WO2008095648A1

WO2008095648A1 - Kupplungsanordnung

Info

Publication number: WO2008095648A1
Application number: PCT/EP2008/000812
Authority: WO
Inventors: Frank GÜNTER
Original assignee: Borgwarner Inc.
Priority date: 2007-02-03
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2008-08-14
Also published as: JP2010518325A; CN101583806B; US20100025181A1; EP2129928A1; CN101583806A; JP5636190B2; DE102007005461A1; EP2129928B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsanordnung mit einer gehäusefesten Komponente (4), einem Kolben (1), der relativ zur gehäusefesten Komponente (4) um eine Rotationsachse (ω) rotierbar angeordnet ist, einer hohlzylinderförmigen bzw. ringförmigen Kammer (15), die den Kolben (1) in dessen stirnseitigem Bereich umgibt, und einer Leitungsanordnung (5), die zum Leiten eines Druckmediums zur Kolbenbetätigung durch die gehäusefeste Komponente (4) zur Kammer (15) führt, wobei die Kammer (15) als Bestandteil der einen Zylinder ausbildenden gehäusefesten Komponente (4) ausgebildet ist und wobei der Kolben (1) in der Kammer (15) rotierbar angeordnet ist.

Description

Beschreibung

Kupplungsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsanordnung mit den oberbegriffliehen Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Fig. 7 zeigt eine beispielhafte Einfachkupplung gemäß dem Stand der Technik mit rotierendem Kolben 1 in Form eines Hohlzylinders, dessen Stirnseite in eine hohlzylinderförmige bzw. ringförmige Kammer 15 eines aus mehreren Komponenten gebildeten hohlzylinderförmigen Zylinders 4, 4' ragt. Der Zylinder 4, 4' ist ausgelegt, zusammen mit dem Kolben 1 um eine Rotationsachse relativ zu gehäusefesten Komponenten zu rotieren. Alternativ zu einer solchen Kupplungsanordnung, bei der beide Elemente, das heißt Kolben 1 und Zylinder 4, 4' um die Rotationsachse rotieren, sind auch Zylinderanordnungen bekannt, bei denen beide Elemente, das heißt Kolben und Zylinder, gehäusefest angeordnet sind.

Derartige Anordnungen weisen eine Vielzahl von Nachteilen auf. Neben Kolbendichtelementen 2a, insbesondere

Lippendichtelementen, zur Abdichtung des Kolbens 1 relativ zur Wandung der Kammer 15 müssen zusätzlich Drehdurchführungsdichtungen zur Abdichtung des Übergangs einer Leitungsanordnung 5 von einer gehäusefesten Komponente 16 zu den rotierenden Komponenten ausgebildet werden. Insbesondere die zusammen mit dem Kolben 1 rotierenden Kolbendichtelemente 2a bergen die Gefahr einer Leckage. Insbesondere die in üblichen Systemen eingesetzten Kolbendichtungen erfordern eine sorgfältige Montage, da diese Kolbendichtungen oft gegen die Vorzugsrichtung in den Zylinder eingeführt werden müssen. Dabei können die Lippen einer solchen Dichtung umklappen und zum Totalausfall des Systems führen. Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht in der ungünstigen Hysterese von Lippendichtungen . Ein weiterer Nachteil einer solchen Anordnung besteht oft in dem Erfordernis eines Fliehöl-Druckkompensationskolbens . Bei solchen Bauformen kann sich ein Fliehöldruck aufbauen, der durch geeignete Maßnahmen, wie z.B. eine Rückstellfeder oder einen Kompensationskolben, kompensiert werden muss. Ein solcher Kompensationskolben ist erforderlich, um einen Fliehöldruck zu kompensieren, welcher in einem rotierenden Ölzuführungskanal als rotierendem Abschnitt der Leitungsanordnung durch Rotation entsteht.

