DE102016222539A1

DE102016222539A1 - Klauenkupplung mit Synchronisiereinrichtung

Info

Publication number: DE102016222539A1
Application number: DE102016222539.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Giehl; Horst Hartmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2036-11-17
Also published as: DE102016222539B4; CN109952446A; WO2018091030A1; US20190264755A1

Abstract

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

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung bestehend aus zwei stirnverzahnten schei-benförmigen Kupplungskörpern mit einer Synchronisiereinrichtung zur Dreh-zahlangleichung der Kupplungskörper vor dem Einkuppeln, wobei die Kupp-lungskörper axial voneinander beabstandet sind und der eine Kupplungskörper zur Erwirkung eines Eingriffes der Stirnverzahnungen axial gegen den anderen Kupplungskörper bewegbar angeordnet ist.
Die DE 10 2014 209 936 B3 zeigt eine Synchronisiereinrichtung zur Angleichung der Drehzahl einer Kupplung oder Bremse eines Automatikgetriebes, umfassend eine erste und eine zweite Scheibe, die jeweils eine Stirnverzahnung aufweisen, wobei die Scheiben axial voneinander beabstandet sind und die eine Scheibe zur Erwirkung eines Eingriffs der Stirnverzahnungen axial gegen die andere Scheibe bewegbar ist, wobei wenigstens eine Scheibe drehfest mit einem Synchronisierring verbunden ist, gegen den die Scheibe gegen eine Rückstellkraft axial bewegbar ist. Der Synchronring weist eine Anlauffläche auf, mittels der er, bei einer Bewegung der Scheiben gegeneinander, gegen eine Anlauffläche der anderen Scheibe läuft.
Die Verzahnungen der DE 10 2014 209 936 B3 sind als Dachverzahnungen aus-gebildet, d. h. die Zahnflanken eines Zahnes laufen vom Zahnfuß zum Zahnkopf zusammen. Bei derartigen Stirnverzahnungen erzeugen die zu übertragenden Drehmomente eine große Axialkraftkomponente, welche die Kupplungsscheiben auseinander drückt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stirnverzahnte Kupplung mit Synchronisiereinrichtung zu schaffen, die bei einer Drehmomentübertragung keine oder nur eine geringe Axialkraftkomponente erzeugt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass die erfindungsgemäße Kupplung eine Stirnverzahnung aufweist, die als Klauenverzahnung ausgebildet ist, wobei ein Federelement zum Lösen der Kupplung vorgesehen ist. Die Klauen-verzahnungen weisen zur Vereinfachung des Zahneingriffs der Zähne der Klau-enverzahnungen zusätzlich Dachverzahnungen auf. Die Zähne der Klauenver-zahnungen sind im Grundriss im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und weisen Zahnflanken auf, die parallel oder nahezu parallel zueinander ausgebildet sind. Hierbei können die Zähne der Klauenverzahnung einen Hinterschnitt auf-weisen. Das bedeutet, dass die Zahnflanken in achsparalleler Richtung keilförmig zusammenlaufen, so dass ein Zahnfuß schmaler ist, als ein Zahnkopf. Bei einer derartigen Ausbildung der Zahnflanken erzeugt ein anstehendes Drehmoment eine Axialkraft, welche die Kupplungskörper zueinander zieht. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, dass die Verbindung der Kupplungskörper während der Drehmomentübertragung nicht gelöst werden kann.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Zahnflanken in achsparalleler Richtung leicht ansteigend ausgebildet sind, so dass ein Zahnfuß
breiter ist, als ein Zahnkopf. Durch diese Maßnahme wird das Einspuren der Stirnverzahnungen ineinander beim Schließen der Kupplung vereinfacht und auch das Lösen der Kupplung ist problemlos möglich. Der ansteigende Zahnflan-kenwinkel der Kupplung ist so flach ausgebildet, dass nur eine sehr geringe Axi-alkraftkomponente erzeugt wird, so dass eine Stellkraft zum Schließen und Halten der geschlossenen Kupplung auch bei großen Drehmomenten sehr klein ist.
Zur Erzeugung einer Rückstellkraft zum Lösen der Kupplung ist mindestens eine Tellerfeder, vorzugsweise ein Tellerfederpaket, vorgesehen, welche ein Getriebe-teil, z. B. eine Welle koaxial umgreift, wobei die Welle als Führung für einen Innendurchmesser der Tellerfeder dient. Die Tellerfeder ist axial an einem Kupp-lungskörper und an einem davon beabstandet angeordneten am anderen Kupp-lungskörper angeordneten Synchronring abgestützt. Durch diese Anordnung wird in vorteilhafter Weise eine Drehzahlangleichung der Kupplungskörper vor dem Eingreifen der Stirnverzahnungen erzielt. Hierbei wird der Synchronring mittels der Tellerfeder so weit verschoben, bis der Synchronring in Reibkontakt mit dem Kupplungskörper gelangt. Zu diesem Zweck weisen der Synchronring und der Kupplungskörper eine gemeinsame Reibfläche, vorzugsweise eine umlaufende konische Reibfläche, auf.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ist es zur Erhöhung der Tellerfederkraft in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass eine Tellerfeder oder ein Tellerfederpaket mit größerem Durchmesser eingesetzt wird, ohne einen größeren Bauraum zu beanspruchen. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, dass die Tellerfeder mit ihrem Außendurchmesser auf einer Führung eines Getriebeteiles, vorzugsweise an einem die Welle aufnehmenden Gehäuse, abgestützt ist. Bei dieser Anordnung umgreift die Tellerfeder die Kupplungskörper koaxial außerhalb der Stirnverzahnungen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden beschrieben. Es zeigen

