WO2005073584A1 - Lamellenkupplung mit konischen lamellen - Google Patents

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WO2005073584A1
WO2005073584A1 PCT/EP2004/014789 EP2004014789W WO2005073584A1 WO 2005073584 A1 WO2005073584 A1 WO 2005073584A1 EP 2004014789 W EP2004014789 W EP 2004014789W WO 2005073584 A1 WO2005073584 A1 WO 2005073584A1
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WO
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plate clutch
plate
disk
adjusting
clutch according
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Application number
PCT/EP2004/014789
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Inventor
Ralf Pfeifer
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Gkn Driveline International Gmbh
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D13/00—Friction clutches
    • F16D13/22—Friction clutches with axially-movable clutching members
    • F16D13/24—Friction clutches with axially-movable clutching members with conical friction surfaces cone clutches
    • F16D13/32—Friction clutches with axially-movable clutching members with conical friction surfaces cone clutches in which two or more axially-movable members are pressed from one side towards an axially-located member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/12—Mechanical clutch-actuating mechanisms arranged outside the clutch as such
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/12—Mechanical clutch-actuating mechanisms arranged outside the clutch as such
    • F16D2023/123—Clutch actuation by cams, ramps or ball-screw mechanisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2125/00—Components of actuators
    • F16D2125/18—Mechanical mechanisms
    • F16D2125/20—Mechanical mechanisms converting rotation to linear movement or vice versa
    • F16D2125/34—Mechanical mechanisms converting rotation to linear movement or vice versa acting in the direction of the axis of rotation
    • F16D2125/36—Helical cams, Ball-rotating ramps

Definitions

  • the invention relates to a multi-plate clutch with an axial adjustment device for actuation, in particular for use in the drive train of a motor vehicle.
  • Such multi-plate clutches are well known from the prior art.
  • DE 38 15 225 C1 shows a multi-plate clutch with an axial adjustment device for locking a differential gear.
  • EP 0 466 863 B1 also discloses a multi-plate clutch which can be actuated by means of an axial adjustment unit for engaging a drive axle in a motor vehicle.
  • Such multi-plate clutches comprise an outer disk carrier rotatable about an axis of rotation, in which outer disks are held in a rotationally fixed and axially displaceable manner, and an inner disk carrier coaxial with the axis of rotation, on which inner disks are held in a rotationally fixed and axially displaceable manner.
  • a plate pack formed from outer plates and inner plates is actuated by means of the axial adjustment device.
  • This comprises two disks which can be rotated relative to one another and are arranged coaxially to one another and which have pairs of ball grooves which can be changed in the circumferential direction for receiving balls.
  • One of the disks is axially supported in a housing and the other is axially displaceable in the housing against the restoring forces of spring means, the latter disk acting on the disk pack with an axial force.
  • a conical friction clutch for use in a differential gear in the drive train of a motor vehicle is also known, which is controlled by an electronic control unit and is used for torque transmission to a drive shaft.
  • the differential gear has a differential basket with a conical hole in which a ring spring sits.
  • a side shaft with a corresponding conical piston is rotatably seated in the conical bore with a ring spring.
  • the ring spring is brought into frictional engagement with the conical piston so that the differential cage and the side shaft rotate together about the axis of rotation.
  • DE 101 40 226 A1 discloses a disk pack for a disk clutch of a motor vehicle.
  • the outer and inner plates of the plate pack have conical friction surfaces.
  • the plate pack can be actuated hydraulically by means of a stepped piston.
  • a multi-plate clutch with an axial adjustment device for actuation in particular for use in the drive train of a motor vehicle, comprising an outer disk carrier which can be rotated about an axis of rotation and in which outer disks are held in a rotationally fixed and axially displaceable manner; and an inner disk carrier coaxial with the outer disk carrier, on which inner disks are held in a rotationally fixed and axially displaceable manner; wherein the outer plates and the inner plates are arranged axially alternately to one another and have conical friction surfaces; the axial adjustment device being designed in the form of a ramp arrangement.
  • Such a multi-plate clutch offers the advantage that - with the same overall volume compared to known solutions with flat disks - the axial force required to actuate the multi-plate clutch can be reduced.
  • the frictional forces acting between the plates have axial and radial force components which are in interrelation with one another. The smaller the cone angle chosen between the axis of rotation and the friction surface becomes, the greater the radial force component with simultaneously reduced axial force component. In this way, higher torques can be transmitted with the same applied axial force compared to couplings with flat plates, or lower axial forces are required to transmit the same torque than with couplings with flat plates.
  • an intermediate transmission for power transmission between the motor and the axial adjustment device may possibly be omitted and the components used can be manufactured inexpensively, for example by sintering.
  • Another advantage is that an axial bearing used for power transmission from the axial adjustment device to the multi-plate clutch is exposed to lower loads and thus has a longer service life.
  • the conical lamellae cause the disk pack to be centered on the axis of rotation in slip operation, so that slight imbalances occur.
  • the design of the axial adjustment device in the form of a ramp arrangement is particularly advantageous as it enables sensitive actuation of the multi-plate clutch with conical friction surfaces. This is particularly important because the conical friction surfaces generate high frictional forces with short travel ranges.
