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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kupplung mit einem elastisch belasteten Druckelement.
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Eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment, beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfasst eine Reibscheibenkupplung, die mittels eines Druckelements betätigt werden kann. Die Reibscheibenkupplung umfasst eine Eingangsseite, an der wenigstens ein erstes Reibelement drehmomentschlüssig angebracht ist, und eine Ausgangsseite, an der wenigstens ein zweites Reibelement drehmomentschlüssig angebracht ist. Die ersten und zweiten Reibelemente sind axial abwechselnd angeordnet. Um einen Drehmomentschluss zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite herzustellen, wird das Druckelement in einer axialen Richtung verschoben oder belastet, sodass die ersten und zweiten Reibelemente axial aneinandergepresst werden und in Reibschluss gelangen.
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Üblicherweise ist eine Betätigungseinrichtung vorgesehen, um in einer ersten axialen Richtung auf das Druckelement zu wirken. In der zweiten, entgegengesetzten Richtung wirken üblicherweise elastische Elemente auf das Druckelement. Die elastischen Elemente sind auf einem Umfang um eine Drehachse der Reibscheibenkupplung angeordnet. In einer Ausführungsform bewirkt eine Betätigung des Druckelements ein Aneinanderpressen der Reibelemente und die elastischen Elemente heben das Aneinanderpressen wieder auf, wenn die Betätigung nachlässt. Diese Variante wird auch normal-offene Kupplung genannt (normally open clutch). In einer anderen Ausführungsform bewirken die elastischen Elemente ein Aneinanderpressen der Reibelemente und die Betätigungseinrichtung hebt bei Betätigung das Aneinanderpressen wieder auf, was auch normal-geschlossene Kupplung (normally closed clutch) genannt wird.
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Die elastischen Elemente sollen das Druckelement möglichst unverkantet entlang der Drehachse belasten oder vorspannen, wozu unterschiedliche Anordnungen bekannt sind. Die bekannten Anordnungen erfordern jedoch üblicherweise einen erheblichen Bauraum, sodass die konstruktiven Freiräume zur Gestaltung der Kupplung verringert sind. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment anzugeben, die insbesondere eine vorteilhafte Ausnutzung eines zur Verfügung stehenden Bauraums erlaubt.
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Eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment umfasst eine Reibscheibenkupplung, die um eine Drehachse drehbar ist; ein Druckelement, um die Reibscheibenkupplung axial zu betätigen; erste elastische Elemente, um das Druckelement mittelbar oder unmittelbar in einer axialen Richtung zu belasten, wobei die ersten elastischen Elemente auf einem Umfang um die Drehachse verteilt sind; und zweite elastische Elemente, die paarweise konzentrisch zu den ersten elastischen Elementen angeordnet sind.
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Durch das paarweise konzentrische Anordnen je eines ersten und eines zweiten elastischen Elements können Federpakete gebildet werden, die unterschiedliche Funktionen miteinander kombinieren. Der zur Verfügung stehende Bauraum an der Kupplung kann so verbessert ausgenutzt werden. Durch das Gruppieren jeweils zweier elastischer Elemente können weniger elastische Anordnungen auf dem Umfang verteilt sein, sodass zwischen auf dem Umfang benachbarten elastischen Anordnungen zusätzlicher Raum gebildet sein kann, der beispielsweise für ein Strukturelement, eine hydraulische oder elektrische Leitung oder ein anderes Element verwendet werden kann. Die elastischen Elemente können unmittelbar auf das Druckelement wirken, wobei eine kompakte Anordnung erzielt werden kann. In einer anderen Ausführungsform ist ein anderes Element zwischen den elastischen Elementen und dem Druckelement vorgesehen, sodass die elastische Kraft mittelbar auf das Druckelement ausgeübt wird. Das zusätzliche Element kann insbesondere eine Umlenkung realisieren, sodass mehr Flexibilität bei der Platzierung der elastischen Elemente genutzt werden kann.
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Bevorzugterweise sind jeweils ein erstes und ein dazu konzentrisch angeordnetes zweites elastisches Element parallel geschaltet. Die beiden Federelemente können redundant wirken oder es können unterschiedliche Eigenschaften der konzentrischen elastischen Elemente ausgenutzt werden. Beispielsweise können die beiden elastischen Elemente unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweisen, sodass die Anordnung aus den zwei elastischen Elementen eine verringerte Schwingungsneigung zeigen kann.
