkupplung voneinander getrennt sind, sehr hoch. Hintergrund ist der, dass bei der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 keine Schleppverluste auftreten.

Patentanspruch 2 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die beiden Kupplungshälften nur in einer Relativdrehrichtung einrückbar sind. Diese Optimierung ist insbesondere bei solchen Planetengetrieben sinnvoll, bei welchen die Drehmomentübertragung zwischen den Getriebegliedern immer in der selben Drehrichtung erfolgt.

Patentanspruch 4 zeigt eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 3. Dabei sind die beiden Kupplungshälften in deren Verzahnungsgeometrie in besonders vorteilhafter Weise aneinander angepasst.

Weitere Vorteile der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen, der Beschreibung und der folgenden Zeichnung zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung dargestellt.
Dabei zeigen jeweils in einer Abwickelung:
1 eine erste nachgiebig abgestützte und nichtdrehende Kupplungshälfte, die auf eine zweite drehende Kupplungshälfte zu bewegt wird, wobei noch kein Kontakt hergestellt ist,
2 die beiden Kupplungshälften aus 1, wobei die erste Kupplungshälfte axial auf die zweite rotierende Kupplungshälfte zu bewegt ist und infolge eines Kontaktes ein Reibmoment zwischen den beiden Kupplungshälften übertragen wird,
3 die beiden Kupplungshälften, wobei diese an ersten ebenen Reibflächen flächig kontaktierenden,
4 die beiden Kupplungshälften, wobei diese an schrägen Reibflächen flächig kontaktierenden,
5 die beiden Kupplungshälften, wobei die erste Kupplungshälfte mit einer zweiten ebenen Reibfläche flächig an der ebenen Reibfläche der zweiten Kupplungshälfte anliegt,
6 die beiden Kupplungshälften, wobei eine zweite schräge Reibfläche der ersten Kupplungshälfte zum Anliegen an der schrägen Reibfläche der zweiten Kupplungshälfte kommt und
7 die beiden Kupplungshälften bei hergestelltem Formschluss mit Drehzahlgleichheit.
Ferner zeigt:
8 die Verwendung der erfindungsgemäßen Formschlusskupplung bei einem Kraftfahrzeugplanetengetriebe.
1 zeigt eine erste ringförmige nichtdrehende Kupplungshälfte 1, die axial in Richtung 3 auf eine zweite in Umfangsrichtung 4 drehende ringförmige Kupplungshälfte 2 zu bewegt wird, wobei noch kein Kontakt zwischen den beiden koaxialen Kupplungshälften 1 und 2 hergestellt ist. Dazu weisen die beiden Kupplungshälften 1 und 2 einen axialen Abstand auf. Eine Rotationsachse 34, um welche die Umfangsrichtung 4 verläuft, liegt dabei in der Zeichnungsebene waagerecht.
Die beiden Kupplungshälften 1 und 2 weisen umfangsmäßig gleichmäßig verteilte Zähne und Zahnzwischenräume 30 bzw. 31 auf, wobei sich die Zähne und die Zahnzwischenräume 30 der ersten Kupplungshälfte 1 von den Zähnen und den Zahnzwischenräumen 31 der zweiten Kupplungshälfte 2 unterscheiden. Jedoch sind die der selben Kupplungshälfte 1 bzw. 2 zugeordneten Zähne bzw. Zahnzwischenräume 30 bzw. 31 untereinander identisch. Die Zähne der ersten Kupplungshälfte 1 sind umfangsmä ßig kürzer als die Zähne der zweiten Kupplungshälfte 2, wohingegen die Zahnzwischenräume 30 der ersten Kupplungshälfte 1 länger sind, die der zweiten Kupplungshälfte 2. Dabei sind die Gesamtlängen der Zahn-Zahnzwischenraum-Paarungen 32, 33 der beiden Kupplungshälften 1 und 2 gleich, so dass sämtliche Zahn-Zahnzwischenraum-Paarungen 32 bzw. 33 den gleichen Winkel aufspannen bzw. beide Kupplungshälften 1, 2 die gleiche Anzahl von Zähnen und Zahnzwischenräumen 30 bzw. 31 aufweisen. Die Zahngründe 35 der Zahnzwischenräume 30, 31 beider Kupplungshälften 1, 2 erstrecken sich in einer zur Rotationsachse 34 achsnormalen Grundebene.
Es folgt die Beschreibung der ersten Kupplungshälfte 1. Diese Kupplungshälfte 1 ist mittels eines Kraftspeichers 41 axial in die von der zweiten Kupplungshälfte 2 fortweisenden Richtung elastisch an einem nicht näher dargestelltem Axialstellglied abgestützt. Mit diesem Axialstellglied ist die Kraft F₁ in die erste Kupplungshälfte 1 einleitbar, so dass diese im Einrücksinn auf die zweite Kupplungshälfte 2 verschoben wird. Der Kraftspeicher 41 greift gleichmäßig an einer Stirnfläche der ersten Kupplungshälfte an so dass keine Kippbewegung bezüglich der zentralen Rotationsachse 34 auftritt. Der Kraftspeicher kann beispielsweise eine konzentrisch zur Kupplungshälfte angeordnete