  • a thrust washer with a conical pressure surface is preferably provided for loading the multi-plate clutch.
  • the pressure plate By actuating the axial adjustment device, the pressure plate is displaced axially in the direction of the disk pack, whereby a locking torque is generated.
  • the conical pressure surface is in contact with the first plate of the plate pack.
  • the cone angle ⁇ which is included between the friction plates and the axis of rotation X, is between 90 ° and a self-locking angle.
  • self-locking means that two adjacent friction plates adhere to one another in such a way that they no longer separate from one another even when the axial force decreases.
  • the ramp arrangement comprises, in addition to the thrust washer, an adjusting disk which, when not actuated, rotate together about the axis of rotation, the adjusting disk being able to be braked against a clutch housing by means of braking means.
  • the adjusting disk is rotatably supported in an clutch housing by means of an axial bearing and is axially supported.
  • the adjusting disk and the thrust washer have a plurality of spherical grooves which are variable in depth in the circumferential direction in mutually facing surfaces, one ball being guided in a pair of opposing spherical grooves.
  • the adjusting disk and the thrust washer in mutually facing surfaces can also have a plurality of ramps which are variable in depth in the circumferential direction and of opposite configuration and which are in direct contact with one another. This version is particularly suitable when higher frictional forces between the discs are required.
  • the ramp arrangement comprises a support disk and an adjusting disk, the support disk being held in the clutch housing in a rotationally fixed manner and being axially supported, and the adjusting disk being rotated relative to the latter via drive means and being axially adjustable to act on the pressure disk.
  • an axial bearing for power transmission to the multi-plate clutch is preferably provided between the adjusting disk and the pressure disk.
  • the support disk and the adjusting disk have a plurality of spherical grooves which are variable in depth in the circumferential direction in facing end faces, one ball being guided in a pair of opposing spherical grooves.
  • the support disk and the adjusting disk can also each have a plurality of ramps which are variable in depth in the circumferential direction and of opposite configuration and which are directly in contact with one another in mutually facing surfaces.
  • the adjusting disk has a toothed section, in which a pinion driven by the drive means engages.
  • the pairs of mutually of the opposing ball grooves or ramps are designed such that a rotation of the adjusting disk in both opposite directions of rotation leads to an axial adjustment.
  • the pairs of opposing ball grooves or ramps can also be designed in such a way that only one rotation leads to an axial adjustment only in one direction of rotation and one rotation is blocked in the opposite direction of rotation.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a multi-plate clutch a) in longitudinal section; b) in plan view of the adjusting disc from FIG. 1a); c) sections according to section line B of Figure 1b);
  • Figure 2 shows a second embodiment of a multi-plate clutch according to the invention in longitudinal section
  • FIG. 3 schematic diagrams of various ramp arrangements a) with disks with ball grooves adjustable on both sides; b) with one-sided adjustable washers with ball grooves; c) with ramps adjustable on both sides; d) with unilaterally adjustable ramps.
  • FIG. 1 shows a multi-plate clutch 1, which can be actuated by means of an axial adjustment device 2.
  • the multi-plate clutch 1 is used in the drive train (not shown here) of a motor vehicle for coupling a first shaft 3 to a second shaft 4, which define a common axis of rotation X.
  • the multi-plate clutch comprises an outer plate carrier 5, which is fixedly connected to the first shaft 3, in the form of a clutch basket, in which outer plates 6 are held in a rotationally fixed and axially displaceable manner, and an inner plate carrier 7, which is fixedly connected to the second shaft 4, on which inner plates 8 are held in a rotationally fixed and axially displaceable manner are.
  • the outer plates 6 and the inner plates 8 are axially alternately ordered and together form a plate pack 9.
  • the outer disks 6 and the inner disks 8 have conical friction surfaces.
  • the outer plates 6 each have a radial section 16 radially on the outside, which lies in a radial plane to the axis of rotation X and is connected to the outer plate carrier 5 in a rotationally fixed manner via a toothing engagement. This is followed radially on the inside by a cone section 17 which has friction surfaces 14 on both sides axially.
  • the inner plates 8 each comprise a radial section 18, by means of which they are connected in a rotationally fixed manner to the inner plate carrier 7 via a toothing engagement, and a conical section 19 adjoining it radially on the outside, with friction surfaces 15.
  • self-locking is meant that two adjacent friction plates stick to each other in such a way that they no longer separate from one another even when the axial force decreases.
  • the outer disk carrier 5 has a central bearing section 11, in which the second shaft 4 is rotatably mounted by means of a radial bearing 12, and an adjoining conical surface 13, against which the disk pack 9 is axially supported with a first outer disk.
  • a thrust washer 21 is fixedly connected to the inner plate carrier 7 or the first shaft 4.
  • Rotational speeds of shafts 3, 4 are synchronized.
  • a configuration is also conceivable in which the first shaft 3 is axially supported with respect to the second shaft 4 and the thrust washer is axially offset with respect to the first shaft 3. is slidable.
  • the disk set would be equally clamped between the thrust washer and the conical surface when the axial adjustment device 2 was actuated, the axial distance of the first and second shafts 3, 4 from one another, however, remaining unchanged.
