DE102016210646B3

DE102016210646B3 - Aktuator für eine Keilkupplung

Info

Publication number: DE102016210646B3
Application number: DE102016210646.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Dressel; Pascal Kothes
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-06-16
Also published as: WO2017215698A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur axialen Betätigung einer Keilkupplung mittels eines Wälzkörper-Rampe-Aktuators, ist es vorgesehen, dass dieser eine zylinderförmige Muffe mit einer Bodenplatte aufweist die mit einer axial gerichteten Rampenkontur versehen ist und dass in der Rampenkontur Rollen aufgenommen sind, die in Kontakt mit einer Druckscheibe bringbar angeordnet sind, wobei der Wälzkörper-Rampe-Aktuator und die Keilkupplung gemeinsam mittels einer – Schwimmenden Lagerung – auf einem Innenring angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung einer Keilkupplung, insbesondere zur Kupplung eines Losrades mit einer An- oder Abtriebswelle eines Schaltgetriebes.
Es ist bekannt, zur Kupplung eines Losrades an eine An- oder Abtriebswelle eine sogenannte Keilkupplung vorzusehen, welche in Axialrichtung der An- oder Abtriebswelle betätigbar ist und über eine radiale Rampenkontur eine Durchmesservergrößerung erfährt, die zu einem Festsetzen des Losrades bezüglich der An- oder Abtriebswelle führt, so dass eine Drehmomentübertragung zwischen Welle und Losrad ermöglicht wird.
Durch den Stand der Technik nach der US 2014/0014455 A1 ist beispielsweise eine Keilkupplung insbesondere eine Ein-Weg-Keilkupplung (Freilauf) für ein Losrad bekannt, mit einem Innenring, einem Außenring und einer zwischen Innenring und Außenring angeordneten Keilscheibe zum Festsetzen des Außenringes gegenüber dem Innenring in einer Drehrichtung.
Zu diesem Zweck weist der Innenring eine Anzahl an seinem Außenumfang gleichmäßig verteilt angeordneten Rampen auf, die mit einer entsprechenden Anzahl Rampen am Innenumfang der Keilscheibe zusammenwirkend angeordnet sind. Die Keilscheibe wird an ihrem Außenumfang vom Außenring koaxial beabstandet umgeben.
In einer ersten Drehrichtung des Innenringes nimmt dieser die Keilscheibe mit ohne diese zu verformen, wodurch der Außenring gegenüber der An- oder Abtriebswelle frei drehbar gelagert ist.
In einer entgegengesetzen zweiten Drehrichtung wird die Keilscheibe über die Steigung der Rampen verformt und nach außen gedrückt, so dass der Außendurchmesser der Keilplatte vergrößert wird und der Außenring festklemmt.
Die WO 2014/193671 A1 zeigt ein Planetenradgetriebe mit einer Reibkupplung, insbesondere einer Lamellenkupplung zur schaltbaren Verbindung eines drehbaren Außenträgers mit einem drehbaren Innenträger, wobei zusätzlich zur Reibkupplung eine Ein-Weg-Keilkupplung als Beipass parallel geschaltet angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Ein-Weg-Keilkupplung ein Drehmoment, insbesondere ein Bremsmoment übertragen, wenn die Lamellenkupplung geöffnet wird.
Zur Betätigung der Kupplung ist eine dezentral angeordnete Kolben-Einheit vorgesehen.
DE 11 2014 005 508 T5 zeigt eine Keilkupplung mit umfangsverteilten Segmenten, und DE 11 2014 003 427 T4 zeigt eine Trenneinheit für eine Keilkupplung. Weitere Keilkupplungen gehen aus DE 10 2012 015 224 A1 und US 1,450,202 A hervor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator zur Betätigung einer Keilkupplung zu schaffen, welcher aus einer Drehbewegung eine Axialbewegung erzeugt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Aktuators, dass dieser eine drehbar angeordnete Muffe aufweist, welche in einem zylinderförmigen Gehäuse einen Rollen-Rampen-Aktuator aufnimmt. Durch diese Maßnahme kann ein kompakter Aufbau des Aktuators erzielt werden.