– Tellerfeder,
– ein Tellerfederpaket oder
– eine Schraubendruckfeder

Jeder Zahn der axialbeweglichen Kupplungshälfte 1 weist umfangsmäßig fünf aneinander anschließende Zahnbereiche auf, die sämtlich axial versetzt über den Zahngrund 35 des Zahnzwischenraumes 30 hinaus ragen.
Einem sich parallel zur Rotationsachse 34 erstreckenden großen Absatz 7 schließt sich als erster Zahnbereich eine kleine steigende Fase 8 an. Dieser Fase 8 folgt als zweiter Zahnbe reich ein kurzes Plateau 9, welches in einer achsnormalen Ebene liegt. Diesem Plateau 9 folgt als dritter Zahnbereich eine fallende Schräge 10, welcher sich ein kleiner Absatz 11 anschließt. Als vierter Zahnbereich liegt ein sich vom Grund des kleinen Absatzes 11 erstreckendes langes Plateau 12, welches in einer achsnormalen Ebene liegt. An der vom kleinen Absatz 11 entfernt liegenden Kante 40 des Plateaus 12 schließt sich eine zweite fallende Schräge 13 an, welche den fünften Zahnbereich bildet. von einer abschließenden Kante des Plateaus fällt ein Absatz 14 zum Zahngrund des nächsten Zahnzwischenraumes 30.
Es folgt die Beschreibung der zweiten Kupplungshälfte 2.
Jeder Zahn der drehenden Kupplungshälfte 2 weist umfangsmäßig drei aneinander anschließende Zahnbereiche auf, die sämtlich axial versetzt über den Zahngrund 36 des Zahnzwischenraumes 31 hinaus ragen. Im Gegensatz zur ersten Kupplungshälfte 1 schließt sich jedoch der erste Zahnbereich, welcher von einer steigenden Schräge 16 gebildet wird, unmittelbar der Grundebene 36 des Zahnzwischenraumes 31 an. Die sehr lange Schräge 16 ist etwas länger, als eine Gesamtlänge 15, welche sich aus den ersten vier Zahnbereichen der ersten Kupplungshälfte 1 zusammensetzt. Dieser Schrägen 16 schließt sich über eine Kante 37 ein Plateau 18 an, welches in einer achsnormalen Ebene liegt. Diesem Plateau 18 schließt sich über eine Kante eine fallende Fase 19 an. Dieser kurzen Fase 19 folgt über einen Absatz 20 der nächste Zahnzwischenraum 31.
2 zeigt die beiden Kupplungshälften 1, 2, nachdem die erste Kupplungshälfte 1 mittels der Kraft F₁ über die Stellung in 1 hinaus weiter axial auf die zweite Kupplungshälfte 2 verschoben wurde und somit einer erster Kontakt zwischen den beiden Kupplungshälften hergestellt ist.
Die umlaufende zweite Kupplungshälfte 2 kommt mit deren kurzer Rampe 19 zum Anschlagen an die kurze Rampe 8 der ersten Kupplungshälfte 1. Die Einrückgeschwindigkeit bzw. die Kraft F₁ ist mittels einer kennfeldbasierten Steuerung von der Drehzahl der zweiten Kupplungshälfte 2 abhängig, so dass es nicht zum vorzeitigen Anschlagen des Absatzes 20 am Absatz 7 kommen kann. D.h., die Einrückgeschwindigkeit ist im Verhältnis zur Drehzahl der zweiten Kupplungshälfte 2 langsam. Die Relativrotation der beiden Kupplungshälften 1, 2 gegeneinander schiebt die beiden kurzen Rampen 8, 19 gegeneinander, so dass diese danach streben, die beiden Kupplungshälften 1, 2 gegeneinander axial aufzuweiten. Infolge dieses Bestrebens wird die axial begrenzt nachgiebig abgestützte erste Kupplungshälfte 1 entgegen der damit steigenden Kraft F₁ axial verschoben. Ein hoher Anteil der an den Rampen 19 und 8

