WO2014094764A1

WO2014094764A1 - Kupplung

Info

Publication number: WO2014094764A1
Application number: PCT/DE2013/200331
Authority: WO
Inventors: Andreas GÖTZ
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2015-06-17
Also published as: DE112013006030A5; US9541139B2; CN104854360B; US20150275984A1; DE102013224591A1; CN104854360A

Abstract

Eine Kupplung (100) umfasst eine Eingangsseite (105) und eine Ausgangsseite (145), die drehbar angeordnet sind. Mit der Eingangsseite stehen erste Reibpartner (140) jeweils axial verschiebbar und drehmomentschlüssig in Eingriff und mit der Ausgangsseite stehen zweite Reibpartner (145) jeweils axial verschiebbar und drehmomentschlüssig in Eingriff. Ferner ist eine Kompressionseinrichtung (150) zur axialen Kompression der Reibpartner vorgesehen, um einen Drehmomentschluss zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite bereitzustellen. Dabei sind beide Seiten von den mit ihnen jeweils in Eingriff stehenden Reibpartnern axial entkoppelt.

Description

Kupplung

Die Erfindung betrifft eine Kupplung.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Reibscheibenkupplung zur Übertragung von Drehmoment in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.

Eine Kupplung, insbesondere eine Mehrscheiben-Nasskupplung, umfasst eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite, die koaxial zueinander drehbar gelagert sind. Dabei sind erste Reibpartner axial verschiebbar und drehmomentschlüssig mit der Eingangsseite und zweite Reibpartner axial verschiebbar und Drehmoment schlüssig mit der Ausgangsseite verbunden. Bevorzugterweise sind die ersten und zweiten Reibpartner in axialer Richtung abwechselnd angeordnet. Eine Kompressionseinrichtung ist bereitgestellt, um die Anordnung erster und zweiter Reibpartner axial zu komprimieren, um einen Reibschluss zwischen den ersten und zweiten Reibpartnern zu ermöglichen. Je nach Grad der Kompression wird so eine teilweise oder vollständige Übertragung von Drehmoment zwischen der Eingangs- und der Ausgangsseite ermöglicht. Eine solche Kupplung kann in einem Antriebsstrang einem beliebigen Getriebe vor- oder nachgeschaltet sein, insbesondere einem Doppelkupplungsgetriebe. Dabei kann die Kupplung als Anfahrelement oder zur selektiven Unterbrechung eines Drehmomentflusses während eines Gangwechsels verwendet werden.

Zur axial verschiebbaren und drehmomentschlüssigen Lagerung der Reibpartner an den ihnen jeweils zugeordneten Seiten werden üblicherweise Verzahnungen verwendet. Wird die Kupplung nur teilweise geschlossen, so bewirkt das zwischen den Reibpartnern übertragene Drehmoment eine relative Verdrehung der Reibpartner gegenüber den Verzahnungen der Ihnen zugeordneten Seiten. Diese Verdrehung übt eine in Umfangsrichtung wirkende Kraft aus, welche die Reibpartner an der Verzahnung belasten, so dass die Verschiebbarkeit der Reibpartner in der Verzahnung erschwert sein kann. Je größer das übertragene Drehmoment ist, desto stärker tendieren die Reibpartner dazu, an den Verzahnungen zu haften und einer axialen Bewegung zu widerstehen. In einem üblichen, einseitig durch die Kompressionseinrichtung belasteten Stapel von ersten und zweiten Reibpartnern kann daher die axial wirkende Kraft auf einen Reibpartner mit dessen zunehmenden Abstand von der betätigenden Seite abnehmen. Durch diesen Axial kraftverlust kann eine Momentenhysterese entstehen, die ein genaues Steuern des mittels der Kupplung übertragbaren Drehmoments erschweren kann. Ein Zusammenhang zwischen der durch die Kompressionseinrichtung ausgeübten axialen Kraft und einem Übertragungsgrad von Drehmoment durch die Kupplung kann dabei abhängig von einer Vorgeschichte der Betätigung sein, insbesondere davon, ob eine ansteigende oder abfallende Kompressionskraft bewirkt wird.

