WO2011018436A1 - Dog clutch having dog flanks inclined in the axial direction - Google Patents

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WO2011018436A1
WO2011018436A1 PCT/EP2010/061567 EP2010061567W WO2011018436A1 WO 2011018436 A1 WO2011018436 A1 WO 2011018436A1 EP 2010061567 W EP2010061567 W EP 2010061567W WO 2011018436 A1 WO2011018436 A1 WO 2011018436A1
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WO
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coupling
coupling element
clutch
axially
actuator
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PCT/EP2010/061567
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Thomas Lindner
Peter Ziemer
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/2094—Transmissions using gears with orbital motion using positive clutches, e.g. dog clutches

Definitions

  • the invention relates to a dog clutch with in the axial direction, i. in the direction of the dome movement inclined flanks according to the preamble of patent claim 1.
  • Jaw clutches are known in very different designs, for example, with the coupling elements on the front or peripherally arranged claws. They allow due to their positive connection, the transmission of large torques, in particular straight-toothed claw couplings can transmit high loads while putting low actuating and holding forces.
  • DE 10 2004 020 863 A1 shows a dog clutch with a first, axially adjustable coupling element (primary part 11) and a second coupling element (intermediate part 14) cooperating therewith, the claws of which have inclined flanks such that at a transmission of torque, the coupling elements are loaded in the release direction.
  • the actuator shift sleeve 30
  • the environmental structure such as the clutch housing.
  • the load of the second coupling element is transferred to a shaft and ultimately also received via thrust bearing of the environmental structure.
  • a dog clutch for en gear change gear is already known with arranged on the inner circumference of a shift sleeve and on the outer circumference of a gear hub claws in which the axial forces generated when the clutch is engaged in the direction of engagement repealed by a second pair of claws with oppositely inclined claw flanks and as a result should not be conducted over longer distances in the coupling structure.
  • such an arrangement is not useful if, under the aspect of increased reliability, for example in case of failure of the actuator, an independent disengagement of the clutch should be ensured under load. This applies, for example, in hydraulic actuators in the event of unintentional hydraulic pressure loss.
  • the invention has the object, a jaw clutch referred to in the preamble of claim 1, i. to provide with an in the release direction loaded adjustable coupling element in the transmission of torque, in which the axial spreading forces arising during transmission of a torque are absorbed within the actual clutch, so that they do not have to be passed into the structure surrounding the clutch, such as the clutch housing.
  • the invention is based on a dog clutch for rotational coupling of two rotatably mounted components with two mutually coaxial, each with claws occupied coupling elements, which can be brought by axial adjustment of a first of the coupling elements against the axially fixed second coupling element in and out of coupling engagement, wherein the respective cooperating Flanks of the claws are inclined in the axial direction so that upon transmission of a drive torque axial, the coupling elements marsp Schwarzende forces are generated, and comprising a drive connected to the adjustable coupling element actuator.
  • the actuator on the one hand and the axially fixed second coupling element on the other hand are axially supported in opposite directions in each case with respect to a common component in both coupling elements.
  • the first coupling element and the second coupling element Ltdsp Drettienden forces on the first coupling element holding the actuator on the one hand or the second coupling element axially fixing means on the other hand in the two coupling elements common component introduced so that the spreading forces cancel each other inside the clutch and not in the structure surrounding the clutch, such as a clutch housing, must be passed.
  • the load-dependent drag losses on thrust bearings and their wear can be significantly reduced.
  • the loads are reduced overall, which has a positive effect on the component dimensioning.
  • a dog clutch of the type described above serves to couple a drive shaft with a component to be driven.
  • the first coupling element with such a shaft is rotatably connected directly or indirectly, but axially displaceable, further comprising means are provided to support the drive connected to the first coupling element actuator axially against this shaft, and that Means are provided to axially support the second coupling element also relative to the shaft.
  • the shaft serves as both coupling elements common, the spreading forces receiving component.
  • a connection producing intermediate elements may be provided on the shaft.
  • a hub sleeve rotatably and axially immovably arranged, that the first coupling element slidably disposed on the hub shell and rotatably connected thereto, and that the actuator on the one hand and the second coupling element on the other hand opposite axially support the hub shell.
  • the hub shell in this case represents the two coupling elements common, the spreading forces receiving component and on the other hand forms the connection to the shaft, as will be explained in more detail using an exemplary embodiment.
  • a particularly favorable structural embodiment of the invention provides that the actuator is designed as a coaxial to the shaft, annular cylinder-piston assembly.
  • the piston of the actuator then preferably also forms the adjustable coupling element, and the cylinder is integrated with the hub shell to form a component. In this way, the number of components involved can be kept small, since each of these components performs several functions.
  • the the first coupling element In this arrangement, stressing spreading force is transmitted to the cylinder via the pressurized fluid in the cylinder and directly into the hub shell.
  • the second coupling element is preferably supported on the hub shell by means of a sliding disk displaceably arranged on the hub shell and a snap ring or the like axially fixed on the hub shell.
  • the hub shell itself may be axially fixed in a suitable manner on the shaft.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the hub shell is fixed in the axial direction in the coupling structure surrounding the component in both axial directions, so that the shaft can be structurally simple.
  • the second coupling element according to a further embodiment of the invention with the secondary disk carrier associated with the jaw clutch, rotatably connected to this coaxially arranged multi-plate clutch.
