DE112016003681T5

DE112016003681T5 - Automatische Kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112016003681T5
Application number: DE112016003681.7T
Authority: DE
Inventors: Takahide Saito; Kimihito Ushida; Koji Sato; Masahiro Kawai; Atsushi Ikeda
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2018-04-19
Also published as: CN107923448A; JP2017036793A; US20180223917A1; WO2017026319A1

Abstract

Eine automatische Kupplungsvorrichtung beinhaltet einen Axialkraft-Erzeugungsmechanismus (40), welcher ein Ausrücklager (30) drückt und in Richtung einer Membranfeder (19) bewegt, um eine Kupplungsscheibe (16) und die Membranfeder (19) voneinander zu entkuppeln. Der Axialkraft-Erzeugungsmechanismus (40) beinhaltet einen Elektromotor (41), der benachbart zu dem Außenumfang von einem Ende einer Eingangswelle (12) eines Getriebes (11) angeordnet ist und eine Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung (50) zum Umwandeln der Rotation des Rotors (42) des Elektromotors (41) in eine lineare Bewegung des Ausrücklagers (30). Diese automatische Kupplungsvorrichtung weist eine kompakte Größe auf und ist ausreichend reaktionsschnell.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Kupplungsvorrichtung zum wahlweise Übertragen und nicht-Übertragen der Leistung einer Motorkurbelwelle auf die Eingangswelle des Getriebes.
STAND DER TECHNIK
Die unten ausgewiesenen Patentdokumente 1 und 2 offenbaren bekannte automatische Kupplungsvorrichtungen zum automatischen Einkuppeln und Auskuppeln von Schaltgetrieben (MT) und automatisierten Schaltgetrieben (AMT).
Die in Patentdokument 1 offenbarte automatische Kupplungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass, wenn das Kupplungspedal durchgetreten wird, Hydraulikdruck in einem Hauptzylinder erzeugt wird, der mechanisch mit dem Kupplungspedal verbunden ist und einem Kupplungsausrückzylinder zugeführt wird, der Kupplungsausrückzylinder eine Ausrückgabel schwenkt, dadurch ein Ausrücklager drückt, eine Druckplatte gegen eine Schwungscheibe unter der auf die Druckplatte von dem Ausrücklager aufgebrachten Druckkraft gedrückt wird und die Kupplungsvorrichtung einrastet.
Die in Patentdokument 2 offenbarte automatische Kupplungsvorrichtung ist, ähnlich wie die Kupplungsvorrichtung von Patentdokument 1, so konfiguriert, dass Hydraulikdruck, der in dem Hauptzylinder durch Durchtreten des Kupplungspedals erzeugt wird, einem Kupplungsausrückzylinder zugeführt wird, der Kupplungsausrückzylinder eine Ausrückgabel schwenkt, die Ausrückgabel ein Ausrücklager drückt und die Kupplungsvorrichtung auskuppelt.
DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: Patenveröffentlichung JP 2010-78156A
Patentdokument 2: Patenveröffentlichung JP 2014-202238A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Da die Kupplungsvorrichtung von beiden Patentdokumenten 1 und 2 konfiguriert ist, eingekuppelt und ausgekuppelt zu sein durch Schwenken der Ausrückgabel mit dem Kupplungsausrückzylinder, tendieren solche Kupplungsvorrichtungen dazu, eine große Abmessung aufzuweisen. Da solche Kupplungsvorrichtungen überdies eine Hydraulikpumpe und Leitungsanschlüsse zwischen der Hydraulikpumpe und dem Kupplungsausrückzylinder erfordern, wird ein großer Einbauraum für solche Kupplungsvorrichtungen benötigt.
Solange die Umgebungstemperatur niedrig ist, fließt der Hydraulikdruck, der verwendet wird, um den Kupplungsausrückzylinder zu betätigen, weniger reibungslos in den Leitungen aufgrund einer erhöhten Viskosität des Hydrauliköls, wodurch die Reaktionszeit des Kupplungsausrückzylinders verschlechtert wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Größe zu reduzieren und ein Antwortverhalten von einer automatischen Kupplungsvorrichtung des Typs zu verbessern, der wahlweise Leistung von dem Motor auf die Eingangswelle des Getriebes überträgt, indem eine Schubkraft auf das Ausrücklager aufgebracht wird.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
Um diese Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine automatische Kupplungsvorrichtung bereit, umfassend eine Schwungscheibe, die an einem Ende einer Kurbelwelle eines Motors angebracht ist; eine Kupplungsscheibe, die an einem Ende einer Eingangswelle eines Getriebes vorgesehen ist und der Schwungscheibe gegenübersteht; eine Druckplatte, die konfiguriert ist, die Kupplungsscheibe in Richtung der Schwungscheibe vorzuspannen; ein Ausrücklager, das konfiguriert ist, in Richtung zu und weg von der Druckplatte bewegbar zu sein; und einen Axialkraft-Erzeugungsmechanismus, der konfiguriert ist, das Ausrücklager zu drücken und in Richtung der Druckplatte zu bewegen, wobei die automatische Kupplungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass die Kupplungsscheibe und die Druckplatte voneinander gelöst werden, wenn die Druckplatte von dem Ausrücklager gedrückt wird, worin der Axialkraft-Erzeugungsmechanismus umfasst: einen Elektromotor, der benachbart zu einem äußeren Umfang des Endes der Eingangswelle angeordnet ist und einen Rotor aufweist; und eine Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung, die konfiguriert ist, eine Rotation des Rotors des Elektromotors in eine lineare Bewegung des Ausrücklagers umzuwandeln.