Zwingend erforderlich ist auch eine Betätigungskolben- Rückstellfeder 3, um eine Rückstellung des Kolbens 1 über die verschiedenen fahrbaren Rotationsgeschwindigkeiten hinweg gegen den Druck in der Kammer sicherzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine

Kupplungsanordnung mit einem verbesserten Aufbau vorzuschlagen, wobei die Kupplungsanordnung insbesondere eine Fliehöldruckkompensation entbehrlich oder nur in reduziertem Umfang erforderlich machen soll.

Diese Aufgabe wird durch die Kupplungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Bevorzugt wird demgemäß eine Kupplungsanordnung mit einer gehäusefesten Komponente, einem Kolben, der relativ zur gehäusefesten Komponente um eine Rotationsachse rotierbar angeordnet ist, einer den Kolben zumindest teilweise umgebenden Kammer und einer Leitungsanordnung, die zum Leiten eines Druckmediums zur Kolbenbetätigung durch die gehäusefeste Komponente zur Kammer führt. Die Kupplungsanordnung wird dadurch vorteilhaft, dass die Kammer als Bestandteil der gehäusefesten Komponente ausgebildet ist und der Kolben zumindest mit seinem stirnseitigen Bereich in der Kammer rotierbar angeordnet ist. Mit anderen Worten rotiert der Kolben in seinem den Druckraum begrenzenden und zugleich feststehenden Zylinder, der so als ein Teil des Getriebegehäuses bzw. einer damit fest verbundenen Komponente ausgebildet sein kann. Der Kolben ist ferner vorteilhaft zumindest stirnseitig hohlzylinderförmig ausgebildet und die Kammer ring- oder hohlzylinderförmig ausgebildet. Die Kammer umgibt den Kolben entsprechend vorzugsweise in dessen stirnseitigem Bereich.

Bei einer derart aufgebauten und hydraulisch betätigten Kupplungsanordnung in Form einer Einfachkupplung oder auch Mehrfachkupplung ist somit der überwiegende Teil der

Kolbenölseite stationär. Dadurch baut sich kein oder nur ein geringer Fliehöldruck auf. Ein Fliehkraftausgleich gegen ein üblicherweise als Druckmedium eingesetztes Hydraulik-Öl kann entfallen. Mit anderen Worten wird nur ein Teil des zur Druckbeaufschlagung des Kolbens verwendeten Kolbenöls oder auch gar kein Kolbenöl über Leitungsabschnitte zugeführt, welche sich in Rotation um eine Rotationsachse befinden und welche sich dabei in radialer Richtung verlaufend seitlich der Rotationsachse erstrecken.

Vorteilhaft sind Anordnungen, bei denen Dichtungen, insbesondere Drehdurchführungsdichtungen zwischen Wandungen der Kammer und des Kolbens angeordnet sind. Anstelle von Drehdurchführungsdichtungen zwischen stationären drehfesten und rotierenden Komponenten im Bereich der Leitungsanordnung und zusätzlichen Kolbendichtungen zwischen Kolben und Kammer reicht somit der Einsatz von nur zwei Drehdurchführungsdichtungen aus, die gleichzeitig die axiale Bewegung des Kolbens erlauben. Die Gefahr einer zusätzlichen Leckage in den rotierenden Dichtungen entsteht praktisch nicht, da gegenüber konventionellen Systemen, welche rein axial wirken, üblicherweise als Lippendichtungen ausgeführte Dichtelemente eliminiert werden und die Funktion der axialen Verschiebbarkeit durch die ohnehin vorhandenen Drehdurchführungsdichtungen übernommen wird. Insbesondere wird auch die Montage vereinfacht, da Lippendichtungen nicht mehr erforderlich sind. Eine Vorrichtung zur Fliehkraftkompensation kann, sofern überhaupt erforderlich, gering dimensioniert sein und vorzugsweise in nur einem oberen

Rotationsgeschwindigkeitsbereich der rotierbaren Komponente wirkend vorgesehen sein. Durch die Ausführung des nichtrotierenden Zylinders, der über einen nicht-rotierenden Ölzuführungskanal in Form der Leitungsanordnung mit Drucköl beaufschlagt werden kann, kann sich kein nennenswerter Fliehöldruck aufbauen, welcher in konventionellen Systemen üblicherweise durch einen Fliehöldruck-Kompensationskolben oder eine stärker dimensionierte Rückstellfeder kompensiert werden muss. Auf eine Fliehöl-Kompensationseinrichtung kann daher gemäß der bevorzugten Ausführungsform ganz verzichtet werden. Alternativ kann eine solche Kompensationsanordnung zumindest geringer dimensioniert und nur bei beispielsweise sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten eingesetzt werden.