  • the multi-plate clutch via which, for example, a frictional coupling of the shaft to the component to be driven takes place before the dog clutch is engaged, serves as a synchronizer, via which the rotational speeds of the two coupling elements are first matched to each other before they are engaged.
  • the second coupling element can be structurally designed as a hub part of the secondary disk carrier.
  • the multi-plate clutch can also be designed as a switching element of an automatic transmission.
  • the second coupling element is designed as a hub part of a gear, which is drivingly connected to a driven via the dog clutch component, as will be explained with reference to a further embodiment.
  • This as second coupling element effective gear can be formed as a ring gear with an internal toothing.
  • Fig. 1 shows schematically a partial longitudinal section through a dog clutch of an automatic transmission
  • Fig. 2 in a similar view as Fig. 1 shows another embodiment of a dog clutch according to the invention.
  • Fig. 1 shows accordingly in a partial longitudinal section a dog clutch 2, which is annular and coaxial with a shaft 4 is arranged.
  • a dog clutch 2 which is annular and coaxial with a shaft 4 is arranged.
  • a center line 6 arranged part of the dog clutch 2 is shown.
  • the jaw clutch 2 comprises substantially on the shaft 4 via a spline 8 rotatably and with respect to the claw clutch 2 surrounding structure axially fixed hub shell 10, an integrated with the hub shell 10 cylinder 12, one axially displaceable in the cylinder 12 and a spline fourteenth with this non-rotatably connected piston 16, which at the same time forms a first coupling element 18, and a second, rotatably connected in a suitable manner with a component to be driven coupling element 20, which is axially displaceable on the hub shell 10 arranged sliding disk 22 and an axially on the hub shell 10th fixed snap ring 24 is supported.
  • the cylinder 12 and the piston 16 include a pressure space 15 between them, and thus form an actuatable by a pressure medium actuator 17 for the dog clutch second
  • the second coupling element 20 is rotatably connected via a formed on the radially outer periphery of the longitudinal teeth 26 with a radially outer, connected to the driven component outer plate carrier 28 a multi-plate clutch 30.
  • the function of the dog clutch 2 is as follows:
  • the multi-plate clutch 30 Before the dog clutch 2 is engaged by pressurizing the pressure chamber 15 via pressure fluid supply passages 32, 33, 34 formed in the shaft 4 and the hub 10, the multi-plate clutch 30 is engaged, the rotational speed of the first coupling element 18 with that of the second coupling element 20th is synchronized. Then, the pressure chamber 15 is pressurized in the cylinder 12, wherein the first coupling element 18, so the piston 16, moves in Fig. 1 to the right, so that formed on the first coupling element 18 claws 36 formed on the second coupling element 20 claws 38 in Engage, as indicated by a dashed line 40.
  • the cooperating flanks of the claws 36 and 38 are formed inclined to the axial direction corresponding to the direction of the clutch actuating movement, spreading forces, which are intended to disengage the dog clutch 2, occur when torque is transmitted.
  • the first coupling element 18 is loaded by an expanding force 42 and the second coupling element 20 by an expanding force 44.
  • the spreading force 42 acting on the first coupling element 18 is transmitted via the pressure fluid in the pressure chamber 15 to the cylinder 12, which is held axially by its integral connection with the hub shell 10.
  • the second coupling element 20 loaded by the spreading force 42 directed against the spreading force 42 is likewise axially supported by the hub shell 10 via the sliding disk 22 and the snap ring 24. In this way, the two spreading forces 42 and 44 are clutched in Tern of the hub shell 10 received, which thereby experiences an axial tensile load.
  • a support of the first coupling element 18 and of the actuating drive 17 and the second coupling element 20 by the claw coupling 2 surrounding structure is therefore not required.
  • the axially substantially unloaded hub shell 10 is fixed axially by thrust bearings 46 and 48, respectively, with respect to the structure surrounding the jaw clutch 2.
  • Fig. 2 shows a view which is substantially equal to Fig. 1, so that their structure and function does not need to be described again in detail.
  • the embodiment of FIG. 2 differs from that of FIG. 1 essentially only in that the second coupling element 50 is formed as a hub of a toothed wheel, which engages with an internal toothing 52 in the outer toothing 54 of a component 56 to be driven, which in turn with other driven components to be driven.

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Abstract

The invention relates to a dog clutch (2) for rotatably coupling two rotatably mounted components, comprising two clutch elements (18, 20) disposed coaxially with one other, each being equipped with dogs (36, 38), which clutch elements can be engaged and disengaged by an axial adjustment of a first (18) clutch element with respect to the axially stationary second clutch element (20). The respectively cooperating flanks of the dogs (36, 38) are inclined in the axial direction such that axial forces (42, 44) spreading the clutch elements (18, 20) are generated when transmitting a driving torque. The first clutch element (18) is drivingly connected to an actuator (17). The actuator (17) and the axially stationary second clutch element (20) are supported with respect to a component that is common to both clutch elements, for example a hub sleeve (10) disposed on a shaft (4), so that the spreading forces (42, 44) acting in opposite directions cancel each other within the clutch and axial support in the structure surrounding the clutch is not required.

Description

Klauenkupplung mit in axialer Richtung geneigten Klauenflanken  Claw coupling with claw flanks inclined in the axial direction
Die Erfindung betrifft eine Klauenkupplung mit in axialer Richtung, d.h. in der Richtung der Kuppelbewegung geneigten Flanken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a dog clutch with in the axial direction, i. in the direction of the dome movement inclined flanks according to the preamble of patent claim 1.
