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Die Erfindung betrifft eine Mehrfachkupplung für ein Fahrzeug, mit einer ersten Reibkupplungsanordnung, welche zur Drehmomentübertragung von einer Kupplungseingangswelle auf eine erste Antriebswelle schaltbar ist, und mit einer zweiten Reibkupplungsanordnung, welche zur Drehmomentübertragung von der Kupplungseingangswelle auf eine zweite Antriebswelle schaltbar ist, sowie mit einem während des Betriebs der Mehrfachkupplung in axialer Richtung der Kupplungseingangswelle vorgespannten ersten Kugellager zur Drehlagerung der Mehrfachkupplung um die Kupplungseingangswelle, umfassend eine erste Lagerschale, eine zweite Lagerschale und eine Mehrzahl von Lagerkugeln.
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Verbreitete Ausführungsformen von um eine Kupplungseingangswelle herum angeordneten Mehrfachkupplungen weisen Kugellager auf, welche die axiale Position der Mehrfachkupplung festlegen (Axiallager). Zur Vermeidung von Taumelbewegungen und von durch derartige Bewegungen bedingten Verschleiß werden die zum Einsatz gelangenden Axiallager mit einer Axialkraft beaufschlagt. Typische Standardrealisierungen nutzen Wellfederscheiben, Schraubenfedern oder Tellerscheiben zur Erzeugung der Vorspannkraft.
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Beispielsweise ist im Dokument
DE 102 41 027 A1 eine Ausführungsform einer Mehrfachkupplung mit Torsionsschwingungsdämpfungsanordnung beschrieben, in welcher ein auf einen ein Schrägkugellager umfassenden Betätigungsmechanismus einwirkendes Federelement vorgesehen ist, durch welches die gesamte Kupplung unter Abstützung am Getriebe axial in Richtung auf den Motor vorgespannt ist. Ähnliche Anordnungen sind aus der
DE 10 2008 019 949 A1 und der
DE 10 2008 055 682 C5 bekannt, wobei die beiden erstgenannten Druckschriften jeweils ausschließlich Tellerfedern als Erzeuger der Vorspannung offenbaren, während die letztgenannte Druckschrift neben einer Tellerfeder auch eine Schraubenfeder zeigt. Alle drei Druckschriften offenbaren in Bezug auf die spezielle Gestaltung der Axiallager als Schrägkugellager äußere Lagerschalen, die jeweils eine gekrümmte, äußere Lagerschulter aufweisen, welche über die radial äußere Scheitellinie hinausragt und sich am Ort dieser radial äußeren Scheitellinie exakt tangential erstreckt - sei es, dass sie sich, wie bei der
DE 10 2008 055 682 C5 und der
DE 10 2008 019 949 A1 , jenseits der Scheitellinie gerade fortsetzt oder dass sie sich, wie bei der
DE 102 41 027 A1 , jenseits der Scheitellinie weiter an die Krümmung der Lagerkugeln anschmiegt. Die inneren Lagerschalen weisen jeweils eine gekrümmte, innere Lagerschulter auf, die der äußeren Lagerschulter diametral gegenüber liegt und sich in keinem Fall radial außerhalb der Kugel-Äquators an die Kugelkrümmung anschmiegt. Auf diese Weise wird jede bei Betrieb auftretende und naturgemäß exakt nach radial außen wirkende Fliehkraft am radial äußeren Scheitelpunkt jeder Lagerkugel von der äußeren Lagerschale vollständig abgestützt; die innere Lagerschale, die keinerlei einer nach radial außen gerichteten Bewegung der Lagerkugeln entgegenwirkende Formschlusskonturen aufweist, wird entlastet. Dieser Entlastung muss zur Vermeidung von Taumelbewegungen die durch äußere, axial wirkende Federelemente aufgebrachte Vorspannspannung des Lagers entgegenwirken.
