DE10327729A1

DE10327729A1 - Kupplungseinrichtung, insbesondere Doppel- oder Mehrfachkupplungseinrichtung, und Dichtungskonzept hierfür

Info

Publication number: DE10327729A1
Application number: DE10327729A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Großpietsch; Wolfgang Dipl.-Ing. Kundermann; Volker Dipl.-Ing. Stampf
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-05
Also published as: DE502004001704D1; EP1489324B1; EP1489324A3; EP1489324A2

Abstract

Kupplungseinrichtung, gegebenenfalls Doppel- oder Mehrfach-Kupplungseinrichtung, für die Anordnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe, wobei die Kupplungseinrichtung wenigstens eine einer (jeweiligen) Getriebeeingangswelle des Getriebes zugeordnete Kupplungsanordnung aufweist zur Momentenübertragung zwischen der Antriebseinheit und dem Getriebe, wobei die (jeweilige) Kupplungsanordnung vermittels wenigstens eines integrierten Druckmediumkraftzylinders betätigbar ist, der einen an einer Zylinderwandung verschiebbar geführten Betätigungskolben aufweist, der unter Vermittlung einer an der Zylinderwandung oder/und am Betätigungskolben angeordneten Dichtungsanordnung mit der Zylinderwandung in Dichtungseingriff steht und dem jeweils ein vom Betätigungskolben und einer Begrenzungswandung gebildeter Druckausgleichsraum zugeordnet ist, der vermittels einer an der Begrenzungswandung oder/und am Kolben angeordneten Dichtungsanordnung abgedichtet ist, wobei die Dichtungsanordnung wenigstens einen gegenüber der Zylinderwandung und der Begrenzungswandung oder dem Kolben gesonderten Dichtungselementhalter und wenigstens ein Dichtungselement aufweist, wobei mindestens ein Rückstellelement eines Betätigungskolbens, welches den Betätigungskolben bei Nichtbetätigung in seine Ausgangslage zurückführt, an seinem radialen Außenumfang an einer Dichtungsanordnung geführt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungseinrichtung, welche mittels eines integrierten Druckmediumkraftzylinders betätigbar ist, welchem ein Druckausgleichsraum zugeordnet ist, wobei ein Rückstellelement an einer Dichtungsanordnung des Ausgleichsraumes geführt ist.
Es sind bereits Kupplungseinrichtungen bekannt (z.B. DE 101 11 202 A1 ), bei denen eine nasslaufende Doppelkupplung beschrieben wurde, welche über zwei radial angeordnete Lamellenkupplungsanordnungen verfügt, die jeweils mittels eines integrierten Druckmediumkraftzylinders betätigbar sind. Diese Zylinder weisen axial verschiebbare Betätigungskolben auf, die gegenüber den Zylindern mittels Dichtungsanordnungen abgedichtet sind, wobei die Dichtungsanordnungen aus Dichtungselementhaltern und aufvulkanisierten Dichtungselementen aufgebaut sind. Die Dichtungselementhalter sind hierbei an den Zylinderwänden angeschweißt. Den Druckmediumkraftzylindern ist jeweils ein Druckausgleichsraum zugeordnet, wobei lediglich der Druckausgleichsraum der radial äußeren Kupplung dieselbe radiale Erstreckung aufweist wie der zugeordnete Druckraum des Druckmediumkraftzylinders. Die Abdichtung des Druckausgleichsraumes erfolgt hier über ein elastisches Dichtungselement, welches auf den Kolben aufvulkanisiert ist. Der Druckausgleichsraum des Druckmediumkraftzylinders, welcher die radial innere Kupplungsanordnung betätigt, wird gebildet aus dem Betätigungskolben der inneren Kupplungsanordnung und einer Begrenzungswandung welche ein elastisches Dichtungselement aufnimmt, das den Druckausgleichsraum radial abdichtet, wobei das Dichtungselement des Druckausgleichsraumes radial weiter außen angeordnet ist, wie das Dichtungselement, welches den Druckraum abdichtet. Um dennoch unter Rotation die Fliehkräfte des Öls im Druckraum und im Ausgleichsraum im Gleichgewicht zu halten, ist in der Begrenzungswandung eine axiale Kühlölbohrung vorgesehen, welche den unter Fliehkraft wirksamen Radialbereich des Druckausgleichsraumes nach radial innen begrenzt. Die Rückstellung der Kolben der beiden Lamellenkupplungen erfolgt über Tellertederanordnungen, wobei die Rückstellung des Kolbens der radial inneren Kupplung über zwei gleichsinnig geschichtete Tellerfedern erfolgt, welche zwischen dem Kolben der radial inneren Kupplung und der Begrenzungswandung des Ausgleichsraumes angeordnet sind. Eine Zentrierung dieser Tellerfedern erfolgt über den radial inneren Umfang der Tellerfedern, da hier die Federzungen auf einem Axialbereich der Begrenzungswandung angeordnet sind.
