DE102016217053A1

DE102016217053A1 - Aktuator für eine Keil- und/ oder Lamellenkupplung

Info

Publication number: DE102016217053A1
Application number: DE102016217053.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Zieger; Tim Bartling
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2036-09-09
Also published as: WO2018046052A1; DE102016217053B4

Abstract

Ein Aktuator zum Festsetzen und/oder Lösen einer Kupplung eines auf einer Getriebewelle eines Schaltgetriebes angeordneten Losrades weist einen Rampenaktuator auf, der zwischen einer drehbar angeordneten Schaltmuffe und der Kupplung angeordnet ist, wobei die Schaltmuffe an ihrem Außenumfang einen ringförmigen Schieber trägt, mit welchem sie mittels einer Schaltkontur in Wirkkontakt steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung einer Keil- und/ oder Lamellenkupplung, insbesondere zur Kupplung eines Losrades mit einer Getriebewelle eines Schaltgetriebes.
Es ist bekannt, zur Kupplung eines Losrades an eine Getriebewelle eine Keilkupplung vorzusehen, welche in Axialrichtung der Getriebewelle betätigbar ist und über eine radiale Rampenkontur eine Durchmesservergrößerung erfährt, die zu einem Festsetzen des Losrades auf der Getriebwelle führt, so dass eine Drehmomentübertragung zwischen der Getriebewelle und dem Losrad ermöglicht wird.
Durch den Stand der Technik nach der US 2014/00 144 55 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 Getriebewelle frei drehbar gelagert ist. In einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung wird die Keilscheibe über die Steigung der Rampen verformt und nach außen gedrückt, so dass der Außendurchmesser der Keilscheibe vergrößert wird und der Außenring festklemmt.
Die WO 2014/193 671 A1 zeigt ein Planetenradgetriebe mit einer Reibkupplung, insbesondere eine Lamellenkupplung zur schaltbaren Verbindung eines drehbaren Außenträgers mit einem drehbaren Innenträger, wobei zusätzlich zur Reibkupplung eine Ein-Weg-Keilkupplung als Bypass parallel geschaltet angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Ein-Weg-Keilkupplung ein Drehmoment, insbesondere ein Bremsmoment übertragen, wenn die Lamellenkupplung geöffnet wird. Zur Betätigung der Kupplung ist eine dezentral angeordnete Kolben-Einheit vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Aktuator zur axialen Betätigung einer Keil- und/ oder Lamellenkupplung zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Aktuator weist in vorteilhafter Weise einen Rampenaktuator auf, der eine zum Schalten der Kupplung erforderliche Axialkraft erzeugt.
Der Rampenaktuator weist zwei axial gegeneinander verdrehbare und axial verschiebbare Druckscheiben mit einer keilförmigen Laufbahn für Wälzelemente, z. B. Zylinder oder Kugeln auf, so dass eine Drehbewegung der einen Druckscheibe gegenüber der anderen eine axiale Verschiebung der beiden Druckscheiben gegeneinander erzeugt.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Rampenaktuator zwischen einer zylinderförmigen Schaltmuffe und der Kupplung auf einer Getriebewelle eines Schaltgetriebes angeordnet, wobei die Kupplung, die Schaltmuffe und der Rampenaktuator die Getriebewelle koaxial umfassen.
Eine erste Druckscheibe bildet einen Boden für die zylinderförmige Schaltmuffe und ist formschlüssig mit dieser verbunden. Die Schaltmuffe umgibt mittels ihres Gehäuses eine Tellerfeder, die an einem am Innenring der Getriebewelle festgelgten Anschlag, z. B. einem Sicherungsring abgestützt ist, so wie ein Axiallager, welches durch eine Druckscheibe von der Tellerfeder getrennt angeordnet ist. Durch diese Maßnahme ist die Schaltmuffe zusammen mit dem Rampenaktuator und der Kupplung axial federnd in einer „Schwimmenden Lagerung“ auf der Getriebewelle gelagert.
Durch eine vorteilhafte Anordnung des Axiallagers zwischen den Druckscheiben der Schaltmuffe wird dieses nur während eines Schaltvorganges belastet, wodurch eine Verlustleistung minimiert und die Standzeit des Axiallagers erhöht ist.
Um die Schaltmuffe zum Schalten der Kupplung und somit zum Festsetzen eines Losrades auf der Getriebewelle zu drehen, weist das zylinderförmige Gehäuse der Schaltmuffe an seinem Außenumfang eine Schaltkontur auf, die mit einer Schaltkontur eines ringförmigen Schiebers korrespondiert.
Die Schaltkontur weist mindestens eine in Umfangsrichtung der Schaltmuffe in einem Schrägungswinkel α angeordnete Schaltkante, z. B. einen Schrägnocken oder eine Schrägverzahnung auf, so dass aus einer Axialbewegung des Schiebers eine Umfangsverdrehung der Schaltmuffe erzeugt wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden beschrieben. Es zeigen
