WO2018091030A1 - Klauenkupplung mit synchronisiereinrichtung - Google Patents

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axially
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Sebastian Giehl
Horst Hartmann
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16D23/02—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D11/14—Clutches in which the members have interengaging parts with clutching members movable only axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • F16D2011/008—Clutches in which the members have interengaging parts characterised by the form of the teeth forming the inter-engaging parts; Details of shape or structure of these teeth

Definitions

  • the invention relates to a coupling consisting of two end-toothed disk-shaped coupling bodies with a synchronizer for speed-equalization of the coupling body prior to engagement, the Kupp-Iungsisson axially spaced from each other and the one coupling body for effecting engagement of the spur gears axially against the other coupling body is movably arranged.
  • DE 10 2014 209 936 B3 shows a synchronization device for adjusting the rotational speed of a clutch or brake of an automatic transmission, comprising a first and a second disc, each having a spur gear, wherein the discs are axially spaced from each other and the disc for effecting engagement the spur gear teeth is axially movable against the other disc, wherein at least one disc is rotatably connected to a synchronizing ring, against which the disc is axially movable against a restoring force.
  • the synchronizer ring has a contact surface, by means of which, with one movement of the disks relative to one another, it runs against a contact surface of the other disk.
  • the teeth of DE 10 2014 209 936 B3 are formed as roof teeth, d. H. the tooth flanks of a tooth converge from the tooth root to the tooth tip. In such serrations, the torques to be transmitted generate a large axial force component which forces the clutch discs apart.
  • the invention has for its object to provide a front-toothed clutch with synchronizer, which generates no or only a small Axialkraftkomponente at a torque transmission.
  • the object is achieved by the features of claim 1.
  • the coupling according to the invention has an end toothing, which is designed as dog teeth, wherein a spring element is provided for releasing the coupling.
  • the claw toothing have to simplify the meshing of the teeth of the claw-enveriereungen additionally roof teeth.
  • the Teeth of Klauenver-toothing are substantially rectangular in plan and have tooth flanks, which are parallel or nearly parallel to each other.
  • the teeth of the dog teeth can have an undercut. This means that the tooth flanks converge in a wedge shape in an axis-parallel direction, so that a tooth root is narrower than a tooth head. With such a design of the tooth flanks, an applied torque generates an axial force which pulls the coupling bodies towards each other.
  • the tooth flanks are formed slightly rising in the axis-parallel direction, so that a tooth root is wider than a tooth head.
  • the rising Zahnflan kenwinkel the coupling is formed so flat that only a very small Axi alkraftkomponente is generated, so that a force for closing and holding the closed clutch is very small, even at high torques.
  • To generate a restoring force for releasing the clutch is at least one plate spring, preferably a plate spring package, provided which a transmission part, z. B. a shaft coaxially surrounds, wherein the shaft as a guide for a
  • the diaphragm spring is axially supported on a Kupp-Iungsterrorism and at one of them spaced apart arranged on the other Kupp-Iungsêt synchronizer ring.
  • a speed equalization of the coupling body is achieved before the engagement of the spur gears in an advantageous manner.
  • the synchronizer ring is moved so far by means of the plate spring until the synchronizer ring comes into frictional contact with the coupling body.
  • the synchronizer ring and the coupling body have a common friction surface, preferably a circumferential conical friction surface.
  • a plate spring or a plate spring package with a larger diameter is used without a larger space to be used.
  • requirements Suggested it is provided that the plate spring with its outer diameter is supported on a guide of a gear part, preferably on a housing accommodating the shaft.
  • the diaphragm spring surrounds the coupling body coaxially outside the spur gear teeth.
  • FIG. 1 is a front-toothed dog clutch in a perspective view.
  • Fig. 2 the dog clutch in section in a schematic representation.
  • FIG. 3 shows a second embodiment with a disc outside the teeth arranged plate spring in section in a schematic representation.
  • a coupling 1, according to FIG. 1, has two end-toothed disc-shaped coupling bodies 2, 3, of which at least one is axially movable towards the other for shifting the clutch 1 or is arranged to be movable away from it.
  • the coupling bodies 2, 3 each have an end toothing 4, 6, which is preferably formed as a dog toothing.
  • the dog teeth additionally have a roof toothing.
  • the first coupling body 2 is shown in FIG. 2 rotatably with a first gear-participating 7, z. B. a shaft or a carrier connected.
  • the second coupling body 3 is connected to a second gear part 8, z. B. a housing or an internally toothed sleeve rotatably connected.
  • the second clutch body 3 has a synchronizer ring 9, which is non-rotatably connected to the first gear part 7 and with the coupling body 3, a common friction surface 11 has.
  • the friction surface 1 1 is preferably formed as a circumferential conical friction surface 1 1.
  • a multi-cone system with multiple, circumferential conical friction surfaces aufwei-send, synchronizing rings can be used.
  • the transmission part 7 coaxially umgrei-fende, ring spring 12, z. B. a plate spring or preferably a plate spring package, provided which is disposed within the spur gear teeth 4, 6 and is axially supported on the one hand to the coupling body 2 and the other to the synchronizer ring 9.
  • the plate spring 12 by means of its inner circumference 13 on a guide 14, z. B. the outer periphery of the transmission part 7, out.
  • the axial support of the plate spring 12 in this case takes place against an end face 16 of the coupling body 2 and one of these oppositely arranged end face 17 of the synchronizer ring.
  • At least one plate spring 22, preferably a disc spring package is provided for transmitting greater forces to a synchronizer ring 25 and generating larger restoring forces to release the clutch 1, or Separating the coupling body 2, 3 has a relation to the plate spring 12 larger diameter.
  • the plate spring 22 surrounds the spur gear teeth 4, 6 of the coupling body 2, 3 coaxially and is supported with its outer diameter 23 on a guide 24, in particular on an inwardly directed radial stop of the housing and guided axially.
  • the synchronizer ring 25 has a larger diameter for providing a larger friction surface 27 with the coupling body 2 and is arranged coaxially outside the coupling body 2, wherein the latter is non-rotatably connected to the transmission part 8.
  • each coupling body 2, 3 each have a synchronizer ring 9, 25 assign, which are then arranged radially offset from one another.