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Aus der
DE 198 33 377 A1 ist ebenfalls eine federvorgespannte Doppelkupplung bekannt, wobei die Druckschrift jedoch keine Details der Lagerkonstruktion offenbart.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Taumelbewegung einer Mehrfachkupplung auf alternative Weise zu verringern oder zu verhindern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Mehrfachkupplung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
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Eine erfindungsgemäße Mehrfachkupplung, insbesondere und bevorzugt eine Doppelkupplung, für ein Fahrzeug, weist eine erste Reibkupplungsanordnung, welche zur Drehmomentübertragung von einer Kupplungseingangswelle auf eine erste Antriebswelle schaltbar ist, eine zweiten Reibkupplungsanordnung, welche zur Drehmomentübertragung von der Kupplungseingangswelle auf eine zweite Antriebswelle schaltbar ist, und wenigstens ein, bevorzugt mehrere, während des Betriebs der Mehrfachkupplung in axialer Richtung der Kupplungseingangswelle vorgespanntes, erstes Kugellager zur Drehlagerung der Mehrfachkupplung um die Kupplungseingangswelle auf. Dieses erste Kugellager umfasst umfassend eine erste Lagerschale, eine zweite Lagerschale und eine Mehrzahl von Lagerkugeln. Erfindungsgemäß legen die Lagerschalen die Kontur eines Innenraums des ersten Kugellagers derart fest, dass die Lagerkugeln im Innenraum durch die auf sie wirkende Fliehkraft während des Betriebes gegen beide Lagerschalen gedrängt werden, wodurch eine axiale Kraft, eine dynamische axiale Kraft, zur Vorspannung des ersten Kugellagers erzeugt wird. Mit anderen Worten ist der Innenraum, in welchem sich die Lagerkugeln befinden und bewegen von den Lagerschalen derart begrenzt, dass bei Auftreten einer Fliehkraft auf die Lagerkugeln und teilweiser Aufnahme der Kraft durch die beiden Lagerschalen eine Kraftkomponente in axialer Richtung bleibt.
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Durch diese konstruktive Maßnahme kann ein Kraftbeaufschlagungselement zur axialen Vorspannung des ersten Kugellagers im Vergleich zur herkömmlichen Dimensionierung einfacher oder schwächer ausgeführt werden, oder das Kraftbeaufschlagungselement ist bevorzugt sogar ganz entbehrlich. Bevorzugt weist die Kupplung kein Kraftbeaufschlagungselement zur axialen Vorspannung des ersten Kugellagers auf. Neben einer Verringerung, bevorzugt Eliminierung der Taumelbewegung wird in vorteilhafter Konsequenz der Verschleiß der Mehrfach-Kupplung reduziert.
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Konkret können in einer konstruktiv einfachen Ausführung der erfindungsgemäßen Mehrfachkupplung für ein Fahrzeug die erste Kontur der ersten Lagerschale und die zweite Kontur der zweiten Lagerschale mit zunehmendem Abstand von der Kupplungseingangswelle konisch aufeinander zulaufen, insbesondere monoton aufeinander zulaufen. In der erfindungsgemäßen Mehrfachkupplung für ein Fahrzeug können die Bereiche der ersten Kontur der ersten Lagerschale und/oder der zweiten Kontur der zweiten Lagenschale, in denen die Lagerkugeln während des Betriebes auf den Lagerschalen abrollen, weder genau senkrecht noch genau parallel zur Kupplungseingangswelle verlaufen. Auf diese Weise werden nur Teilkomponenten der auf die Lagerkugeln einwirkenden Fliehkraft durch die Lagerschalen aufgebracht oder kompensiert, so dass eine dynamisch erzeugte Axialkraft resultiert. Das erfindungsgemäß zum Einsatz gelangende erste Kugellager kann als axiales Schrägkugellager mit besonders ausgestalteten Lagerschalkonturen bezeichnet werden. Die quantitative Auslegung, insbesondere die genauen Winkellagen der Lagerschalen zueinander und/oder die Steigungsverläufe der Konturen betreffend, kann dabei derart erfolgen, dass die auf Basis der Fliehkraft erzeugte Axialkraft zumindest an einem Arbeitspunkt bei einer bestimmten Drehzahl oder in einem Drehzahlbereich einer in verbreiteter Weise statisch aufgebrachten Axialkraft entspricht oder dieser gleicht.
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In bevorzugter Ausführungsform ist das erste Kugellager der erfindungsgemäßen Mehrfachkupplung für ein Fahrzeug, zumindest wenn die Kupplung außer Betrieb ist, axialkraftbeaufschlagungsfrei oder axialvorspannungsfrei. Anders gesagt, die Mehrfachkupplung kommt ohne ein axiales Kraftbeaufschlagungselement zur Vorspannung aus, da die der Vorspannung dienende Axialkraft dynamisch erzeugt wird. Auf diese Weise kann eine kompakte Bauweise der Mehrfachkupplung realisiert werden.