1 eine stirnverzahnte Klauenkupplung in perspektivischer Ansicht.
2 die Klauenkupplung im Schnitt in schematischer Darstellung.
3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer außerhalb der Klauenverzahnung angeordneten Tellerfeder im Schnitt in schematischer Darstellung.

Eine Kupplung 1 weist gemäß 1 zwei stirnverzahnte scheibenförmige Kupp-lungskörper 2, 3 auf, von welchen zum Schalten der Kupplung 1 mindestens Eine axial auf die Andere zu- oder weg bewegbar angeordnet ist.
Die Kupplungskörper 2, 3 weisen jeweils eine Stirnverzahnung 4, 6 auf, welche vorzugsweise als Klauenverzahnung ausgebildet ist. Die Klauenverzahnung weist zusätzlich eine Dachverzahnung auf. Die Zähne 4.1, 6.1 der Klauenverzahnungen
4, 6 weisen jeweils zueinander parallel oder nahezu parallel angeordnete Zahn-flanken 4.2, 6.2 auf.
Der erste Kupplungskörper 2 ist gemäß 2 drehfest mit einem ersten Getrie-beteil 7, z. B. einer Welle oder einem Träger verbunden. Der zweite Kupplungskörper 3 ist mit einem zweiten Getriebeteil 8, z. B. einem Gehäuse oder einer innenverzahnten Hülse, drehfest verbunden. Der zweite Kupplungskörper 3 weist einen Synchronring 9 auf, der drehfest mit dem ersten Getriebeteil 7 verbunden ist und mit dem Kupplungskörper 3 eine gemeinsame Reibfläche 11 aufweist. Die Reibfläche 11 ist vorzugsweise als umlaufende konische Reibfläche 11 ausgebildet. Selbstverständlich ist hier, je nach Anwendungsfall, auch ein Mehrkonussystem mit mehreren, umlaufenden konischen Reibflächen aufwei-sende, Synchronringen einsetzbar.
Zwischen den Kupplungskörpern 2, 3 ist eine, das Getriebeteil 7 koaxial umgrei-fende, Ringfeder 12, z. B. eine Tellerfeder oder vorzugsweise ein Tellerfederpaket, vorgesehen, die innerhalb der Stirnverzahnungen 4, 6 angeordnet ist und zum Einen an dem Kupplungskörper 2 und zum Anderen an dem Synchronring 9 axial abgestützt ist.
Hierbei ist die Tellerfeder 12 mittels ihres Innenumfanges 13 auf einer Führung 14, z. B. dem Außenumfang des Getriebeteils 7, geführt.
Die axiale Abstützung der Tellerfeder 12 erfolgt hierbei gegen eine Stirnseite 16 des Kupplungskörpers 2 und eine dieser gegenüberliegend angeordnete Stirnseite 17 des Synchronringes 9.
Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Tellerfedern 12 an ihrem Außenumfang 18 zu führen, wobei radial gerichtete Anschlagflächen 19, 21 an den Kupplungskörpern 2, 3 als Führung ausgebildet sein können.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist es gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass mindestens eine Tellerfeder 22, vorzugs-weise ein Tellerfederpaket vorgesehen ist, die zur Übertragung größerer Kräfte auf einen Synchronring 25 und Erzeugung größerer Rückstellkräfte zum Lösen
der Kupplung 1, bzw. Trennen der Kupplungskörper 2, 3 einen gegenüber der Tellerfeder 12 größeren Durchmesser aufweist.
Zu diesem Zweck umgreift die Tellerfeder 22 die Stirnverzahnungen 4, 6 der Kupplungskörper 2, 3 koaxial und ist mit ihrem Außendurchmesser 23 auf einerFührungen 24, insbesondere auf einem nach innen gerichteten Radialanschlag des Gehäuses abgestützt und axial geführt.
Der Synchronring 25 weist zur Bereitstellung einer größeren Reibfläche 27 mit dem Kupplungskörper 2 einen größeren Durchmesser auf und ist koaxial außer-halb des Kupplungskörpers 2 angeordnet, wobei dieser hierbei drehfest mit dem Getriebeteil 8 verbunden ist.
Selbstverständlich ist es auch möglich durch Kombination der Ausführungsbei-spiele 2 und 3 jedem Kupplungskörper 2, 3 jeweils einen Synchronring 9, 25 zuzuordnen, wobei diese dann radial versetzt zueinander angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Kupplung
2: Kupplungskörper
3: Kupplungskörper
4: Stirnverzahnung (2)
4.1: Zahn
4.2: Zahnflanke
4.3: Dachverzahnung
5
6: Stirnverzahnung (3)
6.1: Zahn
6.2: Zahnflanke
6.3: Dachverzahnung
7: Getriebeteil (Zahnrad)
8: Getriebeteil (Welle)
9: Synchronring
10
11: Reibfläche
12: Tellerfeder
13: Innendurchmesser (12)
14: Führung
15
16: Stirnseite (2)
17: Stirnseite (9)
18: Außendurchmesser (12)
19: Führung (2)
20
21: Führung (3)
22: Tellerfeder
23: Außendurchmesser (22)
24: Führung
25: Synchronring
26
27: Reibfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014209936 B3 [0002, 0003]