Ist die Kupplung Teil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, so können ein präziser Gangwechsel und ein sanftes Beschleunigen mit möglichst geringem Rucken dadurch beeinträchtigt sein. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kupplung anzugeben, die eine verbesserte Steuerbarkeit durch eine verringerte Momenten hysterese realisiert.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Kupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.

Eine erfindungsgemäße Kupplung umfasst eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite, die drehbar angeordnet sind. Mit der Eingangsseite stehen erste Reibpartner jeweils axial verschiebbar und drehmomentschlüssig in Eingriff und mit der Ausgangsseite stehen zweite Reibpartner jeweils axial verschiebbar und drehmomentschlüssig in Eingriff. Ferner ist eine Kompressionseinrichtung zur axialen Kompression der Reibpartner vorgesehen, um einen Drehmomentschluss zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite bereitzustellen. Dabei sind beide Seiten von den mit ihnen jeweils in Eingriff stehenden Reibpartnern axial entkoppelt.

Gegenüber einer bekannten Lösung, bei der die Anordnung von ersten und zweiten Reibpartnern axial gegen die Eingangsseite oder gegen die Ausgangsseite komprimiert wird, können die Axialkräfte der beschriebenen Kompressionseinrichtung gleichmäßiger über die Reibpartner verteilt werden. Ein Axialkraftverlust für einen Reibpartner mit steigendem Abstand zu der durch die Kompressionseinrichtung betätigten Seite kann so reduziert sein. Zusammen mit dem Axialkraftverlust kann auch ein Hystereseverhalten reduziert sein, das zwischen der durch die Kompressionseinrichtung aufgebrachten Axialkraft und dem mittels der Kupplung übertragbaren Drehmoment beobachtbar sein kann. Das mittels der Kupplung übertragbare Drehmoment kann über die Axialkraft verbessert steuerbar sein. In einem Antriebsstrang kann ein übermitteltes Drehmoment durch die Kupplung verbessert steuerbar sein. Dient der An- triebsstrang dem Antrieb eines Kraftfahrzeugs, so können eine Beschleunigung oder eine Verzögerung des Kraftfahrzeugs über den Antriebsstrang verbessert steuerbar sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Seiten, also die Eingangs- und die Ausgangsseite, so entkoppelt, dass die komprimierten Reibpartner gemeinsam bezüglich der Eingangsseite und der Ausgangsseite axial verschiebbar sind. Eine Verteilung von axialen Kräften über die einzelnen Reibpartner kann so besonders gleichmäßig erfolgen. Theoretisch kann eine Halbierung des Axialkraftverlusts und des Hystereseverhaltens erreichbar sein.

In einer Ausführungsform erfolgt die Entkopplung einer der Seiten mittels eines axial elastischen Elements, welches dazu eingerichtet ist, das mittels der Kupplung übertragbare Drehmoment zu übertragen. So kann eine einfache und effiziente axiale Entkopplung mit einer gleichermaßen einfachen und effizienten radialen bzw. axialen Übertragung von Drehmoment kombiniert werden.

Bevorzugterweise umfasst das axial elastische Element eine Tellerfeder. Die Tellerfeder kann eine kostengünstige und standfeste Ausführungsform des axial elastischen Elements repräsentieren. Das Übertragungsverhalten der Tellerfeder für Drehmoment kann dabei besonders gut sein.

Bevorzugterweise ist die Elastizität des axial elastischen Elements viel größer als die der Reibpartner. Bevorzugterweise kann die Elastizität mindestens etwa doppelt so groß, bevorzugt mindestens etwa fünf Mal so groß sein. Die Verteilung von Axialkräften zwischen den einzelnen Reibpartnern kann so in stark verringertem Maß von einer axialen Flexibilität bzw. Elastizität der einzelnen Reibpartner abhängig sein. Der beschriebene Hystereseeffekt kann dadurch weiter verringerbar sein.