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In einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Mehrfachkupplung ist das erste Kugellager bei Betätigung der Kupplung mit einer Axialkraft beaufschlagt: Diese externe Axialkraft bewirkt, dass die Lagerkugeln in Laufbahnen im ersten Kugellager mit geringem Verschleiß gebracht werden. insbesondere kann die Kupplungsbetätigung die ausschließliche oder einzige Kraftbeaufschlagung in axialer Richtung darstellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist darüber hinaus die erfindungsgemäße Mehrfachkupplung eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf: Es ist jeweils wenigstens ein Rückstellelement der Reibkupplungen zwischen Reiblamellen der jeweiligen Reibkupplung angebracht. Die Kupplungseingangswelle, die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle sind koaxial zueinander angeordnet. Die erste und die zweite Reibkupplungsanordnung sind axial versetzt zueinander angeordnet. Derartige Merkmale führen zur einer vorteilhaften Nutzung des Bauraums.
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In einer erfindungsgemäßen Mehrfachkupplung können eine Mehrzahl von Kugellagern eingesetzt sein, welche die erfindungsgemäßen Merkmale und Vorteile aufweisen. Insbesondere kann eine derartige Mehrfachkupplung wenigstens ein weiteres während des Betriebes in axialer Richtung vorgespanntes Kugellager zur Drehlagerung der Mehrfachkupplung um die Kupplungseingangswelle, umfassend eine erste Lagerschale, eine zweite Lagerschale und eine Mehrzahl von Lagerkugeln, wobei die Lagerschalen derart die Kontur eines Innenraums des weiteren Kugellagers festlegen, dass die Lagerkugeln im Innenraum durch die auf sie wirkende Fliehkraft während des Betriebes gegen die Lagerschalen gedrängt werden, wodurch eine axiale Kraft zur Vorspannung des weiteren Kugellagers erzeugt wird, welche der axialen Kraft zur Vorspannung des ersten Kugellagers entgegen orientiert ist. Auf diese erfindungsgemäße Weise wird eine gegenläufige Vorspannung erzeugt, so dass die Mehrfachkupplung zwischen den zwei Kugellagern klemmend fixiert ist.
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Bevorzugt ist die Mehrfachkupplung für ein schienenloses Landfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, bevorzugt ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftfahrzeug, ausgelegt oder dimensioniert. Die Mehrfachkupplung kann Teil eines Handschaltgetriebes oder eines Automatikgetriebes sein.
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Im Zusammenhang mit dem erfinderischen Gedanken steht auch ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrfachkupplung, insbesondere eine Mehrfachkupplung mit einzelnen Merkmalen oder Merkmalskombinationen, wie sie in dieser Darstellung beschrieben sind. Im erfindungsgemäßen Verfahren dreht sich die Mehrfachkupplung um die Kupplungseingangswelle. Die Lagerkugeln werden durch die auf sie wirkende Fliehkraft während des Betriebes gegen beide Lagerschalen gedrängt, wodurch erfindungsgemäß eine axiale Kraft zur Vorspannung des Kugellagers erzeugt wird.
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Der erfindungsgemäße Gedanke, insbesondere die Erzeugung der Vorspannungskraft, kann auch in einer Einfachkupplung mit bezogen auf Mehrfachkupplungen analogen Vorteilen zum Einsatz gelangen. Eine derartige Einfachkupplung weist eine Reibkupplungsanordnung, die schaltbar zur Drehmomentübertragung von einer Kupplungseingangswelle auf eine Antriebswelle ist, und ein während des Betriebes der Einfachkupplung in axialer Richtung der Kupplungseingangswelle vorgespanntes erstes Kugellager zur Drehlagerung der Einfachkupplung um die Kupplungseingangswelle auf. Das vorgespannte erste Kugellager umfasst eine erste und eine zweite Lagerschale sowie eine Mehrzahl von Lagerkugeln, wobei die Lagerschalen erfindungsgemäß derart die Kontur eines Innenraums des Kugellagers festlegen, dass die Lagerkugeln im Innenraum durch die auf sie wirkende Fliehkraft während des Betriebes gegen beide Lagerschalen gedrängt werden, wodurch eine axiale Kraft zur Vorspannung des ersten Kugellagers erzeugt wird. Bevorzugt sind, wie im Fall von Mehrfachkupplungen, mehrere erfindungsgemäße Kugellager vorgesehen, wobei die axialen Kräfte der Kugellager einander entgegen orientiert sind. Analog zum detailliert dargestellten Fall von Mehrfachkupplungen wird ein Verfahren zum Betreiben einer Einfachkupplung realisiert, indem durch die auf die Lagerkugeln wirkende Fliehkraft während des Betriebes diese gegen beide Lagerschalen gedrängt werden, wodurch eine axiale Kraft zur Vorspannung des ersten Kugellagers erzeugt wird.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mehrfachkupplung in Form einer Doppelkupplung, und
- 2 eine schematische Schnittdarstellung des in der in der 1 gezeigten Ausführungsform zum Einsatz gelangenden Kugellagers.