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In einer weiteren Variante umfasst die Einrichtung ferner eine weitere Reibscheibenkupplung, die um die gleiche Drehachse drehbar ist; ein weiteres Druckelement, um die weitere Reibscheibenkupplung axial zu belasten; außerdem weitere erste und zweite elastische Elemente, die paarweise parallel geschaltet und dazu eingerichtet sind, das weitere Druckelement in einer axialen Richtung zu belasten. Die Einrichtung kann so eine Doppelkupplung umfassen, die wahlweise radial oder axial versetzte Reibscheibenkupplungen umfassen kann. Die Druckelemente der beiden Reibscheibenkupplungen können hierbei unabhängig voneinander mit jeweils mehreren Federpaketen belastbar sein, wobei jedes Federpaket ein erstes und ein konzentrisches zweites elastisches Element umfasst.
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Es ist weiter bevorzugt, dass die Federpakete der ersten und der zweiten Reibscheibenkupplung abwechselnd auf dem Umfang um die Drehachse angeordnet sind. Ein Bauraumgewinn kann dadurch maximiert sein.
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In noch einer weiteren Variante sind die ersten elastischen Elemente dazu eingerichtet, das erste Druckelement zu belasten und die zweiten elastischen Elemente sind dazu eingerichtet, das zweite Druckelement zu belasten. Die beiden Druckelemente können dabei unabhängig voneinander belastet bzw. vorgespannt werden. Auch hier können die beiden Reibscheibenkupplungen von einer Doppelkupplung umfasst sein, die wieder radial oder axial versetzt angeordnete Kupplungen umfassen kann.
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An der Doppelkupplung können beliebige Betätigungseinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise hydraulisch steuerbare Einrichtungen, insbesondere ein CSC (Circular Slave Cylinder, eine koaxiale Anordnung von Nehmerzylindern zur Betätigung radial versetzter Kupplungen).
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Das erste Druckelement umfasst bevorzugterweise Aussparungen, durch die die zweiten elastischen Elemente verlaufen. Dadurch kann eine kompakte Anordnung entstehen. Angriffspunkte der Druckelemente für Betätigungseinrichtungen, die entgegen der Kraft der elastischen Elemente auf die Druckelemente wirken, können insbesondere radial nahe aneinander liegen.
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Die ersten elastischen Elemente können jeweils auf radialen Außenseiten der zweiten elastischen Elemente liegen, wobei die ersten elastischen Elemente als Schraubenfedern ausgebildet sind. Die Schraubenfedern können gute Federeigenschaften bieten und relativ große Innenräume definieren, in denen die zweiten elastischen Elemente erleichtert aufgenommen werden können.
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Auch die zweiten elastischen Elemente können als Schraubenfedern ausgebildet sein, wobei Wicklungsrichtungen der konzentrisch angeordneten Schraubenfedern gegenläufig sein können.
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In einer ersten Ausführungsform wirkt die Belastung der elastischen Elemente in einer ersten axialen Richtung auf das Druckelement, sodass Reibelemente der Kupplung verstärkt aneinandergepresst werden. Dies entspricht einer oben genauer beschriebenen normal-geschlossenen Kupplung.
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In einer alternativen zweiten Ausführungsform wirkt die Belastung in einer zweiten axialen Richtung auf das Druckelement, sodass Reibelemente der Kupplung verringert aneinandergepresst werden. Dies entspricht einer oben genauer beschriebenen normal-offenen Kupplung.