– infolge der Relativrotation und
– zum geringen Teil auch infolge der Einrückbewegung

1

2

₁

19

8

3 zeigt die beiden Kupplungshälften 1, 2, nachdem die erste Kupplungshälfte 1 infolge der Axialkraftkomponente an der Flächenpaarung axial ausgewichen ist. Dabei liegt am gestauchten Kraftspeicher 41 nun die Kraft F₂ an, welche höher als die Kraft F₁ ist. Infolge der Relativrotation kommen die beiden axial höchstgelegenen Plateaus 13, 18 aufeinander zum Anliegen. Dabei wird an der Flächenpaarung dieser Plateaus 13, 18 mit dem Reibwert μ₂ ein Reibmoment übertragen, welches die Drehzahl der beiden Kupplungshälften 1, 2 weiter aneinander angleicht.
4 zeigt zeitlich in Folge von 3 die beiden weiter gegeneinander verdrehten Kupplungshälften 1, 2. Infolge der Relativrotation kommt die fallende Schräge 10 der ersten Kupplungshälfte 1 zum Anliegen auf der langen Schräge 16 der zweiten Kupplungshälfte 2. Dabei haben sich die beiden Kupp lungshälften 1, 2 weiter axial angenähert. Es wird an der Flächenpaarung der beiden Schrägen 10, 16 über den Reibwert μ₃ ein Reibmoment übertragen, welches die Drehzahl der beiden Kupplungshälften 1, 2 weiter aneinander angleicht.
5 zeigt zeitlich in Folge von 4 die beiden weiter gegeneinander verdrehten Kupplungshälften 1, 2. Infolge der Relativrotation kommt das gegenüber dem Plateau 9 axial tieferliegende Plateau 12 der ersten Kupplungshälfte 1 zum Anliegen an dem Plateau 18 der zweiten Kupplungshälfte 2. Dabei haben sich die beiden Kupplungshälften 1, 2 gegenüber 4 axial weiter angenähert. Es wird an der Flächenpaarung der beiden Plateaus 12, 18 über den Reibwert μ₄ ein Mitnahmemoment übertragen, welches die Drehzahl der beiden Kupplungshälften 1, 2 weiter aneinander angleicht.
6 zeigt zeitlich in Folge von 5 die beiden weiter gegeneinander verdrehten Kupplungshälften 1, 2. Infolge der Relativrotation kommt die zweite fallende Schräge 13 der ersten Kupplungshälfte 1 zum Anliegen an der langen Schräge 16 der zweiten Kupplungshälfte 2. Dabei haben sich die beiden Kupplungshälften 1, 2 axial weiter angenähert. Es wird an der Flächenpaarung der beiden Schrägen 13, 16 über den Reibwert μ₅ ein Mitnahmemoment übertragen, welches die Drehzahl der beiden Kupplungshälften 1, 2 weiter aneinander angleicht.
7 zeigt zeitlich in Folge von 6 die beiden weiter bis auf Anschlag gegeneinander verdrehten Kupplungshälften 1, z. Beim Übergang von dem in 6 dargestellten Zustand zu dem in 7 dargestellten Zustand gleitet die Schräge 13 entlang der Schräge 16, bis schließlich der Absatz 7 der ersten Kupplungshälfte 1 zum sanften Anliegen am Absatz 20 der zweiten Kupplungshälfte 2 kommt. Dabei haben sich die beiden Kupplungshälften 1, 2 gegenüber 6 axial weiter angenähert. Bei dem Verdrehen vom Zustand gemäß 6 zum Zustand gemäß 7 wird über den Reibwert μ₅ ein Reibmoment übertragen, welches die Drehzahl der beiden Kupplungshälften 1, 2 weiter aneinander angleicht. Im Idealfall kommen die beiden Absätze 7, 20 bei einer Drehzahldifferenz von nahezu Null aneinander zum Anliegen. Ab diesem Zustand wird das Drehmoment zwischen den beiden Kupplungshälften 1, 2 formschlüssig übertragen.