1a einen Aktuator in perspektivischer Darstellung in ungeschaltetem Zustand.
1b den Aktuator in perspektivischer Darstellung in geschaltetem Zustand.
2a den Aktuator im Schnitt in ungeschaltetem Zustand.
2b den Aktuator im Schnitt in geschalteten Zustand.
3a einen Rampenaktuator im Schnitt in schematischer Darstellung.
3b den Rampenaktuator in einer Explosionszeichnung.
Eine Getriebewelle 1, z. B. Eine An- oder Abtriebswelle eines Schaltgetriebes weist gemäß 2a und 2b ein Losrad 2 auf, welches mittels eines Losradlagers 3 frei drehbar auf der Getriebewelle 1 angeordnet ist. Zum Festsetzen des Losrades 2 auf der Getriebewelle 1 zur Drehmomentübertragung zwischen der Getriebewelle 1 und dem Losrad 2 ist eine Kupplung 4 vorgesehen, welche bei einer axialen Kraftbeaufschlagung ein Klemmen und Festsetzen des Losrades 2 auf der Getriebewelle 1 bewirkt.
Die Kupplung 4 ist als Keil- und/ oder Lamellenkupplung ausgebildet, wobei ein Kupplungspaket bestehend aus einer Anzahl, z. B. vier Lamellen 6 vorgesehen ist welche in axialer Richtung abwechselnd in Reibkontakt mit z.B vier Keilscheiben 7 der Kupplung 4 stehen. Die Lamellen 6 sind drehfest an einem Innenring 8 befestigt, welcher wiederum mittels einer Verzahnung drehfest auf der Getriebewelle 1 angeordnet ist.
Die Keilscheiben 7 weisen an ihrem Außenumfang verteilt Vorsprünge 7.1 auf, welche zur Drehmomentübertragung in nutförmige Aufnahmen 9 im Losrad 2 formschlüssig eingreifen. Das Kupplungspaket ist auf der einen Seite durch eine Anschlagscheibe 14 begrenzt, die einteilig mit dem Innenring 8 verbunden ist und weist auf der anderen Seite eine axial verschiebbare Druckscheibe 16 auf, die Teil des Rampenaktuators 13 ist.
Zur Betätigung der Kupplung 4 ist ein Aktuator 11 vorgesehen, der eine zylinderförmige Schaltmuffe 12 und einen Rampenaktuator 13 aufweist. Der Rampenaktuator 13 ist, in axialer Richtung der Getriebewelle 1 gesehen, zwischen der Schaltmuffe 12 und der Kupplung 4 angeordnet, wobei die Schaltmuffe 12, der Rampenaktuator 13 und die Kupplung 4 die Getriebewelle 1 koaxial umfassend auf dem Innenring 8 in einer „Schwimmenden Lagerung“ angeordnet sind. Der Rampenaktuator 13 weist gemäß 3a und 3b im Wesentlichen zwei gegeneinander verdrehbar angeordnete Druckscheiben 16, 17 auf, die auf ihren jeweils zugewandten Seiten axiale Rampenkonturen 18, z. B. vier Rampenkonturen aufweisen. In den Rampenkonturen 18 sind Wälzelementen, z.B Kugeln 19 geführt. Die Kugeln 19 weisen einen ringförmigen Abstandshalter 21 auf.
Die Druckscheibe 17 ist fest mit der zylinderförmigen Schaltmuffe 12 verbunden, die in ihrem Zylindergehäuse ein Axiallager 22 aufnimmt, welches axial an der Druckscheibe 17 und an einer weiteren Druckscheibe 23 abgestützt ist, die in Wirkkontakt mit einer Tellerfeder 24 steht. Ein Anschlag 26, z. B. in Form eines Sicherungsringes ist auf dem Innenring 8 angeordnet und dient als Widerlager für die Tellerfeder 26.
Die Schaltmuffe 12 weist an ihrem Außenumfang eine Schaltkontur 28 auf, die mit einer Schaltkontur 28 eines axial verschiebbar angeordneten, ringförmigen Schiebers 29 in Eingriff steht. Die Schaltkontur 28 weist eine schräg zur Umfangsrichtung der Schaltmuffe 12 angeordnete Schaltkante 28.1 auf. Die Schaltkontur 28 kann z. B. als Schrägverzahnung oder Schrägnocken ausgebildet sein.
Die Schaltkante 28.1 weist einen Schrägungsungswinkel α (α = z. B. 45 Grad) auf, der aus einer Axialverschiebung des ringförmigen Schiebers 29 eine Verdrehung der Schaltmuffe 12 bewirkt. Die Axialverschiebung des Schiebers 29 kann beispielsweise durch eine herkömmliche Schaltgabel (nicht dargestellt) eingeleitet werden.
Durch die Drehung der Schaltmuffe 12 laufen die Kugeln 19 die in den Druckscheiben 16, 17 angeordneten Rampenkonturen 18 hoch und bewirken dadurch eine Vergrößerung des Abstandes der Druckscheiben 16, 17. Durch diese Maßnahme wird die Tellerfeder 24 vorgespannt, so dass über die Druckscheibe 16 das Kupplungspaket mit einer Axialkraft beaufschlagt wird, welches zum Schalten der Kupplung 4 führt und das Losrad 2 an die Getriebewelle 1 koppelt.
Ein Verschieben des ringförmigen Schiebers 29 in der entgegengesetzen Richtung führt zum Drehen der Schaltmuffe 12 in die Ausgangsstellung zurück und somit zum Herunterlaufen der Kugeln 19 auf der Rampenkontur 18. Durch diese Maßnahme bewegen sich die Druckscheiben 16, 17 aufeinander zu und entlasten das Kupplungspaket, wodurch das Losrad 2 gegenüber der Antriebswelle 1 gelöst wird.
Bezugszeichenliste

