WO2017215699A1 - Keilkupplung-synchronisation - Google Patents

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WO2017215699A1
WO2017215699A1 PCT/DE2017/100428 DE2017100428W WO2017215699A1 WO 2017215699 A1 WO2017215699 A1 WO 2017215699A1 DE 2017100428 W DE2017100428 W DE 2017100428W WO 2017215699 A1 WO2017215699 A1 WO 2017215699A1
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disk
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Martin Dressel
Pascal Kohtes
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/063—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by moving along the inner and the outer surface without pivoting or rolling, e.g. sliding wedges
    • 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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    • F16D23/06—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches with an additional friction clutch and a blocking mechanism preventing the engagement of the main clutch prior to synchronisation
    • F16D2023/0643—Synchro friction clutches with flat plates, discs or lamellae

Definitions

  • the invention relates to a switchable coupling for synchronization and to
  • One particular embodiment is a one-way wedge coupling, as known by US 2014/0014455 A1. This shows a one-way wedge coupling (freewheel) for a loose wheel with an inner ring, an outer ring and a wedge disk arranged between the inner ring and outer ring for fixing the outer ring relative to the inner ring in one direction of rotation.
  • the inner ring has a number on its outer periphery
  • WO 2014/193671 A1 shows a planetary gear with a friction clutch, in particular a multi-plate clutch for switchable connection of a rotatable outer support with a rotatable inner support, wherein in addition to the friction clutch a one-way wedge coupling is arranged as a bypass connected in parallel.
  • the one-way splined coupling can transmit a torque, in particular a braking torque, when the multi-plate clutch is opened.
  • the invention has for its object to provide a switchable coupling for a mounted on a shaft idler gear, which has a short axial structure.
  • the clutch pack consisting of a wedge disk and a clutch disk has a short axial construction, so that it can be easily arranged within the width of the idler gear.
  • two or more clutch packs are arranged axially adjacent to each other alternately, so that wedge discs and clutch plates alternate.
  • the clutch disc on radial projections, which are uniformly spaced from each other on the circumference of the clutch disc and positively engage in correspondingly arranged recordings in the outer ring.
  • the wedge disk is advantageously arranged on an inner ring, which sits non-rotatably on the drive shaft. At its outer periphery, this has a ramp contour, which consists of a number of evenly distributed on the circumference of the inner ring arranged mountains and valleys. The ramp contour is in contact with a corresponding ramp contour of the inner running side of the wedge disk.
  • Fig. 1 shows a loose wheel with switchable coupling in section in a schematic representation
  • Fig. 4 shows a cross section through the switchable coupling in the coupled state of
  • Losradlagers 3 freely rotatably mounted.
  • the idler gear 3 can be coupled to the torque transmission by means of a switchable clutch 4 with the input or output shaft 1.
  • the switchable coupling 4 has an inner ring 6, which by means of a
  • Internal toothing 7 rotatably connected to the input or output shaft 1 is connected.
  • Outer circumference of the inner ring 6 has a ramp contour 8 of evenly distributed around the circumference arranged mountains 8.1 and valleys 8.2, with a
  • Wedge disk 11 cooperate, which is arranged on the inner ring 6.
  • the outer circumference of the wedge disk 11 has a small distance a (gap) to the inner circumference of a wedge disk 11 coaxial outer ring 12, which is part of the idler gear 2 in the embodiment of FIG.
  • Axially adjacent to the wedge disk 11 is a clutch disk 13, which has distributed on its outer circumference 14 evenly distributed radial projections 16, which in a corresponding number of receptacles 17 in the outer ring 12th
  • the receptacles 17 are formed as axially parallel grooves, which are designed so long that they can also accommodate projections 16 of two or more clutch discs 13.
  • the clutch pack 11, 13 is bounded laterally in the axial direction, on the one hand by a stop disc connected to the inner ring 18 or an end face 19 of the idler gear 2 and on the other by an axially displaceable pressure plate 21 which is actuated by means of an actuator, not shown.
  • the thrust washer 21 is acted upon by an axially directed force, whereby the friction surface 13.1 of the clutch disc 13 against the friction surface 11 .1 of the wedge plate 11 is pressed.
  • the rotating together with the input or output shaft 1 wedge disk 11 is thereby braked and deformed by the ramp contours 8, 9 radially outward, whereby a diameter of the wedge plate 11 increases until a distance a (gap) is bridged to the outer ring 12 and the wedge disk 11 rests against the outer ring 12 and with this one