  • the axial adjustment device 2 comprises an adjusting disk 23 which is axially supported in the clutch housing 22 via an axial bearing 10 and can be rotated about the axis of rotation X and which rotates together with the pressure disk 21 about the axis of rotation X in the non-actuated state.
  • the adjusting disk 23 and the pressure disk 21 have, as can be seen in particular from FIGS. 1b) and 1c), four spherical grooves 24, 25 which are variable in depth in the circumferential direction in facing end faces, a ball 26 being guided in a pair of opposing spherical grooves 24, 25 ,
  • the ball grooves 24, 25 in the adjusting disk 23 and in the pressure disk 21 extend from the lowest point in a circular arc to the associated end face and rise in both circumferential directions.
  • brake means 27 are provided in the form of a shoe brake, which act radially on the adjusting disk 23.
  • the adjusting disk 23 is braked with respect to the pressure disk 21, so that the balls 26 move in the ball grooves 24, 25.
  • the thrust washer 21 moves axially away from the adjusting disk 23, the disk set 9 is acted upon and a locking torque is generated in the disk clutch.
  • Return springs can be arranged between the adjusting disk 23 and the pressure disk 21, in order to return the adjusting disk 23 to the starting position in which the balls 26 are in the deepest position when the braking means 27 are deactivated again
  • Place the ball grooves 24, 25 are held to rotate.
  • four pairs of ball grooves 24, 25, each with a ball 26, are provided.
  • a version with three pairs is also conceivable, which is particularly cheap because all balls always carry.
  • More than four pairs of ball grooves 24, 25 are useful if a high load capacity is required.
  • Figure 2 shows a second embodiment of a multi-plate clutch according to the invention with an axial adjusting device. Since the structure and mode of operation are largely the same 1 embodiment, reference is made to the above description. The same components are provided with the same reference numerals, different components with the same reference numerals. In contrast to the axial adjustment device according to FIG.
  • the present axial adjustment device 2 ' has a support disk 28 which is held in the clutch housing 22' in a rotationally fixed manner and is axially supported, and an adjusting disk 29 which is rotatably and axially displaceable relative to the support disk 28 via drive means 30 ,
  • the support disk 28 and the adjusting disk 29 have a plurality of spherical grooves 24, 25 which are variable in the circumferential direction, a ball 26 each being guided in a pair of opposing spherical grooves 24, 25.
  • the drive means 30 have an electronic servomotor 31, the shaft 32 of which carries a pinion 33. This pinion 33 is in engagement with a toothed section 34 of the adjusting disk 29 for torque transmission.
  • the adjusting disk 29 By actuating the servomotor 31, the adjusting disk 29 is rotated relative to the supporting disk 28, so that the balls 26 in the ball grooves 24, 25 move in the direction of the end face.
  • the adjusting disk 29 thus moves axially away from the support disk 28 and acts on the pressure disk 21 in the closing direction via an axial bearing 35.
  • a reduction stage can also be provided between the shaft 32 and the pinion 33.
  • FIG. 3 shows various alternative embodiments of ramp arrangements for axial adjustment devices according to FIGS. 1 and 2.
  • the different embodiments are each provided with deleted reference numbers. Since the ramp arrangement 20 according to FIG. 3a) corresponds to that from FIG. 1, reference is made to the above description. It can be seen that the first disk 23, 29 can be rotated to the second disk 21, 28 in both opposite directions of rotation, which is shown by the arrows. In contrast to this embodiment, the ramp arrangement 20 'according to FIG. 3b) has a first disk 23', 29 ', which can only be rotated in one direction with respect to the second disk 21, 28.
  • the ball grooves 24 ', 25' only rise in one direction from the deepest point, which is designed as a stop face, to the end face, the course of the ball grooves 24 ', 25' being directed in opposite directions.
  • the embodiment according to FIG. 3c) corresponds in terms of its function to that according to FIG. 3a).
  • the first disc 23 “, 29” can be relative to the second disc 21 “, 28"
  • first disk 23 “, 29” can be rotated in both directions of rotation relative to second disk 21 ", 28”.
  • sinusoidal ramps 36, 37 are provided in the development, which slide directly onto one another when the two disks are rotated relative to one another.
  • the first disc 23 ", 29” is axially pushed away from the second disc 21 ", 28".

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung (1) mit einer Axialverstellvorrichtung (2) zur Betätigung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Lamellenkupplung (1) hat einen um eine Drehachse X drehbaren Außenlamellenträger (5), in dem Außenlamellen (6) drehfest und axial verschiebbar gehalten sind, und einen zum Außenlamellenträger (5) koaxialen Innenlamellenträger (7), auf dem Innenlamellen (8) drehfest und axial verschiebbar gehalten sind. Die Außenlamellen (6) und die Innen­lamellen (8) sind axial abwechselnd zueinander angeordnet und haben konische Reib­flächen.