Die Muffe umfasst eine An- bzw. Abtriebswelle koaxial, so dass der Aktuator zentral auf die Kupplung wirken kann. Durch diese Maßnahme kann der Aktuator gegenüber der zu betätigenden Keilkupplung funktionssicher positioniert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung weist das zylinderförmige Muffengehäuse eine Bodenplatte mit einer axial weisenden Rampenkontur auf. Die Bodenplatte weist eine vorzugsweise kreisförmige Durchgangsöffnung zur Aufnahme eines Innenringes auf, der drehfest auf der An- bzw. Abtriebswelle sitzt.
Der Innenring trägt die scheibenförmige Keilkupplung, welche eine axial betätigbare Druckscheibe aufweist, die mittels eines Axiallagers mit einer Außenseite der Bodenplatte der Muffe in Kontakt steht. Durch diese Maßnahme kann die Muffe von der Kupplung drehentkoppelt angeordnet werden.
Die Rampenkontur weist eine Anzahl von mindestens drei sternförmig um den Innenring angeordnete, jeweils aus einem Berg und einem Tal bestehende, Rampen auf. Diese dienen der Aufnahme einer entsprechenden Anzahl von Wälzkörpern, vorzugsweise Rollen. Den Rollen axial benachbart ist eine axial bewegliche Druckscheibe angeordnet, die mittels der Kraft einer Tellerfeder beaufschlagt ist. Zur Sicherung der Tellerfeder gegen axiale Verschiebung ist ein am Innenring abgestützter Anschlag, vorzugsweise ein Sicherungsring vorgesehen, der in einer Ringnut des Innenringes angeordnet ist.
Die Keilkupplung weist zur Erhöhung einer Drehmomentübertragung zwischen An- oder Abtriebswelle und dem Losrad in vorteilhafter Weise zusätzlich eine Lamellenkupplung auf, die mittels radialer Vorsprünge formschlüssig mit dem Losrad verbunden ist.
Zur Betätigung der Kupplung, wird die Muffe um einen Winkel verschwenkt, der der Länge einer Rampe in den Winkelgeraden entspricht, das bedeutet ca. 120 Grad bei einer Anordnung von drei Rampen. Hierbei laufen die Rollen auf einen Berg der axial ausgerichteten Rampenkontur hoch, so dass die Rollen in Kontakt mit der durch die Tellerfeder federbelasteten Druckscheibe gelangen, wodurch die Muffe axial in Richtung der Druckscheibe der Keilkupplung verschoben wird und diese letztendlich unter dem Druck der Tellerfeder gegen die Keilkupplung drückt. Hierbei wird der Durchmesser der Keilkupplungsscheibe vergrößert und das Losrad radial verklemmt, so dass eine Drehmomentübertragung zwischen der An- oder Abtriebswelle und dem Losrad ermöglicht wird.
Eine Anordnung sämtlicher Funktionsteile des Aktuators und der Keilkupplung auf dem Innenring in einer – Schwimmenden Lagerung – verhindert in vorteilhafter Weise ein unerwünschtes Verklemmen des Aktuators im ungeschalteten Zustand des Losrades und erhöht die Funktionssicherheit.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Es zeigen
1 einen Aktuator zur Betätigung einer Keilkupplung in ungeschaltetem Zustand in schematischer Darstellung.
2 den Aktuator zur Betätigung einer Keilkupplung in geschaltetem Zustand in schematischer Darstellung.
Eine An- bzw. Abtriebswelle 1 eines Schaltgetriebes weist gemäß 1 ein Losrad 2 auf, welches mittels eines Losradlagers 3 drehbar auf der An- bzw. Abtriebswelle 1 angeordnet ist. Zum Festsetzen des Losrades 2 auf der An- bzw. Abtriebswelle 1 und daraus folgend einer Drehmomentübertragung zwischen der An- bzw. Abtriebswelle 1 und dem Losrad 2 ist eine sogenannte Keilkupplung 4 vorgesehen, welche bei einer axialen Kraftbeaufschlagung mittels einer radialen Rampenkontur eine Durchmesservergrößerung erfährt, die zum Klemmen und Festsetzen des Losrades 2 auf der An- bzw. Abtriebswelle 1 führt.