Solange der Elektromotor aus ist, wird mit dieser automatischen Kupplungsvorrichtung die Kupplungsscheibe gegen die Schwungscheibe unter der vorspannenden Kraft der Druckplatte gedrückt und die Kupplung ist eingekuppelt, sodass die Rotation der Motorkurbelwelle zu der Eingangswelle des Getriebes übertragen wird.
Wenn der Elektromotor betätigt wird, wird die Rotation des Rotors des Elektromotors in eine lineare Bewegung des Ausgangselements durch die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung umgewandelt. Das heißt, das Ausgangselement bewegt sich in der axialen Richtung, dadurch das Ausrücklager drückend. Dies bewegt das Ausrücklager in der axialen Richtung, wodurch die Druckplatte gedrückt und elastisch verformt wird, bis die Kupplungsscheibe nicht von der Druckplatte gedrückt wird und damit die Schwungscheibe nicht von der Kupplungsscheibe gedrückt wird, d.h., bis die Kupplung auskuppelt. Wenn die Kupplung ausgekuppelt ist, wird keine Leistung von der Kurbelwelle auf die Eingangswelle übertragen.
Damit wird die Kupplung durch An- und Ausschalten des Elektromotors wahlweise eingekuppelt und ausgekuppelt, so dass die Leistung von der Kurbelwelle wahlweise zu der Eingangswelle übertragen und nicht-übertragen werden kann.
Da der Elektromotor und die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln der Rotation des Motors des Elektromotors in eine lineare Bewegung des Ausgangselements auf der Eingangswelle um die Eingangswelle herum angeordnet sind, ist die automatische Kupplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kompakt in der Größe. Da die Leistungsquelle dieser Kupplungsvorrichtung ein Elektromotor ist, kann die Kupplungsvorrichtung einfach durch entsprechendes Anordnen von Leitungen leicht in Position montiert werden und benötigt keinen großen Einbauraum.
Da ein Elektromotor schnell gesteuert werden kann, ohne von Änderungen der direkten Umgebung, wie beispielsweise einer Temperaturänderung, beeinflusst zu werden, ist die automatische Kupplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausreichend reaktionsschnell.
Der Elektromotor der automatischen Kupplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Hohlwellenmotor sein, der einen rohrförmigen Rotor aufweist oder kann einer sein, dessen Rotor eine Vollwelle ist. Falls ein Hohlwellenmotor verwendet wird, ist es möglich, die Größe der automatischen Kupplungsvorrichtung weiter zu reduzieren, da die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung direkt von dem Hohlwellenmotor betätigt werden kann, indem der Hohlwellenmotor auf die Eingangswelle gepasst wird.
Falls ein Elektromotor verwendet wird, der eine Vollwelle/Rotor aufweist, kann der Elektromotor so angeordnet werden, dass er sich senkrecht zu der Eingangswelle erstreckt oder parallel zu der Eingangswelle. Falls der Elektromotor so angeordnet ist, dass er sich senkrecht zu der Eingangswelle erstreckt, wird ein Rotationsübertragungsmechanismus, der eine Schnecke und ein Schneckenrad umfasst, zwischen dem Rotor des Elektromotors und der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung vorgesehen, um die Rotation des Rotors des Elektromotors zu der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung über den Rotationsübertragungsmechanismus zu übertragen.
Falls der Elektromotor so angeordnet ist, dass er sich parallel zu der Eingangswelle erstreckt, wird ein Rotationsübertragungsmechanismus, der ein Paar Stirnräder, die miteinander kämmen, umfasst, zwischen dem Rotor des Elektromotors und der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung vorgesehen, um die Rotation des Rotors des Elektromotors zu der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung über den Rotationsübertragungsmechanismus zu übertragen.
Die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln der Rotation des Rotors des Elektromotors in eine lineare Bewegung des Ausgangselements kann eine beliebige der nachfolgenden Ausgestaltungen a) - c) aufweisen:

Ausgestaltung a): beinhaltend eine Vielzahl von Rohren, die unterschiedliche Durchmesser voneinander aufweisen und verschiebbar ineinander gepasst sind, so dass die Vielzahl von Rohren einen Teleskoprohr-Aufbau bilden, worin ein erstes von jedem radial benachbarten Rohrpaar mit einer geneigten Kurvennut ausgestaltet ist und ein zweites von dem radial benachbarten Rohrpaar einen Stift aufweist, der in die Kurvennut eingesetzt ist, und worin eines der Vielzahl von Rohren, welches den größten Durchmesser aufweist, ein Eingangselement ist, das so konfiguriert ist, dass die Rotation des Rotors des Elektromotors zu dem Eingangselement übertragen wird und eines der Vielzahl von Rohren, welches den kleinsten Durchmesser aufweist, ein Ausgangselement ist, das nicht-drehbar und verschiebbar von einem Lagerelement gelagert wird, das das Ausrücklager lagert und konfiguriert ist, das Ausrücklager zu drücken.