Description

Lamellenkupplung mit konischen Lamellen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung mit einer Axialverstellvorrichtung zur Betätigung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Derartige Lamellenkupplungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 38 15 225 C1 eine Lamellenkupplung mit einer Axialverstellvorrichtung zum Sperren eines Differentialgetriebes. Aus der EP 0 466 863 B1 ist ferner eine mittels einer Axialverstelleinheit betätigbare Lamellenkupplung zum Zu- schalten einer Antriebsachse in einem Kraftfahrzeug bekannt. Solche Lamellenkupplungen umfassen einen um eine Drehachse drehbaren Außenlamellenträger, in dem Außenlamellen drehfest und axial verschiebbar gehalten sind, und einen zur Drehachse koaxialen Innenlamellenträger, auf dem Innenlamellen drehfest und axial verschiebbar gehalten sind. Ein aus Außenlamellen und Innenlamellen gebildetes La- mellenpaket wird mittels der Axialverstellvorrichtung betätigt. Diese umfaßt zwei relativ zueinander verdrehbare, koaxial zueinander angeordnete Scheiben, die in Um- fangsrichtung tiefenveränderliche Paare von Kugelrillen zur Aufnahme von Kugeln aufweisen. Von den Scheiben ist eine in einem Gehäuse axial abgestützt und die andere gegen die Rückstellkräfte von Federmitteln axial im Gehäuse verschiebbar, wobei die letztgenannte Scheibe das Lamellenpaket mit einer Axialkraft beaufschlagt.
Aus der DE 102 20 355 A1 ist ferner eine Konus-Reibungskupplung zum Einsatz in einem Differentialgetriebe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, die von einer elektronischen Steuereinheit gesteuert wird und zur Drehmomentübertragung auf eine Antriebswelle dient. Hierfür weist das Differenialgetriebe einen Differential- korb mit einer konischen Bohrung auf, in dem eine Ringfeder einsitzt. In der konischen Bohrung mit Ringfeder sitzt eine Seitenwelle mit einem entsprechenden konischen Kolben drehbar ein. Durch Betätigen eines Kugelrampenmechanismus werden die Ringfeder mit dem konischen Kolben in Reibschluß gebracht, so daß der Diffe- rentialkorb und die Seitenwelle gemeinsam um die Drehachse drehen.
Aus der DE 101 40 226 A1 ist ein Lamellenpaket für eine Lamellenkupplung eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Außen- und Innenlamellen des Lamellenpakets haben konische Reibflächen. Das Lamellenpaket ist hydraulisch mittels eines Stufenkolbens betätigbar.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lamellenkupplung mit einer Axialverstellvorrichtung zur Betätigung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, vorzuschlagen, die ein kleines Bauvolumen aufweist, eine Re- duktion der Betätigungskraft ermöglicht und gleichzeitig zuverlässig und feinfühlig angesteuert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lamellenkupplung mit einer Axialverstellvorrichtung zur Betätigung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang ei- nes Kraftfahrzeugs, gelöst, umfassend einen um eine Drehachse drehbaren Außenlamellenträger, in dem Außenlamellen drehfest und axial verschiebbar gehalten sind; und einen zum Außenlamellenträger koaxialen Innenlamellenträger, auf dem Innenlamellen drehfest und axial verschiebbar gehalten sind; wobei die Außenlamellen und die Innenlamellen axial abwechselnd zueinander angeordnet sind und konische Reibflächen aufweisen; wobei die Axialverstellvorrichtung in Form einer Rampenanordnung gestaltet ist.
Eine derartige Lamellenkupplung bietet den Vorteil, daß - bei gleichem Bauvolumen gegenüber bekannten Lösungen mit planen Lamellen - die zum Betätigen der La- mellenkupplung erforderliche Axialkraft reduziert werden kann. Denn bei der erfindungsgemäßen Lamellenkupplung haben die zwischen den Lamellen wirksamen Reibkräfte axiale und radiale Kraftkomponenten, die im Wechselverhältnis zueinander stehen. Je kleiner der Konuswinkel zwischen Drehachse und Reibfläche gewählt wird, desto größer ist die radiale Kraftkomponente bei gleichzeitig verminderter axialer Kraftkomponente. Somit lassen sich mit der gleichen aufgebrachten Axialkraft gegenüber Kupplungen mit planen Lamellen höhere Drehmomente übertragen oder es sind zur Übertragung des gleichen Drehmoments geringere Axialkräfte nötig, als bei Kupplungen mit planen Lamellen. Dies bewirkt vorteilhaft, daß ein kleinerer Motor zum Antreiben bzw. kleinere Bremsmittel zum Abbremsen der Axialverstellvorrichtung bei gleicher Zuschaltgeschwindigkeit eingesetzt werden kann. Außerdem kann ein Zwischengetriebe zur Kraftübertragung zwischen Motor und Axialverstellvorrichtung möglicherweise entfallen und die verwendeten Bauteile können kostengünstig hergestellt werden, beispielsweise durch Sintern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein zur Kraftübertragung von der Axialverstellvorrichtung auf die Lamellenkupplung verwendetes Axiallager geringeren Belastungen ausgesetzt ist und somit eine längere Lebensdauer aufweist. Außerdem bewirken die konischen Lamellen im Schlupfbetrieb eine Zentrierung des Lamellenpakets auf der Drehachse, so daß ge- ringe Unwuchten entstehen. Die Gestaltung der Axialverstellvorrichtung in Form einer Rampenanordnung ist insbesondere vorteilhaft, als eine sensible Ansteuerung der Lamellenkupplung mit konischen Reibflächen ermöglicht wird. Dies ist besonders wichtig, da die konischen Reibflächen bei geringen Stellwegen bereits hohe Reibkräfte erzeugen.