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Abstract

Bei einer Kupplung, bestehend aus zwei stirnverzahnten scheibenförmigen Kupplungskörpern ist es vorgesehen, dass die Stirnverzahnungen als Klauenverzahnungen mit zusätzlichen Dachverzahnungen ausgebildet sind und zwischen den Kupplungskörpern eine Tellerfeder oder Tellerfederpaket angeordnet ist, die axial an einem ersten Kupplungskörper und an einem Synchronring des zweiten Kupplungskörpers abgestützt ist, wobei der Synchronring mit dem zweiten KuppIungskörper eine gemeinsame Reibfläche, insbesondere eine umlaufende konische Reibfläche, aufweist.

Description

Titel
Klauenkupplung mit Synchronisiereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Kupplung bestehend aus zwei stirnverzahnten schei-benförmigen Kupplungskörpern mit einer Synchronisiereinrichtung zur Dreh-zahlangleichung der Kupplungskörper vor dem Einkuppeln, wobei die Kupp-Iungskörper axial voneinander beabstandet sind und der eine Kupplungskörper zur Erwirkung eines Eingriffes der Stirnverzahnungen axial gegen den anderen Kupplungskörper bewegbar angeordnet ist.
Die DE 10 2014 209 936 B3 zeigt eine Synchronisiereinrichtung zur Angleichung der Drehzahl einer Kupplung oder Bremse eines Automatikgetriebes, umfassend eine erste und eine zweite Scheibe, die jeweils eine Stirnverzahnung aufweisen, wobei die Scheiben axial voneinander beabstandet sind und die eine Scheibe zur Erwirkung eines Eingriffs der Stirnverzahnungen axial gegen die andere Scheibe bewegbar ist, wobei wenigstens eine Scheibe drehfest mit einem Synchronisierring verbunden ist, gegen den die Scheibe gegen eine Rückstellkraft axial bewegbar ist. Der Synchronring weist eine Anlauffläche auf, mittels der er, bei einer Bewegung der Scheiben gegeneinander, gegen eine Anlauffläche der anderen Scheibe läuft.
Die Verzahnungen der DE 10 2014 209 936 B3 sind als Dachverzahnungen aus-gebildet, d. h. die Zahnflanken eines Zahnes laufen vom Zahnfuß zum Zahnkopf zusammen. Bei derartigen Stirnverzahnungen erzeugen die zu übertragenden Drehmomente eine große Axialkraftkomponente, welche die Kupplungsscheiben auseinander drückt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stirnverzahnte Kupplung mit Synchronisiereinrichtung zu schaffen, die bei einer Drehmomentübertragung keine oder nur eine geringe Axialkraftkomponente erzeugt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass die erfindungsgemäße Kupplung eine Stirnverzahnung aufweist, die als Klauenverzahnung ausgebildet ist, wobei ein Federelement zum Lösen der Kupplung vorgesehen ist. Die Klauen-verzahnungen weisen zur Vereinfachung des Zahneingriffs der Zähne der Klau-enverzahnungen zusätzlich Dachverzahnungen auf. Die Zähne der Klauenver-zahnungen sind im Grundriss im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und weisen Zahnflanken auf, die parallel oder nahezu parallel zueinander ausgebildet sind. Hierbei können die Zähne der Klauenverzahnung einen Hinterschnitt auf-weisen. Das bedeutet, dass die Zahnflanken in achsparalleler Richtung keilförmig zusammenlaufen, so dass ein Zahnfuß schmaler ist, als ein Zahnkopf. Bei einer derartigen Ausbildung der Zahnflanken erzeugt ein anstehendes Drehmoment eine Axialkraft, welche die Kupplungskörper zueinander zieht. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass die Verbindung der Kupplungskörper während der Drehmomentübertragung nicht gelöst werden kann. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Zahnflanken in achsparalleler Richtung leicht ansteigend ausgebildet sind, so dass ein Zahnfuß breiter ist, als ein Zahnkopf. Durch diese Maßnahme wird das Einspuren der Stirnverzahnungen ineinander beim Schließen der Kupplung vereinfacht und auch das Lösen der Kupplung ist problemlos möglich. Der ansteigende Zahnflan-kenwinkel der Kupplung ist so flach ausgebildet, dass nur eine sehr geringe Axi-alkraftkomponente erzeugt wird, so dass eine Stellkraft zum Schließen und Halten der geschlossenen Kupplung auch bei großen Drehmomenten sehr klein ist. Zur Erzeugung einer Rückstellkraft zum Lösen der Kupplung ist mindestens eine Tellerfeder, vorzugsweise ein Tellerfederpaket, vorgesehen, welche ein Getriebe-teil, z. B. eine Welle koaxial umgreift, wobei die Welle als Führung für einen
Innendurchmesser der Tellerfeder dient. Die Tellerfeder ist axial an einem Kupp-Iungskörper und an einem davon beabstandet angeordneten am anderen Kupp-Iungskörper angeordneten Synchronring abgestützt. Durch diese Anordnung wird in vorteilhafter Weise eine Drehzahlangleichung der Kupplungskörper vor dem Eingreifen der Stirnverzahnungen erzielt. Hierbei wird der Synchronring mittels der Tellerfeder so weit verschoben, bis der Synchronring in Reibkontakt mit dem Kupplungskörper gelangt. Zu diesem Zweck weisen der Synchronring und der Kupplungskörper eine gemeinsame Reibfläche, vorzugsweise eine umlaufende konische Reibfläche, auf.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ist es zur Erhöhung der Tellerfederkraft in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass eine Tellerfeder oder ein Tellerfederpaket mit größerem Durchmesser eingesetzt wird, ohne einen größeren Bauraum zu be- anspruchen. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, dass die Tellerfeder mit ihrem Außendurchmesser auf einer Führung eines Getriebeteiles, vorzugsweise an einem die Welle auf- nehmenden Gehäuse, abgestützt ist. Bei dieser Anordnung umgreift die Tellerfeder die Kupplungskörper koaxial außerhalb der Stirnverzahnungen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine stirnverzahnte Klauenkupplung in perspektivischer Ansicht. Fig. 2 die Klauenkupplung im Schnitt in schematischer Darstellung.
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer außerhalb der Klauenverzahnung angeordneten Tellerfeder im Schnitt in schematischer Darstellung. Eine Kupplung 1 weist gemäß Fig. 1 zwei stirnverzahnte scheibenförmige Kupp-Iungskörper 2, 3 auf, von welchen zum Schalten der Kupplung 1 mindestens Eine axial auf die Andere zu- oder weg bewegbar angeordnet ist.
Die Kupplungskörper 2, 3 weisen jeweils eine Stirnverzahnung 4, 6 auf, welche vorzugsweise als Klauenverzahnung ausgebildet ist. Die Klauenverzahnung weist zusätzlich eine Dachverzahnung auf. Die Zähne 4.1 , 6.1 der Klauenverzahnungen
4, 6 weisen jeweils zueinander parallel oder nahezu parallel angeordnete Zahn-flanken 4.2, 6.2 auf.