Nachteilig bei dieser Anordnung der Rückstellfedern der radial inneren Kupplung ist, dass die Zentrierung der Federanordnung radial innen erfolgt. Tellerfedern, die nach radial innen gerichtete Federzungen aufweisen, verändern beim Einfedern systembedingt ihren Innenradius, während der Außenradius im wesentlichen konstant bleibt. Deswegen muss bei radial innerer Zentrierung der Tellerfedern ein genügend großes Lüftspiel vorgehalten werden, damit beim Einfedern die Federzungen nicht auf ihrem Sitz klemmen. Dies wiederum steht einer exakten Zentrierung der Tellerfedern nachteilig entgegen, da im unbetätigten Zustand der Lamellenkupplung die Tellerfeder radial innen Ihren größten Durchmesser aufweist und somit in diesen Betriebszuständen nur unzureichend zentriert ist. Weiterhin kann ein Druckausgleich des Fliehkraftdrucks des Öls im Kolbenraum der radial inneren Kupplung mit der offenbarten Ausgestaltung des Druckausgleichsraums nicht optimal erfolgen, da die radiale Erstreckung des Ausgleichsraumes nicht der radialen Erstreckung des Druckraumes entspricht.
Hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kupplungseinrichtung derart weiterzubilden, dass eine radiale Führung eines Rückstellelementes verbessert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Rückstellelement an seinem radialen Außenumfang an einer Dichtungsanordnung geführt ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass kein zusätzliches Bauteil angeordnet werden muss, um eine Radialaufnahme des Rückstellelementes zu gewährleisten. Vorzugsweise ist das Rückstellelement des Betätigungskolben innerhalb dem ihm zugeordneten Druckausgleichraum angeordnet und wird radial außen an der zugehörigen Dichtungsanordnung geführt.
Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, das Rückstellelement als Tellerfederelementanordnung auszugestalten. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Tellerfederanordnung sieht vor, diese in Abhängigkeit der erforderlichen Rückstellkräfte auszugestalten und eventuell mehrere sich radial erstreckende Tellerfedern gleichsinnig zu schichten. Vorteilhaft hierbei ist, dass bei Verwendung von Tellerfedern der axiale Bereich, welcher zu einer sicheren Radialführung des Rückstellelementes benötigt wird, relativ schmal ist im Vergleich zur Verwendung von sich axial erstreckenden Spiralfedern.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, die Tellerfederanordnung radial innerhalb eines sich axial erstreckenden Abschnitt eines Dichtungselementhalters anzuordnen. Vorzugsweise ist das zugehörige Dichtungselement auf dem Außenumfang dieses axialen Abschnittes angeordnet, sodass die Tellerfederanordnung direkt an dem vorzugsweise aus metallischem Material ausgestalteten Dichtungselementhalter geführt wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass der Dichtungselementhalter zusätzlich die Führung der Tellerfederanordnung übernimmt und damit der Außenradius der Tellerfederanordnung maximiert werden kann. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, zwischen dem Außenumfang der Tellerfederanordnung und dem Dichtungselementhalters ein separates Bauteil vorzusehen, welches buchsenförmig ausgestaltet ist und einen axialen Führungsabschnitt aufweist, welcher die Tellerfederanordnung zentriert.
Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Dichtungselementhalter sieht vor, dass diese an der Zylinderwandung und/oder am Betätigungskolben angeschweißt sind, wobei vorzugsweise ein radial ausgebildeter Teil des Dichtungselementhalters, welcher die Radialführung des Rückstellelements übernimmt einen Anlagebereich aufweist, welcher als umlaufender Wulst in axialer Richtung ausgebildet ist und an welchem das Rückstellelement axial anliegt. Vorzugsweise ist das Rückstellelement als Tellerfederanordnung ausgebildet und der Anlagebereich dergestalt ausgebildet, dass bei axialer Verschiebung des Betätigungskolbens ein Einfedern der Tellerfederanordnung in eine Über-Totpunkt-Lage möglich ist, wobei die Tellerfederanordnung lediglich am Anlagebereich des Dichtungselementhalters anliegt. Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Anlagebereiches sieht vor eine gegenüber dem Dichtungselementhalter separate Anlagescheibe einzubauen, welche ebenfalls durch den axialen Teil des Dichtungselementhalters zentriert wird.