Vorzugsweise ist zum Beaufschlagen der Lamellenkupplung eine Druckscheibe mit einer konischen Druckfläche vorgesehen. Durch Betätigen der Axialverstellvorrichtung wird die Druckplatte axial in Richtung Lamellenpaket verschoben, wodurch ein Sperrmoment erzeugt wird. Dabei ist die konische Druckfläche mit der ersten Lamel- le des Lamellenpakets in Anlage. Es ist nach einer bevorzugen Weiterbildung vorgesehen, daß der Konuswinkel φ, der zwischen den Reiblamellen und der Drehachse X eingeschlossen ist, zwischen 90° und einem Selbshemmungswinkel liegt. Mit Selbsthemmung ist in diesem Zusammenhang gemeint, daß zwei benachbarte Reiblamellen so aneinander haften, daß sie sich auch bei nachlassender Axialkraft nicht mehr voneinander lösen. Dabei beträgt der Selbsthemmungswinkel φ^ = arctanμ, wobei μ der Reibungskoeffizient einer Reibfläche der Reiblamellen ist. Mit einem geringen Reibungskoeffizienten μ der Reibflächen läßt sich somit die zur Betätigung erforderliche Axialkraft senken, weil ein kleinerer Konuswinkel φ gewählt werden kann, so daß die radiale Kraftkomponente zunimmt.
Nach einer ersten Ausführung umfaßt die Rampenanordnung neben der Druckscheibe eine Stellscheibe, die - in unbetätigtem Zustand - gemeinsam um die Drehachse drehen, wobei die Stellscheibe über Bremsmittel gegenüber einem Kupplungsgehäuse abgebremst werden kann. Dabei ist die Stellscheibe in einem Kupplungsgehäuse mittels eines Axiallagers drehbar gelagert und axial abgestützt. In Konkretisierung haben die Stellscheibe und die Druckscheibe in einander zugewandten Flächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen, wobei in einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen jeweils eine Kugel geführt ist. Alternativ hierzu können die die Stellscheibe und die Druckscheibe in einander zugewandten Flächen auch mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche und gegengleich gestaltete Rampen haben, die unmittelbar in Anlage miteinander sind. Diese Ausführung eignet sich besonders, wenn höhere Reibungskräfte zwischen den Scheiben gewünscht sind.
Nach einer zweiten Ausführung umfaßt die Rampenanordnung eine Stützscheibe und eine Stellscheibe, wobei die Stützscheibe im Kupplungsgehäuse drehfest gehalten und axial abgestützt ist und die Stellscheibe über Antriebsmittel gegenüber dieser verdreht und zum Beaufschlagen der Druckscheibe axial verstellt werden kann. Dabei ist vorzugsweise zwischen der Stellscheibe und der Druckscheibe ein Axiallager zur Kraftübertragung auf die Lamellenkupplung vorgesehen. In Konkretisierung haben die Stützscheibe und die Stellscheibe in einander zugewandten Stirnflächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen, wobei in einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen jeweils eine Kugel geführt ist. Alternativ hierzu können die Stützscheibe und die Stellscheibe auch in einander zugewandten Flächen jeweils mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche und gegengleich gestaltete Rampen haben, die unmittelbar in Anlage miteinander sind. Um ein Drehmoment auf die Stellscheibe zu übertragen und diese gegenüber der Stützscheibe zu verdrehen, hat die Stellscheibe einen Verzahnungsabschnitt, in das ein von den Antriebsmitteln angetriebenes Ritzel eingreift.
Es ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, daß die Paare von einan- der gegenüberliegenden Kugelrillen oder Rampen derart gestaltet sind, daß eine Verdrehung der Stellscheibe in beide entgegengesetzte Drehrichtungen zu einer Axialverstellung führt. Alternativ hierzu können die Paare von einander gegenüberliegenden Kugelrillen oder Rampen auch derart gestaltet sein, daß nur eine Verdrehung nur in einer Drehrichtung zu einer Axialverstellung führt und eine Verdrehung in der entgegengesetzten Drehrichtung gesperrt wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin zeigt
Figur 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung a) im Längsschnitt; b) in Draufsicht auf die Stellscheibe aus Figur 1a); c) ausschnittsweise gemäß Schnittlinie B aus Figur 1b);
Figur 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung im Längsschnitt;
Figur 3 Prinzipdarstellungen von verschiedenen Rampenanordnungen a) mit beidseitig verstellbaren Scheiben mit Kugelrillen; b) mit einseitig verstellbaren Scheiben mit Kugelrillen; c) mit beidseitig verstellbaren Rampen; d) mit einseitig verstellbaren Rampen.