8 zeigt eine Verwendungsmöglichkeit für zwei Kupplungshälften 115, 117 ähnlich denen gemäß 1 bis 7.
Dabei ist ein Kraftfahrzeuggetriebeglied in Form eines Planetenträgers 101 in einem Getriebegehäuse 102 in Bezug auf eine geometrische Hauptachse 104-104 des Planetenträgers 101 drehbar und axial unverschiebbar gelagert. Der Planetenträger 101 ist Teil eines einfachen Planetenräder-Getriebes 103, bei welchem an dem Planetenträger 101 drehbar gelagerte Planetenräder mit einem äußeren Zentralrad 128 kämmen, das mit einem radialen Antriebssteg 129 fest verbunden ist, welcher in der üblichen Weise über Mitnahmeverzahnungen mit dem radial äußeren Bereich einer Antriebstrommel 130 bewegungsfest verbunden ist, die ihrererseits an ihrem radial inneren Bereich über Mitnahmeverzahnungen mit einer zur Hauptachse 104-104 zentralen inneren hohlen Getriebewelle 131 in Antriebsverbindung steht. Die am Planetenträger 101 gelagerten Planetenräder kämmen weiterhin mit einem inneren Zentralrad 132, welches über Mitnahmeverzahnungen mit einer zur Hauptachse 104-104 zentralen äußeren hohlen Getriebewelle 133 in Antriebsverbindung steht.
Zur Erzielung einer Drehsinnumkehr zwischen den Drehbewegungen der Getriebewellen 131 und 133 ist der Planetenträger 101 durch eine Reihen-Anordnung, bestehend aus einer Lamellenbremse 105 und einer Formschlusskupplung 114, in besonderer Weise gegenüber dem Getriebegehäuse 102 festbremsbar.
Die Lamellenbremse 105 weist einen Außenlamellenträger 109 auf, welcher ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Hauptachse 104-104 angeordnet ist. Der Außenlamellenträger 109 weist sowohl an seinem Außenumfang als auch an seinem Innenumfang je eine axiale Mitnahmeverzahnung auf, von denen die äußere in eine korrespondierende innere axiale Mitnahmeverzahnung 127 am Innenumfang des zylindrischen Getriebegehäuses 102 drehfest und verschiebbar eingreift und die innere Mitnahmeverzahnung zur drehfesten und axial verschiebbaren Halterung von Außenlamellen 107 verwendet ist.
Der Außenlamellenträger 109 ist in der von der Antriebstrommel 130 auf das Getriebe 103 weisenden Axialrichtung der Hauptachse 104-104 an einem Anschlag 134 in Form eines Gehäuseansatzes des Getriebegehäuses 102 und in der anderen Axialrichtung über federnde Rückstellmittel 122 in Form von Schraubenfedern, welche mit ihrer Federachse parallel und in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt zur Hauptachse 104-104 angeordnet sind, und über eine Tellerfeder 113 an einem in eine innere Umfangsnut des Getriebegehäuses 102 eingesetzten Sicherungsring 135 abstützbar.
Der Außenlamellenträger 109 weist an seinem dem Anschlag 134 zugekehrten Ende ein Widerlager 110 für die auf das Lamellenpaket 106, das aus den Außenlamellen 107 und axial zwischen jeweils zwei derselben angeordneten Innenlamellen 108 besteht, ausgeübten Anpreßkräfte auf. Auf der zum Widerlager 110 entgegengesetzten Seite des Lamellenpaketes 106 ist für letzteres eine Halterung 112 vorgesehen, welche aus einem drehfest und axial verschiebbar in die innere Mitnahmeverzahnung des Außenlamellenträgers 109 eingesetzten Druckring 125 und einem letzteren in der vom Widerlager 110 auf das Lamellenpaket 106 weisenden Axialrichtung der Hauptachse 104-104 abstützenden Sicherungsring 136 besteht, wobei letzterer in eine innere Unmfangsnut des Außenlamellenträgers 109 eingesetzt ist.