Die Keilkupplung 4 kann zusätzlich eine Lamellenkupplung aufweisen, welche in axialer Richtung Reibkontakt mit einer Keilscheibe der Keilkupplung steht und formschlüssig mit dem Losrad 2 verbunden ist.
Die Keilkupplung 4 ist auf einem Innenring 6 angeordnet, der drehfest, z. B. mittels einer Steckverzahung 7, auf der An- bzw. Abtriebswelle 1 sitzt. Der Innenring 6 weist an einem Ende einen Bund 8 auf der als Anschlag für die Keilkupplung 4 ausgebildet ist. Der Innenring 6 trägt eine Druckscheibe 9, welche auf der anderen Seite der Keilkupplung 4 auf dem Innenring 6 angeordnet ist. Der Innenring 6 ist in axialer Richtung so lang ausgeführt, dass dieser genügend Raum zum Tragen eines Aktuators, insbesondere eines Rollen-Rampen-Aktuators 11 aufweist.
Der Rollen-Rampen-Aktuator 11 umfasst im Wesentlichen eine zylinderförmige Muffe 12 mit einer Bodenplatte 13, welche mittels einer Zentralbohrung 14 drehbar auf dem Innenring 6 angeordnet ist.
Die Bodenplatte 13 weist stirnseitig eine Rampenkontur 16 auf, welche aus einer Anzahl, mindestens jedoch drei Rampen 17 besteht, welche gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind und zur Aufnahme je eines Wälzkörpers, insbesondere einer Rolle 18, ausgebildet sind. Die Rollen 18 werden durch eine weitere federbelastete Druckscheibe 19 axial begrenzt.
Zum Aufbau einer Vorspannung ist eine Tellerfeder 21 vorgesehen, welche auf dem Innenring 6 angeordnet ist und an einem Anschlag 22 z. B. einem Sicherungsring, abgestützt ist. Dieser ist in einer Ringnut 23 des Innenrings 6 angeordnet.
Auf der der Rampenkontur 16 gegenüberliegenden Seite der Bodenplatte 13 ist ein Axiallager 24 vorgesehen, über welches die Muffe 12 an der Druckscheibe 9 axial abgestützt ist.
Sämtliche Funktionselemente des Aktuators 11, wie z. B. Sicherungsring 22, Tellerfeder 21, Druckscheibe 19, Rollen 18, Rampen 17, sind beim Ausführungsbeispiel gemäß der 1 und 2 innerhalb des zylinderförmigen Muffengehäuses 12 angeordnet.
Darüberhinaus sind sämtliche Funktionselemente des Aktuators 11 und der Keilkupplung 4 zwischen den Anschlägen Sicherungsring 22 und Bund 8 in einer – Schwimmenden Lagerung auf dem Innenring 6 angeordnet. Das bedeutet, dass diese Funktionselemente im ungeschalteten Zustand der Kupplung gegenüber Innenring 6 drehbar und begrenzt axial verschiebbar angeordnet sind.
Zum Festsetzen des Losrades 2 gegenüber der An- bzw. Abtriebswelle 1 wird der Rollen-Rampen-Aktuator 11 durch Drehen der Muffe 12 aktiviert. Dies kann z. B. durch einen Bandantrieb oder ein Zahnrad oder eine Schaltgabel mit Umsetzer erfolgen, bei dem eine Linearbewegung in eine Drehbewegung umgesetzt wird.
Die Stellbewegung, Drehen der Muffe 12, erfolgt über einen Drehwinkel Φ, der abhängig ist von der Anzahl der Rollen 8 des Rollen-Rampen-Aktuators 11. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel mit z. B. drei Rollen 8 beträgt die Stellbewegung Φ = 120 Grad (mit Φ = 360 Grad/a = 3 Rollen).