Klauenkupplungen sind in sehr unterschiedlichen Bauformen bekannt, beispielsweise mit an den Kupplungselementen stirnseitig oder peripher angeordneten Klauen. Sie erlauben aufgrund ihrer formschlüssigen Verbindung die Übertragung großer Drehmomente, wobei insbesondere geradverzahnte Klauenkupplungen hohe Lasten unter Aufbietung geringer Stell- und Haltekräfte übertragen können. Jaw clutches are known in very different designs, for example, with the coupling elements on the front or peripherally arranged claws. They allow due to their positive connection, the transmission of large torques, in particular straight-toothed claw couplings can transmit high loads while putting low actuating and holding forces.
Es ist auch allgemeiner Stand der Technik, die zusammenwirkenden Flanken der Klauen in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Kuppelbewegung geneigt auszubilden, um bestimmte technische Effekte zu erzielen, mit der Folge, dass bei der Übertragung eines Drehmomentes zugleich axiale Kräfte erzeugt werden, die das verstellbare Kupplungselement beispielsweise in Ausrückrichtung und das andere Kupplungselement in der Gegenrichtung belastenden, wobei diese axialen Kräfte in geeigneter Weise von Bauteilen der die Kupplung umgebenden Struktur aufgenommen werden müssen. It is also generally known in the art that the cooperating flanks of the jaws in the axial direction, i. inclined in the direction of the dome to form to achieve certain technical effects, with the result that at the same time axial forces are generated in the transmission of a torque, which loads the adjustable coupling element, for example in the disengaging and the other coupling element in the opposite direction, said axial forces be taken in a suitable manner by components of the structure surrounding the coupling.
So zeigt die DE 10 2004 020 863 A1 insbesondere in deren Figuren 3 und 5 eine Klauenkupplung mit einem ersten, axial verstellbaren Kupplungselement (Primärteil 1 1 ) und einem damit zusammenwirkenden zweiten Kupplungselement (Zwischenteil 14), deren Klauen geneigte Flanken derart aufweisen, dass bei einer Übertragung eines Drehmomentes die Kupplungselemente in Ausrückrichtung belastet werden. Dabei wird der Stellantrieb (Schaltmuffe 30) durch das erste Kupplungselement axial belastet, und er muss in geeigneter Weise durch die Umgebungsstruktur, beispielsweise das Kupplungsgehäuse, abgestützt werden. Die Belastung des zweiten Kupplungselementes wird auf eine Welle übertragen und letztlich ebenfalls über Axiallager von der Umgebungsstruktur aufgenommen. Auf diese Weise durchlaufen die von den Klauen erzeugten Spreizkräfte lange Wege durch die Gesamtstruktur und verursachen an den jeweiligen Übertragungspunkten von einem Strukturelement auf das nächste sowohl Energieverluste als auch Verschleiß, was gegebenenfalls durch eine entsprechend stärkere bzw. größere Dimensionierung der beteiligten Bauelemente unvorteilhaft ausgeglichen werden muss. Thus, DE 10 2004 020 863 A1, in particular in FIGS. 3 and 5 thereof, shows a dog clutch with a first, axially adjustable coupling element (primary part 11) and a second coupling element (intermediate part 14) cooperating therewith, the claws of which have inclined flanks such that at a transmission of torque, the coupling elements are loaded in the release direction. In this case, the actuator (shift sleeve 30) is axially loaded by the first coupling element, and it must be suitably supported by the environmental structure, such as the clutch housing. The load of the second coupling element is transferred to a shaft and ultimately also received via thrust bearing of the environmental structure. In this way, the spreading forces generated by the jaws go through long ways through the forest and cause at the respective transfer points of one structural element to the next both energy losses and wear, which must be compensated unfavorably by a correspondingly larger or larger dimensions of the components involved ,
Aus der DE 1 140 032 B ist bereits eine Klauenkupplung für en Zahnräderwechselgetriebe mit am Innenumfang einer Schaltmuffe und am Außenumfang einer Zahnradnabe angeordneten Klauen bekannt, bei der die bei eingerückter Kupplung in Einrückrichtung erzeugten Axialkräfte durch eine zweite Klauenpaarung mit entgegengesetzt geneigten Klauenflanken aufgehoben und infolge dessen nicht über längere Wege in die Kupplungsstruktur geleitet werden. Eine derartige Anordnung ist jedoch dann nicht brauchbar, wenn unter dem Aspekt erhöhter Funktionssicherheit beispielsweise bei Versagen des Stellantriebes ein selbstständiges Ausrücken der Kupplung unter Last gewährleistet werden soll. Dies gilt beispielsweise bei hydraulischen Stellantrieben für den Fall eines unbeabsichtigten Hydraulikdruckverlustes. From DE 1 140 032 B, a dog clutch for en gear change gear is already known with arranged on the inner circumference of a shift sleeve and on the outer circumference of a gear hub claws in which the axial forces generated when the clutch is engaged in the direction of engagement repealed by a second pair of claws with oppositely inclined claw flanks and as a result should not be conducted over longer distances in the coupling structure. However, such an arrangement is not useful if, under the aspect of increased reliability, for example in case of failure of the actuator, an independent disengagement of the clutch should be ensured under load. This applies, for example, in hydraulic actuators in the event of unintentional hydraulic pressure loss.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Klauenkupplung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, d.h. mit einem bei der Übertragung eines Drehmomentes in Ausrückrichtung belasteten verstellbaren Kupplungselement zu schaffen, bei der die bei Übertragung eines Drehmomentes entstehenden axialen Spreizkräfte innerhalb der eigentlichen Kupplung aufgenommen werden, so dass diese nicht in die die Kupplung umgebende Struktur, beispielsweise das Kupplungsgehäuse geleitet werden müssen. Against this background, the invention has the object, a jaw clutch referred to in the preamble of claim 1, i. to provide with an in the release direction loaded adjustable coupling element in the transmission of torque, in which the axial spreading forces arising during transmission of a torque are absorbed within the actual clutch, so that they do not have to be passed into the structure surrounding the clutch, such as the clutch housing.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruches, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es möglich sein sollte, die zueinander entgegengesetzt gerichteten Spreizkräfte über ein beiden Kupplungselementen gemeinsames Bauteil innerhalb der eigentlichen Kupplung aufzunehmen. The solution of this problem arises from the features of the main claim, while advantageous embodiments and further developments of the invention are the dependent claims can be removed. The invention is based on the finding that it should be possible to receive the mutually oppositely directed spreading forces via a component common to both coupling elements within the actual coupling.