Ausgestaltung b): beinhaltend eine Vielzahl von ringförmigen Kurvenscheiben, die in nebeneinanderliegender Position zueinander in einer axialen Richtung angeordnet sind, worin ein Kurvenmechanismus zwischen jedem benachbarten Paar der Vielzahl von Kurvenscheiben vorgesehen ist und konfiguriert ist, eine relative Drehung zwischen dem benachbarten Paar von Kurvenscheiben in eine relative axiale lineare Bewegung dazwischen umzuwandeln, und worin eine erste der Vielzahl von Kurvenscheiben, die am entferntesten von dem Ausrücklager ist, ein Eingangselement ist, das so konfiguriert ist, dass die Rotation des Rotors des Elektromotors zu dem Eingangselement übertragen wird und eine zweite der Vielzahl von Kurvenscheiben, die am nächsten zu dem Ausrücklager ist, ein Ausgangselement ist, das nicht-drehbar und verschiebbar von einem Lagerelement gelagert wird, das das Ausrücklager lagert und konfiguriert ist, das Ausrücklager zu drücken.
Ausgestaltung c): beinhaltend ein rohrförmiges Mutternelement, das einen inneren Umfang aufweist, der mit einem Innengewinde ausgestaltet ist und ein rohrförmiges, mit einem Außengewinde versehenes Element, das sich in Gewindeeingriff mit dem Innengewinde des Mutternelements befindet, und worin das Mutternelement ein Eingangselement ist, das so konfiguriert ist, dass die Rotation des Rotors des Elektromotors zu dem Eingangselement übertragen wird und das mit einem Außengewinde versehene Element ein Ausgangselement ist, das nicht-drehbar und verschiebbar von einem Lagerelement gelagert wird, das das Ausrücklager lagert und konfiguriert ist, das Ausrücklager zu drücken.

Jeder Kurvenmechanismus der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung, der die Ausgestaltung b) aufweist, kann eine Kugelkurve sein, die gegenüberliegende Paare von Kurvennuten umfasst und Kugeln, die jeweils zwischen einem entsprechenden gegenüberliegenden Paar von Kurvennuten aufgenommen sind, oder eine Flächenkurve, die V-förmige Kurvennuten umfasst und V-förmige Kurvenvorsprünge.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Wie vorangehend beschrieben, da die Rotation des Elektromotors gemäß der vorliegenden Erfindung in eine lineare Bewegung des Ausgangselements durch die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung umgewandelt wird, um das Ausrücklager axial zu bewegen, wodurch die Druckplatte gedrückt wird, ist die automatische Kupplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kompakt an Größe und erfordert keinen großen Einbauraum, im Vergleich zu einer konventionellen automatischen Kupplungsvorrichtung, in welcher die Ausrückgabel von dem Kupplungsausrückzylinder geschwenkt wird, um das Ausrücklager in Richtung der Druckplatte zu bewegen.
Da der Elektromotor als Antriebsquelle durch Betätigen eines Schalters aktiviert und deaktiviert wird und sein Betrieb nicht von Änderungen der direkten Umgebung, wie beispielsweise einer Temperaturänderung, beeinflusst wird, ist die automatische Kupplungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausreichend reaktionsschnell.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht einer automatischen Kupplungsvorrichtung, die die vorliegende Erfindung verkörpert.
2 zeigt in vergrößertem Ausschnitt ein Ausrücklager von 1.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2.
4A zeigt im Schnitt, wie ein Elektromotor auf eine unterschiedliche Art angeordnet ist.
4B zeigt im Schnitt, wie der Elektromotor auf eine weitere unterschiedliche Art angeordnet ist.
5 zeigt im Schnitt eine unterschiedlichen Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung.
6 zeigt in vergrößertem Ausschnitt die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung und das Ausrücklager von 5.
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII von 6.
8 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Rohrs mit größtem Durchmesser von 6 in äußerer Erscheinungsform zeigt.
9 zeigt im Schnitt die in 5 dargestellte Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung in einem Betriebszustand.
10 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 5 dargestellten Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung.
11 zeigt eine weitere unterschiedliche Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung in vertikalem Schnitt.
12 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XII-XII von 11.
13A ist eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XIII von 12.
13B zeigt einen Betriebszustand im Schnitt.
14 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XIV-XIV von 11.
15 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XV-XV von 11.
16 zeigt eine weitere unterschiedliche Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung im Schnitt.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine Eingangswelle 12 eines Getriebes 11, beinhaltend Zahnräder, die auf parallelen Wellen montiert sind. Wobei die Eingangswelle 12 koaxial zu einer Kurbelwelle 10 eines Motors angeordnet ist.
Eine Schwungscheibe 13 ist an dem Ende der Kurbelwelle 1 gegenüber der Eingangswelle 12 befestigt und ist innerhalb eines Kupplungsgehäuses 14 des Getriebes 11 so positioniert, dass sie relativ dazu drehbar ist.
Eine Kupplungsabdeckung 15 ist an dem äußeren Umfangsabschnitt der äußeren Seitenfläche der Schwungscheibe 13, die dem Getriebe 11 gegenüberliegt, montiert. Eine Kupplungsscheibe 16 ist in der Kupplungsabdeckung 15 montiert.
Ein Belag 17 ist an dem äußeren Umfangsabschnitt der äußeren Seitenfläche der Kupplungsscheibe 16, die der Schwungscheibe 13 gegenüberliegt, befestigt. Die Kupplungsscheibe 16 ist auf Kerbverzahnungen 18 gepasst, die auf dem äußeren Umfang des Endes der Eingangswelle 12 ausgeformt sind, sodass sie rotationsmäßig feststeht und verschiebbar ist, relativ zu der Eingangswelle 12.