Durch eine Drehung der Muffe 12 laufen die Rollen 18 die Rampen 17 hoch und drücken hierbei die Druckscheibe 19 axial gegen die Tellerfeder 21. Durch die – Schwimmende Lagerung – sämtlicher Funktionsteile des Rollen-Rampen-Aktuators 11 entsteht eine axiale Kraft, die über das Axiallager 24 auf die Druckscheibe 9 und somit auf die Keilkupplung 4 wirkt und diese gemäß 2 betätigt.
Im ausgekuppelten Zustand des Losrades 2 können in der Praxis die Druckscheibe 19 und die Tellerfeder 21 durch Schleppmomente des Innenringes 6 mitgenommen werden. Die Rollen 18 zeigen hierbei zwar das Bestreben die Rampen 17 der stillstehenden Muffe 12 hochzulaufen, jedoch benötigen diese eine weit aus größere Aktivierungskraft als die, welche die Druckscheibe 19 allein aufbringt.
Um ein Zurücklaufen der Rollen 18 im geschalteten Zustand des Losrades zu vermeiden, können die Rampen 17 im Bereich ihrer Berge jeweils ein Plateau aufweisen, auf welches die Rollen 18 nach Überwinden eines Totpunktes heraufrollen. Beim Lösen der Kupplung würden die Rollen 18 dann wieder über den Totpunkt hinaus die Rampe 17 hinunterrollen.
Bezugszeichenliste

1: An- bzw. Abtriebswelle
2: Losrad
3: Losradlager
4: Keilkupplung
5
6: Innenring
7: Steckverzahnung (6)
8: Bund (Anschlag)
9: Druckscheibe
10
11: Rollen-Rampen-Aktuator
12: Muffe
13: Bodenplatte (12)
14: Zentralbohrung (13)
15
16: Rampenkontur
17: Rampen
18: Wälzkörper (Rolle)
19: Druckscheibe
20
21: Tellerfeder
22: Anschlag
23: Ringnut (6)
24: Axiallager
a: Anzahl der Rollen
Φ: Drehwinkel

Claims

Vorrichtung zur axialen Betätigung einer, zum Festsetzen eines auf einer An- bzw. Abtriebswelle drehbar angeordneten Losrades vorgesehenen, Keilkupplung mittels eines Wälzkörper-Rampe-Aktuators, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper-Rampe-Aktuator (11) eine zylinderförmige Muffe (12) mit einer axial gerichteten Rampenkontur (16) aufweist, die mit den als Rollen (18) ausgebildeten Wälzkörpern in Wirkkontakt steht und dass die Rollen (18) axial mit einer federbelasteten Druckscheibe (19) in Kontakt bringbar angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckscheibe (19) mittels einer Tellerfeder (21) kraftbeaufschlagbar angeordnet ist und dass die Tellerfeder (21) an einem Anschlag (22) abgestützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Funktionselemente des Rollen-Rampen-Aktuators, wie Tellerfeder (22), Druckscheibe (19), Rollen (18) und Rampen (17) im zylinderförmigen Gehäuse der Muffe (12) aufgenommen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Muffe (12) die An- bzw. Abtriebswelle (1) koaxial umfassend angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Muffe (12) schwenkbar auf einem drehfest mit der An- bzw. Abtriebswelle (1) verbundenen Innenring (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Muffe (12) mittels eines Axiallagers (24) an einer Druckscheibe (9) der Keilkupplung (4) axial abgestützt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionselemente des Aktuators (11) und der Keilkupplung (4) zwischen zwei axial voneinander beabstandet angeordneten Anschlägen (8, 22) auf dem Innenring (6) in einer – Schwimmenden Lagerung – angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlag (22) als Sicherungsring in einer Ringnut (23) des Innenringes (6) angeordnet ist und dass der zweite Anschlag (9) ein Bund (8) des Innenringes (6) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenkontur (16) mindestens drei Rampen (17) mit jeweils einem Berg und einem Tal aufweist und dass die Rampen (17) gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind.