WO2023057005A1 - Druckmittelbetätigte kupplung mit doppelkolben und drehmomentverteileinrichtung für ein kraftfahrzeug mit zwei derartigen kupplungen - Google Patents

Druckmittelbetätigte kupplung mit doppelkolben und drehmomentverteileinrichtung für ein kraftfahrzeug mit zwei derartigen kupplungen Download PDF

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WO2023057005A1
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secondary piston
piston
pressure chamber
primary
pressure
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PCT/DE2022/100680
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Inventor
Elmar Lorenz
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16D25/06—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch
    • F16D25/062—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces
    • F16D25/063—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces with clutch members exclusively moving axially
    • F16D25/0635—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces with clutch members exclusively moving axially with flat friction surfaces, e.g. discs
    • F16D25/0638—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having friction surfaces with clutch members exclusively moving axially with flat friction surfaces, e.g. discs with more than two discs, e.g. multiple lamellae
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D21/02—Systems comprising a plurality of actuated clutches for interconnecting three or more shafts or other transmission members in different ways
    • F16D21/06—Systems comprising a plurality of actuated clutches for interconnecting three or more shafts or other transmission members in different ways at least two driving shafts or two driven shafts being concentric
    • F16D2021/0607—Double clutch with torque input plate in-between the two clutches, i.e. having a central input plate

Definitions

  • the present invention relates to a clutch device for a motor vehicle, comprising an outer disk set that is or can be coupled to an input shaft, an inner disk set that is coupled or can be coupled to an output shaft and forms a disk set with the outer disk set, and an actuating device with a retaining element on which a primary piston and a
  • the secondary piston is arranged in an axially displaceable manner, with the primary piston delimiting a primary pressure chamber and, when pressure is applied to a pressure medium arranged in the primary pressure chamber, it can be moved with a compressive force against the outer disk set, so that the latter is moved against the inner disk set in such a way that a torque is transmitted from the input shaft to the output shaft and vice versa by means of friction caused by the compressive force between the outer disk set and the inner disk set, wherein the secondary piston delimits a secondary pressure chamber and when pressure is applied to the or a pressure medium located in the secondary pressure chamber is movable in such a way that it moves the primary piston against the outer disk set.
  • Such a clutch device is used, for example, in torque distribution devices, which in turn are used in motor vehicles and are used to selectively distribute a torque introduced at a component of the torque distribution device to two separate output shafts.
  • torque distribution devices is also often referred to as a "torque vectoring module”.
  • Their function is based on the fact that the rotor carrier, which forms a type of housing, is coupled to the input shaft, which can also be referred to as a drive or input shaft, so that a torque can be introduced into the torque distribution device.
  • the torque distribution device includes two such separately actuatable clutch devices, which are designed as multi-plate clutches. Each coupling device is connected to the rotor carrier on the one hand and via separate ones on the other hand Inner disc carrier coupled with separate output shafts. The torque introduced can be supplied selectively to one, the other or both output shafts, in particular in a variable ratio, via the two selectively actuatable clutch devices.
  • the basic structure and function of such a torque distribution device or clutch device is known, for example, from US Pat. No. 10,563,707 B2.
  • US Pat. No. 10,563,707 B2 discloses a torque distribution device with a clutch device comprising a first and a second pressure piston, in which the second pressure piston runs against the disk set and the first pressure piston runs against the second pressure piston, with the pistons bearing directly against one another.
  • a clutch device comprising a first and a second pressure piston, in which the second pressure piston runs against the disk set and the first pressure piston runs against the second pressure piston, with the pistons bearing directly against one another.
  • Such a system is also referred to as a “tandem arrangement”.
  • the two individual forces of the pressure pistons add up here, the pressure chambers assigned to the pressure pistons being pressurized jointly.
  • the outer disk set and the inner disk set which engage in one another, can be actively compressed by means of the actuating device and can also be relieved again.
  • the disks can be brought into a frictional connection, in particular a frictional connection, for the transmission of the torque by means of the actuating device, this state also being referred to as the sensed state.
  • the actuating device includes a primary piston, which is assigned a primary pressure chamber.
  • a hydraulic pressure medium can be pressed into the primary pressure chamber, so that an axial displacement of the primary piston, which causes the compression of the disk pack, is controlled.
  • the respective clutch is opened or, to put it another way, vented by relieving the pressure, so that the frictional connection or frictional engagement is eliminated.
  • the present invention is based on the problem of specifying an improved concept for a clutch device.
  • the invention provides in the clutch device of the type mentioned that the primary piston and the secondary piston are connected to one another via a spring element, with the secondary piston and the spring element being a one-piece component.
  • the advantage of a low-hysteresis control behavior of the clutch device is realized by the spring element.
  • pressurizing the pressure medium provided in the primary pressure chamber causes the primary piston to be pressed against the disk pack, specifically against an elastic restoring force of the spring element connected to the primary piston, which in turn is connected to the secondary piston. If the frictional connection caused by this is to be canceled, it is sufficient to reduce the pressure in the primary pressure chamber, for example by opening a corresponding valve.
  • the spring element which is still tensioned at this moment, causes the primary piston to move away from the disk pack without any time delay.
  • hysteresis-free means that when a corresponding control signal is present to reduce the primary chamber pressure, which causes the valve to open, for example, the friction between the disk packs is eliminated immediately and without delay.
  • the secondary piston and the spring element are a one-piece component.
  • the advantages present in connection with the spring element are consequently achieved in the clutch device according to the invention without the complexity increasing, in particular with regard to the number of individual components of the clutch device and the associated production costs.
  • the one-piece nature of these components simplifies the manufacturing process of the clutch device according to the invention, since the secondary piston and the spring element can be manufactured and assembled together, which saves on work steps.
  • the one-piece component is produced by deep-drawing a sheet metal component.
  • the one-piece design means that no separate connecting and possibly sealing means are required for the, in particular fluid-tight, attachment of the spring element to the secondary piston.
  • power is transmitted from the Secondary piston via the spring element on the primary piston in the context of overcoming the ventilation clearance with almost no losses, since no losses occur via the connecting means that would otherwise be required.
  • the pistons can each slide on a sealing element, which can be a seal, in particular stationary and arranged on the holding element.
  • the spring element is a bellows.
  • a bellows is an elastic element that can be folded up like an accordion and, with respect to an axis of rotation of the coupling device, can extend radially completely around the circumference, so that a force effect that is as uniform as possible is realized by means of the bellows.
  • the bellows preferably has a repeating cross-sectional structure, which can be U-shaped and/or Q-shaped at least in sections. The restoring force that can be brought about by means of the bellows or the spring hardness of the spring element depends in particular on the wall thickness of the bellows material.
  • the bellows is preferably made of a metal that is particularly advantageous in terms of mechanical properties, such as elasticity and longevity.
  • the bellows and the secondary piston are designed in one piece, for example from a one-piece metal sheet that is folded like an accordion in the area of the bellows.
  • the bellows can be connected to the secondary piston, for example in a materially bonded manner, for example by means of a welded connection.
  • the spring element is a bellows
  • the spring element delimits the primary pressure chamber outwards in the radial direction.
  • the bellows is fluid-tight, with a corresponding fluid-tightness also being provided almost automatically at the corresponding transition point due to the integral nature of the spring element and the secondary piston.
  • the bellows is also attached to the primary piston via a fluid-tight connection, so that on the one hand the fluid volume is sealed and on the other hand the bellows also exert a tensile force on the primary piston for ventilation when it is relieved can exercise.
  • the bellows not only brings about the function described above with regard to the restoring effect, but also serves to seal or delimit the primary pressure chamber.
  • the spring element can also be a helical spring or a disk spring.
  • These springs can also be made of metal and, e.g. in the case of the disc spring, can be formed in one piece, e.g. from the sheet metal with the secondary piston, or can be welded on.
  • the secondary piston comprises a radial secondary piston section and an axial secondary piston section adjoining this.
  • the secondary piston is virtually L-shaped, with the axial secondary piston section extending cylindrically and the radial secondary piston section extending like a disk, with the radial secondary piston section being arranged at a front end of the cylindrical axial secondary piston section.
  • the secondary piston is therefore closed, in particular at the end at which the radial secondary piston section is arranged, and is open at the opposite end. This open end of the secondary piston faces towards and is attached to the primary piston.