Der erste Kupplungskörper 2 ist gemäß Fig. 2 drehfest mit einem ersten Getrie-beteil 7, z. B. einer Welle oder einem Träger verbunden. Der zweite Kupplungskörper 3 ist mit einem zweiten Getriebeteil 8, z. B. einem Gehäuse oder einer innenverzahnten Hülse, drehfest verbunden. Der zweite Kupplungskörper 3 weist einen Synchronring 9 auf, der drehfest mit dem ers- ten Getriebeteil 7 verbunden ist und mit dem Kupplungskörper 3 eine gemeinsame Reibfläche 11 aufweist. Die Reibfläche 1 1 ist vorzugsweise als umlaufende konische Reibfläche 1 1 ausgebildet. Selbstverständlich ist hier, je nach Anwendungsfall, auch ein Mehrkonussystem mit mehreren, umlaufenden konischen Reibflächen aufwei-sende, Synchronringen einsetzbar. Zwischen den Kupplungskörpern 2, 3 ist eine, das Getriebeteil 7 koaxial umgrei-fende, Ringfeder 12, z. B. eine Tellerfeder oder vorzugsweise ein Tellerfederpaket, vorgesehen, die innerhalb der Stirnverzahnungen 4, 6 angeordnet ist und zum Einen an dem Kupplungskörper 2 und zum Anderen an dem Synchronring 9 axial abgestützt ist. Hierbei ist die Tellerfeder 12 mittels ihres Innenumfanges 13 auf einer Führung 14, z. B. dem Außenumfang des Getriebeteils 7, geführt.
Die axiale Abstützung der Tellerfeder 12 erfolgt hierbei gegen eine Stirnseite 16 des Kupplungskörpers 2 und eine dieser gegenüberliegend angeordnete Stirnseite 17 des Synchron- ringes 9.
Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Tellerfedern 12 an ihrem Außenumfang 18 zu führen, wobei radial gerichtete Anschlagflächen 19, 21 an den Kupplungskörpern 2, 3 als Führung ausgebildet sein können.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist es gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass mindestens eine Tellerfeder 22, vorzugs-weise ein Tellerfederpaket vorgesehen ist, die zur Übertragung größerer Kräfte auf einen Synchronring 25 und Erzeugung größerer Rückstellkräfte zum Lösen der Kupplung 1 , bzw. Trennen der Kupplungskörper 2, 3 einen gegenüber der Tellerfeder 12 größeren Durchmesser aufweist.
Zu diesem Zweck umgreift die Tellerfeder 22 die Stirnverzahnungen 4, 6 der Kupplungskörper 2, 3 koaxial und ist mit ihrem Außendurchmesser 23 auf einerFührungen 24, insbesondere auf einem nach innen gerichteten Radialanschlag des Gehäuses abgestützt und axial geführt.
Der Synchronring 25 weist zur Bereitstellung einer größeren Reibfläche 27 mit dem Kupplungskörper 2 einen größeren Durchmesser auf und ist koaxial außer-halb des Kupplungskör- pers 2 angeordnet, wobei dieser hierbei drehfest mit dem Getriebeteil 8 verbunden ist. Selbstverständlich ist es auch möglich durch Kombination der Ausführungsbei-spiele Fig. 2 und 3 jedem Kupplungskörper 2, 3 jeweils einen Synchronring 9, 25 zuzuordnen, wobei diese dann radial versetzt zueinander angeordnet sind.
Bezugszeichenliste
1 Kupplung
2 Kupplungskörper
3 Kupplungskörper
4 Stirnverzahnung (2)
4.1 Zahn
4.2 Zahnflanke
4.3 Dachverzahnung
5
6 Stirnverzahnung (3)
6.1 Zahn
6.2 Zahnflanke
6.3 Dachverzahnung
7 Getriebeteil (Zahnrad)
8 Getriebeteil (Welle)
9 Synchronring
10
11 Reibfläche
12 Tellerfeder
13 Innendurchmesser (12)
14 Führung
15
16 Stirnseite (2)
17 Stirnseite (9)
18 Außendurchmesser (12)
19 Führung (2)
20
21 Führung (3)
22 Tellerfeder
23 Außendurchmesser (22)
24 Führung
25 Synchronring
26
27 Reibfläche