Die Entkopplung einer der Seiten kann auch mittels einer in axialer Richtung verschiebbaren Lagerung erfolgen. Bevorzugterweise ist diese Lagerung mit der Kompressionseinrichtung integriert ausgeführt.

Dabei umfasst die Kompressionseinrichtung in einer Ausführungsform eine hydraulische Betätigung, die axial auf die Reibpartner wirkt. So kann eine axiale Verschiebbarkeit der Anordnung von Reibpartnern mit einer hydraulischen Kompressionseinrichtung integriert ausgeführt sein. Dadurch können sich Betriebs- und Kostenvorteile ergeben. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kompressionseinrichtung zusätzlich eine weitere hydraulische Betätigung, die antiparallel zur ersten hydraulischen Betätigung auf die Anordnung von Reibpartnern wirkt. Eine axiale Position der Anordnung kann sich auf diese Weise besonders gut bei der axialen Betätigung selbst einstellen, sodass die Verteilung von Axialhälften auf die einzelnen Reibpartner besonders gleichmäßig gelingen kann.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegenden Figuren genauer beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kupplung;

Fig. 2 die Kupplung von Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 3 die Kupplung von Fig. 1 in noch einer weiteren Ausführungsform, und

Fig. 4 ein Diagramm von Kräften an einer der Kupplungen der Figuren 1 bis 3 darstellt.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kupplung 100, die als Mehrscheiben- Kupplung ausgelegt ist, vorzugsweise zum Betrieb in einem flüssigen Medium wie Öl. Um eine Drehachse 105 sind eine Eingangsseite 1 10 und eine Ausgangsseite 1 15 koaxial drehbar angeordnet. Die Bezeichnungen der Eingangsseite 1 10 und Ausgangsseite 1 15 sind im Allgemeinen auch vertauschbar. Die Eingangsseite 1 10 umfasst einen Außenkorb 120, der in bekannten Konstruktionen einteilig ausgeführt ist, und ein erstes Radiallager 125. In vergleichbarer Weise umfasst die Ausgangsseite 1 15 einen Innenkorb 130, der in bekannten Konstruktionen ebenfalls einteilig ausgeführt ist, und ein zweites Radiallager 135.

Erste Reibpartner 140 sind axial verschiebbar und drehmomentschlüssig mit dem Außenkorb 120 der Eingangsseite 1 10 verbunden. Die Kraftübertragung zwischen den ersten Reibpartnern 140 und dem Außenkorb 120 erfolgt üblicherweise mittels einer Verzahnung, deren Zähne in axialer Richtung verlaufen. In entsprechender Weise sind zweite Reibpartner 145 axial verschiebbar und drehmomentschlüssig mit dem Innenkorb 130 mit der Ausgangsseite 1 15 verbunden. Auch hier erfolgt die Kraftübertragung zwischen den zweiten Reibpartnern und dem Innenkorb 130 bevorzugterweise über eine axial verlaufende Verzahnung. ln axialer Richtung sind erste Reibpartner 140 und zweite Reibpartner 145 bevorzugterweise abwechselnd angeordnet. Eine Kompressionseinrichtung 150 ist dazu eingerichtet, die Anordnung erster Reibpartner 140 und zweiter Reibpartner 145 axial zu komprimieren, um an den Kontaktflächen zwischen den ersten Reibpartnern 140 und zweiten Reibpartnern 145 eine Gleit- oder Haftreibung herbeizuführen, sodass zwischen der Eingangsseite 1 10 und der Ausgangsseite 1 15 ein Drehmoment über die Reibpartner 140 und 145 übermittelt werden kann.

Dabei ist in üblichen Konstruktionen die Kompressionseinrichtung 150 so aufgebaut, dass sie ein axiales Ende der Anordnung von Reibpartnern 140 und 145 gegen eine axiale Begrenzung einer der Seiten 1 10 oder 1 15 presst, in der Darstellung von Figur 1 beispielsweise einen radial verlaufenden Abschnitt des Außenkorbs 120. Wird mit steigender Kompressionskraft der Kompressionseinrichtung 150 die Kupplung 100 geschlossen, so werden die Reibpartner 140 und 145 in zunehmendem Maße axial aneinander geschoben, wobei sie sich um kleine Beträge entlang der Verzahnungen des Außenkorbs 120 bzw. des Innenkorbs 130 bewegen.