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Abstract

Bei einer schaltbaren Kupplung zum Festsetzen eines frei drehbar angeordneten Losrades auf einer Antriebs- oder Abtriebswelle ist eine Keilscheibe und eine Kupplungsscheibe vorgesehen, wobei die Kupplungsscheibe formschlüssig mit dem Losrad, die Kupplungsscheibe axial kraftschlüssig mit der der Keilscheibe und die Keilscheibe radial kraftschlüssig mit dem Losrad verbindbar ist.

Description

Keilkupplunq-Svnchronisation
Die Erfindung betrifft eine schaltbare Kupplung zur Synchronisation und zum
Festsetzen eines auf einer Welle frei drehbar angelagerten Losrades zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Welle auf das Losrad.
Zur Übertragung eines Drehmomentes in einer Drehrichtung von einer Welle auf ein Losrad sind so genannte Freiläufe oder Ein-Weg-Kupplungen bekannt. Eine spezielle Ausführung ist eine Ein-Weg-Keilkupplung, wie diese durch die US 2014/0014455 A1 bekannt ist. Diese zeigt eine Ein-Weg-Keilkupplung (Freilauf) für ein Losrad mit einem Innenring, einem Außenring und einer zwischen Innenring und Außenring angeordneten Keilscheibe zum Festsetzen des Außenringes gegenüber dem Innenring in einer Drehrichtung.
Zu diesem Zweck weist der Innenring eine Anzahl an seinem Außenumfang
gleichmäßig verteilt angeordneten Rampen auf, die mit einer entsprechenden Anzahl Rampen am Innenumfang der Keilscheibe zusammenwirkend angeordnet sind. Die Keilscheibe wird an ihrem Außenumfang vom Außenring beabstandet koaxial umgeben.
In einer ersten Drehrichtung des Innenringes nimmt dieser die Keilscheibe mit ohne diese zu verformen, wodurch der Außenring gegenüber der An-oder Abtriebswelle frei drehbar gelagert ist.
In einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung wird die Keilscheibe über die
Steigung der Rampen verformt und nach außen gedrückt, so dass der
Außendurchmesser der Keilplatte vergrößert wird und der Außenring festklemmt.
Die WO 2014/193671 A1 zeigt ein Planetenradgetriebe mit einer Reibkupplung, insbesondere einer Lamellenkupplung zur schaltbaren Verbindung eines drehbaren Außenträgers mit einem drehbaren Innenträger, wobei zusätzlich zur Reibkupplung eine Ein-Weg-Keilkupplung als Bypass parallel geschaltet angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Ein-Weg-Keilkupplung ein Drehmoment, insbesondere ein Bremsmoment, übertragen, wenn die Lamellenkupplung geöffnet wird.
Weitere Keilkupplungen gehen aus DE 11 2014 002 308 T5, US 1 453 548 A1 und US 2017 / 0 089 410 A1 hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine, schaltbare Kupplung für ein auf einer Welle gelagertes Losrad zu schaffen, welche einen kurzen axialen Aufbau aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass zur Kupplung eines Außenringes, z.B. eines Losrades, an einen Innenring einer Antriebswelle eine Keilscheibe und eine Kupplungsscheibe vorgesehen ist. Durch diese Maßnahme wird nach dem Kuppeln des Losrades an die Antriebswelle ein Drehmoment, sowohl über die Keilscheibe, als auch zusätzlich über die Kupplungsscheibe auf den Außenring des Losrades übertragen.
Zur Erhöhung eines Reibschlusses zwischen Kupplungsscheibe und Keilscheibe ist es vorgesehen, dass diese an ihren stirnseitigen Kontaktflächen Reibflächen aufweisen.
Das Kupplungspaket bestehend aus einer Keilscheibe und einer Kupplungsscheibe weist einen kurzen axialen Aufbau auf, so dass dieses problemlos innerhalb der Breite des Losrades angeordnet werden kann.
Zur Übertragung größerer Drehmomente ist es vorgesehen, dass zwei oder mehrere Kupplungspakete axial nebeneinander alternierend angeordnet werden, so dass sich Keilscheiben und Kupplungsscheiben abwechseln.
In vorteilhafter Anordnung weist die Kupplungsscheibe radiale Vorsprünge auf, die gleichmäßig voneinander beabstandet am Umfang der Kupplungsscheibe angeordnet sind und formschlüssig in entsprechend angeordnete Aufnahmen im Außenring eingreifen. Die Keilscheibe ist in vorteilhafter Weise auf einem Innenring angeordnet, der drehfest auf der Antriebswelle sitzt. An seinem Außenumfang weist dieser eine Rampenkontur auf, die aus einer Anzahl gleichmäßig am Umfang des Innenringes verteilt angeordneter Berge und Täler besteht. Die Rampenkontur steht in Kontakt mit einer entsprechenden Rampenkontur der inneren Laufseite der Keilscheibe. Bei einer richtungsunabhängigen Verdrehung der Keilscheibe gegenüber dem Innenring bewirkt die Rampenkontur, dass die Keilscheibe eine Ausdehnung insbesondere eine Durchmesservergrößerung erfährt, wodurch die Keilscheibe mit ihrem Außenumfang in Kontakt mit dem Außenring des Losrades gerät und eine kraftschlüssige Verbindung herstellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 ein Losrad mit schaltbarer Kupplung im Schnitt in schematischer Darstellung