Höchstvorzugsweise ist der Anlagebereich oder/und der den Anlagebereich tragende Dichtungselementhalter oder/und die separate Anlagescheibe aus hartem Stahl ausgebildet oder gehärtet. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Tellerfederanordnung welche beim Ein- und Ausfedern radiale Bewegungen im Bereich des Anlagebereiches ausführt sich im Wesentlichen nicht in das in Anlage befindliche Material einarbeitet. Der Material im Anlagebereich kann hierzu zum Beispiel durch Induktionshärten oder Nitrieren gehärtet werden. Höchstvorzugsweise sind sowohl der radial äußere als auch der radial innere Anlagebereich der Tellerfederanordnung gegen ein Einarbeiten der Tellertederanordnung verschleißfest ausgebildet.
Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in der Figur dargestellt.
Es zeigt 1 eine erfindungsgemäße Doppel-Kupplungseinrichtung mit einer bevorzugten Ausgestaltung der Dichtungsanordnungen.
In 1 ist eine Kupplungseinrichtung 12 dargestellt, welche als Doppelkupplung mit zwei radial angeordneten Kupplungsanordnungen 64, 72 ausgebildet ist. Die beiden Kupplungsanordnungen werden mittels den Betätigungskolben 110, 130 hydraulisch betätigt, wobei über eine nicht dargestellte Hydraulikeinheit Druckmedium, vorzugsweise Hydrauliköl, in die beiden Druckmediumkraftzylinder 118, 140 gefördert wird. Die Druckmediumkraftzylinder 118, 140 sind radial außen über die Dichtungsanordnungen 112, 134 abgedichtet und radial innen über Dichtungen, welche am Innenumfang der beiden Betätigungskolben 110, 130 anvulkanisiert sind. Die beiden Dichtungsanordnungen 112, 134 bestehen jeweils aus einem Dichtungselementhalter 150, 154 und einem daran anvulkanisiertem Dichtungselement 160, 164. Die Dichtungselementhalter 150, 154 sind jeweils an den Zylinderwandungen 62, 70 angeschweißt. Die Dichtungsanordnung 134 der inneren Kupplung ist auf einem größerem Radius als die Dichtungsanordnung 112 angebracht, sodass trotz kleinerem Durchmesser der inneren Kupplung aufgrund der größeren Kolbenfläche bei gleichem Betätigungsdruck ein im Wesentlichen gleiches Drehmoment übertragen werden kann. Den beiden Druckmediumkraftzylinder 118, 140 sind jeweils ein Druckausgleichsraum 120, 122 zugeordnet, wobei der Druckausgleichsraum 122 der äußeren Kupplungsanordnung 64 aus dem Kolben 110 der Kupplungsanordnung 64 und der Zylinderwandung 70 der inneren Kupplungsanordnung 72 gebildet wird und mittels der Dichtungsanordnung 114 abgedichtet wird. Die Dichtungsanordnung 114 besteht wiederum aus einem Dichtungselementhalter 152 und einem Dichtungselement 162, wobei der Dichtungselementhalter 152 am Betätigungskolben 110 angeschweißt ist. Das Dichtungselement 162 ist an einem axialen Abschnitt des Dichtungselementhalters 152 aufvulkanisiert und durch diesen in radialer Richtung versteift, sodass bei hohen Drehzahlen und dem daraus resultierendem Fliehkraftdruck das Dichtungselement 162 nicht nach radial außen umklappen kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung der Dichtungsanordnung 114 besteht darin, dass relativ große Verfahrwege des Betätigungskolbens 110 realisiert werden können. Der Verfahrweg des Kolbens ist proportional zur Anzahl der Lamellen eines Lamellenpaketes und deswegen musste bisher die Kolbengeometrie dem anzustrebenden Verfahrweg angepasst werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Dichtungsanordnung erlaubt es nunmehr durch gezielte Ausgestaltung den Verfahrweg des Kolbens zu optimieren, sodass baugleiche Kolben in verschiedenen Kupplungen mit verschiedener Anzahl von Lamellen eingesetzt werden können. Der Druckausgleichsraum 122 der inneren Kupplungsanordnung 72 wird aus dem Betätigungskolben 130 und der Begrenzungswandung 142 gebildet, wobei die Dichtungsanordnung 136 den Druckausgleichsraum 122 nach radial außen hin abdichtet. Die Dichtungsanordnung 136 wird vom Dichtungselement 166 und dem Dichtungselementhalter 156, gebildet, wobei der Dichtungselementhalter 156 am Betätigungskolben 130 angeschweißt ist. Der Kolben 130 wird durch das Rückstellelement 172 welches als Tellerfederanordnung 174 mit zwei gleichsinnig geschichteten Tellerfedern ausgebildet ist, zurück in seine Ausgangslage gedrückt. Die beiden Tellerfedern drücken hierzu radial außen axial gegen den Dichtungselementhalter 156. Der Anlagebereich 180 des Dichtungselementhalter 156 ist hierzu wulstartig ausgebildet, sodass der Anlagebereich 180 axial etwas distanziert vom Betätigungskolben 130 ausgebildet ist, sodass bei Verfahren des Kolbens der Anlagebereich 180 im Wesentlichen konstant bleibt und ein Einfedern der beiden Tellerfedern in eine sogenannte Über-Totpunktlage ermöglicht werden kann. Vorzugsweise ist der Anlagebereich 180 hart ausgebildet um einen Verschleiß entgegenzuwirken. Hierzu kann entweder der komplette Dichtungselementhalter 156 aus verschleißfestem Stahl ausgebildet sein oder nur der Anlagebereich 180 gehärtet sein. Ein separates Härten des Betätigungskolbens 130 im Anlagebereich des Rückstellelementes ist somit nicht mehr erforderlich. Radial innen stützt sich die Tellerfederanordnung 174 mittels der Anlagescheibe 190, welche als Verschleißschutz dient, an der Begrenzungswandung 142 ab. Alternativ kann anstelle der Anlagescheibe die Begrenzungswandung in diesem Bereich verschleißfest, zum Beispiel durch Härten, ausgestaltet werden. Weiterhin dient die Dichtungsanordnung 136 als Zentrierung der Tellertederanordnung 174. Hierzu greift ein axialer Abschnitt 176 des Dichtungselementhalters 156, radial über den Außenumfang der beiden Tellerfedern, wodurch diese in ihrer radialen Position gehalten werden. Der Dichtungselementhalter 156 ist dazu nur an seiner radialen Außenseite mit dem Dichtungselement 166 versehen. Weiterhin ermöglicht die Anordnung der Dichtungsanordnung 136 am Betätigungskolben 130 eine Anordnung des Druckausgleichraumes 122 der inneren Kupplungsanordnung 72 auf gleichem radialem Durchmesser wie der Druckmediumkraftzylinder 140, wodurch keine die Ölsäule begrenzende Bohrung in der Begrenzungswandung 142 mehr benötigt wird, welche bei Vollfüllung der Kupplungseinrichtung 12 mit Kühlöl eine Überkompensation der Fliehkraft zur Folge hat.
Betreffend weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Doppelkupplung 12 wird auf die deutschen Patentanmeldungen 101 11 202A1 A1 und 101 24 213 verwiesen, deren Offenbarung in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird.