Eine Druckplatte 19 ist innerhalb der Kupplungsabdeckung 15 montiert. Die Druckplatte 19 umfasst eine Membranfeder. Die Membranfeder 19 ist ein ringförmiges Element, das an seinem inneren Umfangsabschnitt mit sich radial erstreckenden Aussparungen 20 ausgebildet ist und beinhaltet ein Spannelement 21, das zwischen jedem benachbarten Paar von Aussparungen 20 ausgeformt ist.
Die Membranfeder 19 beinhaltet darüber hinaus in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandete Bolzenbohrungen 22 an ihrem Abschnitt zwischen dem Kreis, der durch die geschlossenen Enden der Aussparungen 20 verläuft und der radial äußeren Fläche der Membranfeder 19. Lagerbolzen 23 sind an der Kupplungsabdeckung 15 montiert und jeweils locker in eine der Bolzenbohrungen 22 eingesetzt.
Ein Paar Ringe 24 sind um die Lagerbolzen 23 auf den jeweiligen Seiten der Membranfeder 19 geschlungen, so dass die Membranfeder 19 durch das Paar Ringe 24 und die Lagerbolzen 23 gelagert wird.
Die Membranfeder 19 drückt Vorsprünge 25 auf dem äußeren Umfangsabschnitt der Kupplungsscheibe 16 in Richtung der Schwungscheibe 13 und drückt dadurch den Belag 17 gegen die Schwungscheibe 13. Wenn der innere Umfangsabschnitt der Membranfeder 19 in Richtung der Schwungscheibe 13 gedrückt wird, wird der Belag 17 nicht länger gegen die Schwungscheibe 13 gedrückt, das heißt, die Kupplung entkuppelt.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet das Kupplungsgehäuse 14 ein Führungsrohr 26, das die Eingangswelle 12 bedeckt. Eine Hülse 27 ist auf das Führungstor 26 gepasst. Die Hülse 27 weist an dem inneren Umfang davon Passfedern 28 auf, die in Passfedernuten 29 gepasst sind, die in dem äußeren Umfang des Führungsrohrs 26 ausgeformt sind, sodass die Hülse 27 nicht-drehbar, aber verschiebbar von dem Führungstor 26 gelagert wird.
Ein Ausrücklager 30 umgibt die Hülse 27. Das Ausrücklager 30 beinhaltet einen Außenring 31, einen Innenring 32 und Kugeln 33. Der Innenring 32 ist mit dem inneren Umfangsabschnitt der Membranfeder 19 verbunden.
Der Außenring 31 wird in Richtung der Membranfeder 19 von einem Axialkraft-Erzeugungsmechanismus 40 gedrückt, der das Führungsrohr 26 umgibt.
Der Axialkraft-Erzeugungsmechanismus 40 beinhaltet einen Elektromotor 41 und eine Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50, die konfiguriert ist, die Rotation des Rotors 42 des Elektromotors 41 in eine lineare Bewegung des Ausrücklagers 30 umzuwandeln.
Der Rotor 42 des Elektromotors 41 kann, wie in 3 und 4A dargestellt, eine Vollwelle sein oder der Elektromotor 41 kann, wie in 4B dargestellt, ein Hohlwellenmotor sein, der einen nicht-dargestellten rohrförmigen Rotor beinhaltet.
Falls eine Vollwelle als der Rotor 42 des Elektromotors 41 verwendet wird, kann der Elektromotor 41 so angeordnet werden, dass er sich senkrecht zu der Eingangswelle 12 erstreckt, wie in 2 und 3 dargestellt oder parallel zu der Eingangswelle 12, wie in 4A dargestellt.
In 2 und 3 wird der Elektromotor 41 von einer Halterung 43 gelagert, die an dem Kupplungsgehäuse 14 montiert ist und die Rotation des Rotors 42 des Elektromotors wird zu der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 über einen Rotationsübertragungsmechanismus 44 übertragen, der eine Schnecke 45 und ein Schneckenrad 46 umfasst.
In 4A wird der Elektromotor 41 von einer Halterung 43 gelagert, die an dem Kupplungsgehäuse 14 montiert ist und die Rotation des Rotors 42 des Elektromotors 41 wird zu der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 über einen Rotationsübertragungsmechanismus 44 übertragen, der ein Paar Stirnräder 47 und 48 umfasst, die miteinander kämmen.
Falls der in 4B dargestellte Hohlwellenmotor 41 verwendet wird, wird der Hohlwellenmotor 41 von dem Kupplungsgehäuse 14 gelagert und die Rotation des nicht-dargestellten Rotors wird direkt zu der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 übertragen. 5-10 zeigen eine exemplarische Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 zum Umwandeln der Rotation des Rotors des Hohlwellenmotors 41 in eine lineare Bewegung des Ausrücklagers 30.