Demnach geht die Erfindung aus von einer Klauenkupplung zur Drehkopplung zweier drehbar gelagerter Bauteile mit zwei zueinander koaxialen, jeweils mit Klauen besetzten Kupplungselementen, die durch axiale Verstellung eines ersten der Kupplungselemente gegenüber dem axial festen zweiten Kupplungselement in und außer Kupplungseingriff bringbar sind, wobei die jeweils zusammenwirkenden Flanken der Klauen in axialer Richtung so geneigt sind, dass bei Übertragung eines Antriebsmomentes axiale, die Kupplungselemente auseinanderspreizende Kräfte erzeugt werden, und umfassend einen mit dem verstellbaren Kupplungselement antriebsverbundenen Stellantrieb. Accordingly, the invention is based on a dog clutch for rotational coupling of two rotatably mounted components with two mutually coaxial, each with claws occupied coupling elements, which can be brought by axial adjustment of a first of the coupling elements against the axially fixed second coupling element in and out of coupling engagement, wherein the respective cooperating Flanks of the claws are inclined in the axial direction so that upon transmission of a drive torque axial, the coupling elements auseinanderspreizende forces are generated, and comprising a drive connected to the adjustable coupling element actuator.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass der Stellantrieb einerseits und das axial feste zweite Kupplungselement andererseits sich jeweils gegenüber einem beiden Kupplungselementen gemeinsamen Bauteil in entgegengesetzten Richtungen axial abstützen. To achieve the object, it is provided that the actuator on the one hand and the axially fixed second coupling element on the other hand are axially supported in opposite directions in each case with respect to a common component in both coupling elements.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden die das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement auseinanderspreizenden Kräfte über den das erste Kupplungselement haltenden Stellantrieb einerseits bzw. die das zweite Kupplungselement axial fixierenden Mittel andererseits in das beiden Kupplungselementen gemeinsame Bauteil eingeleitet, so dass sich die Spreizkräfte kupplungsintern gegeneinander aufheben und nicht in die die Kupplung umgebende Struktur, beispielsweise ein Kupplungsgehäuse, geleitet werden müssen. Auf diese Weise können die lastabhängigen Schleppverluste an Axiallagern und deren Verschleiß deutlich reduziert werden. Die Belastungen werden insgesamt verringert, welches sich positiv auf die Bauteildimensio- nierung auswirkt. In vielen Fällen dient eine Klauenkupplung der oben beschriebenen Art dazu, eine Antriebswelle mit einem anzutreibenden Bauteil zu kuppeln. In diesem Fall ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass das erste Kupplungselement mit einer derartigen Welle direkt oder indirekt drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden ist, dass ferner Mittel vorgesehen sind, um den mit dem ersten Kupplungselement antriebsverbundenen Stellantrieb axial gegenüber dieser Welle abzustützen, und dass Mittel vorgesehen sind, um das zweite Kupplungselement ebenfalls gegenüber der Welle axial abzustützen. In diesem Fall dient die Welle als beiden Kupplungselementen gemeinsames, die Spreizkräfte aufnehmendes Bauteil. Due to the arrangement according to the invention, the first coupling element and the second coupling element auseinanderspreizenden forces on the first coupling element holding the actuator on the one hand or the second coupling element axially fixing means on the other hand in the two coupling elements common component introduced so that the spreading forces cancel each other inside the clutch and not in the structure surrounding the clutch, such as a clutch housing, must be passed. In this way, the load-dependent drag losses on thrust bearings and their wear can be significantly reduced. The loads are reduced overall, which has a positive effect on the component dimensioning. In many cases, a dog clutch of the type described above serves to couple a drive shaft with a component to be driven. In this case, it is provided according to the invention that the first coupling element with such a shaft is rotatably connected directly or indirectly, but axially displaceable, further comprising means are provided to support the drive connected to the first coupling element actuator axially against this shaft, and that Means are provided to axially support the second coupling element also relative to the shaft. In this case, the shaft serves as both coupling elements common, the spreading forces receiving component.