  • the radial secondary piston section serves to form a support surface for a further spring element and a stop surface for the secondary piston running up against a support flange, which will be discussed in detail later.
  • the spring element in particular the bellows, is particularly preferably arranged on the end of the axial secondary piston section which is opposite the radial secondary piston section.
  • the spring element forms an axial end section of the axial secondary piston section that is more or less in the shape of a ring disk, which is seated on the primary piston and is fastened to it. If the spring element is the bellows, this creates a comparatively large contact surface between the spring element and the primary piston, which is advantageous with regard to the power transmission and in particular the fluid tightness.
  • the spring element the entire axial Secondary piston section forms.
  • the spring element in particular the bellows, directly adjoins the radial secondary piston section.
  • the clutch device can have the support flange which extends from the holding element, in particular in the radial direction, and which extends between the primary piston and the secondary piston.
  • the support flange preferably delimits the primary pressure chamber, in particular on the side of the primary pressure chamber opposite the primary piston.
  • the cylindrical axial secondary piston section can encompass the support flange in such a way that the axial secondary piston section slides and is guided along the radial end of the support flange.
  • a support flange sealing element can also be provided, which is arranged on a radial end of the support flange and which seals fluid-tight with respect to the axial secondary piston section, in particular for sealing the primary pressure chamber.
  • the support flange sealing element can be a sealing ring, in particular made of an elastomer, arranged radially on the outside on the support flange.
  • the primary pressure chamber is delimited by the primary piston, the axial secondary piston section, in particular the spring element, and the support flange.
  • the initially mentioned advantageous effect of the spring element with regard to the hysteresis-free control behavior of the coupling device according to the invention can be realized by the radial secondary piston section running up axially onto the support flange.
  • the secondary piston i.e. specifically the disk-like radial secondary piston section
  • the primary piston moving even further if the pressure in the primary pressure chamber increases further and against the restoring force of the spring element coupled to it is pressed against the disk pack, which takes place against the restoring force of the spring element.
  • the counterforce required for this is realized by means of the support flange.
  • the secondary pressure chamber is delimited by a secondary pressure chamber delimiting flange which is stationary with respect to the axially displaceable secondary piston and is attached to the holding element, the radial secondary piston section having an axially open annular groove which delimits the secondary pressure chamber, the secondary pressure chamber delimiting flange being axially in engages the annular groove and slides along a surface of the annular groove in a fluid-tight manner with a limiting flange sealing element during the axial displacement of the secondary piston.
  • the annular groove forms a central depression of the disc-shaped radial secondary piston section, the secondary pressure chamber limiting flange engaging in the annular groove and sliding along it to guide the axial movement of the secondary piston.
  • the outer diameter of the axially open annular groove thus corresponds approximately to the outer diameter of the secondary pressure chamber delimiting flange.
  • the secondary pressure chamber delimiting flange which is preferably L-shaped in cross section, can have a radial section which extends in the radial direction away from the holding element in the manner of a disk.
  • An axial section can be arranged on the radial section, with which the secondary pressure chamber delimiting flange engages in a cylindrical manner in the axially open, cylindrical annular groove.
  • the secondary pressure chamber can be delimited at one axial end by the annular groove of the secondary piston and at the other axial end by the secondary pressure chamber delimiting flange.
  • the secondary pressure chamber is delimited both by an axial wall section of the annular groove and by the axial section of the secondary pressure chamber delimiting flange.
  • a limiting flange sealing element can be provided on the secondary pressure chamber limiting flange, in particular on the open end of the axial section, which is accommodated in the annular groove and which seals the secondary pressure chamber from the outside in a fluid-tight manner. Viewed radially, the limiting flange sealing element can protrude beyond the secondary pressure chamber limiting flange, so that the required sealing effect is reliably implemented.
  • the limiting flange sealing element can be a sealing ring, in particular made of an elastomer.
  • the secondary pressure chamber limiting flange can additionally or alternatively be attached to a rotor carrier of a torque distribution device, which will be discussed in detail later.
  • a further spring element can be provided which is supported on the one hand on a stationary section with respect to the axially displaceable pistons, in particular the or a support flange, and on the other hand on the secondary piston.
  • the additional spring element can be, for example, a bellows or a helical spring or plate spring, with the longitudinal axis of the additional spring element coinciding with the longitudinal axis of the clutch device.
  • the further spring element causes the secondary piston to move away from the primary piston immediately when the pressure is applied to the secondary pressure chamber and relieves it, and since the primary piston and the secondary piston are connected to one another, the primary piston from the disk set .
  • the above-mentioned hysteresis-free control behavior of the clutch device is consequently further reinforced by means of the additional spring element.
  • a pressure medium distributor unit connected to a pressure medium supply line, which is part of the holding element and/or is arranged on it, can be provided.
  • a separate pressure medium supply line can be provided for each pressure chamber.
  • the pressure medium distribution unit can have at least one valve that can be controlled by a control device, so that the pressurization and pressure reduction in the pressure chambers can be controlled individually.
  • the present invention also relates to a torque distribution device for a motor vehicle, comprising two clutches each designed as multi-plate clutches Clutch devices according to the preceding description and a rotor carrier which is coupled or can be coupled to the input shaft, the outer disk pack of each clutch device being arranged in each case on the rotor carrier in an axially displaceable manner, the inner disc pack of each clutch device being arranged in an axially displaceable manner on a separate inner disc carrier in each case, with each inner disc carrier is coupled or can be coupled to a separate output shaft.
  • the clutch devices can be constructed in mirror image in the torque distribution device. All advantages, features and aspects that are described in connection with the clutch device according to the invention can be applied to the torque distribution device and vice versa.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an exemplary embodiment of a torque distribution device according to the invention, comprising two clutch devices according to the invention, and
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the upper right part of the torque distribution device from FIG.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section running along an axial direction through an exemplary embodiment of a torque distribution device 1 according to the invention in a schematic representation.
  • Figure 2 is an enlarged view of the upper right quarter of the display area of Figure 1.
  • the torque distribution device 1 is part of a motor vehicle, not shown in detail, and is used to transmit the drive torque generated by a motor to the two wheels of a common axle according to an adjustable ratio.
  • the torque distribution device 1 comprises a U-shaped rotor carrier 2 viewed in longitudinal section, which, like almost all components of the torque distribution device 1, is ring-shaped.
  • the rotor carrier 2 is with a torque introductory shaft 3 or input shaft connected or connectable, such as by means of a welded joint.
  • the shaft 3 can also be provided at other points of the torque distribution device 1, which is indicated by dashed lines in FIG. In any case, the shaft 3 is coupled to the rotor carrier 2 so that the introduced torque is transmitted to the rotor carrier 2 .
  • the rotor carrier 2 and the shaft 3 are rotatably mounted about an axis of rotation 16 .
  • the torque distribution device 1 also includes two separate clutch devices 4, 5 according to the invention, which are designed as multi-plate clutches.
  • Each clutch device 4, 5 comprises an axially displaceable outer disk pack 6, 7, which is connected to the rotor carrier 2 in a torque-proof manner via a toothed connection.
  • Each clutch device 4, 5 comprises an axially displaceable inner disk pack 8, 9, each of which is coupled in a torque-proof manner to an inner disk carrier 10, 11 via a splined connection and can be coupled or is coupled to a separate output shaft 14, 15 via a hub flange 12, 13.
  • each hub flange 12, 13 has an axial toothing 17, 18 which meshes with an axially running external toothing of the output shafts 14, 15.
  • the output shafts 14, 15, like the rotor carrier 2 together with the shaft 3, can be rotated about the axis of rotation 16.
  • the outer and inner disc packs 6, 8 and 7, 9 each interlock and each form a common disc pack.
  • the coupling devices 4, 5 each comprise a separate actuating device 19, 20, via which the respective coupling device 4, 5 can be actuated.
  • the clutch devices 4, 5 or actuating devices 19, 20 can be controlled separately, so that the torque introduced by means of the shaft 3 can be selectively routed from the rotor carrier 2 to the output shafts 14, 15.
  • the clutch device 5 or actuating device 20 comprises a primary piston 21 and a secondary piston 22.
  • a stationary holding element 23 is provided on the rotor carrier 2, on which the pistons 21, 22 are arranged in an axially displaceable manner.