Fig. 2 die schaltbare Kupplung als Explosionszeichnung
Fig. 3 die schaltbare Kupplung im Querschnitt während einer Freilaufphase
Fig. 4 einen Querschnitt durch die schaltbare Kupplung im gekoppelten Zustand des
Außenringes bzw. Losrades.
Auf einer An- oder Abtriebswelle 1 gemäß Fig. 1 ist ein Losrad 2 mittels eines
Losradlagers 3 frei drehbar gelagert. Das Losrad 3 ist zur Drehmomentübertragung mittels einer schaltbaren Kupplung 4 mit der An- oder Abtriebswelle 1 kuppelbar.
Die schaltbare Kupplung 4 weist einen Innenring 6 auf, welcher mittels einer
Innenverzahnung 7 drehfest mit der An- oder Abtriebswelle 1 verbunden ist. Der
Außenumfang des Innenringes 6 weist eine Rampenkontur 8 aus gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten Bergen 8.1 und Tälern 8.2 auf, die mit einer
entsprechend ausgebildeten Rampenkontur 9 einer durchmesserveränderbaren
Keilscheibe 11 zusammenwirken, welche auf dem Innenring 6 angeordnet ist. Im ungeschalteten Zustand weist der Außenumfang der Keilscheibe 11 einen geringen Abstand a (Spalt) zum Innenumfang eines die Keilscheibe 11 koaxial umfassenden Außenringes 12 auf, der im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 ein Teil des Losrades 2 ist.
Der Keilscheibe 11 axial benachbart angeordnet ist eine Kupplungsscheibe 13, welche an ihrem Außenumfang 14 gleichmäßig verteilt angeordnete radiale Vorsprünge 16 aufweist, die in eine entsprechende Anzahl Aufnahmen 17 im Außenring 12
formschlüssig eingreifen. Die Aufnahmen 17 sind als achsparallel angeordnete Nuten ausgebildet, welche so lang ausgeführt sind, dass diese auch Vorsprünge 16 von zwei oder mehr Kupplungsscheiben 13 aufnehmen können. Hierbei sind zur Übertragung größerer Drehmomente zwei oder mehr Kupplungspakete 11 , 13, jeweils bestehend aus einer Keilscheibe 11 und einer Kupplungsscheibe 13, alternierend in axialer Richtung nebeneinander angeordnet.
Zur Erhöhung einer Reibkraft zwischen den stirnseitigen Kontaktflächen der
nebeneinander angeordneten Keil- und Kupplungsscheiben 11 , 13 weisen diese jeweils eine Reibfläche 11 .1 , 13.1 auf.
Das Kupplungspaket 11 , 13 wird in axialer Richtung seitlich begrenzt, zum Einen durch eine mit dem Innenring verbundene Anschlagscheibe 18 oder eine Stirnseite 19 des Losrades 2 und zum Anderen durch eine axial verschiebbare Druckscheibe 21 , welche mittels eines nicht dargestellten Aktuators betätigbar ist.
Zur Betätigung der schaltbaren Kupplung 4, wird die Druckscheibe 21 mit einer axial gerichteten Kraft beaufschlagt, wodurch die Reibfläche 13.1 der Kupplungsscheibe 13 gegen die Reibfläche 11 .1 der Keilscheibe 11 gedrückt wird. Die zusammen mit der An- oder Abtriebswelle 1 rotierende Keilscheibe 11 wird dadurch abgebremst und mittels der Rampenkonturen 8, 9 radial nach außen verformt, wodurch sich ein Durchmesser der Keilscheibe 11 vergrößert bis ein Abstand a (Spalt) zum Außenring 12 überbrückt ist und die Keilscheibe 11 an dem Außenring 12 anliegt und mit diesem eine
kraftschlüssige, insbesondere durch Reibschluss erzeugte Klemmverbindung herstellt. In einer ersten Kupplungsphase (Vorsynchronisation) wird der Außenring12, bzw. das Losrad 2, durch den Reibkontakt zwischen Kupplungsscheibe 13 und Keilscheibe 11 bereits schleppend in Drehrichtung der An- oder Abtriebswelle mitgenommen, bis der Abstand a (Spalt) überbrückt ist und das Losrad 2 fest auf der An- oder Abtriebswelle 1 verklemmt und somit synchronisiert ist. Hierbei nimmt die Drehzahldifferenz zwischen Losrad 2 und An- oder Abtriebswelle 1 schlagartig ab, wodurch eine sehr kurze Synchronisierungszeit erzielt werden kann.
Bezugszeichenliste An- oder Abtnebswelle
Losrad
Losradlager
schaltbare Kupplung Innenring
Verzahnung (6)
Rampenkontur (6)
Berg
Tal
Rampenkontur (11 ) Keilscheibe
Reibfläche (11 )
Außenring (2)
Kupplungsscheibe
1 Reibfläche (13)
Außenumfang (13) Vorsprung
Aufnahme (12)
Anschlagplatte
Stirnseite (2) Druckplatte
Abstand (11 -12)