12: Kupplungseinrichtung
22: innere Getriebeeingangswelle
24: äußere Getriebeeingangswelle
62: Zylinderwandung K1
64: äußere Kupplungsanordnung
70: Zylinderwandung K2
72: innere Kupplungsanordnung
110: Betätigungskolben K1
112: Dichtungsanordnung DK1
114: Dichtungsanordnung AK1
118: Druckmediumkraftzylinder DK1
120: Druckausgleichsraum K1
122: Druckausgleichsraum K2
130: Betätigungskolben K2
134: Dichtungsanordnung DK2
136: Dichtungsanordnung AK2
140: Druckmediumkraftzylinder DK2
142: Begrenzungswandung
150: Dichtungselementhalter
152: Dichtungselementhalter
154: Dichtungselementhalter
156: Dichtungselementhalter
160: Dichtungselement
162: Dichtungselement
164: Dichtungselement
166: Dichtungselement
170: Rückstellelement K1
172: Rückstellelement K2
174: Tellerfederanordnung
176: axialer Abschnitt
180: Anlagebereich
182: innerer Anlagebereich
190: Anlagescheibe

Claims

Kupplungseinrichtung, gegebenenfalls Doppel- oder Mehrfach-Kupplungseinrichtung, für die Anordnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe, wobei die Kupplungseinrichtung (12) wenigstens eine einer (jeweiligen)Getriebeeingangswelle (22 bzw. 24) des Getriebes zugeordnete Kupplungsanordnung (64, 72) aufweist zur Momentenübertragung zwischen der Antriebseinheit und dem Getriebe, wobei die (jeweilige) Kupplungsanordnung vermittels wenigstens eines integrierten Druckmediumkraftzylinders (118 bzw. 140) betätigbar ist, der einen an einer Zylinderwandung (62 bzw. 70) verschiebbar geführten Betätigungskolben (110 bzw. 130) aufweist, der unter Vermittlung einer an der Zylinderwandung oder/und am Betätigungskolben angeordneten Dichtungsanordnung (112 bzw. 134) mit der Zylinderwandung im Dichtungseingriff steht und dem jeweils ein vom Betätigungskolben (110 bzw. 130) und einer Begrenzungswandung (140, 142) gebildeter Druckausgleichsraum (120, 122) zugeordnet ist, der vermittels einer an der Begrenzungswandung oder/und am Kolben, angeordneten Dichtungsanordnung (114 bzw. 136) abgedichtet ist, wobei mindestens eine Dichtungsanordnung (112, 114, 134, 136) wenigstens einen gegenüber der Zylinderwandung (62, 70) oder der Begrenzungswandung (140, 142) oder dem Kolben (110, 130) gesonderten Dichtungselementhalter (150, 152, 154, 156) und wenigstens ein Dichtungselement (160, 162, 164, 166) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rückstellelement (170 bzw. 172) eines Betätigungskolbens (110 bzw. 130), welches den Betätigungskolben bei Nichtbetätigung in seine Ausgangslage zurückführt, an seinem radialen Außenumfang an einer der Dichtungsanordnungen (112, 114, 134, bzw. 136) geführt ist.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rückstellelement (170 bzw. 172) als Tellerfederanordnung (174) ausgebildet ist.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfederanordnung (174) radial innerhalb eines sich axial erstreckenden Abschnitt (176) eines Dichtungselementhalters (156) angeordnet ist.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfederanordnung (174) durch den axialen Abschnitt (176) des Dichtungselementhalters (156) der Dichtungsanordnung (136) radial gesichert wird.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfederanordnung (174) vermittels des Dichtungselementhalters (156) zentriert wird.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungselementhalter (150, 152, 154, 156) an der Zylinderwandung (62, 70) oder/und am Betätigungskolben (110, 130) angeschweißt sind und mindestens das Rückstellelement (172) des Betätigungskolbens (130) einer inneren Kupplungsanordnung (72) axial an einem Anlagebereich des Dichtungselementhalters (156) anliegt.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagebereich (180) des Dichtungselementhalters (156) oder/und der Dichtungselementhalter (156) verschleißfest ausgebildet ist.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial innerer Anlagebereich (182) der Tellerfederanordnung (174) verschleißfest ausgebildet ist.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der innerer Anlagebereich (182) der Tellerfederanordnung (174) von der Begrenzungswandung (142) oder von einer Anlagescheibe (190), welche zwischen der Tellerfederanordnung (174) und der Begrenzungswandung (142) angeordnet ist, gebildet wird.
Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (12) als Doppelkupplungseinrichtung mit zwei radial angeordneten Kupplungsanordnungen (64, 72) ausgebildet ist, die zwei Druckmediumkraftzylinder (118, 140) mit jeweils einem zugeordnetem Druckausgleichsraum (120, 122) aufweist, wobei die beiden die Druckausgleichsräume (120, 122) abdichtenden Dichtungsanordnungen (114, 136) mittels ihrer Dichtungselementhalter (156, 152) am jeweiligen Betätigungskolben (110, 130) befestigt sind und die zugehörigen Dichtungselemente (166, 162) der Druckausgleichsräume (120, 122) im Wesentlichen auf gleichem Radius angeordnet sind wie die jeweilig zugeordneten Dichtungselemente (160, 164) der Dichtungsanordnungen (112, 134) der beiden zugeordneten Druckmediumkraftzylinder (118, 140).