Das mittels der Kupplung 100 übertragene Drehmoment bewirkt jedoch eine Reibung im Bereich der Verzahnungen der Reibpartner 140 und 145, so dass die axiale Bewegung der Reibpartner 140, 145 unvollständig an ein Nachbarelement weitergegeben werden kann. Eine in axialer Richtung auf einen Reibpartner 140, 145 wirkende Kraft der Kompressionseinrichtung 150 ist daher davon abhängig, wie viele andere Reibpartner 140, 145 zwischen ihr und der Kompressionseinrichtung 150 liegen. Der am weitesten von der Kompressionseinrichtung 150 entfernte Reibpartner 140, 145 erfährt eine deutlich verringerte axiale Kraft. Dieser Vorgang wird als Axialkraftverlust bezeichnet. Übersteigt der über alle Reibpartner 140, 145 ge- mittelte Reibkraftverlust einen bestimmten Wert, so kann eine Momenten hysterese, die mit dem Axialkraftverlust einhergeht, so groß werden, dass eine feinfühlige Steuerung des mittels der Kupplung 100 übertragbaren Drehmoments durch die Kompressionseinrichtung 150 nicht mehr zufriedenstellend möglich ist. Außerdem kann der Axialkraftverlust zu einer Reduzierung des übertragbaren Momentes führen.

Die in Figur 1 dargestellte Kupplung 100 verfügt über ein erstes axiales Entkopplungselement 155 und ein zweites axiales Entkopplungselement 160. Beide Entkopplungselemente 155, 160 sind dazu eingerichtet, axial eine elastische Entkopplung bereitzustellen und gegebenenfalls zusätzlich in Umfangsrichtung das Drehmoment der Kupplung 100 zu übertragen. Die Kompressionseinrichtung 150 wirkt auf einander entgegengesetzte axiale Enden der Anordnung von Reibpartnern 140 und 145.

Durch die doppelte axiale Trennung der Anordnung von Reibpartnern 140, 145 von der Eingangsseite 1 10 bzw. der Ausgangsseite 1 15 erfolgt ein zweiseitiger Kraftangriff der Kompressionseinrichtung 150 auf die Anordnung. Dadurch kann ein mittlerer Abstand der Reibpartner 140, 145 von einem Angriffspunkt der Kompressionseinrichtung 150 theoretisch halbiert werden. Der am weitesten von der Kompressionseinrichtung 150 entfernte Reibpartner 140 oder 145 befindet sich hier axial in der Mitte der Anordnung von Reibpartnern 140, 145. Wird nur eine Entkopplung auf der Eingangs- oder Ausgangsseite realisiert, kann der Axialkraftverlust zumindest für den Außen- oder Innenkorb reduziert werden.

Figur 2 zeigt die Kupplung 100 aus Figur 1 in einer weiteren Ausführungsform. Auch hier sind die Eingangsseite 1 10 mit dem Außenkorb 120 und die Ausgangsseite 1 15 mit dem Innenkorb 130 koaxial um die Drehachse 105 angeordnet. Die axialen Entkopplungselemente 155 und 160 sind als Tellerfedern realisiert. Beide Tellerfedern 155, 160 haben jeweils die Form eines Kreisrings, wobei die erste Tellerfeder 155 radial außen drehmomentschlüssig und axial fixiert mit dem Außenkorb 120 und radial innen mit einem in der Darstellung von Figur 2 axial verlaufenden Abschnitt des Außenkorbs 120 bzw. der Eingangsseite 1 10 in Eingriff steht, wo er e- benfalls drehmomentschlüssig und axial fixiert angebracht ist. Eine entsprechende Anordnung gilt für die zweite Tellerfeder 160 am Innenkorb 130 der Ausgangsseite 1 15.