Vorteilhaft ist insbesondere, dass sich bei einer solchen Anordnung rotierende Kolben ständig in Relativbewegung befinden und daher im Fall einer axialen Betätigung eine nur sehr kleine Hysterese aufweisen, was für die Regelbarkeit des Gesamtsystems sehr günstig ist.

Ein weiterer Vorteil einer solchen Kupplungsanordnung besteht darin, dass eine Betätigungskolben-Rückstellfeder sehr schwach ausgeführt werden kann oder sogar komplett entfallen kann, da sich der Kolben als Betätigungskolben für ein Lamellenpaket bei einer solchen Bauform sehr leicht öffnet und daher durch die Öffnungskraft im Lamellenpaket selbst hinreichend zurückgestellt wird. Dies vereinfacht die Ausführung eines solchen Rückstellelements und erhöht den Wirkungsgrad, da auch bei niedrigen Drehzahlen ein größtmöglicher Anteil des Betätigungsdrucks auch zur axialen Anpressung des Lamellenpakets zur Verfügung steht und nicht teilweise durch die Rückstellfeder reduziert wird. Vorteilhaft ist auch eine Anordnung, bei der eine auftretende Axialkraft über eine getriebeseitige Welle und über ein Lager der getriebeseitigen Welle in ein Gehäuse der Kupplungsanordnung rückgeführt wird. Dabei können die in üblicher Weise als Schrägverzahnung ausgeführten Zahnrädern auftretende Axialkräfte kompensiert werden. Entsprechend kann der Antrieb auch über eine Eingangsscheibe oder über ein Ketten- bzw. Zahnrad erfolgen.

Die Umsetzung des vorteilhaften Prinzips einer solchen Kupplungsanordnung ist vorteilhaft nicht nur in einer Einfachkupplung sondern auch in Mehrfachkupplungen anwendbar. Solche Kupplungen können dabei mit oder ohne integriertem Torsionsschwingungsdämpfer ausgebildet sein.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei werden verschiedene Ausführungsformen anhand verschiedener Figuren skizziert, wobei in den verschiedenen Figuren verwendete gleich lautende Bezugszeichen für gleiche oder gleichwirkende Komponenten und/oder Funktionen stehen, so dass eine Beschreibung vorzugsweise nur anhand jeweils einer einzelnen der Figuren vorgenommen wird und Mehrfachbeschreibungen zu den übrigen Figuren entfallen können. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Einfachkupplung mit rotierendem Kolben in stehendem Zylinder gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der eine Axialkraft über geeignete Lagerung in der Kupplung abgestützt ist,

Fig. 2 einen Axialkraftfluss im Betätigungsfall der Kupplung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine alternative Einfachkupplung mit rotierendem Kolben in stehendem Zylinder, wobei die Axialkraft der Kupplungsbetätigung über ein Getriebelager abgestützt ist, Fig. 4 einen Axialkraftfluss im Betätigungsfall der Kupplung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Doppelkupplung mit rotierenden Kolben in stehendem Zylinder,

Fig. 6 eine Doppelkupplung mit rotierenden Kolben in stehendem Zylinder und mit einem integrierten Torsionsschwingungsdämpfer und

Fig. 7 eine Einfachkupplung mit rotierendem Kolben in rotierendem Zylinder gemäß dem Stand der Technik.