Die Innenlamellen 108 greifen an ihrem Innenumfang in eine äußere axiale Mitnahmeverzahnung eines Innenlamellenträgers 111 drehfest und axial verschiebbar ein, welcher durch eine ein- und ausrückbare Formschluß-Kupplung 114 mit dem Planetenträger 101 – dagegen mit dem Außenlamellenträger 109 durch eine Schlepp-Verbindung 137 so gekoppelt ist, dass Außen- und Innenlamellenträger 109 und 111 relativ zueinander drehbeweglich, axial jedoch im wesentlichen unbeweglich angeordnet sind.
Das Lamellenpaket 106 ist derart lose zwischen Widerlager 110 und Halterung 112 angeordnet, dass im lastfreien Zustand der Lamellenbremse 105 Außen- und Innenlamellenträger 109 und 111 kraftfrei Relativdrehungen zueinander ausführen können.
Die Formschluß-Kupplung 114 weist die erste Kupplungshälfte 115 auf, welche zum Innenlamellenträger 111 bewegungsfest angeordnet und mit einer inneren axialen Mitnahmeverzahnung 116 versehen ist, welche entsprechend der Verzahnung der ersten Kupplungshälfte 1 aus 1 ausgestaltet ist. Die Formschluß-Kupplung 114 weist die zweite Kupplungshälfte 117 auf, welche zum Planetenträger 101 bewegungsfest angeordnet und mit einer äußeren axialen Mitnahmeverzahnung 118 versehen ist, wobei die Mitnahmeverzahnung 116 axial in die Mitnahmeverzahnung 118 einrückbar ist. Diese Mitnahmeverzahnung 118 ist entsprechend der Verzahnung der zweiten Kupplungshälfte 2 aus 1 ausgestaltet.
Lamellenbremse 105 und Formschluß-Kupplung 114 sind nacheinander durch ein Bremsstellglied 119 in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit betätigbar, das einen Axialkolben 120 aufweist, der in einem mit dem Getriebegehäuse 102 einteilig ausgebildeten Zylinder druckfest und axial verschiebbar angeordnet ist und mit diesem eine Arbeitsdruckkammer 138 einschließt, die in nicht mehr dargestellter Weise unter Arbeitsdruck zur Beaufschlagung des Axialkolbens 120 durch eine Steuereinheit setzbar ist. Zur Betätigung von Lamellenbremse 105 und Formschluß-Kuppung 114 über den Außenlamellenträger 109 liegt der Axialkoben 120 unmittelbar an einem axialen Fortsatz des Widerlagers 110 an. Mittels der nicht näher dar gestellte Steuereinheit zur Beaufschlagung mit Arbeitsdruck ist der Axialkolben geringfügig nachgiebig, so dass die in 2 bzw. 3 dargestellte axiale Aufweitung der beiden Kupplungshälften infolge der beiden gegeneinander gleitenden Fasen ermöglicht wird.
Der Axialkolben 120 wird durch die Rückstellfedern 122 bei abgeschaltetem Arbeitsdruck in eine Nullhub-Ruhestellung 121 betätigt, in welcher die Lamellenbremse 105 dadurch unwirksam ist, dass der Druckring 125 gegenüber der Tellerfeder 113 ein vorbestimmtes Axialspiel 126 aufweist. In der Ruhestellung 121 sind Planetenträger 101 und Innenlamellenträger 111 axial soweit gegeneinander versetzt angeordnet, dass auch die Formschluß-Kupplung 114 ausgerückt ist.