Figur 1 zeigt eine Lamellenkupplung 1 , die mittels einer Axialverstellvorrichtung 2 betätigt werden kann. Die Lamellenkupplung 1 wird im hier nicht dargestellten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zum Ankoppeln einer ersten Welle 3 an eine zweite Welle 4 eingesetzt, welche eine gemeinsame Drehachse X definieren. Die Lamellenkupplung umfaßt einen mit der ersten Welle 3 fest verbundenen Außenlamellenträger 5 in Form eines Kupplungskorbs, in dem Außenlamellen 6 drehfest und axial verschiebbar gehalten sind, sowie einen mit der zweiten Welle 4 fest verbundenen Innenlamellenträger 7, auf dem Innenlamellen 8 drehfest und axial verschiebbar gehalten sind. Die Außenlamellen 6 und die Innenlamellen 8 sind axial abwechselnd an- geordnet und bilden gemeinsam ein Lamellenpaket 9.
Damit die zum Beaufschlagen des Lamellenpakets 9 und zum Schließen der Lamellenkupplung 1 erforderlichen Axialkräfte verhältnismäßig gering sind, haben die Au- ßenlamellen 6 und die Innenlamellen 8 konische Reibflächen. Dabei weisen die Außenlamellen 6 radial außen jeweils einen Radialabschnitt 16 auf, der in einer Radialebene zur Drehachse X liegt und über einen Verzahnungseingriff mit dem Außenlamellenträger 5 drehfest verbunden ist. Hieran schließt sich radial innen ein Konusabschnitt 17 an, der axial beidseitig Reibflächen 14 aufweist. Entsprechend umfassen die Innenlamellen 8 jeweils einen Radialabschnitt 18, mit dem sie über einen Verzahnungseingriff mit dem Innenlamellenträger 7 drehfest verbunden sind, und einen sich daran radial außen anschließenden Konusabschnitt 19 mit Reibflächen 15. Der zwischen den Reibflächen 14 der Außenlamellen 6 und den Reibflächen 15 der Innenlamellen 8 einerseits und der Drehachse X andererseits eingeschlossene Winkel φ liegt zwischen einem Selbsthemmungswinkel ψι und φ2 = 90°. Mit Selbsthemmung ist gemeint, daß zwei benachbarte Reiblamellen so aneinander haften, daß sie sich auch bei nachlassender Axialkraft nicht mehr voneinander lösen. Daher sollte, um eine gute Regelbarkeit der Lamellenkupplung zu gewährleisten, zwischen dem Winkel φ und dem Selbsthemmungswinkel ψ! ein ausreichend großer Abstand gewählt werden. Der Grenzwinkel, ab dem Selbsthemmung auftritt, beträgt ^ = arctanμ, wobei μ der Reibungskoeffizient des Reibbelags ist.
Der Außenlamellenträger 5 hat einen zentralen Lagerabschnitt 11 , in dem die zweite Welle 4 mittels eines Radiallagers 12 drehbar gelagert ist, sowie eine sich daran an- schließende Konusfläche 13, gegen die das Lamellenpaket 9 mit einer ersten Außenlamelle axial abgestützt ist. Am axial entgegengesetzten Ende der Lamellenkupplung 1 ist eine Druckscheibe 21 mit dem Innenlamellenträger 7 bzw. der ersten Welle 4 fest verbunden. Durch Verschieben der ersten Welle 3 mit Druckscheibe 21 in Richtung zum Außenlamellenträger 5 wird das Lamellenpaket 9 zwischen Druckscheibe 21 und Konusfläche 13 eingeklemmt, so daß ein Sperrmoment erzeugt und die
Drehgeschwindigkeiten Wellen 3, 4 synchronisiert werden. Alternativ hierzu ist auch eine Ausgestaltung denkbar, bei der die erste Welle 3 gegenüber der zweiten Welle 4 axial abgestützt ist und die Druckscheibe gegenüber der ersten Welle 3 axial ver- schiebbar ist. In diesem Fall würde das Lamellenpaket bei Betätigung der Axialverstellvorrichtung 2 gleichermaßen zwischen der Druckscheibe und der Konusfläche eingeklemmt, wobei der axiale Abstand der ersten und zweiten Welle 3, 4 zueinander jedoch unverändert bliebe.
Die Axialverstellvorrichtung 2 umfaßt eine im Kupplungsgehäuse 22 über ein Axiallager 10 axial abgestützte und um die Drehachse X drehbare Stellscheibe 23, die in unbetätigtem Zustand gemeinsam mit der Druckscheibe 21 um die Drehachse X rotiert. Die Stellscheibe 23 und die Druckscheibe 21 haben, was insbesondere aus den Figuren 1b) und 1c) hervorgeht, in einander zugewandten Stirnflächen vier in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen 24, 25, wobei in einem Paar von gegenüberliegenden Kugelrillen 24, 25 jeweils ein Kugel 26 geführt ist. Dabei verlaufen die Kugelrillen 24, 25 in der Stellscheibe 23 und in der Druckscheibe 21 ausgehend von der tiefsten Stelle in einem Kreisbogen zur zugehörigen Stirnfläche hin in beide Umfaπgsrichtungen ansteigend. Auf diese Weise ist ein Betätigen der Lamellenkupplung 1 durch Verdrehen der Stellscheibe 23 relativ zur Druckscheibe 21 in beide Drehrichtungen möglich. Zum Betätigen der Axialverstellvorrichtung 2 sind Bremsmittel 27 in Form einer Backenbremse vorgesehen, die radial auf die Stellscheibe 23 einwirken. Auf diese Weise wird die Stellscheibe 23 gegenüber der Druckscheibe 21 abgebremst, so daß sich die Kugeln 26 in den Kugelrillen 24, 25 bewegen. So entfernt sich die Druckscheibe 21 axial von der Stellscheibe 23, das Lamellenpaket 9 wird beaufschlagt und ein Sperrmoment in der Lamellenkupplung erzeugt. Zwischen der Stellscheibe 23 und der Druckscheibe 21 können hier nicht dargestellte Rückstellfedern angeordnet sein, um die Stellscheibe 23 bei erneutem Deaktivieren der Bremsmittel 27 wieder in die Ausgangsposition, in der die Kugeln 26 in der tiefsten
Stelle der Kugelrillen 24, 25 gehalten sind, zu drehen. Vorliegend sind vier Paare von Kugelrillen 24, 25 mit je einer Kugel 26 vorgesehen. Es ist jedoch auch eine Ausführung mit drei Paaren denkbar, welche besonders günstig ist, weil stets alle Kugeln tragen. Mehr als vier Paare von Kugelrillen 24, 25 sind sinnvoll, wenn eine hohe Tragfähigkeit erforderlich ist.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung mit Axialverstellvorrichtung. Da Aufbau und Funktionsweise weitestgehend der Ausführungsform nach Figur 1 entsprechen, wird auf obige Beschreibung Bezug genommen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern, unterschiedliche Bauteile mit um eins gestrichenen Bezugsziffern versehen. Im Unterschied zur Axialverstellvorrichtung nach Figur 1 hat die vorliegende Axialverstellvorrichtung 2' eine Stütz- scheibe 28, die im Kupplungsgehäuse 22' drehfest gehalten und axial abgestützt ist, und eine Stellscheibe 29, die gegenüber der Stützscheibe 28 über Antriebsmittel 30 verdrehbar und axial verschiebbar gehalten ist. In einander zugewandten Stirnflächen haben die Stützscheibe 28 und die Stellscheibe 29 mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen 24, 25, wobei in einem Paar von gegenüberliegenden Kugelrillen 24, 25 jeweils eine Kugel 26 geführt ist. Die Antriebsmittel 30 weisen einen elektronischen Stellmotor 31 auf, dessen Welle 32 ein Ritzel 33 trägt. Dieses Ritzel 33 ist mit einem Verzahnungsabschnitt 34 der Stellscheibe 29 zur Drehmomentübertragung im Eingriff. Durch Betätigen des Stellmotors 31 wird die Stellscheibe 29 gegenüber der Stützscheibe 28 verdreht, so daß die Kugeln 26 in den Kugelril- len 24, 25 in Richtung Stirnfläche bewegen. So entfernt sich die Stellscheibe 29 axial von der Stützscheibe 28 und wirkt über ein Axiallager 35 auf die Druckscheibe 21 im Schließsinn. Für bestimmte Anwendungsfälle, in denen besonders hohe Axialkräfte aufgebracht werden müssen, kann zwischen der Welle 32 und dem Ritzel 33 auch eine Untersetzungsstufe vorgesehen sein.
In Figur 3 sind verschiedene alternative Ausführungsformen von Rampenanordnungen für Axialverstellvorrichtungen nach den Figuren 1 und 2 gezeigt. Die unterschiedlichen Ausführungsformen sind jeweils mit gestrichenen Bezugsziffern versehen. Da die Rampenanordnung 20 nach Figur 3a) derjenigen aus Figur 1 entspricht wird auf obige Beschreibung Bezug genommen. Es ist ersichtlich, daß die erste Scheibe 23, 29 zur zweiten Scheibe 21 , 28 in beide entgegengesetzte Drehrichtungen verdreht werden kann, was durch die Pfeile dargestellt ist. Im Gegensatz zu dieser Ausführungsform hat die Rampenanordnung 20' nach Figur 3b) eine erste Scheibe 23', 29', die nur in einem Drehsinn gegenüber der zweiten Scheibe 21 , 28 verdreht werden kann. Die Kugelrillen 24', 25' steigen von der tiefsten Stelle, die als Anschlagfläche ausgebildet ist, zur Stirnfläche hin nur in eine Richtung an, wobei der Verlauf der Kugelrillen 24', 25' einander entgegengerichtet ist. Die Ausführungsform nach Figur 3c) entspricht hinsichtlich ihrer Funktion derjenigen nach Figur 3a). Die erste Scheibe 23", 29" kann relativ zur zweiten Scheibe 21", 28" erste Scheibe 23", 29" kann relativ zur zweiten Scheibe 21", 28" in beide Drehrichtungen verdreht werden. Anstelle von Kugelrillen sind hier in der Abwicklung sinusförmige Rampen 36, 37 vorgesehen, die bei Verdrehung der beiden Scheiben zueinander unmittelbar aufeinander abgleiten. Dabei wird die erste Scheibe 23", 29" von der zweiten Scheibe 21", 28" axial weggedrückt. In Figur 3d) ist eine Rampenanordnung 20'" mit einer ersten Scheibe 23'", 29'" und einer zweiten Scheibe 21 "', 28'" dargestellt, die Rampen 36', 37' mit sägezahnartigem Profil in der Abwicklung betrachtet aufweisen. Auf diese Weise ist eine Verdrehung der ersten Scheibe 23'", 29'" gegenüber der zweiten Scheibe 21'", 28'" nur in eine Richtung möglich, wohingegen sie in entgegengesetzter Richtung gesperrt ist.
