DE10304730B3

DE10304730B3 - Reibungskupplung mit Klauenkupplung

Info

Publication number: DE10304730B3
Application number: DE2003104730
Authority: DE
Inventors: Holger Dipl.-Ing. Seidl
Original assignee: GKN Driveline International GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-02-07

Abstract

Lamellenkupplung 11, umfassend eine Kupplungsnabe 23, auf der Innenlamellen 33 drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind, und einen Kupplungskorb 24, in dem Außenlamellen 34 drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind, wobei ein Lamellenpaket 35 aus axial abwechselnd angeordneten Innenlamellen 33 und Außenlamellen 34 gebildet wird, mit einer Axialverstellvorrichtung, umfassend zwei relativ zueinander verdrehbare, koaxial zueinander angeordnete Scheiben 46, 47, zwischen denen in über dem Umfang tiefenveränderlichen Paaren von Kugelrillen 50, 51 Kugeln 49 geführt sind, von den Scheiben 46, 47 ist eine axial in einem Gehäuse 15 abgestützt und eine gegen die Rückstellkräfte von ersten Federmitteln 40 axial im Gehäuse 15 verschiebbar, die axial verschiebbare Scheibe 47 beaufschlagt zumindest mittelbar das Lamellenpaket 35 mit einer Axialverstellkraft, das Lamellenpaket 35 stützt sich an einer im Kupplungskorb 24 axial verschiebbaren Stützscheibe 37 ab, die drehfest mit der Kupplungsnabe 23 verbunden ist und sich über zweite Federmittel 38 axial an der Kupplungsnabe 23 abstützt und mit dem Kupplungskorb 24 eine Formschlußkupplung 41, 42 bildet, die bei axialer Verschiebung der Stützscheibe 37 gegenüber dem Kupplungskorb 24 gegen die Rückstellkräfte der zweiten Federmittel 38 formschlüssig eingreift.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung umfassend eine Kupplungsnabe, auf der Innenlamellen drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind, und einen Kupplungskorb, in dem Außenlamellen drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind, wobei ein Lamellenpaket aus axial abwechselnd angeordneten Außenlamellen und Innenlamellen gebildet wird, mit einer Axialverstellvorrichtung, umfassend zwei relativ zueinander verdrehbare, koaxial zueinander angeordnete Scheiben, zwischen denen in über dem Umfang tiefenveränderlichen Paaren von Kugelrillen Kugeln geführt sind. Von den Scheiben ist eine axial in einem Gehäuse abgestützt und eine gegen die Rückstellkräfte von ersten Federmitteln axial im Gehäuse verschiebbar. Die axial verschiebbare Scheibe beaufschlagt zumindest mittelbar das Lamellenpaket mit einer Axialverstellkraft. Beispiele für Verstellvorrichtungen für Reibungskupplungen dieser Art finden sich in der DE 101 29 795 A1 und der DE 101 29 794 A1 .

Lamellenkupplungen mit Verstellvorrichtungen dieser Art werden als sogenannte hang-on Kupplungen in Kraftfahrzeugen mit zuschaltbarer zweiter Antriebsachse verwendet, wie sie beispielsweise aus der EP 0 466 863 B1 bekannt sind. Hierbei wird eine erste Antriebsachse ständig angetrieben und eine zweite Antriebsachse mit veränderlich steuerbarer Kupplungswirkung über die genannte hang-on Kupplung nur bedarfsweise angetrieben.

Lamellenkupplungen mit Verstellvorrichtungen dieser Art kommen in Kraftfahrzeugen auch häufig als Sperrkupplungen in Differentialgetrieben mit veränderlicher steuerbarer Sperrwirkung zum Einsatz. Die hiermit auszustattenden Sperrdifferentiale können als Achsdifferentiale innerhalb von Antriebsachsen oder als Verteilerdifferentiale zwischen mehreren Antriebsachse Verwendung finden. Die Verstellung der Verstellvorrichtungen wird hierbei in Regelstrategien für das Gesamtfahrzeug einbezogen, wo bei solche Regelstrategien Antiblockiersysteme (ABS), Antriebsschlupfsysteme (ASR) und Fahrstabilitätssysteme (ESP) einschließen können.