Wie bereits angedeutet, muss zwischen dem ersten Kupplungselement, dem Stellantrieb und dem zweiten Kupplungselement einerseits und der Welle andererseits keine direkte Verbindung bestehen. Vielmehr können auch eine Verbindung herstellende Zwischenelemente vorgesehen sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Welle eine Nabenhülse drehfest und axial unverschiebbar angeordnet ist, dass das erste Kupplungselement auf der Nabenhülse verschiebbar angeordnet und mit dieser drehfest verbunden ist, und dass der Stellantrieb einerseits und das zweite Kupplungselement andererseits sich gegenüber der Nabenhülse axial abstützen. Die Nabenhülse stellt in diesem Fall das beiden Kupplungselementen gemeinsame, die Spreizkräfte aufnehmende Bauteil dar und bildet andererseits die Verbindung zu der Welle, wie anhand eines Ausführungsbeispieles noch genauer dargelegt wird. As already indicated, there must be no direct connection between the first coupling element, the actuator and the second coupling element on the one hand and the shaft on the other hand. Rather, a connection producing intermediate elements may be provided. According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that on the shaft, a hub sleeve rotatably and axially immovably arranged, that the first coupling element slidably disposed on the hub shell and rotatably connected thereto, and that the actuator on the one hand and the second coupling element on the other hand opposite axially support the hub shell. The hub shell in this case represents the two coupling elements common, the spreading forces receiving component and on the other hand forms the connection to the shaft, as will be explained in more detail using an exemplary embodiment.
Eine besonders günstige konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Stellantrieb als zu der Welle koaxiale, ringförmige Zylinder- Kolben-Anordnung ausgebildet ist. Der Kolben des Stellantriebes bildet dann vorzugsweise zugleich das verstellbare Kupplungselement, und der Zylinder ist mit der Nabenhülse zu einem Bauteil integriert. Auf diese Weise kann die Anzahl der beteiligten Bauelemente klein gehalten werden, da jedes dieser Bauelemente mehrere Funktionen übernimmt. Die das erste Kupplungselement belastende Spreizkraft wird bei dieser Anordnung über das in dem Zylinder befindliche Druckfluid auf den Zylinder und von diesem direkt in die Nabenhülse übertragen. A particularly favorable structural embodiment of the invention provides that the actuator is designed as a coaxial to the shaft, annular cylinder-piston assembly. The piston of the actuator then preferably also forms the adjustable coupling element, and the cylinder is integrated with the hub shell to form a component. In this way, the number of components involved can be kept small, since each of these components performs several functions. The the first coupling element In this arrangement, stressing spreading force is transmitted to the cylinder via the pressurized fluid in the cylinder and directly into the hub shell.
Das zweite Kupplungselement stützt sich in diesem Fall vorzugsweise über eine auf der Nabenhülse verschiebbar angeordnete Gleitscheibe und einen auf der Nabenhülse axial fest angeordneten Sprengring oder dergleichen an der Nabenhülse ab. In this case, the second coupling element is preferably supported on the hub shell by means of a sliding disk displaceably arranged on the hub shell and a snap ring or the like axially fixed on the hub shell.
Die Nabenhülse selbst kann in geeigneter Weise auf der Welle axial fixiert sein. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch vor, dass die Nabenhülse über Axiallager in der die Kupplung umgebenden Bauteilestruktur in beiden Achsrichtungen fixiert ist, so dass die Welle konstruktiv einfach ausgebildet sein kann. The hub shell itself may be axially fixed in a suitable manner on the shaft. A preferred embodiment of the invention, however, provides that the hub shell is fixed in the axial direction in the coupling structure surrounding the component in both axial directions, so that the shaft can be structurally simple.
Das zweite Kupplungselement kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit dem sekundären Lamellenträger einer der Klauenkupplung zugeordneten, zu dieser koaxial angeordneten Lamellenkupplung drehverbunden sein. Die Lamellenkupplung, über die beispielsweise eine reibschlüssige Ankopplung der Welle an das anzutreibende Bauteil erfolgt, bevor die Klauenkupplung eingerückt wird, dient dabei als Synchronisiereinrichtung, über die die Drehzahlen der beiden Kupplungselemente zunächst aneinander angeglichen werden, bevor diese eingerückt werden. Das zweite Kupplungselement kann dabei konstruktiv als Nabenteil des sekundären Lamellenträgers ausgebildet sein. Die Lamellenkupplung kann aber auch als Schaltelement eines Automatgetriebes ausgebildet sein. The second coupling element according to a further embodiment of the invention with the secondary disk carrier associated with the jaw clutch, rotatably connected to this coaxially arranged multi-plate clutch. The multi-plate clutch, via which, for example, a frictional coupling of the shaft to the component to be driven takes place before the dog clutch is engaged, serves as a synchronizer, via which the rotational speeds of the two coupling elements are first matched to each other before they are engaged. The second coupling element can be structurally designed as a hub part of the secondary disk carrier. The multi-plate clutch can also be designed as a switching element of an automatic transmission.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Kupplungselement als Nabenteil eines Zahnrades ausgebildet ist, welches mit einem über die Klauenkupplung anzutreibenden Bauteil antriebsverbunden ist, wie anhand eines weiteren Ausführungsbeispieles dargelegt wird. Dieses als zweites Kupplungselement wirksame Zahnrad kann dabei als Hohlrad mit einer Innenverzahnung ausgebildet sein. Another embodiment of the invention provides that the second coupling element is designed as a hub part of a gear, which is drivingly connected to a driven via the dog clutch component, as will be explained with reference to a further embodiment. This as second coupling element effective gear can be formed as a ring gear with an internal toothing.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt The invention will be explained in more detail below with reference to several embodiments. For this purpose, the description is accompanied by a drawing. In this shows
Fig. 1 schematisch einen Teil-Längsschnitt durch eine Klauenkupplung eines Automatgetriebes, und Fig. 1 shows schematically a partial longitudinal section through a dog clutch of an automatic transmission, and
Fig. 2 in einer ähnlichen Ansicht wie Fig. 1 eine andere Ausführungsform einer Klauenkupplung gemäß der Erfindung. Fig. 2 in a similar view as Fig. 1 shows another embodiment of a dog clutch according to the invention.