Claims

Ansprüche
1 . Schaltbare Kupplung (4) zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Welle (1 ) auf ein auf der Welle (1 ) frei drehbar angeordnetes Losrad (2) mit einem auf der Welle
(I ) drehfest angeordneten Innenring (6), einem auf dem Innenring (6) mittels Rampen (8, 9) angeordneter Keilscheibe (11 ) und einem die Keilscheibe (11 ) koaxial
umgebenden Außenring (12), dadurch gekennzeichnet,
dass eine formschlüssig mit dem Außenring (12) verbundene und mit der Keilscheibe
(I I ) reibschlüssig zusammenwirkende Kupplungsscheibe (13) vorgesehen ist.
2. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Keilscheibe (11 ) kraftschlüssig mit dem Außenring (12) in Kontakt bringbar angeordnet ist.
3. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kupplungsscheibe (13) radiale Vorsprünge (16) aufweist und
dass die radialen Vorsprünge (16) in achsparallel angeordnete Aufnahmen (17) des Außenringes (12) eingreifen.
4. Schaltbare Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheibe (13) und die Keilscheibe (11 ) an ihren axial gerichteten Stirnseiten Reibflächen (13.1 , 11 .1 ) aufweisen.
5. Schaltbare Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kupplungsscheibe (13) axial benachbart zur Keilscheibe (11 ) angeordnet ist und mit dieser mittels der Reibflächen (11.1 , 13.1 ) in Kontakt bringbar ist.
6. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Kupplungspakete (11 , 13) bestehend aus jeweils einer
Kupplungsscheibe (13) und einer Keilscheibe (11 ) vorgesehen sind, wobei die
Kupplungsscheiben (13) und die Keilscheiben (11 ) alternierend angeordnet sind.
7. Schaltbare Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Innenring (6) an seinem Außenumfang eine Rampenkontur (8) aufweist, die mit einer entsprechenden Rampenkontur (9) der Keilscheibe (11 ) zusammenwirkt.
8. Schaltbare Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Rampenkontur (8) eine gleichmäßige Abfolge von Bergen (8.1 ) und Tälern (8.2) aufweist.
9. Schaltbare kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Außenring (12) ein Teil des Losrades (2) ist.
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