Der Axialkolben 120 ist in eine signifikante mittlere Hubstellung 124 betätigbar, in welcher zwar die Formschluß-Kupplung 114 teilweise eingerückt – das Axialspiel 126 jedoch noch nicht soweit aufgehoben ist, dass die kraftfreie Drehbeweglichkeit des Innenlamellenträgers 111 gegenüber dem Außenlamellenträger 109 wesentlich beeinträchtigt wäre. Somit konnte beim Einrücken der axialen Mitnahmeverzahnung 116 des Innenlamellenträgers 111 in die korrespondierende Mitnahmeverzahnung 118 des Planetenträgers 101 vor dem Erreichen der signifikanten Hubstellung 124 kein nennenswerter Ruck oder dgl. auftreten.
In Fortsetzung des Bremsvorganges kann durch eine diesbezügliche Steuerung des Druckes am Axialkolben 120 und/oder durch eine entsprechende Federkennung der Tellerfeder 113 ein weicher Anstieg des Bremsmomentes erzielt werden, bis der Axialkolben 120 seine Maximalhub-Bremsstellung 123 erreicht und die Formschluß-Kupplung 114 dadurch vollständig eingerückt ist. Hierbei liegt die Lamellenbremse 105 im Kraftfluß zwischen Planetenträger 101 und Getriebegehäuse 102 in Reihe mit der Formschluß-Kupplung 114, sobald und solange sich der Druckring 125 an der Tellerfeder 113 abstützt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist die Tellerfeder im radial inneren Bereich in die auf das Lamellenpaket weisende Richtung gebogen, wodurch auf den Druckring verzichtet werden kann. Dabei bleibt ein Axialspiel ähnlich dem Axialspiel 126 zwischen der Tellerfeder und dem Lamellenpaket aufrecht erhalten. Zur Vermeidung einer Relativbewegung zwischen der Tellerfeder und der äußersten Lamelle des Lamellenpaketes ist die der Tellerfeder näheste Lamelle drehfest zur Tellerfeder angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die federnden Rückstellmittel als Tellerfedern ausgestaltet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der als Wendesatz ausgeführte Planetensatz ein Doppelplanetensatz. Ein solcher Planetensatz weist zwei miteinander kämmende Planeten auf. von diesen beiden Planten kämmt der eine mit einem Sonnenrad, wohingegen der andere mit einem Hohlrad kämmt. Insbesondere bei einem solchen Doppelplanetensatz wird zur Drehrichtungsumkehr das Hohlrad festgebremst. U.a. bei einer solchen Ausgestaltung kann die Erfindung derart ausgestaltet sein, daß der Außenlamellenträger anstatt des Innenlamellenträgers den Formschluß mit dem Hohlrad herstellt.
Es versteht sich von selbst, daß sich der im ersten Ausführungsbeispiel beispielhaft beschriebene Bremsvorgang einer Getriebekomponente gegenüber dem Gehäuse für die Kupplung aller erdenklichen Getriebekomponenten von Planetengetrieben anbietet. Getriebekomponenten des Planetengetriebes können das Sonnenrad, die Planetenräder bzw. Planetenträger, das Hohlrad, und das Getriebegehäuse sein.
Ferner kann in weiteren Ausgestaltungen auch der Planetenträger mit dem Außenlamellenträger anstatt mit dem Innenlammellenträger formschlüssig koppelbar sein.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann beispielsweise in einem Wendesatz für