Die Kompressionseinrichtung 150 ist durch eine hydraulische Betätigung 205 gebildet. Die hydraulische Betätigung 205 umfasst einen Zylinder 210 und einen darin aufgenommenen, a- xial verschiebbaren Kolben 215. Wird der durch den Kolben 215 gebildete, abgeschlossene Innenraum des Zylinders 210 mit einem fluiden Druck beaufschlagt, so wirken der Zylinder 210 und der Kolben 215 auf axial einander entgegen gesetzte Enden der Anordnung von Reibpartnern 140 und 145 und komprimieren die Anordnung. Über den Druck des Fluids ist eine Kompressionskraft der hydraulischen Betätigung 205 steuerbar.

Sowohl der Außenkorb 120 als auch der Innenkorb 130 sind in dieser Ausführungsform frei von axialen Kräften, die durch die hydraulische Betätigung 205 ausgeübt werden. Die Entkopplungselemente 155, 160 können daher relativ weich ausgelegt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Elastizität der Entkopplungselemente 155, 160 wesentlich größer als die der Reibpartner 140, 145, etwa doppelt oder fünf Mal so groß. Figur 3 zeigt die Kupplung 100 von Figur 1 in noch einer weiteren Ausführungsform. Dabei sind nicht alle Elemente, die in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, auch in Figur 3 zu sehen. Die bezüglich dieser Figuren gemachten Aussagen treffen übertragend auch auf die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform zu.

Die Anordnung von ersten Reibpartnern 140 und zweiten Reibpartnern 145 wird hier durch eine Kompressionseinrichtung 150 in Form einer hydraulischen Betätigung 305 axial komprimiert. Die hydraulische Betätigung 305 umfasst einen ersten Zylinder 310 mit einem ersten Kolben 315 und einen zweiten Zylinder 320 mit einem zweiten Kolben 325. Dabei sind die Zylinder und Kolben 310 bis 325 so angebracht, dass bei Beaufschlagen der hydraulischen Betätigung 305 mit einem fluiden Druck eine axiale Kompression der Anordnung von Reibpartnern 140 und 145 erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die durch die Kolben 315 und 325 in den Zylindern 310 und 320 abgeschlossenen Volumina fluid mittels einer Leitung 330 miteinander verbunden. Dadurch kann eine gemeinsame fluide Betätigung beider Kolben 315, 325 erfolgen. Weiter bevorzugt ist es, dass beide Kolben 315, 325 den gleichen Wirkquerschnitt aufweisen, sodass der in den Zylindern 310, 320 herrschende fluide Druck zu gleichen Kräften an den Kolben 315, 325 führt. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform verläuft die Leitung 330 durch einen durch einen radial verlaufenden Abschnitt des Außenkorbs 120 der Eingangsseite 1 15.

Figur 4 zeigt ein Diagramm 400 von Kräften an einer der Kupplung 100 der Figuren 1 bis 3. In vertikaler Richtung ist eine prozentuale Axialkraft angetragen. In einer horizontalen Richtung sind Reibpartner 140 bzw. 145 entsprechend ihrer axialen Anordnung in der Kupplung 100 angetragen. Eine erste qualitative Serie 405 von Säulen zeigt die relativen Axialkräfte, die auf die einzelnen Reibpartner 140, 145 wirken, wenn, wie im Stand der Technik üblich, eine axial einseitige Betätigung der Anordnung von Reibpartnern 140, 145 stattfindet. Bezüglich der Darstellung von Figur 4 erfolgt dabei die axiale Betätigung von links, das heißt, dass der im Diagramm 400 am weitesten rechts dargestellte Reibpartner 140, 145 am weitesten von der Kompressionseinrichtung 150 entfernt ist.

Eine zweite Serie 410 zeigt, wie sich die Axialkräfte über die axiale Position der Reibpartner 140, 145 entwickelt, wenn eine der Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 für die Kupplung 100 verwendet wird. Da die Kompressionseinrichtung 150 letztlich sowohl rechts als auch links an der Anordnung von Reibpartnern 140, 145 angreift, erfolgt einer Verringerung der A- xialkräfte in Richtung Mitte der Anordnung, wobei die maximale Axialkraftverringerung deutlich verringert ist.