Wie dies aus Fig. 1 und auch den weiteren Figuren 2 bis 6 ersichtlich ist, wird bei einer Mehrscheibenkupplung ein Motordrehmoment über einen Antriebsflansch 8 auf einen antriebsseitigen Lamellenträger 9 übertragen. Durch Aufbringen einer Axialkraft auf ein im antriebsseitigen Lamellenträger 9 angeordnetes Lamellenpaket 12 mittels eines hohlzylinderförmigen bzw. ringförmigen Kolbens 1, welcher als ein Kupplungs-Betätigungskolben ausgebildet ist, wird im Lamellenpaket 12 ein Reibmoment auf einen getriebeseitigen Lamellenträger 10 übertragen. Bei diesen Komponenten handelt es sich um Komponenten, welche zusammen mit dem Antriebsflansch 8 rotationsfest an einer Antriebswelle gelagert sind, so dass diese Komponenten um eine gemeinsame Rotationsachse ω rotieren. Die Antriebswelle und darüber der Antriebsflansch 8, der antriebswellenseitige Lamellenträger 9, das Lamellenpaket 12, der getriebeseitige Lamellenträger 10 und der Kolben 1 sind somit gemeinsam in Rotation versetzbar innerhalb eines Gehäuses einer solchen Kupplungsanordnung gelagert.

In üblicher Art und Weise ragt der Kolben 1 mit seiner mit einem Druckmedium, insbesondere Hydraulik-Öl beaufschlagbaren Stirnseite in eine hohlzylinderförmige bzw. ringförmige Kammer 15 hinein. Die Kammer 15 ist Bestandteil einer gehäusefesten Komponente 4, welche somit einen in einem Getriebe bzw. Gehäuse feststehenden hohlzylinderförmigen Zylinder ausbildet. Bei einer solchen Anordnung rotiert somit ein zylinderförmig aufgebauter Kolben 1 in einer gehäusefest angeordneten Kammer 15 des durch die gehäusefeste Komponente 4 ausgebildeten Zylinders .

Zwischen innenseitigen und außenseitigen Wandungen der Kammer 15 und des Kolbens 1 sind Dichtungselemente 2 ausgebildet, welche vorzugsweise als Drehdurchführungsdichtungen ausgebildet sein können. Die Dichtungselemente 2 werden vorteilhaft sowohl zur hydraulischen Abdichtung der Drehbewegung des Kolbens 1 relativ zur gehäusefesten Komponente 4 als auch zur Abdichtung der Axialbewegung bei einer Kolbenbetätigung des Kolbens 1 eingesetzt.

Optional, jedoch bei derartigen Ausführungsformen nicht mehr zwingend erforderlich, ist in Wirkrichtung rückseitig des Kolbens 1 eine Rückstellfeder 3 angeordnet. Die Rückstellung des Kolbens 1 kann, sofern überhaupt erforderlich, direkt über ein geeignetes Federelement in Form der Rückstellfeder 3 an einem ebenfalls mit der Eingangsdrehzahl rotierenden Steg des antriebsseitigen Lamellenträgers 9 erfolgen.

Eine Leitungsanordnung 5 zum Zuführen des Druckmediums in die Kammer 15 kann vorteilhaft ausschließlich durch nicht rotierende Elemente wie die den Zylinder ausbildenden gehäusefeste Komponente 4 bis zur Kammer 15 hin geführt werden.

Fig. 2 zeigt einen Axialkraftfluss im Betätigungsfall der Kupplung gemäß Fig. 1. Die Axialkräfte werden auf relativ direktem und kurzem Weg übertragen und ermöglichen eine sehr kleine Hysterese durch Ausführung der Dichtungen als rotierende Dichtungen, was die Regelbarkeit des Systems günstig macht. Der kurze Weg bewirkt eine kleinere Elastizität von beteiligten Komponenten des Systems. Daraus folgt einer weitere Verringerung der Hysterese. Fig. 3 zeigt eine alternative Einfachkupplung mit einem rotierenden Kolben 1 in einem stehenden Zylinder, welcher wiederum durch eine gehäusefeste Komponente 4 ausgebildet ist. In vorteilhafter Art und Weise wird eine Axialkraft der Kupplungsbetätigung über ein Getriebelager 17 abstützbar.