– ein Planetenautomatikgetriebe,
– ein Umschlingungsgetriebe,
– ein Toroidgetriebe oder
– ein Vorgelegegetriebe

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung weichen die Reibwerte μ₁, μ₂, μ₃, μ₄, μ₅ der Kontaktflächen zwischen den beiden Kupplungshälften voneinander ab. Dazu sind die Oberflächen der Verzahnungen beschichtet oder andersartig bearbeitet.
Die axiale Nachgiebigkeit, welche

– im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 7 mittels eines Kraftspeichers und
– im Anwendungsbeispiel gemäß 8 mittels der Ansteuerung des Axialstellgliedes mit Arbeitsdruck

Generell können die axiale Nachgiebigkeit, die Axialverstellbarkeit und die Rotation sowohl auf die erste, als auch auf die zweiten Kupplungshälfte aufgeteilt sein.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Formschlusskupplung (1), mit zwei Kupplungshälften (1, 2), welche angeschrägte Anlaufflächen (8, 9) und miteinander korrespondierende Zahnflanken (7, 20) aufweisen, wobei mit letzteren eine Drehmoment formschlüssig übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kupplungshälfte (1) in die von der anderen Kupplungshälfte fortweisenden Richtung nachgiebig abgestützt ist und wobei zumindest eine Verzahnung der einen Kupplungshälfte (1) abgestuft ist.
Formschlusskupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander korrespondierenden Zahnflanken (7, 20) ausschließlich in der einen Umfangsrichtung (4) zwecks formschlüssiger Drehmomentübertragung aneinander anlegbar sind.
Formschlusskupplung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kupplungshälften (1, 2) in deren Verzahnungsgeometrie voneinander abweichen.
Formschlusskupplung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne der beiden Kupplungshälften (1, 2) umfangsmäßig mehrere aneinander anschließende Zahnbereiche aufweisen, wobei die Zahnbereiche von Zähnen der ersten Kupplungshälfte (1) in einer Umfangsrichtung (4) – ein erstes Plateau (9), – eine sich diesem anschließende fallende Schräge (10), – eine sich dieser anschließendes zweites Plateau (12) und – eine sich diesem anschließende fallende Schräge (13) sind, hingegen die Zahnbereiche der Zähne der zweiten Kupplungshälfte (2) in der selben Umfangsrichtung (4) – eine steigende Schräge (16) und – ein Plateau (18) sind.
Verwendung einer Formschlusskupplung (114) nach Patentanspruch 2 für eine Anordnung zum Kuppeln von zwei Getriebekomponenten (Getriebegehäuse 102, Planetenträger 101) eines Kraftfahrzeugplanetengetriebes, wobei im Kraftfluss zwischen den beiden Getriebekomponenten (Getriebegehäuse 102, Planetenträger 101) in Serie die Formschlusskupplung (114) und eine Reibschlusskupplung (Lamellenbremse 105) angeordnet sind.
Verwendung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschlusskupplung (Lamellenbremse 105) bei der Herstellung eines Kontaktes zwischen den beiden Kupplungshälften (115, 117) im Idealfall kein Drehmoment überträgt.
Verwendung nach Patentanspruch 5, – mit einer geometrischen Hauptachse (104-104) – mit einer Lamellenkupplung (Lamellenbremse 105) – die ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Hauptachse (104-104) angeordnet ist, – mit einem Lamellenpaket (106) – das aus einer axial wechselweisen Anordnung von Lamellen (Außenlamellen 107) und Gegenlamellen (Innenlamellen 108) besteht – mit einem Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) – der drehfest und axialverschiebbar gegenüber der ersten Getriebekomponente (Getriebegehäuse 102) angeordnet ist, – an dem die Lamellen (Außenlamellen 107) drehfest und axialverschiebbar gehaltert sind, – welcher ein Widerlager (110) aufweist, daß von einer ringförmigen, konzentrisch zur Hauptachse (104-104) angeordneten Arbeitsdruckkammer (138) von einer Druckmittel-Hilfskraft beaufschlagbar ist, – mit einer Nullhub-Ruhestellung (121), – in welche der Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) bei abgeschalteter Druckmittel-Hilfskraft durch federnde Rückstellmittel (122) betätigbar ist, – mit einer Maximalhub-Kuppelstellung (123), – in welche der Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) durch Druckmittel-Hilfskraft betätigbar ist, – mit mittleren Hubstellungen, – die axial zwischen der Nullhub-Ruhestellung (121) der Maximalhub-Kuppelstellung (123) liegen, – in welche der Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) durch Druckmittel-Hilfskraft betätigbar ist, – mit einem Gegenlamellenträger (Innenlamellenträger 111), – der gegenüber dem Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) drehbar und axial abgestützt ist, – an dem die Gegenlammellen (Innenlamellen 108) drehfest und axialverschiebbar gehaltert sind, – mit federnden Anpreßmitteln (113) für das Lamellenpaket (106), – welche auf der zum Wiederlager (110) entgegengesetzten Seite des Lamellenpaketes (106) angeordnet sind, – welche in der vom Lamellenpaket (106) auf das Widerlager (110) weisenden Axialrichtung der Hauptachse (104- 104) auf das Lamellenpaket (106) zur Wirkung bringbar sind, – mit der Formschluß-Kupplung (114), – die axial ein- und ausrückbar ist, – mit der ersten Kupplungshälfte (115), die bewegungsfest zum Gegenlamellenträger (Innenlamellenträger 111) angeordnet ist, – mit einer formschlüssigen Mitnahmeverzahnung (116) – mit der zweiten Kupplungshälfte (117), die bewegungsfest zur zweiten Getriebekomponente (Planetenträger 101) angeordnet ist, – mit einer weiteren formschlüssigen Mitnahmeverzahnung (118), – in die die Mitnahmeverzahnung (116) der ersten Kupplungshälfte (117) axial einrückbar ist, – mit einem federnden Anschlagmittel (113) – an dem bei dessen Kraftbeaufschlagung in der von dem Widerlager (110) auf das Lamellenpaket (106) weisenden Axialrichtung der Hauptachse (104-104) ein federnder Widerstand spürbar wird, – an dem sich ein gegenüber dem Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) und/oder dem Gegenlamellenträger (Innenlamellenträger 111) axialverschiebliches Bauteil (Druckstück 125) abstützt, wenn der Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) bei Betätigung aus seiner Ruhestellung (121) mittlere Hubstellungen erreicht, und bei der die Formschluß-Kupplung (114) vollständig eingerückt ist, wenn der Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) in seiner Maximalhub-Kuppelstellung (123) steht, und bei der der Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) in eine signifikante Kuppelphase steuerbar ist, bei welcher im drehenden und teilweise drehmomentübertragenden Zustand der zweiten Getriebekomponente (Planetenträger 101) – der Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) eine mittlere Hubstellung (124) einnimmt, – die Formschluß-Kupplung (114) teilweise eingerückt ist und – der Gegenlamellenträger (Innenlamellenträger 111) Drehbewegungen gegenüber dem Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) ausführt, wobei – das Lamellenpaket (106) derart lose zwischen Widerlager (10) und Halterung (12) angeordnet ist, dass im ausgerückten Zustand der Formschluß-Kupplung (114) Lamellenträger und Gegenlamellenträger (Außenlamellenträger 109 u. Innenlamellenträger 111) relativ zueinander im wesentlichen kraftfrei drehbar sind, wobei – die Funktionen der federnden Anschlagmittel und der federnden Anpreßmittel in einzigen federnden Anschlagmitteln (113) vereinigt sind, an denen das Lamellenpaket (106) zumindest mittelbar abstützbar ist, wobei – das axialverschiebliche Bauteil (Druckstück 25) gegenüber den einzigen federnden Anschlagmitteln (13) in der Ruhestellung (121) des Axialkolbens (120) ein derartiges Axialspiel (126) aufweist, dass in der signifikanten Kuppelphase die kraftfreie Relativbeweglichkeit zwischen Lamellenträger und Gegenlamellenträger (Außenlamellenträger 109 u. Innenlamellenträger 111) aufrechterhalten ist, und wobei – die Lamellenkupplung (Lamellenbremse 105) und die Formschluß-Kupplung (114) im Kraftfluß permanent wirksam in Reihe zueinander angeordnet sind, wenn sich der Lamellenträger (Außenlamellenträger 109) im Hubbereich zwischen seiner Maximalhub-Kuppelstellung (123) und seiner mittleren Hubstellung (124) der signifikanten Kuppelphase befindet.
Verwendung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterung (12) des Lamellenpaktes (6) einen zur Hauptachse (4-4) konzentrisch angeordneten Druckring (25) aufweist, welcher gegenüber dem Lamellenträger (Außenlamellenträger 9) in der auf das Lamellenpaket (6) weisenden Axialrichtung der Hauptachse (4-4) beweglich – dagegen in der anderen Axialrichtung unbeweglich abgestützt ist.
Verwendung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lamelle des Lamellenträgers (Außenlamellenträger 9) unmittelbar an den einzigen federnden Anschlagmitteln (13) abstützbar ist.
Verwendung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die einzigen federnden Anschlagmittel (13) in Form einer Tellerfeder ausgebildet sind.
Verwendung nach einem der Patentansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzigen federnden Anschlagmittel (13) an der ersten Getriebekomponente (Getriebegehäuse 2) angeordnet sind.
Verwendung nach einem der Patentansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, das die einzigen federnden Anschlagmittel (13) bewegungsfest zur ersten Getriebekomponente (Getriebegehäuse 2) angeordnet sind.
Verwendung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lamellenträger (Außenlamellenträger 9) in die axiale Mitnahmeverzahnung (27) der ersten Getriebekomponente (Getriebegehäuse 2) eingreift.
Verwendung nach einem der Patentansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Rückstellmittel (22) des Axialkolbens (20) zwischen Lamellenträger (Außenlamellenträger 9) und den einzigen federnden Anschlagmitteln (13) abgestützt sind.
Verwendung nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die federnden Rückstellmittel (22) in Form wenigstens einer mit ihrer Federachse parallel zur Hauptachse (4-4) angeordneten Schraubenfeder ausgebildet sind.