Fig. 1 zeigt demnach in einem Teil-Längsschnitt eine Klauenkupplung 2, die ringförmig ausgebildet und koaxial zu einer Welle 4 angeordnet ist. In Fig. 1 ist nur der oberhalb einer Mittellinie 6 angeordnete Teil der Klauenkupplung 2 dargestellt. Fig. 1 shows accordingly in a partial longitudinal section a dog clutch 2, which is annular and coaxial with a shaft 4 is arranged. In Fig. 1, only the above a center line 6 arranged part of the dog clutch 2 is shown.
Die Klauenkupplung 2 umfasst im wesentlichen eine auf der Welle 4 über eine Längsverzahnung 8 drehfest sowie gegenüber der die Klauenkupplung 2 umgebenden Struktur axial fixierte Nabenhülse 10, einen mit der Nabenhülse 10 integrierten Zylinder 12, einen in dem Zylinder 12 axial verschiebbar und über eine Längsverzahnung 14 mit diesem drehfest verbundenen Kolben 16, welcher zugleich ein erstes Kupplungselement 18 bildet, und ein zweites, in geeigneter Weise mit einem anzutreibenden Bauteil drehverbundenes Kupplungselement 20, welches sich axial über eine auf der Nabenhülse 10 verschiebbar angeordnete Gleitscheibe 22 und einen axial auf der Nabenhülse 10 fest angeordneten Sprengring 24 abstützt. Der Zylinder 12 und der Kolben 16 schließen zwischen sich einen Druckraum 15 ein, und bilden somit einen durch ein Druckmittel betätigbaren Stellantrieb 17 für die Klauenkupplung 2. Wie Fig. 1 erkennen lässt, ist das zweite Kupplungselement 20 über eine an dessen radial äußere Peripherie ausgebildete Längsverzahnung 26 mit einem radial äußeren, mit dem anzutreibenden Bauteil verbundenen Außenla- mellenträger 28 einer Lamellenkupplung 30 drehverbunden. The jaw clutch 2 comprises substantially on the shaft 4 via a spline 8 rotatably and with respect to the claw clutch 2 surrounding structure axially fixed hub shell 10, an integrated with the hub shell 10 cylinder 12, one axially displaceable in the cylinder 12 and a spline fourteenth with this non-rotatably connected piston 16, which at the same time forms a first coupling element 18, and a second, rotatably connected in a suitable manner with a component to be driven coupling element 20, which is axially displaceable on the hub shell 10 arranged sliding disk 22 and an axially on the hub shell 10th fixed snap ring 24 is supported. The cylinder 12 and the piston 16 include a pressure space 15 between them, and thus form an actuatable by a pressure medium actuator 17 for the dog clutch second As can be seen Fig. 1, the second coupling element 20 is rotatably connected via a formed on the radially outer periphery of the longitudinal teeth 26 with a radially outer, connected to the driven component outer plate carrier 28 a multi-plate clutch 30.
Die Funktion der Klauenkupplung 2 ist wie folgt: The function of the dog clutch 2 is as follows:
Bevor die Klauenkupplung 2 durch eine Druckbeaufschlagung des Druckraumes 15 über in der Welle 4 und der Nabe 10 ausgebildete Druckfluid- Zuführungskanäle 32, 33, 34 eingerückt wird, wird die Lamellenkupplung 30 eingerückt, wobei die Drehzahl des ersten Kupplungselementes 18 mit der des zweiten Kupplungselementes 20 synchronisiert wird. Sodann wird der Druckraumes 15 im Zylinder 12 unter Druck gesetzt, wobei sich das erste Kupplungselement 18, also der Kolben 16, in Fig. 1 nach rechts bewegt, so dass am ersten Kupplungselement 18 ausgebildete Klauen 36 mit am zweiten Kupplungselement 20 ausgebildeten Klauen 38 in Eingriff gelangen, wie durch eine gestrichelte Linie 40 angedeutet ist. Before the dog clutch 2 is engaged by pressurizing the pressure chamber 15 via pressure fluid supply passages 32, 33, 34 formed in the shaft 4 and the hub 10, the multi-plate clutch 30 is engaged, the rotational speed of the first coupling element 18 with that of the second coupling element 20th is synchronized. Then, the pressure chamber 15 is pressurized in the cylinder 12, wherein the first coupling element 18, so the piston 16, moves in Fig. 1 to the right, so that formed on the first coupling element 18 claws 36 formed on the second coupling element 20 claws 38 in Engage, as indicated by a dashed line 40.