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Die 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mehrfachkupplung 10 in Form einer Doppelkupplung. Die Doppelkupplung weist eine erste Reibkupplungsanordnung 14 und eine zweite Reibkupplungsanordnung 18 auf. Mittels beider Reibkupplungsanordnungen ist ein Drehmoment einer Motorwelle über eine Kupplungseingangswelle jeweils auf eine der betreffenden Reibkupplung zugeordnete Antriebswelle übertragbar, indem die jeweilige Kupplung geschlossen wird. Vorzugsweise wird die Mehrfachkupplung 20 für ein Getriebe eines nicht dargestellten schienenlosen Kraftfahrzeugs verwendet, insbesondere für ein automatisiertes oder automatisches Getriebe. Beispielsweise kann mit der ersten Antriebswelle Drehmoment zu einer ersten Gruppe von Gängen, konkret den ungeraden Gängen und dem Rückwärtsgang, und mit der zweiten Antriebswelle Drehmoment zu einer zweiten Gruppe von Gängen, konkret den geraden Gängen, geleitet werden.
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Im unteren linken Teil der 1 ist eine Kupplungseingangswelle 12 zu sehen, die mit der Motorwelle verbindbar beziehungsweise innerhalb eines funktionstüchtigen Fahrzeugs verbunden ist. Die erste Reibkupplungsanordnung 14 ist einer ersten Antriebswelle 16 zugeordnet, die eine erste Getriebeeingangswelle darstellt, und die zweite Reibkupplungsanordnung 18 ist einer zweiten Antriebswelle 20 zugeordnet, die eine zweite Getriebeeingangswelle ist.
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Die Reibkupplungen der Reibkupplungsanordnungen sind bevorzugt als nasslaufende Reibkupplungen ausgeführt. Sie weisen jeweils Lamellenpakete aus Innenlamellen und Außenlamellen auf, wobei die Innenlamellen und Außenlamellen abwechselnd ineinander geschichtet sind. In dieser Ausführungsform existiert ein gemeinsamer Außenlamellenträger 46 für die Außenlamellen der zwei Kupplungen. Dieser gemeinsame Außenlamellenträger 46 ist drehfest mit der Kupplungseingangswelle 12 verbunden, insbesondere ist der Lamellenträger mit der Kupplungseingangswelle 12 verschweißt. Ferner weist die Mehrfachkupplung 10 ein Kupplungsgehäuse 36 auf. In der 1 ist zum Zweck der vereinfachten Darstellung nur dessen motorseitiger Teil angedeutet gezeigt.
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Zur Betätigung der beiden Reibkupplungen umfasst die Mehrfachkupplung 10 jeweils ein Betätigungselement, hier in Form eines ersten und zweiten hydraulischen Betätigungskolbens 38,40. Die hydraulischen Betätigungskolben 38,40 wirken jeweils über ein erstes und zweites Betätigungsteil 42,44 auf die erste Reibkupplung beziehungsweise die zweite Reibkupplung derart ein, dass die jeweilige Reibkupplung schließbar ist, indem im abgedichteten, über eine jeweilige Druckleitung mit einem Druckmittel beaufschlagbaren Arbeitsraum des jeweiligen Betätigungskolbens 38,40 eine hydraulische Druckänderung erfolgt, wodurch der jeweilige Betätigungskolben 38,40 in axialer Richtung verschiebbar ist. Es gelangt bevorzugt ein Hydrauliköl zum Einsatz. In dieser Ausführungsform sind die Betätigungskolben 38,40 drehfest relativ zum Kupplungsgehäuse 36 angeordnet und wirken jeweils über ein erfindungsgemäß ausgestaltetes erstes Kugellager 22 (zu Details und Funktionsweise siehe auch 2) auf die relativ zu den Betätigungskolben verdrehbaren Betätigungsteile 42,44 ein.