Die in den 5-10 dargestellte Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 umfasst einen Teleskoprohr-Aufbau 54, der eine Anordnung einer Vielzahl von Rohren ist, die unterschiedliche Durchmesser voneinander aufweisen, wobei sich die Vielzahl von Rohren aus einem Außenrohr 51, einem Zwischenrohr 52 und einem Innenrohr 53 zusammensetzt, die verschiebbar ineinander gepasst sind. Das Zwischenrohr 52 beinhaltet Stifte 57, die verschiebbar in jeweilige geneigte Kurvennuten 55 eingesetzt sind, die in dem Außenrohr 51 gebildet sind, während das Innenrohr 53 Stifte 58 beinhaltet, die verschiebbar in jeweilige geneigte Kurvennuten 56 eingesetzt sind, die in dem Zwischenrohr 52 gebildet sind. Das Führungsrohr 26 lagert als ein Lagerelement das Innenrohr 53 so, dass das Innenrohr 53 nicht-drehbar, aber verschiebbar bezüglich des Führungsrohrs 26 ist.
Diese Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 ist so konfiguriert, dass, wenn dessen Eingangselement, d.h., das Außenrohr 51 direkt drehend von dem Hohlwellenmotor 41 angetrieben wird, sich das Innenrohr 52 axial bewegt, während es sich aufgrund der spezifischen Beziehung zwischen den Kurvennuten 55 des Außenrohrs 51 und den Stiften 57 des Zwischenrohrs 52 dreht, und sich das Innenrohr 53 als das Ausgangselement axial bewegt, während es aufgrund der spezifischen Beziehung zwischen den Kurvennuten 56 des Zwischenrohrs 52 und den Stiften 58 des Innenrohrs 53 dreht und dadurch den Außenring 31 des Ausrücklagers 30 drückt.
In der Ausführungsform bilden die drei Rohre, d.h., das Außenrohr 51, das Zwischenrohr 52 und das Innenrohr 32 den Teleskoprohr-Aufbau 54. Die Anzahl an Rohren, die den Teleskoprohr-Aufbau 54 bilden, ist jedoch nicht auf drei begrenzt, vorausgesetzt sie ist größer als eins.
Um eine Rotation zu unterbinden, aber eine gleitende Bewegung des Innenrohrs 53 relativ zu dem Führungstor 26 zuzulassen, sind in der Ausführungsform Passfedern 60, die an dem Führungsrohr 26 montiert sind, verschiebbar in Passfedernuten 59 gepasst, die in der radialen Innenfläche des Innenrohrs gebildet sind. Zu demselben Zweck kann das Innenohr 53 mit dem Führungsrohr 26 jedoch auf eine andere Art, wie beispielsweise durch Kerbverzahnungen oder Keilverzahnungen verbunden werden.
Das Innenohr 53 der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 drückt axial (spannt vor) den Außenring 31 des Ausrücklagers 30, indem es eine Kupplungsplatte 34 drückt, die, wie in 6 dargestellt, den Außenring 31 mit der Hülse 27 so koppelt, dass der Außenring 31 nicht drehbar ist.
5 zeigt den Zustand, in welchem der Teleskoprohr-Aufbau 54, welcher die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 bildet, zusammengezogen ist. In diesem Zustand ist die Kupplungsscheibe 16 gegen die Schwungscheibe 13 durch die Membranfeder 19 gedrückt, das heißt, die Kupplung ist eingekuppelt, sodass die Rotation der in 1 dargestellten Kurbelwelle 10 zu der Eingangswelle 12 übertragen wird.
In dem in 5 dargestellten Zustand bewegt sich das Zwischenrohr 52 axial, während es dreht, wenn das Außenrohr 51 der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 gedreht wird, indem der Hohlwellenmotor 41 angetrieben wird, da, wie in 6 und 8 dargestellt, die Stifte 57 des Zwischenrohrs 52 in den Kurvennoten 55 des Außenrohrs 51 eingesetzt sind. Da die Stifte 58 des Innenrohrs 53 in den Kurvennuten 56 des Zwischenrohrs 52 eingesetzt sind, verursacht die Rotation des Zwischenrohrs 52, dass das Innenohr 53 axial bewegt wird. Der Teleskoprohr-Aufbau 54 ist damit ausgefahren.
9 zeigt den Zustand, in welchem der Teleskoprohr-Aufbau 54 ausgefahren ist. Wenn der Teleskoprohr-Aufbau 54 ausgefahren ist, wird das Ausrücklager 30 gedrückt und axial von dem Rohr-Aufbau 54 bewegt und der innere Umfangsabschnitt der Membranfeder 19 wird durch das Ausrücklager 30 gedrückt, bis die Membranfeder 19 zu einer Position bewegt ist, in welcher die Kupplungsscheibe 16 nicht von der Membranfeder 19 gedrückt wird, das heißt, die Kupplung entkuppelt, sodass keine Leistung von der in 1 dargestellten Kurbelwelle 10 zu der Eingangswelle 12 übertragen wird.
Da die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50, die in der Ausführungsform von 5 den Teleskoprohr-Aufbau 54 umfasst, die Rotation des Hohlwellenmotors 41 in eine lineare Bewegung des Ausrücklagers 30 umwandelt, um die Kupplungsscheibe 16 gegen die Schwungscheibe 13 wahlweise zu drücken und nicht zu drücken, d.h., die Kupplung wahlweise einkuppelt und auskuppelt, bilden diese Elemente eine kompakte automatische Kupplungsvorrichtung. Da deren Leistungsquelle ein Hohlwellen-Elektromotor 41 ist, kann die Kupplungsvorrichtung leicht in Position montiert werden, einfach indem Leitungen entsprechend angeordnet werden und benötigt keinen großen Einbauraum.
Anstelle eines Hohlwellen-Elektromotors 41, wie in 5 dargestellt, kann ein Elektromotor 41, dessen Rotor 42 eine Vollwelle ist, wie in 2, 3 und 4A dargestellt, verwendet werden. In diesem Fall wird die Drehung des Rotors 42 des Elektromotors 41 zu dem Außenrohr 51 über den Rotationsübertragungsmechanismus 44, der in 2 und 3 dargestellt ist, übertragen, welcher die Schnecke 45 und das Schneckenrad 46 umfasst oder den Rotationsübertragungsmechanismus, der in 4A dargestellt ist, d.h. der eine, der die Stirnräder 47 und 48 umfasst.
Wenn ein Hohlwellenmotor als der Elektromotor 41 verwendet wird, wie in 5 dargestellt, kann die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50, die den Teleskoprohr-Aufbau 54 umfasst, in dem Hohlraum des Hohlwellenmotors montiert werden, sodass die automatische Kupplungsvorrichtung sehr kompakt gemacht werden kann.
Während die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 in der Ausführungsform von 5 ein Teleskoprohr-Aufbau 54 ist, der eine Vielzahl von Rohren umfasst, die voneinander unterschiedliche Durchmesser aufweisen und verschiebbar ineinander gepasst sind, ist die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 nicht darauf beschränkt.
11-15 und 16 zeigen unterschiedliche Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtungen 50. Die in 11-15 dargestellte Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 beinhaltet erste, zweite und dritte ringförmige Kurvenscheiben 61, 62 und 63, die verschiebbar auf das Führungsrohr 26 des Kupplungsgehäuses 14 in nebeneinanderliegender Position zueinander in der axialen Richtung gepasst sind. Ein Kurvenmechanismus 64 ist zwischen der ersten Kurvenscheibe 61 und der zweiten Kurvenscheibe 62 angeordnet und konfiguriert, die relative Drehung zwischen den Kurvenscheiben 61 und 62 in die relative axiale lineare Bewegung dazwischen umzuwandeln und ein anderer Kurvenmechanismus 64 ist zwischen der zweiten Kurvenscheibe 62 und der dritten Kurvenscheibe 63 angeordnet und konfiguriert, die relative Drehung zwischen den Kurvenscheiben 62 und 63 in die relative axiale lineare Bewegung dazwischen umzuwandeln.
Ein Axiallager 65 ist zwischen dem Kupplungsgehäuse 14 und der ersten Kurvenscheibe 61 montiert, welche von den drei Kurvenscheiben am weitesten entfernt von dem Ausrücklager 30 positioniert ist. Die erste Kurvenscheibe 61 fungiert als ein Eingangselement. Das heißt, die Rotation des Elektromotors 41 wird auf die erste Kurvenscheibe 61 übertragen. Die dritte Kurvenscheibe 63, welche sich am nächsten zu dem Ausrücklager 30 befindet, fungiert als ein Ausgangselement und ist mit dem Außenring 31 des Ausrücklagers 30 und einer Hülse 27, welche von dem Führungsrohr 26 nicht-drehbar, aber verschiebbar, gelagert wird, verbunden.
Bezug nehmend auf 13A ist jeder der Kurvenmechanismen 64 eine Kugelkurve, die sich aus einem Paar von Kurvennuten 64a zusammensetzt, welche in ihrer Mitte in Umfangsrichtung am tiefsten sind und in Richtung der jeweiligen Enden in Umfangsrichtung allmählich abflachen und Kugeln 64a, die jeweils zwischen einem entsprechenden Paar der Kurfennuten 64a aufgenommen sind.
Anstelle solcher Kugelkurven können Flächenkurven, die V-förmige Kurvennuten und V-förmige Kurvenvorsprünge umfassen, als der Kurvenmechanismus 64 verwendet werden.
In 11 und 12 beinhaltet der Elektromotor 41 einen Rotor 42 in der Form einer Vollwelle. Auf eine ähnliche Weise zu 2 und 3 weist der Rotor 42 des Elektromotors 41 eine daran angebrachte Schnecke 45 auf, die mit einem Schneckenrad 46 an dem äußeren Umfang der ersten Kurvenscheibe 61 kämmt, um die erste Kurvenscheibe 61 mit dem Elektromotor 41 zu drehen.
Mit dieser Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50, wenn die erste Kurvenscheibe 61 durch den Elektromotor 41 gedreht wird, verursacht die Kugelkurve 64 zwischen der ersten Kurvenscheibe 61 und der zweiten Kurvenscheibe 62, dass die zweite Kurvenscheibe 62 axial bewegt wird, während sie zu der in 13B dargestellten Position dreht, während die Kugelkurve 64 zwischen der zweiten Kurvenscheibe 62 und der dritten Kurvenscheibe 63 verursacht, dass die dritte Kurvenscheibe 63 axial relativ zu der zweiten Kurvenscheibe 62 bewegt wird. Die dritte Kurvenscheibe 63 drückt damit axial und bewegt das Ausrücklager 30.
In 11 und 12, wie in 2 und 3, ist der Elektromotor 41 so angeordnet, dass er sich senkrecht zu der Eingangswelle 12 erstreckt und ist konfiguriert, die erste Kurvenscheibe 61 durch die Schnecke 45 und das Schneckenrad 46 zu drehen. Alternativ, ähnlich wie zu 4A, kann der Elektromotor 41 so angeordnet sein, dass er sich parallel zu der Eingangswelle 12 erstreckt und die erste Kurvenscheibe 61 durch den Rotationsübertragungsmechanismus 44 dreht, der die Stirnräder 47 und 48 umfasst. Als weitere Alternative kann die erste Kurvenscheibe 61 direkt von dem in 5 dargestellten Hohlwellenmotor 41 gedreht werden.
Wie in 13A dargestellt, können flache Vertiefungen 64c, die über deren gesamte Fläche eine konstante Tiefe aufweisen, an einem Ende in Umfangsrichtung von einem von jedem gegenüberliegenden Paar der Kurfennuten 64a ausgeformt werden und dem gegenüberliegenden Ende in Umfangsrichtung von dem anderen von dem gegenüberliegenden Paar von Kurvennuten 64a, so dass, wenn die erste Kurvenscheibe 61 und die zweite Kurvenscheibe 62 relativ zueinander drehen und die zweite Kurvenscheibe 62 und die dritte Kurvenscheibe 63 relativ zueinander drehen, jede Kugel 64b, wie in 13B dargestellt, zwischen dem entsprechenden Paar der flachen Vertiefungen 64c eingepasst und eingefangen ist. Dies verhindert, dass die Reaktionskraft der Membranfeder 19 verursacht, dass die erste Kurvenscheibe 61 und die zweite Kurvenscheibe 62, genauso wie die zweite Kurvenscheibe 62 und die dritte Kurvenscheibe 63, relativ zueinander zurück zu ihren jeweiligen Ursprungspositionen drehen.
Die in 16 dargestellte Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung 50 beinhaltet ein rohrförmiges Mutternelement 66, das einen inneren Umfang aufweist, der mit einem Innengewinde 67 ausgeformt ist und ein rohrförmiges, mit einem Außengewinde versehenes Element 68, das einen Außenumfang aufweist, der mit einem Außengewinde 69 ausgeformt ist, das sich in Gewindeeingriff mit dem Innengewinde 67 des Mutterelements 66 befindet. Das Mutternelement 66 wird drehbar von dem Kupplungsgehäuse 14 durch ein Wälzlager 70 gelagert und wird von dem Elektromotor 41 gedreht. Das mit einem Außengewinde versehene Element 68 ist mit der Hülse 27 und dem Außenring 31 des Ausrücklagers 30 verbunden.
Das Mutternelement 66 wird von dem Elektromotor 42 durch eine an dem Rotor 42 des Elektromotors 41 angebrachte Schnecke 45 gedreht und ein Schneckenrad 46, das an dem Außenumfang des Mutterelements 66 ausgeformt ist und mit der Schnecke 45 kämmt. Dadurch, dass sich das Innengewinde 67 in Gewindeeingriff mit dem Außengewinde 69 befindet, bewegt sich das mit dem Außengewinde versehene Element 68 axial und bewegt damit axial das Ausrücklager 30, wenn sich das Mutternelement 66 dreht.
In 16, wie in 2 und 3, ist der Elektromotor 41 so angeordnet, dass er sich senkrecht zu der Eingangswelle 12 erstreckt und ist konfiguriert, das Mutternelement 66 über die Schnecke 45 und das Schneckenrad 46 zu drehen. Alternativ kann der Elektromotor 41, ähnlich zu 4A, so angeordnet werden, dass er sich parallel zu der Eingangswelle 12 erstreckt und das Mutternelement 66 über den Rotationsübertragungsmechanismus 44, der die Stirnräder 47 und 48 umfasst, dreht. Als weitere Alternative kann das Mutternelement 66 direkt von dem in 5 dargestellten Hohlwellenmotor 41 gedreht werden.
Bezugszeichenliste

10.: Kurbelwelle
11.: Getriebe
12.: Eingangswelle
13.: Schwungscheibe
16.: Kupplungsscheibe
19.: Membranfeder (Druckplatte)
30.: Ausrücklager
40.: Axialkraft-Erzeugungsmechanismus
41.: Elektromotor
42.: Rotor
44.: Rotationsübertragungsmechanismus
45.: Schnecke
46.: Schneckenrad
47, 48.: Stirnrad
50.: Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung
51.: Außenrohr (Rohr)
52.: Zwischenrohr (Rohr)
53.: Innenrohr (Rohr)
54.: Teleskoprohr-Aufbau
55, 56.: Kurvennut
57, 58.: Stift
61.: Erste Kurvenscheibe
62.: Zweite Kurvenscheibe
63.: Dritte Kurvenscheibe
64.: Kurvenmechanismus (Kugelkurve)
66.: Mutternelement
67.: Innengewinde
68.: Mit Außengewinde versehenes Element
69.: Außengewinde
70.: Wälzlager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010078156 A [0004]
JP 2014202238 A [0004]

Claims

Eine automatische Kupplungsvorrichtung, umfassend: eine Schwungscheibe (13), die an einem Ende einer Kurbelwelle (10) eines Motors angebracht ist; eine Kupplungsscheibe (16), die an einem Ende einer Eingangswelle (12) eines Getriebes (11) vorgesehen ist und der Schwungscheibe (13) gegenübersteht; eine Druckplatte (19), die konfiguriert ist, die Kupplungsscheibe (16) in Richtung der Schwungscheibe (13) vorzuspannen; ein Ausrücklager (30), das konfiguriert ist, in Richtung zu und weg von der Druckplatte (19) bewegbar zu sein; und einen Axialkraft-Erzeugungsmechanismus (40), der konfiguriert ist, das Ausrücklager (30) zu drücken und in Richtung der Druckplatte (19) zu bewegen, wobei die automatische Kupplungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass die Kupplungsscheibe (16) und die Druckplatte (19) voneinander gelöst werden, wenn die Druckplatte (19) von dem Ausrücklager (30) gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialkraft-Erzeugungsmechanismus (40) umfasst: einen Elektromotor (41), der benachbart zu einem äußeren Umfang des Endes der Eingangswelle (12) angeordnet ist und einen Rotor (42) aufweist; und eine Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung (50), die konfiguriert ist, eine Rotation des Rotors (42) des Elektromotors (41) in eine lineare Bewegung des Ausrücklagers (30) umzuwandeln.
Die automatische Kupplungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, worin der Elektromotor (41) einen mit der Eingangswelle (12) koaxialen Hohlwellenmotor umfasst, wobei der Rotor (42) ein rohrförmiger Rotor ist und worin der Axialkraft-Erzeugungsmechanismus (40) so konfiguriert ist, dass die Drehung des Rotors (42) direkt zu der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung (50) übertragen wird.
Die automatische Kupplungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, worin sich der Elektromotor (41) senkrecht zu der Eingangswelle (12) erstreckt und die automatische Kupplungsvorrichtung darüber hinaus einen Rotationsübertragungsmechanismus (44) umfasst, der zwischen dem Rotor (42) des Elektromotors (41) und der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung (50) positioniert ist und eine Schnecke (45) und ein Schneckenrad (46) umfasst.
Die automatische Kupplungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, worin sich der Elektromotor (41) parallel zu der Eingangswelle (12) erstreckt und die automatische Kupplungsvorrichtung darüber hinaus einen Rotationübertragungsmechanismus (44) umfasst, der zwischen dem Rotor (42) des Elektromotors (41) und der Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung (50) positioniert ist und ein Paar Sternräder (47 und 48) umfasst, die miteinander kämmen.
Die automatische Kupplungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, worin die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung (50) eine Vielzahl von Rohren (51, 52 und 53) beinhaltet, die unterschiedliche Durchmesser voneinander aufweisen und verschiebbar ineinander gepasst sind, so dass die Vielzahl von Rohren einen Teleskoprohr-Aufbau (54) bilden, worin ein erstes von jedem radial benachbarten Rohrpaar (51 und 52; 52 und 53) mit einer geneigten Kurvennut (55, 56) ausgestaltet ist und ein zweites von dem radial benachbarten Rohrpaar einen Stift (57, 58) aufweist, der in die Kurvennut (55, 56) eingesetzt ist, und worin eines (51) der Vielzahl von Rohren (51, 52 und 53), welches den größten Durchmesser aufweist, ein Eingangselement ist, das so konfiguriert ist, dass die Rotation des Rotors (42) des Elektromotors (41) zu dem Eingangselement übertragen wird und eines (53) der Vielzahl von Rohren, welches den kleinsten Durchmesser aufweist, ein Ausgangselement ist, das nicht-drehbar und verschiebbar von einem Lagerelement (26) gelagert wird, das das Ausrücklager (30) lagert und konfiguriert ist, das Ausrücklager (30) zu drücken.
Die automatische Kupplungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, worin die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung (50) eine Vielzahl von ringförmigen Kurvenscheiben (61, 62 und 63) beinhaltet, die in nebeneinanderliegender Position zueinander in einer axialen Richtung angeordnet sind, worin ein Kurvenmechanismus (64) zwischen jedem benachbarten Paar der Vielzahl von Kurvenscheiben (61 und 62; 62 und 63) vorgesehen ist und konfiguriert ist, eine relative Drehung zwischen dem benachbarten Paar von Kurvenscheiben in eine relative axiale lineare Bewegung dazwischen umzuwandeln, und worin eine erste (61) der Vielzahl von Kurvenscheiben, die am entferntesten von dem Ausrücklager (30) ist, ein Eingangselement ist, das so konfiguriert ist, dass die Rotation des Rotors (42) des Elektromotors (41) zu dem Eingangselement übertragen wird und eine zweite (63) der Vielzahl von Kurvenscheiben, die am nächsten zu dem Ausrücklager (30) ist, ein Ausgangselement ist, das nicht-drehbar und verschiebbar von einem Lagerelement (26) gelagert wird, das das Ausrücklager (30) lagert und konfiguriert ist, das Ausrücklager (30) zu drücken.
Die automatische Kupplungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, worin die Rotations-Linear-Bewegungs-Umwandlungseinrichtung (50) ein rohrförmiges Mutternelement (66) beinhaltet, das einen inneren Umfang aufweist, der mit einem Innengewinde (67) ausgestaltet ist und ein rohrförmiges, mit einem Außengewinde versehenes Element (68), das sich in Gewindeeingriff mit dem Innengewinde (67) des Mutternelements (66) befindet, und worin das Mutternelement (66) ein Eingangselement ist, das so konfiguriert ist, dass die Rotation des Rotors (42) des Elektromotors (41) zu dem Eingangselement übertragen wird und das mit einem Außengewinde versehene Element (68) ein Ausgangselement ist, das nicht-drehbar und verschiebbar von einem Lagerelement (26) gelagert wird, das das Ausrücklager (30) lagert und konfiguriert ist, das Ausrücklager (30) zu drücken.