Da die zusammenwirkenden Flanken der Klauen 36 und 38 zur Axialrichtung, die der Richtung der Kupplungsbetätigungsbewegung entspricht, geneigt ausgebildet sind, entstehen bei der Übertragung eines Drehmomentes Spreizkräfte, welche die Klauenkupplung 2 ausrücken wollen, d.h. das erste Kupplungselement 18 wird durch eine Spreizkraft 42 und das zweite Kupplungselement 20 durch eine Spreizkraft 44 belastet. Since the cooperating flanks of the claws 36 and 38 are formed inclined to the axial direction corresponding to the direction of the clutch actuating movement, spreading forces, which are intended to disengage the dog clutch 2, occur when torque is transmitted. the first coupling element 18 is loaded by an expanding force 42 and the second coupling element 20 by an expanding force 44.
Die auf das erste Kupplungselement 18 wirkende Spreizkraft 42 wird über das im Druckraum 15 befindliche Druckfluid auf den Zylinder 12 übertragen, welcher durch seine integrale Verbindung mit der Nabenhülse 10 von dieser axial gehalten wird. Das durch die zur Spreizkraft 42 entgegen gerichtete Spreizkraft 44 belastete zweite Kupplungselement 20 wird über die Gleitscheibe 22 und den Sprengring 24 ebenfalls von der Nabenhülse 10 axial abgestützt. Auf diese Weise werden die beiden Spreizkräfte 42 und 44 kupplungsin- tern von der Nabenhülse 10 aufgenommen, die dadurch eine axiale Zugbelastung erfährt. Eine Abstützung des ersten Kupplungselementes 18 bzw. des diesen haltenden Stellantriebes 17 und des zweiten Kupplungselementes 20 durch die die Klauenkupplung 2 umgebende Struktur ist daher nicht erforderlich. The spreading force 42 acting on the first coupling element 18 is transmitted via the pressure fluid in the pressure chamber 15 to the cylinder 12, which is held axially by its integral connection with the hub shell 10. The second coupling element 20 loaded by the spreading force 42 directed against the spreading force 42 is likewise axially supported by the hub shell 10 via the sliding disk 22 and the snap ring 24. In this way, the two spreading forces 42 and 44 are clutched in Tern of the hub shell 10 received, which thereby experiences an axial tensile load. A support of the first coupling element 18 and of the actuating drive 17 and the second coupling element 20 by the claw coupling 2 surrounding structure is therefore not required.
Wie Fig. 1 weiter zeigt, wird die axial im wesentlichen unbelastete Nabenhülse 10 axial durch Axiallager 46 bzw. 48 gegenüber der die Klauenkupplung 2 umgebenden Struktur fixiert. As further shown in FIG. 1, the axially substantially unloaded hub shell 10 is fixed axially by thrust bearings 46 and 48, respectively, with respect to the structure surrounding the jaw clutch 2.
Fig. 2 zeigt eine Ansicht, die im wesentlichen gleich der Fig. 1 ist, so dass deren Aufbau und Funktion nicht nochmals im einzelnen beschrieben werden muss. Die Ausgestaltung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 im wesentlichen nur darin, dass das zweite Kupplungselement 50 als Nabe eines Zahnrades ausgebildet ist, welches mit einer Innenverzahnung 52 in die Außenverzahnung 54 eines anzutreibenden Bauteils 56 eingreift, welches seinerseits mit weiteren anzutreibenden Bauteilen antriebsverbunden ist. Fig. 2 shows a view which is substantially equal to Fig. 1, so that their structure and function does not need to be described again in detail. The embodiment of FIG. 2 differs from that of FIG. 1 essentially only in that the second coupling element 50 is formed as a hub of a toothed wheel, which engages with an internal toothing 52 in the outer toothing 54 of a component 56 to be driven, which in turn with other driven components to be driven.
Bezuqszeichen REFERENCE CHARACTERS
Klauenkupplung  claw clutch
Welle  wave
Mittellinie  center line
Längsverzahnung  spline
Nabenhülse  hub sleeve
Zylinder  cylinder
Längsverzahnung  spline
Druckraum  pressure chamber
Kolben  piston
Stellantrieb  actuator
Kupplungselement  coupling member
Kupplungselement  coupling member
Gleitscheibe  sliding disk
Sprengring  snap ring
Längsverzahnung  spline
Au ßenlamellenträger  Outer plate carrier
Lamellenkupplung  multi-plate clutch
Druckfluid-Zuführungskanal  Pressure fluid supply channel
Druckfluid-Zuführungskanal  Pressure fluid supply channel
Druckfluid-Zuführungskanal  Pressure fluid supply channel
Klauen  steal
Klauen  steal
Gestrichelte Linie  Dashed line
Spreizkraft  spreading
Spreizkraft  spreading
Axiallager  thrust
Axiallager  thrust
Kupplungselement, Zahnrad mit Innenverzahnung Coupling element, gear with internal toothing
Innenverzahnung internal gearing
Außenverzahnung  external teeth
Bauteil  component

Claims

Patentansprüche claims
1. Klauenkupplung (2) zur Drehkopplung zweier drehbar gelagerter Bauteile, mit zwei zueinander koaxialen, jeweils mit Klauen (36, 38) besetzten Kupplungselementen (18, 20), die durch axiale Verstellung eines ersten (18) der Kupplungselemente gegenüber dem axial festen zweiten Kupplungselement (20) in und außer Kupplungseingriff bringbar sind, wobei die jeweils zusammenwirkenden Flanken der Klauen (36, 38) in axialer Richtung so geneigt sind, dass bei Übertragung eines Antriebsdrehmomentes axiale, die Kupplungselemente (18, 20) auseinanderspreizende Kräfte (42, 44) erzeugt werden, und umfassend einen mit dem verstellbaren Kupplungselement antriebsverbundenen Stellantrieb (17), dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (17) einerseits und das axial feste zweite Kupplungselement (20) andererseits sich jeweils gegenüber einem beiden Kupplungselementen (18, 20) gemeinsamen Bauteil (10) in entgegengesetzten Richtungen axial abstützen. 1. jaw clutch (2) for rotational coupling of two rotatably mounted components, with two mutually coaxial, each with claws (36, 38) occupied coupling elements (18, 20) by axial displacement of a first (18) of the coupling elements against the axially fixed second Coupling element (20) in and out of coupling can be brought, wherein the respective cooperating edges of the claws (36, 38) are inclined in the axial direction so that when transmitting a drive torque axial, the coupling elements (18, 20) auseinanderspreizende forces (42, 44 ), and comprising an actuator (17) drivingly connected to the adjustable coupling element, characterized in that the actuator (17) on the one hand and the axially fixed second coupling element (20) on the other hand in each case with respect to a common component with respect to a two coupling elements (18, 20) (10) axially supported in opposite directions.
2. Klauenkupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kupplungselement (18) mit einer Welle (4) drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden ist, dass Mittel vorgesehen sind, um den mit dem ersten Kupplungselement (18) antriebsverbundenen Stellantrieb (17) axial gegenüber der Welle (4) abzustützen, und dass Mittel vorgesehen sind, um das zweite Kupplungselement (20) gegenüber der Welle (4) axial abzustützen. 2. claw coupling according to claim 1, characterized in that the first coupling element (18) with a shaft (4) rotatably, but axially displaceably connected, that means are provided to the with the first coupling element (18) drive-connected actuator (17) axially against the shaft (4) support, and that means are provided for axially supporting the second coupling element (20) relative to the shaft (4).
3. Klauenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Welle (4) eine Nabenhülse (10) drehfest und axial unverschiebbar angeordnet ist, dass das erste Kupplungselement (18) auf der Nabenhülse (10) verschiebbar angeordnet und mit dieser drehfest verbunden ist, und dass der Stellantrieb (17) einerseits und das zweite Kupplungselement (20) andererseits sich gegenüber der Nabenhülse (10) axial abstützen. 3. claw coupling according to claim 2, characterized in that on the shaft (4) a hub sleeve (10) rotatably and axially immovably arranged, that the first coupling element (18) on the hub shell (10) slidably disposed and rotatably connected thereto and in that the actuator (17), on the one hand, and the second coupling element (20), on the other hand, are axially supported relative to the hub shell (10).
4. Klauenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (17) als zu der Welle (4) koaxiale ringförmige Zylinder-Kolben- Anordnung (12, 18) ausgebildet ist. 4. claw coupling according to claim 3, characterized in that the actuator (17) as to the shaft (4) coaxial annular cylinder-piston arrangement (12, 18) is formed.
5. Klauenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (16) des Stellantriebs (17) das verstellbare Kupplungselement (18) bildet, und dass der Zylinder (12) mit der Nabenhülse (10) zu einem Bauteil integriert ist. 5. claw coupling according to claim 4, characterized in that the piston (16) of the actuator (17) forms the adjustable coupling element (18), and that the cylinder (12) with the hub shell (10) is integrated into a component.
6. Klauenkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungselement (20) sich über eine auf der Nabenhülse (10) verschiebbar angeordnete Gleitscheibe (22) und einen auf der Nabenhülse (10) axial fest angeordneten Sprengring (24) oder dergleichen an der Nabenhülse (10) axial abstützt. 6. claw coupling according to one of claims 3 to 5, characterized in that the second coupling element (20) via a on the hub shell (10) slidably mounted sliding disc (22) and on the hub shell (10) axially fixed snap ring (24 ) or the like axially supported on the hub shell (10).
7. Klauenkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenhülse (10) über Axiallager (46, 48) in der die Klauenkupplung (2) umgebenden Umgebungsstruktur in beiden Achsrichtungen fixiert ist. 7. claw coupling according to one of claims 3 to 6, characterized in that the hub shell (10) via thrust bearings (46, 48) in the claw coupling (2) surrounding the surrounding structure is fixed in both axial directions.
8. Klauenkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungselement (20) mit dem Außenlamellenträ- ger (28) einer der Klauenkupplung (2) zugeordneten, zu dieser koaxial angeordneten Lamellenkupplung (30) drehverbunden ist. 8. claw coupling according to one of claims 3 to 7, characterized in that the second coupling element (20) with the Außenlamellenträ- ger (28) of the jaw clutch (2) associated with this coaxially arranged multi-plate clutch (30) is rotatably connected.
9. Klauenkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungselement (20) als Nabenteil des Außenlamellenträger (28) ausgebildet ist. 9. claw coupling according to claim 8, characterized in that the second coupling element (20) is designed as a hub part of the outer disk carrier (28).
10. Klauenkupplung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kupplungselement (50) als Nabenteil eines Zahnrades ausge- bildet ist, welches mit einem über die Klauenkupplung anzutreibenden Bauteil (56) antriebsverbunden ist. 10. claw coupling according to claim 6 or 7, characterized in that the second coupling element (50) designed as a hub part of a gear is formed, which is drivingly connected to a driven via the dog clutch member (56).
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