1: Getriebewelle
2: Losrad
3: Losradlager
4: Kupplung
5
6: Lamelle
7: Keilscheibe
7.1: Vorsprung
8: Innenring
9: Aufnahmenut (2)
10
11: Aktuator
12: Schaltmuffe
13: Rampenaktuator
14: Anschlagscheibe (8)
15
16: Druckscheibe (13)
17: Druckscheibe (13)
18: Rampenkontur (16, 17)
19: Wälzelement (13)
20
21: Abstandshalter (19)
22: Axiallager
23: Druckscheibe (12)
24: Tellerfeder (12)
25
26: Sicherungsring
27
28: Schaltkontur
28.1: Schaltkante
29: Schieber
α: Schrägungswinkel (28.1)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2014/0014455 A1 [0003]
WO 2014/193671 A1 [0004]

Claims

Aktuator zur Betätigung einer Kupplung zum Festsetzen und/oder Lösen eines Losrades auf einer Getriebewelle eines Schaltgetriebes, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (11) eine drehbar angeordnete Schaltmuffe (12) und einen Rampenaktuator (13) aufweist und dass der Rampenaktuator (13) zwischen der Schaltmuffe (12) und der Kupplung (4) auf der Geriebewelle (1) angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (12) ein zylinderförmiges Gehäuse aufweist, welches die Getriebewelle (1) koaxial umfasst.
Akuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (12) eine Druckscheibe (17) aufweist, die Teil des Rampenaktuators (13) ist.
Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (12) eine weitere Druckscheibe (23) aufweist und dass zwischen den Druckscheiben (17, 23) ein Axiallager (22) angeodnet ist.
Akuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (12) auf dem Außenumfang ihres zylinderförmigen Gehäuses eine Schaltkontur (28) aufweist, die mit einer Schaltkontur (28) eines ringförmigen Schiebers (29) im Eingriff steht.
Aktuator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontur (28) eine Schaltkante (28.1) aufweist, die zur Umfangsrichtung der Schaltmuffe (12) in einem Schrägungswinkel (α) angeordnet ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rampenaktuator (13) mittels einer Druckscheibe (16), mit einem Kupplungspaket der Kupplung (4) bestehend aus Lamellen- und/ oder Keilscheiben (6, 7) in Wirkkontakt steht.
Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckscheiben (16, 17) axiale Rampenkonturen (18) aufweisen, in welchen Wälzelemente (19) angeordnet sind.
Aktuator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungspaket (6, 7) durch eine Anschlagscheibe (14) eines Innenrings (8) axial begrenzt angeordnet ist.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (12), der Rampenaktuator (13) und die Kupplung (4) mittels einer Tellerfeder (24) in einer „Schwimmenden Lagerung“ auf der Getriebewelle (1) angeordnet sind.