Bei einer Aktivierung der Verstellvorrichtung durch Verdrehen der Scheiben gegeneinander wird das Lamellenpaket von der axial verschiebbaren Scheibe zusammengedrückt. Durch die zwischen den Lamellen entstehenden Reibungskräfte wird ein Sperrmoment erzeugt, welches Kupplungsnabe und Kupplungskorb miteinander koppelt.

Die Kapazität der Lamellenkupplung ist dabei auf ein von Fahrzeughersteller vorgegebenen maximalen Sperrmoment ausgelegt. In der praktischen Anwendung hat sich ergeben, daß dieses maximale Sperrmoment nur mit relativ geringer Häufigkeit innerhalb des Betriebsspektrums des Fahrzeugs abgerufen bzw. angefahren wird. Die Höhe des maximalen Sperrmomentes ist unter anderem eine Funktion der Größe der Reibflächen und damit der Anzahl der Lamellen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lamellenkupplung mit Verstellvorrichtung für solche Einsatzfälle vorzuschlagen, bei denen ein maximales Kupplungsmoment nur zu geringen Anteilen im Betriebsspektrum des Fahrzeugs gefordert ist. Die Lösung hierfür besteht darin, daß das Lamellenpaket sich an einer gegenüber der Kupplungsnabe und dem Kupplungskorb axial verschiebbaren Stützscheibe abstützt, die drehfest mit einem ersten dieser beiden Teile verbunden ist, sich gegenüber diesem ersten Teil über zweite Federmittel axial abstützt und mit dem zweiten dieser beiden Teile eine Formschlußkupplung bildet, die bei axialer Verschiebung der Stützscheibe gegenüber diesem zweiten Teil gegen die Rückstellkräfte der zweiten Federmittel formschlüssig eingreift. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung ist hierbei eine konkrete Ausführung mit ständiger Ankopplung der Stützscheibe an die Kupplungsnabe und lösbarer Ankopplung der Stützscheibe an den Kupplungskorb definiert. Es versteht sich, daß die kinematische Umkehr mit ständiger Ankoppung der Stützscheibe an den Kupplungskorb und lösbarer Ankopplung der Stützscheibe an die Kupplungsnabe vom Gegenstand der Erfindung einbegriffen ist. Innerhalb weiter Bereiche des Betriebsspektrums des Fahrzeugs bleibt die Lamellenkupplung in dieser Art geöffnet oder arbeitet unter Schlupf bis zu einem Punkt, bei dem die Axialverstellkraft die Rückstellkraft der zweiten Federmittel überschreitet. Durch ein Verschieben der Stützscheibe bis zum formschlüssigen Eingriff der Formschlußkupplung wird dann das von der Lamellenkupplung übertragbare Sperrmoment nach einer Sprungfunktion gesteigert, um das maximal erforderliche Sperrmoment darzustellen. Bei den Betriebszuständen, bei denen dies erforderlich ist, ist eine feine Dosierung des Sperrmomentes nicht mehr erforderlich.

In günstiger Weise kann hiermit die Kapazität, auf die die Lamellenkupplung auszulegen ist, deutlich reduziert werden, indem entweder der Kupplungsdurchmesser verringert wird oder die Zahl der Kupplungslamellen kleiner wird. Dies verbilligt die Kupplung und spart gegebenenfalls Größe und/oder Gewicht.

Die Anzahl der Lamellen kann soweit reduziert werden, daß das maximale Reibmoment einen statistisch großen Anteil der Betriebszustände bei Anwendung der Regelstrategien abdecken kann. Wenn die Regelstrategien ein maximales Sperrmoment erfordern, das das maximale Kupplungsmoment der Lamellenkupplung überschreitet, ist durch Steigern der Axialverstellkraft über die Rückstellkraft der zweiten Federmittel hinaus die Formschlußkupplung zum Eingriff zu bringen, indem das bereits völlig zusammengedrückte Lamellenpaket axial als ganzes verschoben wird. Mit dem Formschluß von Kupplungskorb und Kupplungsnabe wird das geforderte maximale Sperrmoment sichergestellt.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Formschlußkupplung aus durchmessergleichen aneinander angepaßten Klauenverzahnungen an der Stützscheibe einerseits und dem Kupplungskorb andererseits besteht.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, daß die zweiten Federmittel von einer Tellerfeder gebildet werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß das Lamellenpaket unmittelbar von einer axial verschiebbaren Druckscheibe beaufschlagt wird, die über ein Nadellager von der axial verschiebbaren Scheibe beaufschlagbar ist.

Eine weitere Ausgestaltung geht dahin, daß zumindest die axial verschiebbare Scheibe auf einer mit der Kupplungsnabe verbundenen Welle drehbar gelagert ist.

Nach weiteren Ausgestaltungsformen ist vorgesehen, daß der Kupplungskorb mit einer in die Kupplungsnabe hineinragenden Nabe verbunden ist. Vorteilhaft ist es, wenn in die Nabe ein Wellenzapfen verdrehfest einsteckbar ist. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der Wellenzapfen mit seinem in die Nabe eingesteckten freien Ende über ein Radiallager gegenüber der Kupplungsnabe gelagert ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend beschrieben.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Reibungskupplung mit Verstellvorrichtung im Längsschnitt durch die Reibungskupplung;
2 zeigt den Kupplungskorb der Anordnung nach 1 mit einer Stützscheibe

a) als Halbschnittkörper in einer ersten perspektivischen Darstellung
b) als Halbschnittkörper in einer zweiten perspektivischen Darstellung.

In 1 sind eine Reibungskupplungseinheit 11, eine Verstellvorrichtung 12, ein Untersetzungsgetriebe 13 und ein Antriebsmotor 14 erkennbar, die in einem Gehäuse 15 angeordnet sind. Die Lamellenkupplung 11 verbindet eine erste Welle 21, die mit einer Kupplungsnabe 23 der Reibungskupplung verbunden ist, mit einer zweiten Welle 22, die mit dem Kupplungskorb 24 der Lamellenkupplung verbunden ist. Auf der ersten Welle 21 ist ein Flansch 25 aufgezogen und mit einer Mutter 26 festgelegt. Die Einheit aus Welle 21 und Flansch 25 ist über ein Kugellager 27 radial im Gehäuse 15 gelagert und stützt sich über ein Nadellager 28 axial im Gehäuse ab. Eine Dichtung 29 zwischen Gehäuse 15 und Flansch 25 dichtet die beiden Lager nach außen ab. Die zweite Welle 22 ist drehfest in eine Nabe 30 eingesteckt, die mit dem Kupplungskorb 24 einstückig verbunden ist. Die Nabe 30 stützt sich über eine Scheibe 31 an der Kupplungsnabe 23 ab. Am Ende der Welle 22 ist ein Nadellager 32 aufgezogen, das sich in der Kupplungsnabe 23 radial abstützt. Auf der Kupplungsnabe 23 ist eine Vielzahl von Innenlamellen 33 drehfest und axial verschiebbar angeordnet, während im Kupplungskorb 24 eine Mehrzahl von Außenlamellen 34 dreh fest und axial verschiebbar angeordnet sind. Die untereinander abwechselnd angeordneten Innenlamellen 33 und Außenlamellen 34 bilden ein Lamellenpaket 35. Nach rechts legt sich das Lamellenpaket 35 an eine Stützscheibe 37 an, die ebenfalls axial auf der Kupplungsnabe 23 verschiebbar und mit der Kupplungsnabe 23 drehfest verbunden ist. Die Stützscheibe 37 stützt sich über eine Tellerfeder 38 an der Kupplungsnabe 23 axial ab. Nach links wird das Lamellenpaket 35 von einer Druckscheibe 39 begrenzt, die sich über eine Tellerfeder 40 axial an der Kupplungsnabe 23 abstützt und gegenüber dieser axial verschiebbar ist. An der axial verschiebbaren Stützscheibe 37 sind am äußeren Umfang Zahnklauen 41 vorgesehen, während im Kupplungskorb 24 auf gleichem Durchmesser passende Zahnklauen 42 ausgebildet sind. Das Lamellenpaket 35, die Stützscheibe 37 und die Druckscheibe 39 sind mittels eines Sicherungsringes 43 axial im Kupplungskorb 24 gesichert. Bei einer Axialverschiebung der Druckscheibe 39 durch die Verstellvorrichtung nach rechts gegen die Rückstellkraft der Feder 40 schließt sich zunächst das Lamellenpaket 35 bis das maximal mögliche Drehmoment von der Lamellenkupplung übertragbar ist. Bei weiterer Verschiebung wird bei gleichbleibend maximalen Drehmoment die Stützscheibe 37 gegen die Rückstellkraft der stärkeren Tellerfeder 38 verschoben, bis die Zahnklauen 41, 42 miteinander in Formschlußeingriff kommen. Die auf diese Weise formschlüssig geschlossene Klauenkupplung ist auf ein höheres übertragbares Drehmoment ausgelegt, als das Lamellenpaket 35 übertragen kann. Bei Entlastung der Druckscheibe 39 durch die Verstellvorrichtung wird zunächst die Klauenkupplung freigegeben, wobei das übertragbare Drehmoment von dem höheren Maximalwert der formschlüssigen Verbindung auf den geringen Maximalwert der reibschlüssigen Verbindung des Lamellenpaketes 35 zurückfällt. Danach wird die Lamellenkupplung zunehmend geöffnet, bis kein Drehmoment mehr zwischen Kupplungsnabe 23 und Kupplungskorb 24 zu übertragen ist.
Die Axialverstellung der Druckscheibe 39 erfolgt über die Verstellvorrichtung 12. Diese umfaßt im wesentlichen eine im Gehäuse 15 axial und verdrehfest festgesetzte Stützscheibe 46 und eine drehend antreibbare und axial verschiebbare Scheibe 47. Die Scheibe 47 wirkt über ein Nadellager 44 auf die Druckscheibe 39 ein. Die beiden Scheiben 46, 47 nehmen umfangsverteilte Kugeln 49 in Rillenpaaren 50, 51 auf, die über dem Umfang im Gegensinn veränderliche Tiefe haben. Die Kugeln 49 sind in einem Käfig 48 abstandsgleich gehalten. Bei einem Verdrehen der beiden Scheiben 46, 47 gegeneinander laufen die Kugeln 49 von tieferen Rillenbereichen in flachere Rillenbereiche und drücken damit die Scheiben 46, 47 gegen die Rückstellkraft der Tellerfeder 40 auseinander oder von flacheren Rillenbereiche in tiefere Rillenbereiche und nähern sich dabei unter Rückführung der Druckscheibe 39 und der Scheibe 47 durch die Tellerfeder 40 wieder aneinander an. Die Verstellung der drehbaren Scheibe 47 wird über den Antriebsmotor 14 bewirkt, auf dessen Welle ein erstes Ritzel 54 angeordnet ist, das mit einem Zahnrad 55 im Verzahnungseingriff ist. Einstückig mit dem Zahnrad 55 ist ein kleineres Zahnrad 56, das unmittelbar mit einem Zahnsegment 57 an der antreibbaren Scheibe 47 zusammenwirkt. Das Zahnrad 55, 56 ist auf einer Zwischenwelle 58 im Gehäuse 15 gelagert.
In 2 werden die beiden Darstellungen nachfolgend gemeinsam beschrieben. Es ist die Kombination aus Kupplungsnabe 23 und Kupplungskorb 24 gezeigt. Hierbei ist zum einen die an der Kupplungsnabe 23 angeschlossene Welle 21 und zum anderen die mit dem Kupplungskorb 24 verbundene Nabe 30 erkennbar. Die Welle 21 hat eine Außenverzahnung 61 zur Festlegung des Flansches. Die Nabe 30 hat eine Innenverzahnung 62 zum Einstecken der hier nicht gezeigten Welle 22 sowie eine Innenlagerfläche 60 zur Aufnahme eines Nadellagers, in dem das Ende der in die Verzahnung einsteckbaren Welle laufen kann. Auf der Kupplungsnabe 23 ist eine Außenverzahnung 63 zur drehfesten Aufnahme der Innenlamellen erkennbar. Im Kupplungskorb 24 ist eine Innenverzahnung 64 zur drehfesten Aufnahme der Außenlamellen erkennbar. Auf der Außenverzahnung 63 ist drehfest die Stützscheibe 37 festgelegt, die axial im Kupplungskorb 24 verschiebbar ist. Am nach rechts weisenden Außenumfang der Stützscheibe 37 ist die erste Klauenverzahnung 41 erkennbar. Auf gleichem Durchmesser sind im Kupplungskorb 24 eine passende Klauenverzahnung 42 ausgebildet, die bei Verschiebung der Stützscheibe 37 nach rechts miteinander in formschlüssigen Eingriff kommen können. Die zwischen Stützscheibe 37 und dem Ende der Kupplungsnabe 23 einzusetzende Tellerfeder 38 ist hier nicht gezeigt, so daß die Verzahnungen der Klauenkupplung besser erkennbar werden.

11: Lamellenkupplung
12: Verstellvorrichtung
13: Untersetzungsgetriebe
14: Antriebsmotor
15: Gehäuse
16
17
18
19
20
21: erste Welle
22: zweite Welle
23: Kupplungsnabe
24: Kupplungskorb
25: Flansch
26: Mutter
27: Kugellager
28: Nadellager
29: Dichtung
30: Nabe
31: Scheibe
32: Nadellager
33: Innenlamelle
34: Außenlamelle
35: Lamellenpaket
36
37: Stützscheibe
38: Tellerfeder
39: Druckscheibe
40: Tellerfeder
41: Klauenverzahnung
42: Klauenverzahnung
43: Sicherungsring
44: Nadellager
45
46: Scheibe
47: Scheibe
48: Käfig
49: Kugel
50: Rille
51: Rille
52
53
54: Ritzel
55: Zahnrad
56: Zahnrad
57: Zahnsegment
58: Welle
59
60: Lagerfläche
61: Außenverzahnung
62: Innenverzahnung
63: Außenverzahnung
64: Innenverzahnung

Claims

Lamellenkupplung (11) umfassend eine Kupplungsnabe (23), auf der Innenlamellen (33) drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind, und einen Kupplungskorb (24), in dem Außenlamellen (34) drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind, wobei ein Lamellenpaket (35) aus axial abwechselnd angeordneten Innenlamellen (33) und Außenlamellen (34) gebildet wird, mit einer Axialverstellvorrichtung (12), umfassend zwei relativ zueinander verdrehbare, koaxial zueinander angeordnete Scheiben (46, 47), zwischen denen in über dem Umfang tiefenveränderlichen Paaren von Kugelrillen (50, 51) Kugeln (49) geführt sind, von den Scheiben (46, 47) ist eine axial in einem Gehäuse (15) abgestützt und eine gegen die Rückstellkräfte von ersten Federmitteln (40) axial im Gehäuse (15) verschiebbar, die axial verschiebbare Scheibe (47) beaufschlagt zumindest mittelbar das Lamellenpaket (35) mit einer Axialverstellkraft, das Lamellenpaket (35) stützt sich an einer gegenüber der Kupplungsnabe (23) und dem Kupplungskorb (24) axial verschiebbaren Stützscheibe (37) ab, die drehfest mit einem ersten dieser beiden Teile (23, 24) verbunden ist und sich gegenüber diesem ersten Teil über zweite Federmittel (38) axial abstützt und mit dem zweiten dieser beiden Teile (23, 24) eine Formschlußkupplung (41, 42) bildet, die bei axialer Verschiebung der Stützscheibe (37) gegenüber diesem zweiten Teil gegen die Rückstellkräfte der zweiten Federmittel (38) formschlüssig eingreift.
Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formschlußkupplung aus durchmessergleichen aneinander angepaßten Klauenverzahnungen (41, 42) an der Stützscheibe (37) einerseits und dem Kupplungskorb (24) andererseits besteht.
Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Federmittel von einer Tellerfeder (38) gebildet werden.
Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lamellenpaket (35) unmittelbar von einer axial verschiebbaren Druckscheibe (39) beaufschlagt wird, die über ein Nadellager (44) von der axial verschiebbaren Scheibe (47) beaufschlagbar ist.
Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die axial verschiebbare Scheibe (47) auf einer mit der Kupplungsnabe (23) verbundenen ersten Welle (21) drehbar gelagert ist.
Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungskorb (24) mit einer in die Kupplungsnabe (23) hineinragenden Nabe (30) verbunden ist.
Reibungskupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nabe (30) eine zweite Welle (22) verdrehfest einsteckbar ist.
Reibungskupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (22) mit ihrem in die Nabe (30) eingesteckten Ende über ein Radiallager (32) gegenüber der Kupplungsnabe (23) gelagert ist.