Fig. 4 zeigt den im Wesentlichen nur axial gerichteten Kraftfluss im Betätigungsfall einer Kupplung gemäß Fig. 3 Dargestellt ist dabei sowohl der Axialkraftfluss in stehenden Teilen als auch der Axialkraftfluss in rotierenden Teilen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen somit eine Kupplungsanordnung, bei welcher die auftretende Axialkraft über eine getriebeseitige Welle 19 und über deren Lager in das Gehäuse rückgeführt wird. Bei einer solchen Anordnung können die in den üblicherweise als Schrägverzahnung ausgeführten Zahnrädern auftretende Axialkräfte kompensiert werden. Der Antrieb kann analog zu dem Antrieb über einen Antriebsflansch gemäß Fig. 1 über eine Eingangsscheibe oder über ein anhand Fig. 3 dargestelltes

Antriebsrad 20 in Form eines Ketten- bzw. Zahnrades erfolgen.

Fig. 5 zeigt eine Doppelkupplung mit zwei rotierenden Kolben 1 in einem stehenden Zylinder, welcher wieder durch eine oder zwei hinsichtlich der Rotationsbewegung gehäusefeste

Komponenten 4 ausgebildet wird. Insbesondere sind auch bei einer solchen Anordnung Fliehöldrücke aufgrund der Leitungsführung der Leitungsanordnung zum Zuführen der Druckmedien zu den Kammern vernachlässigbar.

Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Doppelkupplung mit zwei rotierenden Kolben 1 in einem stehenden Zylinder, wobei zusätzlich ein integrierter Torsionsschwingungsdämpfer 18 in der Kupplungsanordnung vorgesehen ist. Alle Ausführungsformen zeichnen sich dadurch aus, dass die Kolben jeweils innerhalb der ihnen zugeordneten Kammern rotieren.

Bezugszeichenliste

1 Kolben

2 Dichtungselemente

2a Kolbendichtelemente

3 Rückstellfeder

4 gehäusefeste Komponente

5 Leitungsanordnung

8 Antriebsflansch

9 antriebsseitiger Lamellenträger

10 getriebeseitiger Lamellenträger

12 Lamellenpaket

15 hohlzylinderförmige Kammer

16 gehäusefeste Komponente

17 Getriebelager

18 TorsionsSchwingungsdämpfer

19 Welle

20 Antriebsrad ω Rotationsachse

Claims

Patentansprüche

1. Kupplungsanordnung mit

- einer gehäusefesten Komponente (4), - einem Kolben (1), der relativ zur gehäusefesten Komponente (4) um eine Rotationsachse (ω) rotierbar angeordnet ist,

- einer Kammer (15), die den Kolben (1) zumindest teilweise umgibt, und

- einer Leitungsanordnung (5) , die zum Leiten eines Druckmediums zur Kolbenbetätigung durch die gehäusefeste Komponente (4) zur Kammer (15) führt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- die Kammer (15) als Bestandteil der einen Zylinder ausbildenden gehäusefesten Komponente (4) ausgebildet ist, wobei der Kolben (1) in der Kammer (15) rotierbar angeordnet ist.

2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Dichtungen (2) zwischen Wandungen der Kammer (15) und des

Kolbens (1) angeordnet sind zur hydraulischen Abdichtung der Drehbewegung und der Axialbewegung des Kolbens (1) .

3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Vorrichtung zur Fliehkraftkompensation vorgesehen ist, die eine Fliehkraftkompensation nur in einem oberen Rotationsgeschwindigkeitsbereich der rotierbaren Komponente bewirkt .

4. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Axialkraft über eine getriebeseitige Welle (19) und deren Lager in ein Gehäuse der Kupplungsanordnung oder das Getriebegehäuse rückführbar ist.

5. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass diese mit zumindest einem weiteren Kolben als Mehrkolben- Kupplungsanordnung ausgebildet ist, wobei auch der weitere Kolben (1) rotierbar in einer dem Kolben zugeordneten Kammer (15) eines gehäusefesten Zylinders angeordnet ist.

6. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - der Kolben (1) hohlzylinderförmig, insbesondere zumindest stirnseitig hohlzylinderförmig, ausgebildet ist und - die Kammer (15) ring- oder hohlzylinderförmig ausgebildet ist.