Lamellenkupplung mit konischen Lamellen
Bezugszeichenliste
1 Lamellenkupplung
2 Axialverstellvorrichtung 3 erste Welle
4 zweite Welle 5 Außenlamellenträger 6 Außenlamelle 7 Innenlamellenträger 8 Innenlamelle 9 Lamellenpaket
10 Axiallager
11 Lagerabschnitt
12 Radiallager
13 Konusfläche
14 Reibfläche
15 Reibfläche 16 Radialabschnitt 17 Konusabschnitt 18 Radialabschnitt 19 Konusabschnitt
20 Rampenanordnung
21 Druckscheibe 2 Kupplungsgehäuse 3 Stellscheibe 4 Kugelrille 5 Kugelrille 6 Kugel 7 Bremsmittel 8 Stützscheibe 9 Stellscheibe 0 Antriebsmittel 1 Stellmotor
32 Welle
33 Ritzel
34 Verzahnungsabschnitt
35 Axiallager
36 Rampe
37 Rampe
Φ Winkel
M Reibungskoeffizient
X Drehachse

Claims

Lamellenkupplung mit konischen LamellenPatentansprüche
1. Lamellenkupplung (1) mit einer Axialverstellvorrichtung (2) zur Betätigung, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen um eine Drehachse (X) drehbaren Außenlamellenträger (5), in dem Außenlamellen (6) drehfest und axial verschiebbar gehalten sind, und einen zum Außenlamellenträger (5) koaxialen Innenlamellenträger (7), auf dem Innenlamellen (8) drehfest und axial verschiebbar gehalten sind, wobei die Außenlamellen (6) und die Innenlamellen (8) axial abwechselnd zueinander angeordnet sind und konische Reibflächen aufweisen, wobei die Axialverstellvorrichtung (2) in Form einer Rampenanordnung (20) gestaltet ist.
2. Lamellenkupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zum Beaufschlagen der Lamellenkupplung (1 ) eine Druckscheibe (21 ) mit einer konischen Druckfläche vorgesehen ist.
3. Lamellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel φ, den die Reibflächen jeweils mit der Drehachse X einschließen, zwischen 90° und einem Selbshemmungswinkel liegt.
. Lamellenkupplung nach 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampenanordnung (20) die Druckscheibe (21 ) und eine Stellscheibe (23) umfaßt, die - in unbetätigtem Zustand - gemeinsam um die Drehachse (X) umlaufen, wobei die Stellscheibe (23) über Bremsmittel (27) gegenüber einem Kupplungsgehäuse (22) abgebremst werden kann.
5. Lamellenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellscheibe (23) in einem Kupplungsgehäuse (22) mittels eines Axiallagers (10) drehbar gelagert und axial abgestützt ist.
6. Lamellenkupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellscheibe (23) und die Druckscheibe (21) in einander zugewandten Stirnflächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen (24, 25) haben, wobei in einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen (24, 25) jeweils eine Kugel (26) geführt ist.
7. Lamellenkupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellscheibe (23) und die Druckscheibe (21) in einander zugewandten Stirnflächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche und gegengleich gestaltete Rampen (36, 37) haben.
8. Lamellenkupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampenanordnung (20) eine Stützscheibe (28) und eine Stellscheibe (29) umfaßt, wobei die Stützscheibe (28) im Kupplungsgehäuse (22) drehfest gehalten und axial abgestützt ist und die Stellscheibe (29) über Antriebsmittel (30) gegenüber dieser verdreht und zum Beaufschlagen der Druckscheibe (21) axial verstellt werden kann.
9. Lamellenkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stellscheibe (29) und der Druckscheibe (21) ein Axiallager (35) zur Kraftübertragung auf das Lamellenpaket (9) vorgesehen ist.
10. Lamellenkupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (28) und die Stellscheibe (29) in einander zugewandten Stirnflächen mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche Kugelrillen (24, 25) haben, wobei in einem Paar von einander gegenüberliegenden Kugelrillen (24, 25) jeweils eine Kugel (26) geführt ist.
11. Lamellenkupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützscheibe (28) und die Stellscheibe (29) in einander zugewandten Stirnflächen jeweils mehrere in Umfangsrichtung tiefenveränderliche und gegengleich gestaltete Rampen (36, 37) haben.
2. Lamellenkupplung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Stellscheibe (29) einen Verzahnungsabschnitt (34) aufweist, in das ein von den Antriebsmitteln (30) angetriebenes Ritzel (33) zur Drehmomentübertragung eingreift.
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