  • the primary piston 21 rests with its radially outer end on the outer disk set 7 or faces it, so that the outer disk set 7 can be pressed axially against the inner disk set 9 by means of the primary piston 21 in order to bring the disk sets 7, 9 into frictional contact or frictional engagement bring.
  • the primary piston 21 has an annular groove-like section lying radially on the inside, in which further components of the actuating device 20 or clutch device 5 , which will be discussed in more detail later, are accommodated in order to realize a space-saving design of the clutch device 5 .
  • a wall or a section of the primary piston 21 delimits a primary pressure chamber 24.
  • a pressure medium such as hydraulic oil can be introduced into the primary pressure chamber 24 and pressurized so that when pressure is applied to the pressure medium, the axial displacement just described and thus the pressure effect of the primary piston 21 on the disk packs 7, 9 is effected.
  • the secondary piston 22 delimits a secondary pressure chamber 25, into which a pressure medium such as hydraulic oil can also be introduced and pressurized.
  • the primary piston 21 and the secondary piston 22 are coupled to one another via a spring element 26 , which is a bellows 27 in the present case.
  • the secondary piston 22 and the spring element 26 are in this case a one-piece component.
  • the one-piece component is, for example, a correspondingly shaped, one-piece sheet metal part that forms both the bellows 27 and the secondary piston 22 .
  • the quasi-cylindrical or ring-shaped bellows 27 delimits the primary pressure chamber 24 outwards in the radial direction.
  • the bellows 27 is designed to be fluid-tight and is attached to the primary piston 21 by means of a fluid-tight connection.
  • the bellows 27 is fastened to the primary piston 21 so that when the secondary piston 22 moves in a direction away from the primary piston 21, the primary piston 21 can also move it away from the disk set.
  • the pistons 21, 22 each slide on a sealing element 39 which is arranged on the holding element 23 and is in the form of a sealing ring.
  • the secondary piston 22 comprises a radial, disc-like secondary piston section 28 and an axial, cylinder-like secondary piston section 29 adjoining it, the bellows 27 being a component of the axial secondary piston section 29 .
  • the secondary piston 22 is L-shaped due to the sections 28 , 29 .
  • the bellows is arranged at the end of the axial secondary piston section 29 opposite the radial secondary piston section 28 .
  • the spring element 26 or the bellows 27 forms the axial secondary piston section 29 .
  • the holding element 23 has a support flange 30 which extends in the radial direction and which extends between the primary piston 21 and the secondary piston 22 .
  • the support flange 30 is surrounded by the cylindrical axial secondary piston section 29 so that the axial secondary piston section 29 slides along the radial end of the support flange 30 .
  • a support flange sealing element 31 At the radial end of the support flange 30 there is a support flange sealing element 31 , here a sealing ring made of an elastomer mounted on the support flange, for fluid-tight sealing of the primary pressure chamber 24 to the secondary piston 22 or the secondary piston section 29 .
  • the secondary pressure chamber is delimited by a secondary pressure chamber delimiting flange 32, which is stationary with respect to the axially displaceable pistons 21, 22 and is fastened to the holding element 23, and is L-shaped in cross section.
  • the radial secondary piston section 28 has an axially open annular groove 33 which delimits the secondary pressure chamber 25 and into which the secondary pressure chamber delimiting flange 32 engages axially.
  • the secondary pressure chamber delimiting flange 32 slides along on a surface of the annular groove 33 .
  • a limiting flange sealing element 34 is provided, which bears against the secondary piston in the annular groove 33.
  • the limiting flange sealing element 34 is also a sealing ring made of an elastomer.
  • the secondary pressure chamber delimiting flange 32 has a radial section in which it extends in the radial direction away from the holding element 23 in the manner of a disk.
  • the radial section is followed by a cylindrical axial section, with which the secondary pressure chamber delimiting flange 32 engages in the annular groove 33, which is also delimited in the manner of a cylinder radially outward.
  • the secondary pressure chamber 25 is delimited with respect to one axial end by the annular groove 33 of the secondary piston 22 and at the other axial end by the secondary pressure chamber delimiting flange 32 .
  • the secondary pressure chamber 25 is delimited both by an axial wall section of the annular groove 33 and by the axial section of the secondary pressure chamber delimiting flange 32 .
  • a further spring element 35 is also provided in the clutch device 5 , which is supported on the one hand on the support flange 30 and on the other hand on the secondary piston 22 , namely on the radial secondary piston section 28 adjacent to the annular groove 33 .
  • the further spring element 35 is a helical spring which extends around the axis of rotation 16 with respect to its circumference.
  • a pressure medium distributor unit 36 is provided, which is arranged partially inside or in the area of the holding element 23.
  • the pressure medium distribution unit 36 includes a primary pressure medium supply line 37, by means of which the primary pressure chamber 24 can be supplied with pressure medium.
  • the pressure medium distribution unit 36 includes a secondary pressure medium supply line 38, by means of which the secondary pressure chamber 25 can be supplied with pressure medium.
  • the pressure medium distribution unit 35 includes valves, which are not shown in detail and can be controlled by a control device, so that the pressure chambers 22, 23 can be pressurized.
  • the supply lines 37, 38 can be supplied with pressure medium independently of one another and consequently the pressure chambers 37, 38 can also be pressurized independently of one another.
  • the mode of operation of the torque distribution device 1 and the clutch device 5 is explained below, with the function of the clutch device 4 naturally being the same.
  • the procedure by which the coupling device 5 is transferred from a ventilation position to a sensing position is described first.
  • the sensing position is the position in which the clutch device 5 is closed, i.e. the torque from the input shaft 3 to the output shaft 15, depending on which clutch device is actuated, by means of friction between the outer disk pack caused by the compressive force of the primary piston 21 7 and the inner disk set 9 can be transferred.
  • the ventilation position is that position in which this friction is eliminated by the primary piston 21 being at a distance from the disk pack.
  • the secondary pressure chamber 25 is pressurized first, so that the secondary piston moves to the left in relation to FIG
  • the primary piston 21 is shifted to the left here, so that it comes into physical contact with the outer disk set 9 . Consequently, there is a very rapid transfer of the primary piston 21 to the disk pack, so that the so-called ventilation clearance is bridged very quickly.
  • the secondary piston runs against the supporting flange 30 serving as an axial stop.
  • the primary pressure chamber 24 is pressurized, which ultimately causes the pressing force of the primary piston 21 against the disk set to compress the same.
  • the bellows 27 connected to the primary piston is stretched because the primary piston 21 moves while the secondary piston 28 is supported on the support flange 30 .
  • the multi-disk clutch 5 is returned from the sensing position to the venting position in that both pressure chambers 24, 25 are depressurized with respect to the pressure medium respectively arranged therein.
  • the spring element 26 that is subjected to tensile stress, that is to say the bellows 27, causes the primary piston 21 to move away from the disk pack directly, so that the load is immediately relieved.
  • This effect is reinforced by the additional spring element 35, which also moves the secondary piston 22 to the right, based on FIG the opening of the clutch device 5, a low-hysteresis control behavior is realized.

Landscapes

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Abstract

Kupplungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein mit einer Eingangswelle (3) gekoppeltes oder koppelbares Außenlamellenpaket (7), ein mit einer Ausgangswelle (15) gekoppeltes oder koppelbares Innenlamellenpaket (9), das mit dem Außenlamellenpaket (7) ein Lamellenpaket bildet, und eine Betätigungseinrichtung (20) mit einem Halteelement (23), an dem ein Primärkolben (21) und ein Sekundärkolben (22) jeweils axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Primärkolben (21) eine Primärdruckkammer (24) begrenzt und bei einer Druckbeaufschlagung eines in der Primärdruckkammer (24) angeordneten Druckmediums mit einer Druckkraft gegen das Außenlamellenpaket (7) bewegbar ist, so dass dieses derart gegen das Innenlamellenpaket (9) bewegt wird, so dass ein Moment von der Eingangswelle (3) auf die Ausgangswelle (15) und umgekehrt mittels einer durch die Druckkraft bewirkten Reibung zwischen dem Außenlamellenpaket (7) und dem Innenlamellenpaket (9) übertragbar ist, wobei der Sekundärkolben (22) eine Sekundärdruckkammer (25) begrenzt und bei einer Druckbeaufschlagung des oder eines in der Sekundärdruckkammer (25) befindlichen Druckmediums derart bewegbar ist, dass er den Primärkolben (21) gegen das Außenlamellenpaket (7) bewegt, wobei der Primärkolben (21) und der Sekundärkolben (22) über ein Federelement (26), vorzugsweise ein Faltenbalg (27), miteinander verbunden sind, wobei der Sekundärkolben (22) und das Federelement (26) ein einstückiges Bauteil sind.

Description

DRUCKMITTELBETÄTIGTE KUPPLUNG MIT DOPPELKOLBEN UND DREHMOMENTVERTEILEINRICHTUNG FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG MIT ZWEI DERARTIGEN KUPPLUNGEN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein mit einer Eingangswelle gekoppeltes oder koppelbares Außenlamellenpaket, ein mit einer Ausgangswelle gekoppeltes oder koppelbares Innenlamellenpaket, das mit dem Außenlamellenpaket ein Lamellenpaket bildet, und eine Betätigungseinrichtung mit einem Halteelement, an dem ein Primärkolben und ein Sekundärkolben jeweils axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Primärkolben eine Primärdruckkammer begrenzt und bei einer Druckbeaufschlagung eines in der Primärdruckkammer angeordneten Druckmediums mit einer Druckkraft gegen das Außenlamellenpaket bewegbar ist, so dass dieses derart gegen das Innenlamellenpaket bewegt wird, dass ein Moment von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle und umgekehrt mittels einer durch die Druckkraft bewirkten Reibung zwischen dem Außenlamellenpaket und dem Innenlamellenpaket übertragbar ist, wobei der Sekundärkolben eine Sekundärdruckkammer begrenzt und bei einer Druckbeaufschlagung des oder eines in der Sekundärdruckkammer befindlichen Druckmediums derart bewegbar ist, dass er den Primärkolben gegen das Außenlamellenpaket bewegt.
Eine solche Kupplungseinrichtung wird zum Beispiel bei Drehmomentverteileinrichtungen genutzt, die wiederum bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen und dazu dienen, ein an einem Bauteil der Drehmomentverteileinrichtung eingeleitetes Drehmoment an zwei separate Abtriebswellen selektiv zu verteilen. Eine solche Drehmomentverteileinrichtung wird auch häufig „Torque Vectoring Modul“ genannt. Ihre Funktion basiert darauf, dass der Rotorträger, der eine Art Gehäuse bildet, mit der einleitenden Welle, die auch als Antriebs- oder Eingangswelle bezeichnet werden kann, gekoppelt ist, so dass ein Drehmoment in die Drehmomentverteileinrichtung eingeleitet werden kann.
Die Drehmomentverteileinrichtung umfasst zwei solche separat betätigbare Kupplungseinrichtungen, die als Lamellenkupplungen ausgeführt sind. Jede Kupplungseinrichtung ist einerseits mit dem Rotorträger verbunden und andererseits über separate Innenlamellenträger mit separaten Abtriebswellen gekoppelt. Über die beiden selektiv betätigbaren Kupplungseinrichtungen kann das eingeleitete Drehmoment selektiv der einen, der anderen oder beiden Abtriebswellen, insbesondere in einem veränderbaren Verhältnis, zugeführt werden. Der grundsätzliche Aufbau und die Funktion einer solchen Drehmomentverteileinrichtung respektive Kupplungseinrichtung ist beispielsweise aus US 10 563 707 B2 bekannt.
Aus US 10 563 707 B2 ist insbesondere eine Drehmomentverteileinrichtung mit einer Kupplungseinrichtung umfassend einen ersten und einen zweiten Druckkolben bekannt, bei dem der zweite Druckkolben gegen das Lamellenpaket und der erste Druckkolben gegen den zweiten Druckkolben läuft, wobei die Kolben unmittelbar aneinander anliegen. Ein derartiges System wird auch als „Tandemanordnung“ bezeichnet. Hierbei addieren sich die beiden Einzelkräfte der Druckkolben, wobei die den Druckkolben jeweils zugeordneten Druckkammern gemeinsam druckbeaufschlagt werden.
Das Außenlamellenpaket und das Innenlamellenpaket, die ineinander eingreifen, sind mittels der Betätigungseinrichtung aktiv zusammendrückbar und können auch wieder entlastet werden. Die Lamellen können mittels der Betätigungseinrichtung in eine Reibverbindung, insbesondere einen Reibschluss, zur Übertragung des Drehmoments gebracht werden, wobei dieser Zustand auch als sensierter Zustand bezeichnet wird. Zum Zusammendrücken der Lamellenpakete umfasst die Betätigungseinrichtung einen Primärkolben, dem eine Primärdruckkammer zugeordnet ist. In die Primärdruckkammer kann ein hydraulisches Druckmedium eingepresst werden, so dass eine axiale Verschiebung des Primärkolbens, die das Zusammendrücken des Lamellenpakets bewirkt, gesteuert wird. Geöffnet oder, anders ausgedrückt, gelüftet wird die jeweilige Kupplung durch eine Entlastung des Drucks, so dass die Reibverbindung bzw. der Reibschluss aufgehoben wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Konzept für eine Kupplungseinrichtung anzugeben. Zur Lösung dieses Problems ist bei der Kupplungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Primärkolben und der Sekundärkolben über ein Federelement miteinander verbunden sind, wobei der Sekundärkolben und das Federelement ein einstückiges Bauteil sind.
Durch das Federelement wird der Vorteil eines hysteresearmen Ansteuerverhaltens der Kupplungseinrichtung realisiert. So bewirkt ein eine Druckbeaufschlagung des in der Primärdruckkammer vorgesehenen Druckmediums ein Andrücken des Primärkolbens an das Lamellenpaket, und zwar entgegen einer elastischen Rückstellkraft des mit dem Primärkolben verbundenen Federelements, das seinerseits mit dem Sekundärkolben verbunden ist. Sofern eine Aufhebung des hierdurch bewirkten Reibschlusses erfolgen soll, genügt es hierfür, den Druck in der Primärdruckkammer, etwa durch das Öffnen eines entsprechenden Ventils, zu reduzieren. Das in diesem Moment noch gespannte Federelement bewirkt ohne Zeitverzögerung ein Wegbewegen des Primärkolbens von dem Lamellenpaket. Hysteresefrei bedeutet also in diesem Zusammenhang, dass bei Vorliegen eines entsprechenden Steuersignals zur Reduzierung des Primärkammerdrucks, das etwa ein Öffnen des Ventils bewirkt, unmittelbar und ohne Verzögerung ein Aufheben der Reibung zwischen den Lamellenpaketen bewirkt wird.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass der Sekundärkolben und das Federelement ein einstückiges Bauteil sind. Die im Zusammenhang mit dem Federelement vorliegenden Vorteile werden folglich bei der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung erreicht, ohne dass die Komplexität, insbesondere hinsichtlich der Anzahl der Einzelkomponenten der Kupplungseinrichtung und des damit verbundenen Fertigungsaufwandes, zunimmt. Konkret bewirkt die Einstückigkeit dieser Komponenten eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung, da der Sekundärkolben und das Federelement gemeinsam hergestellt und montiert werden können, wodurch Arbeitsschritte eingespart werden. So ist etwa denkbar, dass das einstückige Bauteil durch Tiefziehen eines Blechbauteils hergestellt wird. Zudem bewirkt die Einstückigkeit, dass keine separaten Verbindungs- und gegebenenfalls Dichtmittel zur, insbesondere fluiddichten, Befestigung des Federelements an dem Sekundärkolben erforderlich sind. Zudem erfolgt eine im Rahmen des Betriebs der Kupplungseinrichtung erfolgende Kraftübertragung von dem Sekundärkolben über das Federelement auf den Primärkolben im Rahmen der Überwindung des Lüftungsspiels nahezu verlustfrei, da hierbei keine Verluste über ansonsten erforderliche Verbindungsmittel auftreten.
Zum Abdichten der Primärdruckkammer und der Sekundärdruckkammer bezüglich der Axialbewegung des Primärkolbens und des Sekundärkolbens entlang des Halteelements können die Kolben jeweils auf einem, insbesondere ortsfesten und an dem Halteelement angeordneten, Dichtelement gleiten, das ein Dichtung sein kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Federelement ein Faltenbalg. Ein Faltenbalg ist ein elastisches und ziehharmonikaartig zusammenfaltbares Element, das sich, bezüglich einer Drehachse der Kupplungseinrichtung, radial komplett um den Umfang erstrecken kann, so dass eine möglichst gleichmäßige Kraftwirkung mittels des Faltenbalgs realisiert wird. Bezogen auf die Axialrichtung weist der Faltenbalg bevorzugt eine sich wiederholende Querschnittsstruktur auf, die zumindest abschnittsweise U- und/oder Q-förmig sein kann. Die mittels des Faltenbalgs bewirkbare Rückstellkraft respektive die Federhärte des Federelements hängt insbesondere von der Wandstärke des Balgmaterials ab. Der Faltenbalg besteht bevorzugt aus einem Metall, das hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, etwa der Elastizität und der Langlebigkeit, besonders vorteilhaft ist. Der Faltenbalg und der Sekundärkolben sind erfindungsgemäß einstückig ausgebildet, etwa aus einem einstückigen Metallblech, das im Bereich des Faltenbalgs ziehharmonikaartig gefaltet ist. Alternativ kann der Faltenbalg an den Sekundärkolben beispielsweise stoffschlüssig, etwa mittels einer Schweißverbindung, angebunden sein.
Sofern das Federelement ein Faltenbalg ist, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Federelement die Primärdruckkammer in Radialrichtung nach außen begrenzt. In dieser Ausführungsform ist der Faltenbalg fluiddicht, wobei eine entsprechende Fluiddichtigkeit aufgrund der Einstückigkeit des Federelements und des Sekundärkolbens auch an der entsprechenden Übergangsstelle quasi automatisch gegeben ist. Der Faltenbalg ist ferner über eine fluiddichte Verbindung an dem Primärkolben befestigt, so dass einerseits das Fluidvolumen abgedichtet ist und andererseits der Faltenbalg beim Entlasten auch eine Zugkraft auf den Primärkolben zum Lüften ausüben kann. In dieser Ausführungsform bewirkt also der Faltenbalg nicht nur die oben beschriebene Funktion bezüglich der Rückstellwirkung, sondern dient zudem der Abdichtung respektive Begrenzung der Primärdruckkammer.
Das Federelement kann alternativ auch eine Schraubenfeder oder eine Tellerfeder sein. Auch diese Federn können aus Metall sein und z.B. im Falle der Tellerfeder einstückig z.B. aus dem Metallblech mit dem Sekundärkolben geformt sein oder angeschweißt sein.
Bei der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung kann vorgesehen sein, dass der Sekundärkolben einen radialen Sekundärkolbenabschnitt und einen sich hieran anschließenden axialen Sekundärkolbenabschnitt umfasst. Der Sekundärkolben ist im Querschnitt betrachtet quasi L-förmig, wobei sich der axiale Sekundärkolbenabschnitt zylinderförmig und der radiale Sekundärkolbenabschnitt scheibenartig erstreckt, wobei der radiale Sekundärkolbenabschnitt an einem stirnseitigen Ende des zylindrischen axialen Sekundärkolbenabschnitts angeordnet ist. Der Sekundärkolben ist also insbesondere an dem Ende, an dem der radiale Sekundärkolbenabschnitts angeordnet ist, geschlossen und an dem gegenüberliegenden Ende offen. Dieses offene Ende des Sekundärkolben weist in die Richtung des Primärkolbens und ist hieran befestigt. Der radiale Sekundärkolbenabschnitt dient dazu, eine Stützfläche für ein weiteres Federelement und eine Anschlagfläche für den gegen einen Stützflansch auflaufenden Sekundärkolben auszubilden, worauf später noch im Detail eingegangen wird.
Besonders bevorzugt ist das Federelement, insbesondere der Faltenbalg, an dem dem radialen Sekundärkolbenabschnitt gegenüberliegenden Ende des axialen Sekundärkolbenabschnitts angeordnet. In dieser Ausführungsform bildet das Federelement einen quasi ringscheibenförmigen axialen Endabschnitt des axialen Sekundärkolbenabschnitts aus, der auf dem Primärkolben aufsitzt und an diesem befestigt ist. Sofern das Federelement der Faltenbalg ist, entsteht hierbei eine vergleichsweise große Auflagefläche zwischen dem Federelement und dem Primärkolben, was bezüglich der Kraftübertragung und insbesondere der Fluiddichtigkeit vorteilhaft ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Federelement den gesamten axialen Sekundärkolbenabschnitt ausbildet. In dieser Ausführungsform schließt sich das Federelement, insbesondere der Faltenbalg, unmittelbar an den radialen Sekundärkolbenabschnitt an.
Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung kann den sich vom Halteelement aus, insbesondere in Radialrichtung, erstreckenden Stützflansch aufweisen, der sich zwischen dem Primärkolben und den Sekundärkolben erstreckt. Bevorzugt begrenzt der Stützflansch die Primärdruckkammer, insbesondere auf der dem Primärkolben gegenüberliegenden Seite der Primärdruckkammer. Der zylindrische axiale Sekundärkolbenabschnitt kann den Stützflansch derart umgreifen, dass der axiale Sekundärkolbenabschnitt auf dem radialen Ende des Stützflansches entlanggleitet und geführt wird. Neben der reinen Stützfunktion kann ferner ein Stützflanschdichtelement vorgesehen sein, das an einem radialen Ende des Stützflansches angeordnet ist und das zum axialen Sekundärkolbenabschnitts fluiddicht abdichtet, insbesondere zur Abdichtung der Primärdruckkammer. Das Stützflanschdichtelement kann ein radial außenseitig an dem Stützflansch angeordneter Dichtring, insbesondere aus einem Elastomer, sein. Die Primärdruckkammer wird in diesem Fall von dem Primärkolben, dem axialen Sekundärkolbenabschnitt, insbesondere dem Federelement, und dem Stützflansch begrenzt.
Die eingangs erwähnte vorteilhafte Wirkung des Federelements betreffend das hysteresefreie Ansteuerverhalten der erfindungsgemäßen Kopplungseinrichtung kann durch ein axiales Auflaufen des radialen Sekundärkolbenabschnitts auf den Stützflansch realisiert werden. So kann beim Überführen der Kupplungseinrichtung von der Lüftungsstellung in die Sensierungsstellung vorgesehen sein, dass der Sekundärkolben, also konkret der scheibenartige radiale Sekundärkolbenabschnitt, eine Anschlagposition erreicht, in der er auf den Stützflansch aufläuft, wobei der Primärkolben bei einer weiteren Druckerhöhung in der Primärdruckkammer noch weiter und entgegen der Rückstellkraft des mit ihm gekoppelten Federelements gegen das Lamellenpaket gedrückt wird, was entgegen der Rückstellkraft des Federelements erfolgt. Die hierbei erforderliche Gegenkraft wird in dieser Ausführungsform mittels des Stützflansches realisiert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung ist vorgesehen, dass die Sekundärdruckkammer von einem bezüglich des axial verschiebbaren Sekundärkolbens ortsfesten und an dem Halteelement befestigten Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch begrenzt ist, wobei der radiale Sekundärkolbenabschnitt eine axial offene und die Sekundärdruckkammer begrenzende Ringnut aufweist, wobei der Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch axial in die Ringnut eingreift und bei der Axialverschiebung des Sekundärkolbens mit einem Begrenzungsflanschdichtelement fluiddicht auf einer Oberfläche der Ringnut entlanggleitet. Die Ringnut bildet eine radial gesehen zentrale Vertiefung des scheibenförmigen radialen Sekundärkolbenabschnitts, wobei zur Führung der axialen Bewegung des Sekundärkolbens der Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch in die Ringnut eingreift und dort entlanggleitet. Der Außendurchmesser der axial offenen Ringnut entspricht somit in etwa dem Außendurchmesser des Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansches. Der bevorzugt L-förmig im Querschnitt ausgeführte Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch kann einen Radialabschnitt aufweisen, der sich scheibenartig von dem Halteelement in Radialrichtung weg erstreckt. An dem Radialabschnitt kann ein Axialabschnitt angeordnet sein, mit dem der Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch zylinderartig in die axial offene zylinderartige Ringnut eingreift.
In dieser Ausführungsform kann die Sekundärdruckkammer am einen axialen Ende von der Ringnut des Sekundärkolbens und am anderen axialen Ende von dem Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch begrenzt sein. Bezüglich der Radialrichtung ist die Sekundärdruckkammer sowohl durch einen axialen Wandabschnitt der Ringnut als auch durch den Axialabschnitt des Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch begrenzt.
An dem Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch, insbesondere an dem offenen Ende des Axialabschnitts, kann ein Begrenzungsflanschdichtelement vorgesehen sein, das in der Ringnut aufgenommen ist und das die Sekundärdruckkammer nach außen fluiddicht abdichtet. Das Begrenzungsflanschdichtelement kann radial gesehen über den Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch hervorstehen, so dass die erforderliche Dichtwirkung zuverlässig realisiert wird. Das Begrenzungsflanschdichtelement kann ein Dichtring, insbesondere aus einem Elastomer, sein. Der Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch kann zusätzlich oder alternativ an einem Rotorträger einer Drehmomentverteileinrichtung, auf die später noch im Detail eingegangen wird, befestigt sein.
Bei der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung kann ein weiteres Federelement vorgesehen sein, das sich einerseits an einem bezüglich der axial verschiebbaren Kolben ortsfesten Abschnitt, insbesondere dem oder einem Stützflansch, und andererseits an dem Sekundärkolben abstützt. Das weitere Federelement kann beispielsweise ein Faltenbalg oder eine Schrauben- oder Tellerfeder sein, wobei die Längsachse des weiteren Federelements mit der Längsachse der Kupplungseinrichtung zusammenfällt. Die Verschiebung des Sekundärkolbens bei einer Druckbeaufschlagung der Sekundärdruckkammer erfolgt entgegen einer elastischen Rückstellkraft des weiteren Federelements, so dass dieses bei einem Druckabfall in der Sekundärdruckkammer den Sekundärkolben automatisch vom Primärkolben wegbewegt. Bei der Überführung der Kupplungseinrichtung von der Sensierungsstellung in die Lüftungsstellung bewirkt mithin das weitere Federelement unmittelbar bei Wegfall der Druckbeaufschlagung in der Sekundärdruckkammer ein Wegbewegen des Sekundärkolbens vom Primärkolben und entlastet diesen, und, da der Primärkolben und der Sekundärkolben miteinander verbunden ist, des Primärkolbens vom Lamellenpaket. Das oben bereits erwähnte hysteresefreie Ansteuerverhalten der Kupplungseinrichtung wird mittels des weiteren Federelements mithin weiter verstärkt.
Zur Verteilung des Druckmediums in die Druckkammern kann eine mit einer Druckmediumsversorgungsleitung verbundene Druckmediumverteilereinheit, die ein Teil des Halteelements ist und/oder an diesem anordnet ist, vorgesehen sein. Hierbei kann für jede Druckkammer jeweils eine separate Druckmediumsversorgungsleitung vorgesehen sein. Die Druckmediumverteilereinheit kann wenigstens ein mittels einer Steuerungseinrichtung ansteuerbares Ventil aufweisen, so dass die Druckbeaufschlagung und Druckverringerung in den Druckkammern entsprechend individuell steuerbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Drehmomentverteileinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei jeweils als Lamellenkupplungen ausgebildete Kupplungseinrichtungen gemäß der vorangehenden Beschreibung und einen Rotorträger, der mit der Eingangswelle gekoppelt oder koppelbar ist, wobei das Außenlamellenpaket jeder Kupplungseinrichtung jeweils an dem Rotorträger axial verschiebbar angeordnet ist, wobei das Innenlamellenpaket jeder Kupplungseinrichtung an jeweils einem separaten Innenlamellenträger axial verschiebbar angeordnet ist, wobei jeder Innenlamellenträger mit einer separaten Abtriebswelle gekoppelt oder koppelbar ist. Die Kupplungseinrichtungen können bei der Drehmomentverteileinrichtung spiegelbildlich aufgebaut sein. Sämtliche Vorteile, Merkmale und Aspekte, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung beschrieben sind, sind auf die Drehmomentverteileinrichtung anwendbar und umgekehrt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmomentverteileinrichtung umfassend zwei erfindungsgemäße Kupplungseinrichtungen, und
Figur 2 eine vergrößerte Ansicht des rechten, oberen Teils der Drehmomentverteileinrichtung aus Figur 1.
Figur 1 zeigt einen entlang einer Axialrichtung verlaufenden Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmomentverteileinrichtung 1 in einer Prinzipdarstellung. Figur 2 ist eine vergrößerte Ansicht des rechten oberen Viertels des Darstellungsbereichs der Figur 1. Die Drehmomentverteileinrichtung 1 ist Teil eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs und dient dazu, das mittels eines Motors generierte Antriebsmoment gemäß einem einstellbaren Verhältnis auf die beiden Räder einer gemeinsamen Achse zu übertragen.
Die Drehmomentverteileinrichtung 1 umfasst einen im Längsschnitt betrachtet U-förmigen Rotorträger 2, der, wie nahezu alle Bauteile der Drehmomentverteileinrichtung 1 , ringförmig ausgebildet ist. Der Rotorträger 2 ist mit einer ein Drehmoment einleitenden Welle 3 respektive Eingangswelle verbunden oder verbindbar, etwa mittels einer Schweißverbindung. Die Welle 3 kann, was in der Figur 1 gestrichelt angedeutet ist, auch an anderen Stellen der Drehmomentverteileinrichtung 1 vorgesehen sein. In jedem Fall ist die Welle 3 mit dem Rotorträger 2 gekoppelt, so dass das eingeleitete Drehmoment auf den Rotorträger 2 übertragen wird. Der Rotorträger 2 sowie die Welle 3 sind um eine Rotationsachse 16 drehbar gelagert.
Die Drehmomentverteileinrichtung 1 umfasst ferner zwei separate, erfindungsgemäße Kupplungseinrichtungen 4, 5, die als Lamellenkupplungen ausgeführt sind. Jede Kupplungseinrichtung 4, 5 umfasst ein axial verschiebbares Außenlamellenpaket 6, 7, das mit dem Rotorträger 2 über eine Verzahnungsverbindung drehfest verbunden ist. Jede Kupplungseinrichtung 4, 5 umfasst ein axial verschiebbares Innenlamellenpaket 8, 9, von denen jedes mit einem Innenlamellenträger 10, 11 über eine Verzahnungsverbindung drehfest gekoppelt ist und über einen Nabenflansch 12, 13 mit einer separaten Abtriebswelle 14, 15 koppelbar bzw. gekoppelt ist. Zu diesem Zweck weist jeder Nabenflansch 12, 13 eine Axialverzahnung 17, 18 auf, die mit einer axial verlaufenden Außenverzahnung der Abtriebswellen 14, 15 kämmt. Die Abtriebswellen 14, 15 sind, ebenso wie der Rotorträger 2 samt Welle 3, um die Rotationsachse 16 drehbar. Die Außen- und Innenlamellenpakete 6, 8 sowie 7, 9 greifen jeweils ineinander und bilden jeweils ein gemeinsames Lamellenpaket.
Die Kupplungseinrichtungen 4, 5 umfassen jeweils eine separate Betätigungseinrichtung 19, 20, über die die jeweilige Kupplungseinrichtung 4, 5 betätigbar ist. Die Kupplungseinrichtungen 4, 5 respektive Betätigungseinrichtungen 19, 20 sind separat ansteuerbar, so dass das mittels der Welle 3 eingeleitete Drehmoment selektiv vom Rotorträger 2 zu den Abtriebswellen 14, 15 geführt werden kann.
Nachfolgend werden Details bezüglich der Betätigungseinrichtung 20 anhand der Figur 2 erläutert, in der der entsprechende Abschnitt der Drehmomentverteileinrichtung 1 vergrößert dargestellt ist. Die in diesem Zusammenhang erläuterten Aspekte gelten jedoch gleichermaßen für die spiegelbildlich aufgebaute Betätigungseinrichtung 19 respektive Kupplungseinrichtung 4. Die Kupplungseinrichtung 5 respektive Betätigungseinrichtung 20 umfasst einen Primärkolben 21 und einen Sekundärkolben 22. An dem Rotorträger 2 ist ein ortsfestes Halteelement 23 vorgesehen, an dem die Kolben 21 , 22 axial verschiebbar angeordnet sind. Der Primärkolben 21 liegt mit seinem radial gesehen äußeren Ende an dem Außenlamellenpaket 7 an respektive ist diesem zugewandt, so dass das Außenlamellenpaket 7 mittels des Primärkolbens 21 axial gegen das Innenlamellenpaket 9 gedrückt werden kann, um die Lamellenpakete 7, 9 in Reibkontakt bzw. Reibschluss zu bringen. Der Primärkolben 21 weist radial innen liegend einen ringnutartigen Abschnitt auf, in dem zur Realisierung einer möglichst platzsparenden Ausführung der Kupplungseinrichtung 5 weitere Komponenten der Betätigungseinrichtung 20 respektive Kupplungseinrichtung 5, auf die später noch näher eingegangen wird, aufgenommen sind.
Eine Wand respektive ein Abschnitt des Primärkolbens 21 begrenzt eine Primärdruckkammer 24. In die Primärdruckkammer 24 ist ein Druckmedium wie ein Hydrauliköl einbringbar und mit Druck beaufschlagbar, so dass bei einer Druckbeaufschlagung des Druckmediums die soeben beschriebene Axialverschiebung und damit die Druckwirkung des Primärkolbens 21 auf die Lamellenpakete 7, 9 bewirkt wird.
Der Sekundärkolben 22 begrenzt eine Sekundärdruckkammer 25, in die ebenfalls ein Druckmedium wie ein Hydrauliköl einbringbar und mit Druck beaufschlagbar ist. Der Primärkolben 21 und der Sekundärkolben 22 sind über ein Federelement 26 miteinander gekoppelt, das vorliegend ein Faltenbalg 27 ist. Der Sekundärkolben 22 und das Federelement 26 sind hierbei ein einstückiges Bauteil. Das einstückige Bauteil ist exemplarisch ein entsprechend umgeformtes, einstückiges Metallblechteil, das sowohl den Faltenbalg 27 als auch den Sekundärkolben 22 ausbildet. Der quasi zylindrische bzw. ringförmige Faltenbalg 27 begrenzt die Primärdruckkammer 24 in Radialrichtung nach außen. Der Faltenbalg 27 ist entsprechend fluiddicht ausgebildet und mittels einer fluiddichten Verbindung an den Primärkolben 21 befestigt. Der Faltenbalg 27 ist an dem Primärkolben 21 befestigt, so dass der Primärkolben 21 bei einer Bewegung des Sekundärkolbens 22 in eine Richtung weg vom Primärkolben 21 diesen vom Lamellenpaket mit wegbewegen kann. Zum Abdichten der Primärdruckkammer 24 und der Sekundärdruckkammer 25 bezüglich der Axialbewegung des Primärkolbens 21 und des Sekundärkolbens 22 entlang des Halteelements 23 gleiten die Kolben 21 , 22 jeweils auf einem an dem Halteelement 23 angeordneten Dichtelement 39, der jeweils als ein Dichtring ausgebildet ist.
Der Sekundärkolben 22 umfasst einen radialen, scheibenartigen Sekundärkolbenabschnitt 28 und einen sich hieran anschließenden axialen, zylinderartigen Sekundärkolbenabschnitt 29, wobei der Faltenbalg 27 eine Komponente des axialen Sekundärkolbenabschnitts 29 ist. Im Querschnitt betrachtet ist der Sekundärkolben 22 aufgrund der Abschnitte 28, 29 L-förmig ausgebildet. Der Faltenbalg ist an dem radialen Sekundärkolbenabschnitt 28 gegenüberliegenden Ende des axialen Sekundärkolbenabschnitts 29 angeordnet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Federelement 26 respektive der Faltenbalg 27 den axialen Sekundärkolbenabschnitt 29 ausbildet.
Das Halteelement 23 weist einen sich in Radialrichtung erstreckenden Stützflansch 30 auf, der sich zwischen dem Primärkolben 21 und dem Sekundärkolben 22 erstreckt. Der Stützflansch 30 wird von dem zylindrischen axialen Sekundärkolbenabschnitt 29 umgriffen, so dass der axiale Sekundärkolbenabschnitt 29 auf dem radialen Ende des Stützflansches 30 entlanggleitet. Am radialen Ende des Stützflansches 30 ist zur fluiddichten Abdichtung der Primärdruckkammer 24 zum Sekundärkolben 22 bzw. dem Sekundärkolbenabschnitt 29 ein Stützflanschdichtelement 31 , vorliegend ein auf dem Stützflansch aufgezogener Dichtring aus einem Elastomer, angeordnet.
Die Sekundärdruckkammer ist von einem bezüglich der axial verschiebbaren Kolben 21 , 22 ortsfesten und an dem Halteelement 23 befestigten Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch 32, der im Querschnitt L-förmig ist, begrenzt. Der radiale Sekundärkolbenabschnitt 28 weist eine axial offene und die Sekundärdruckkammer 25 begrenzende Ringnut 33 auf, in die der Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch 32 axial eingreift. Bei der Axialverschiebung des Sekundärkolbens 22 gleitet der Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch 32 auf einer Oberfläche der Ringnut 33 entlang. Zur Abdichtung der Sekundärdruckkammer 25 ist ein Begrenzungsflanschdichtelement 34 vorgesehen, das am Sekundärkolben in der Ringnut 33 anliegt. Das Begrenzungsflanschdichtelement 34 ist ebenfalls ein Dichtring aus einem Elastomer. Der Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch 32 weist, wie insbesondere aus der Figur 2 ersichtlich wird, einen Radialabschnitt auf, in dem er sich scheibenartig von dem Halteelement 23 in Radialrichtung weg erstreckt. An den Radialabschnitt schließt sich ein zylindrischer Axialabschnitt an, mit dem der Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch 32 in die ebenfalls radial nach außen zylinderartige begrenzte Ringnut 33 eingreift. Die Sekundärdruckkammer 25 ist bezüglich eines axialen Endes von der Ringnut 33 des Sekundärkolbens 22 und an dem anderen axialen Ende von dem Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch 32 begrenzt. Bezüglich der Radialrichtung ist die Sekundärdruckkammer 25 sowohl durch einen axialen Wandabschnitt der Ringnut 33 als auch durch den Axialabschnitt des Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch 32 begrenzt.
Bei der Kupplungseinrichtung 5 ist ferner ein weiteres Federelement 35 vorgesehen, das sich einerseits an dem Stützflansch 30 und andererseits an dem Sekundärkolben 22, nämlich an dem radialen Sekundärkolbenabschnitt 28 benachbart zur Ringnut 33 aufstützt. Das weitere Federelement 35 ist vorliegend eine Schraubenfeder, die sich bezüglich ihres Umfangs um die Rotationsachse 16 erstreckt.
Zur Verteilung des Druckmediums in die Druckkammern 24, 25 ist eine Druckmediumverteilereinheit 36 vorgesehen, die teilweise innerhalb bzw. im Bereich des Halteelements 23 angeordnet ist. Die Druckmediumverteilereinheit 36 umfasst eine Primärdruckmediumsversorgungsleitung 37, mittels der die Primärdruckkammer 24 mit Druckmedium versorgbar ist. Ferner umfasst die Druckmediumverteilereinheit 36 eine Sekundärdruckmediumversorgungsleitung 38, mittels der die Sekundärdruckkammer 25 mit Druckmedium versorgbar ist. Die Druckmediumverteilereinheit 35 umfasst nicht näher dargestellte und mittels einer Steuerungseinrichtung ansteuerbare Ventile, so dass die Druckkammern 22, 23 mit Druck beaufschlagbar sind. Die Versorgungsleitungen 37, 38 sind hierbei unabhängig voneinander mit Druckmedium versorgbar und demzufolge sind auch die Druckkammern 37, 38 unabhängig voneinander mit Druck beaufschlagbar. Nachfolgend wird die Funktionsweise der Drehmomentverteileinrichtung 1 respektive der Kupplungseinrichtung 5 erläutert, wobei die Funktion der Kupplungseinrichtung 4 natürlich dieselbe ist. Zunächst wird die Vorgehensweise beschrieben, mittels der die Kupplungseinrichtung 5 von einer Lüftungsstellung in eine Sensierungsstellung überführt wird. Die Sensierungsstellung ist die Stellung, in der die Kupplungseinrichtung 5 geschlossen ist, das heißt, dass das Moment von der Eingangswelle 3 auf die Ausgangswelle 15, je nachdem, welche Kupplungseinrichtung betätigt wird, mittels einer durch die Druckkraft des Primärkolbens 21 bewirkten Reibung zwischen dem Außenlamellenpaket 7 und dem Innenlamellenpaket 9 übertragbar ist. Die Lüftungsstellung ist diejenige Stellung, in der diese Reibung aufgehoben ist, indem der Primärkolben 21 von dem Lamellenpaket beabstandet ist. Hierzu ist vorgesehen, dass, ausgehend von einer Situation, in der beide Druckkammern 24, 25 nicht mit Druck beaufschlagt sind, zunächst die Sekundärdruckkammer 25 mit Druck beaufschlagt wird, so dass sich der Sekundärkolben, bezogen auf die Figur 2, nach links bewegt und den Primärkolben 21 hierbei nach links verschiebt, so dass dieser im Berührungskontakt mit dem Außenlamellenpaket 9 kommt. Es erfolgt mithin eine sehr zügige Überführung des Primärkolbens 21 hin zu dem Lamellenpaket, so dass das sogenannten Lüftungsspiel sehr schnell überbrückt wird. Der Sekundärkolben läuft dabei gegen den als axialer Anschlag dienenden Stützflansch 30. Anschließend oder gleichzeitig wird die Primärdruckkammer 24 mit Druck beaufschlagt, wodurch letztlich die Andrückkraft des Primärkolbens 21 gegen das Lamellenpaket zum Zusammendrücken desselben bewirkt wird. Gleichzeitig wird hierbei der mit dem Primärkolben verbundene Faltenbalg 27 gespannt, da sich der Primärkolben 21 bewegt, während der Sekundärkolben 28 am Stützflansch 30 abgestützt ist.
Die Lamellenkupplung 5 wird von der Sensierungsstellung in die Lüftungsstellung zurückgeführt, indem beide Druckkammern 24, 25 bezüglich des jeweils darin angeordneten Druckmediums druckentlastet werden. Das auf Zug beanspruchte Federelement 26, also der Faltenbalg 27, bewirkt hierbei unmittelbar ein Wegbewegen des Primärkolbens 21 von dem Lamellenpaket, so dass diese unmittelbar entlastet wird. Verstärkt wird dieser Effekt durch das weitere Federelement 35, das den Sekundärkolben 22, bezogen auf die Figur 2, ebenfalls nach rechts bewegt, so dass auch bezüglich des Öffnens der Kupplungseinrichtung 5 ein hysteresearmes Ansteuerverhalten realisiert ist.
Bezuqszeichenliste
Drehmomentverteileinrichtung
Rotorträger
Welle
Kupplungseinrichtung
Kupplungseinrichtung
Außenlamellenpaket
Außenlamellenpaket
Innenlamellenpaket
Innenlamellenpaket
Innenlamellenträger
Innenlamellenträger
Nabenflansch
Nabenflansch
Abtriebswelle
Abtriebswelle
Rotationsachse
Axialverzahnung
Axialverzahnung
Betätigungseinrichtung
Betätigungseinrichtung
Primärkolben
Sekundärkolben
Halteelement
Primärdruckkammer
Sekundärdruckkammer
Federelement
Faltenbalg
Sekundärkolbenabschnitt
Sekundärkolbenabschnitt
Stützflansch
Stützflanschdichtelement Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch Ringnut Begrenzungsflanschdichtelement Federelement Druckmediumverteilereinheit Primärdruckmediumsversorgungsleitung Sekundärdruckmediumversorgungsleitung

Claims
Patentansprüche Kupplungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein mit einer Eingangswelle (3) gekoppeltes oder koppelbares Außenlamellenpaket (6, 7), ein mit einer Ausgangswelle (14, 15) gekoppeltes oder koppelbares Innenlamellenpaket (8, 9), das mit dem Außenlamellenpaket (6, 7) ein Lamellenpaket bildet, und eine Betätigungseinrichtung (19, 20) mit einem Halteelement (23), an dem ein Primärkolben (21 ) und ein Sekundärkolben (22) jeweils axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der Primärkolben (21 ) eine Primärdruckkammer (24) begrenzt und bei einer Druckbeaufschlagung eines in der Primärdruckkammer (24) angeordneten Druckmediums mit einer Druckkraft gegen das Außenlamellenpaket (6, 7) bewegbar ist, so dass dieses derart gegen das Innenlamellenpaket (8, 9) bewegt wird, dass ein Moment von der Eingangswelle
(3) auf die Ausgangswelle (14, 15) und umgekehrt mittels einer durch die Druckkraft bewirkten Reibung zwischen dem Außenlamellenpaket (6, 7) und dem Innenlamellenpaket (8, 9) übertragbar ist, wobei der Sekundärkolben (22) eine Sekundärdruckkammer (25) begrenzt und bei einer Druckbeaufschlagung des oder eines in der Sekundärdruckkammer (25) befindlichen Druckmediums derart bewegbar ist, dass er den Primärkolben (21 ) gegen das Außenlamellenpaket (6, 7) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkolben (21 ) und der Sekundärkolben (22) über ein Federelement (26) miteinanderverbunden sind, wobei der Sekundärkolben (22) und das Federelement (26) ein einstückiges Bauteil sind. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) ein Faltenbalg (27) oder eine Tellerfeder ist. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei das Federelement (26) der Faltenbalg (27) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) die Primärdruckkammer (24) in Radialrichtung nach außen begrenzt.
4. Kupplungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkolben (22) einen radialen Sekundärkolbenabschnitt (28) und einen sich hieran anschließenden axialen Sekundärkolbenabschnitt (29) umfasst.
5. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26), insbesondere der Faltenbalg (27), an dem dem radialen Sekundärkolbenabschnitt (28) gegenüberliegenden Ende des axialen Sekundärkolbenabschnitts (29) angeordnet ist oder den axialen Sekundärkolbenabschnitt (29) ausbildet.
6. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Sekundärkolbenabschnitt (29) einen sich zwischen dem Primärkolben (21 ) und dem Sekundärkolben (22) und sich vom Halteelement (23) aus erstreckenden Stützflansch (30), der die Primärdruckkammer (24) begrenzt, derart umgreift, dass der axiale Sekundärkolbenabschnitt (29), insbesondere mit einem Stützflanschdichtelement (31 ) fluiddicht, auf dem radialen Ende des Stützflansches (30) entlanggleitet.
7. Kupplungseinrichtung einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärdruckkammer (25) von einem bezüglich des axial verschiebbaren Sekundärkolbens (22) ortsfesten und an dem Halteelement (23) befestigten Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch (32) begrenzt ist, wobei der radiale Sekundärkolbenabschnitt (28) eine axial offene und die Sekundärdruckkammer (25) begrenzende Ringnut (3) aufweist, wobei der Sekundärdruckkammerbegrenzungsflansch (32) axial in die Ringnut (3) eingreift und bei der Axialverschiebung des Sekundärkolbens (2) mit einem Begrenzungsflanschdichtelement (34) fluiddicht auf einer Oberfläche der Ringnut (33) entlanggleitet. Kupplungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Federelement (35) vorgesehen ist, das sich einerseits an ei- nem bezüglich der axial verschiebbaren Kolben (21 , 22) ortsfesten Abschnitt, insbesondere dem oder einem Stützflansch (30), und andererseits an dem Sekundärkolben (22) abstützt. Drehmomentverteileinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei jeweils als Lamellenkupplungen ausgebildete Kupplungseinrichtungen (4, 5) nach jeweils einem der vorangehenden Ansprüche und einen Rotorträger (2), der mit der Eingangswelle (3) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei das Außenlamellenpaket (6, 7) jeder der Kupplungseinrichtungen (4, 5) jeweils an dem Rotorträger (2) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei das Innenlamellenpaket (8, 9) jeder der Kupplungseinrichtungen (4, 5) an jeweils einem separaten Innenlamellenträger (10, 11 ) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei jeder der Innenlamellenträger (10, 11 ) mit einer separaten Abtriebswelle (14, 15) gekoppelt oder koppelbar ist.
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