Claims

Kupplung mit einem ersten und zweiten jeweils eine Stirnverzahnung aufwei-senden scheibenförmigen Kupplungskörper und einer Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung der Kupplungskörper, wobei die Kupplungskörper axial voneinander beabstandet sind und mindestens ein Kupplungskörper zur Erwir-kung eines Eingriffes der Stirnverzahnungen axial gegen den anderen Kupp-lungskörper bewegbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnungen (4, 6) als Klauenverzahnungen ausgebildet sind.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klauenverzahnungen (4, 6) zusätzlich Dachverzahnungen (4.3, 6.3) auf-weisen und dass die Zähne (4.1, 6.1) der Klauenverzahnungen (4, 6) Zahnflanken (4.2, 6.2) aufweisen, die zueinander parallel oder nahezu parallel ausgebildet sind.
Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kupplungskörpern (2, 3) ein Federmittel (12, 22) angeordnet ist.
Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (12, 22) mindestens eine ein Getriebeteil (7) koaxial umgrei-fende Tellerfeder oder Tellerfederpaket (12) ist.
Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (12) jeweils mittels einer Führung (14; 19, 21; 24) gegen ra-diale Verschiebung gesichert ist.
Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Führung (14) durch einen Außenumfang des ersten Getriebeteiles (7) gebildet wird, auf welchem die Tellerfeder (12) mittels ihres Innenumfanges (13) radial abgestützt und axial geführt ist.
Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Führung (19, 21) durch einen Radialanschlag am Kupplungskörper (2,3) gebildet ist, an welchem die Tellerfeder (12) mittels ihres Außenumfanges (18) radial abgestützt und axial geführt ist.
Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Führung (24) durch einen nach innen weisenden Radialanschlag am Gehäuse (8) gebildet ist, auf welchem die Tellerfeder (22) mittels ihres Au-ßenumfanges (23) radial abgestützt und axial geführt ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (12;22) jeweils an einer axial gerichteten Stirnseite (16) des ersten/zweiten Kupplungskörpers (2;3) und an einer dieser gegenüberliegend an-geordneten Stirnseite (17) des Synchronringes (9;25) abgestützt ist.
Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich-net, dass der Synchronring (9; 25) mittels einer umlaufenden konischen Reibfläche (11; 27) mit dem zweiten und/oder ersten Kupplungskörper (3;2) in Wirkverbin-dung steht.