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Der gemeinsame Außenlamellenträger 46 weist an seinem Innenumfang eine in der 1 nicht dargestellte Verzahnung auf, in welche komplementäre Zähne am Außenumfang der Außenlamellen eingreifen. Die abwechselnd mit einem ersten Teil der Außenlamellen, den Außenlamellen der ersten Reibkupplungsanordnung 14, geschichteten Innenlamellen sind an einem ersten Innenlamellenträger 48 und die abwechselnd mit einem zweiten Teil der Außenlamellen, den Außenlamellen der zweiten Reibkupplungsanordnung 18, geschichteten Innenlamellen sind an einem zweiten Innenlamellenträger 50 angeordnet. Der erste Innenlamellenträger 48 ist drehfest über ein erstes Verbindungselement 52 mit der ersten Antriebswelle 16 und der zweite Innenlamellenträger 50 drehfest über ein zweites Verbindungselement 54 mit der zweiten Antriebswelle 20 verbunden.
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In dieser Ausführungsform sind die beiden Reibkupplungsanordnungen 14,18 beispielhaft im gleichen radialen Abstand von der Kupplungseingangswelle 12 angeordnet. Die erste Antriebswelle 16 erstreckt sich koaxial innerhalb der hohl ausgeführten zweiten Antriebswelle 20. Der Außenlamellenträger 46 weist eine motorseitige Durchgriffsöffnung für das erste Betätigungsteil 42 der ersten Reibkupplungsanordnung 14 auf.
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Die 2 ist eine schematische Schnittdarstellung des in der in der 1 gezeigten Ausführungsform der Mehrfachkupplung 10 zum Einsatz gelangenden ersten Kugellagers 22. Das erste Kugellager 22 weist eine äußere erste Lagerschale 24 und eine innere zweite Lagerschale 26 auf. Zwischen den Lagerschalen 24,26 ist eine Mehrzahl von Lagerkugeln 28 angeordnet, von denen hier in der 2 eine zu sehen ist, die in einem von den Lagerschalen 24,26 gebildeten Innenraum 30 bewegbar ist.
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Während des Betriebes werden die Lagerkugeln 28 im Innenraum 30 des ersten Kugellagers 22 durch die auf sie in radialer Richtung 32 wirkende Fliehkraft gegen beide Lagerschalen 24,26 gedrängt. Das erste Kugellager 22, genauer die Konturen der Lagerschalen 24,26 des ersten Kugellagers 22, sind erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass eine axiale Kraft in axialer Richtung 34 zur Vorspannung des ersten Kugellagers 22 erzeugt wird. Eine in radialer Richtung 32 auftretende Fliehkraft drängt die Lagerkugeln 28 gegen eine erste Lauffläche 56 der äußeren ersten Lagerschale 24. Die erste Lauffläche 56 erstreckt sich unter einem bestimmten Winkel gegenüber der radialen Richtung 32, so dass nur eine Projektion oder Kraftkomponente der Fliehkraft aufgenommen wird und sich die Position der Lagerkugeln 28 im Innenraum 30 parallel zur ersten Lauffläche 56 verändert. Dadurch werden die Lagerkugeln 28 auch gegen eine zweite Lauffläche 58 der zweiten Lagerschale 26 gedrängt. Die zweite Lauffläche 58 erstreckt sich nicht parallel, sondern unter einem von 90 Grad verschiedenen Winkel zur ersten Lauffläche 56. Anders ausgedrückt, mit zunehmendem Abstand von der Kupplungseingangswelle erstrecken sich die Laufflächen 56,58 konisch aufeinander zu. Es resultiert eine Kraftkomponente in axialer Richtung 34, welche die dynamische Kraft zur Vorspannung des Kugellagers 22 darstellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Mehrfachkupplung
- 12
- Kupplungseingangswelle
- 14
- erste Reibkupplungsanordnung
- 16
- erste Antriebswelle
- 18
- zweite Reibkupplungsanordnung
- 20
- zweite Antriebswelle
- 22
- Kugellager
- 24
- erste Lagerschale
- 26
- zweite Lagerschale
- 28
- Lagerkugel
- 30
- Innenraum
- 32
- radiale Richtung
- 34
- axiale Richtung
- 36
- Kupplungsgehäuse
- 38
- erster hydraulischer Betätigungskolben
- 40
- zweiter hydraulischer Betätigungskolben
- 42
- erstes Betätigungsteil
- 44
- zweites Betätigungsteil
- 46
- Außenlamellenträger
- 48
- erster Innenlamellenträger
- 50
- zweiter Innenlamellenträger
- 52
- erstes Verbindungselement
- 54
- zweites Verbindungselement
- 56
- erste Lauffläche
- 58
- zweite Lauffläche