Claims

Patentansprüche
1. Kupplung mit einem ersten und zweiten jeweils eine Stirnverzahnung aufwei-senden scheibenförmigen Kupplungskörper und einer Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung der Kupplungskörper, wobei die Kupplungskörper axial voneinander beabstandet sind und mindestens ein Kupplungskörper zur Erwir-kung eines Eingriffes der Stirnverzahnungen axial gegen den anderen Kupp-Iungskörper bewegbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnungen (4, 6) als Klauenverzahnungen ausgebildet sind.
2. Kupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Klauenverzahnungen (4, 6) zusätzlich Dachverzahnungen (4.3, 6.3) auf-weisen und dass die Zähne (4.1 , 6.1) der Klauenverzahnungen (4, 6) Zahnflanken (4.2, 6.2) aufweisen, die zueinander parallel oder nahezu parallel ausgebildet sind.
3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den Kupplungskörpern (2, 3) ein Federmittel (12, 22) angeordnet ist.
4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass das Federmittel (12, 22) mindestens eine ein Getriebeteil (7) koaxial umgrei-fende Tellerfeder oder Tellerfederpaket (12) ist.
5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Tellerfeder (12) jeweils mittels einer Führung (14; 19, 21 ; 24) gegen ra-diale Verschiebung gesichert ist.
6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die axiale Führung (14) durch einen Außenumfang des ersten Getriebeteiles (7) gebildet wird, auf welchem die Tellerfeder (12) mittels ihres Innenumfanges (13) radial abgestützt und axial geführt ist.
7. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Führung (19, 21) durch einen Radialanschlag am Kupplungskörper (2,3) gebildet ist, an welchem die Tellerfeder (12) mittels ihres Außenumfanges (18) radial abgestützt und axial geführt ist.
8. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die axiale Führung (24) durch einen nach innen weisenden Radialanschlag am Gehäuse (8) gebildet ist, auf welchem die Tellerfeder (22) mittels ihres Au-ßenumfanges (23) radial abgestützt und axial geführt ist.
9. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (12;22) jeweils an einer axial gerichteten Stirnseite (16) des ersten/zweiten Kupplungskörpers (2;3) und an einer dieser gegenüberliegend an-geordneten Stirnseite (17) des Synchronringes (9;25) abgestützt ist.
10. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-net, dass der Synchronring (9; 25) mittels einer umlaufenden konischen Reibfläche (1 1 ; 27) mit dem zweiten und/oder ersten Kupplungskörper (3;2) in Wirkverbin-dung steht.
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