Zur ersten Serie 405 korrespondiert eine durchschnittliche Kolbenkraft 415 von ca. 71 % für die dargestellte Kupplung 100. Die Differenz zwischen der durchschnittlichen Kolbenkraft 415 und 100% entspricht der vorliegenden Hysterese, die in diesem Beispiel ca. 29% beträgt.

Für die zweite Serie 410 beträgt eine zweite durchschnittliche Kolbenkraft 420 ca. 84%. Die zugeordnete Hysterese beträgt also nur noch ca. 16%, was in etwa eine Halbierung der Hysterese der Kupplung nach dem Stand der Technik repräsentiert.

Bezugszeichenliste

100 Kupplung

105 Drehachse

1 10 Eingangsseite

1 15 Ausgangsseite

120 Außenkorb

125 erstes Radiallager

130 Innenkorb

135 zweites Radiallager

140 erste Reibpartner

145 zweite Reibpartner

150 Kompressionseinrichtung

155 erstes axiales Entkopplungselement

160 zweites axiales Entkopplungselement

205 hydraulische Betätigung

210 Zylinder

215 Kolben

305 hydraulische Betätigung

310 erster Zylinder

315 erster Kolben

320 zweiter Zylinder

325 zweiter Kolben

330 Leitung

405 erste Serie

410 zweite Serie

415 erste durchschnittliche Kolbenkraft

420 zweite durchschnittliche Kolbenkraft

Claims

Patentansprüche

1 . Kupplung (100), umfassend:

eine Eingangsseite (105) und eine Ausgangsseite (1 10), die drehbar angeordnet sind;

erste Reibpartner (140), die jeweils axial verschiebbar und drehmomentschlüssig mit der Eingangsseite (105) in Eingriff stehen;

zweite Reibpartner (145), die jeweils axial verschiebbar und drehmomentschlüssig mit der Ausgangsseite (1 10) in Eingriff stehen;

eine Kompressionseinrichtung (150) zur axialen Kompression der Reibpartner (140, 145), um einen Drehmomentschluss zwischen der Eingangsseite (105) und der Ausgangsseite (1 10) bereitzustellen;

dadurch gekennzeichnet, dass

beide Seiten (1 10, 1 15) von den mit ihnen jeweils in Eingriff stehenden Reibpartnern (140, 145) axial entkoppelt sind.

2. Kupplung (100) nach Anspruch 1 , wobei die Seiten (1 10, 1 15) so entkoppelt sind, dass die komprimierten Reibpartner (140, 145) gemeinsam bezüglich der Eingangsseite (105) und/oder der Ausgangsseite (1 10) axial verschiebbar sind.

3. Kupplung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Entkopplung einer der Seiten (1 10, 1 15) mittels eines axial elastischen Elements (155, 160) erfolgt, welches dazu eingerichtet ist, das mittels der Kupplung (100) übertragbare Drehmoment zu übertragen.

4. Kupplung (100) nach Anspruch 3, wobei das axial elastische Element (155, 160) eine Tellerfeder umfasst.

5. Kupplung (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Elastizität des axial elastischen Elements (155, 160) viel größer als die der Reibpartner (140,145) ist.

6. Kupplung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Entkopplung einer der Seiten (1 10, 1 15) mittels einer in axialer Richtung verschiebbaren Lagerung (205, 305) erfolgt.

7. Kupplung (100) nach Anspruch 6, wobei die Kompressionseinrichtung (150) eine hydraulische Betätigung (205) umfasst, die axial auf die Reibpartner (140, 145) wirkt.

8. Kupplung (100) nach Anspruch 6, wobei die Kompressionseinrichtung (150) zwei hydraulische Betätigungen (305) umfasst, die axial antiparallel auf die Reibpartner (140, 145) wirken.