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In einer weiteren Ausführungsform können zwei Reibscheibenkupplungen vorgesehen sein, von denen eine als normal-offene und die andere als normal-geschlossene Kupplung ausgeführt ist. In allen Ausführungsformen wirkt eine Betätigungskraft einer Betätigungseinrichtung der Kraft der zugeordneten elastischen Elemente entgegen.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Darstellung einer Kupplungseinrichtung in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine schematische Darstellung einer Kupplungseinrichtung in einer zweiten Ausführungsform; und
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3 eine vorgeschlagene Anordnung von elastischen Elementen an einer Kupplungseinrichtung darstellt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kupplungseinrichtung 100 in einer ersten Ausführungsform. Die Kupplungseinrichtung 100 ist insbesondere zur Steuerung eines Drehmomentflusses in einem Antriebsstrang, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, eingerichtet. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Kupplungseinrichtung 100 eine radial aufgebaute Doppelkupplung. In einer anderen Ausführungsform kann die Doppelkupplung auch axial aufgebaut sein. Ein Teil der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf lediglich eine der zwei dargestellten Kupplungen. Die Kupplungseinrichtung 100 kann daher in einer weiteren Ausführungsform auch als Einzelkupplung aufgebaut sein. Rein exemplarisch ist die Kupplungseinrichtung 100 in 1 eine nasslaufende Mehrscheibenkupplung. In anderen Ausführungsformen kann auch eine Einscheibenkupplung verwendet werden, die alternativ auch als Trockenkupplung ausgelegt sein kann.
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Die Kupplungseinrichtung 100 ist im Wesentlichen radialsymmetrisch zu einer Drehachse 105 aufgebaut. Falls nicht anders angegeben, werden im Folgenden Orts- und Richtungsangaben mit Bezug auf die Drehachse 105 verwendet. Die Kupplungseinrichtung 100 umfasst in der dargestellten Ausführungsform eine Eingangsseite 110, eine erste Ausgangsseite 115 und eine zweite Ausgangsseite 120. Eine erste Kupplung 125 ist dazu eingerichtet, einen Drehmomentfluss zwischen der Eingangsseite 110 und der ersten Ausgangsseite 115 zu schließen oder aufzutrennen. Eine zweite Kupplung 130 wirkt auf entsprechende Weise zwischen der Eingangsseite 110 und der zweiten Ausgangsseite 120. Jede der Kupplungen 125, 130 umfasst mehrere erste Reibelemente 135, die drehmomentschlüssig und bevorzugterweise axial verschiebbar mit der Eingangsseite 110 verbunden sind, und zweite Reibelemente 140, die drehmomentschlüssig und bevorzugterweise ebenfalls verschiebbar mit der jeweiligen Ausgangsseite 115, 120 verbunden sind. Werden Reibelemente 135, 140 einer der Kupplungen 125, 130 axial aneinandergepresst, so wird die entsprechende Kupplung 125, 130 geschlossen und ein Drehmomentfluss zwischen der Eingangsseite 110 und der korrespondierenden Ausgangsseite 115, 120 ermöglicht. Zur Bewirkung des axialen Zusammenpressens ist der ersten Kupplung 125 ein erstes Druckelement 145 und der zweiten Kupplung 130 ein zweites Druckelement 150 zugeordnet.
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Die Druckelemente 145, 150 können jeweils axial bewegt bzw. belastet werden, um die zugeordnete Kupplung 125, 130 zu öffnen oder zu schließen. Dazu sind jeweils eine Betätigungseinrichtung 155 und ein Federpaket 160 vorgesehen, die einander axial entgegenwirken. Die Betätigungseinrichtungen 155 können in beliebiger Weise aufgebaut sein, beispielsweise elektrisch, mechanisch oder hydraulisch und insbesondere als CSC. Die lediglich symbolisch dargestellten Betätigungseinrichtungen 155 können ebenfalls von der Kupplungseinrichtung 100 umfasst sein.
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Bevorzugterweise sind jedem Druckelement 145, 150 mehrere Federpakete 160 zugeordnet, die auf einem Umfang um die Drehachse 105 verteilt sind, und zwar bevorzugterweise regelmäßig. Jedes Federpaket 160 umfasst ein erstes elastisches Element 165 und ein dazu konzentrisches zweites elastisches Element 170. Wenigstens eines der elastischen Elemente 165, 170 dient der elastischen Belastung des jeweiligen Druckelements 145, 150.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die elastischen Elemente 165, 170 eines Federpakets 160 jeweils parallel geschaltet und wirken beide auf das jeweilige Druckelement 145, 150. Umfänge, auf denen die Federpakete 160 der beiden Kupplungen 125, 130 verteilt sind, können wie dargestellt unterschiedlich oder auch gleich groß sein. Eines der Druckelemente 145, 150 kann Aussparungen 175 aufweisen, durch die sich jeweils ein Federpaket 160, das dem anderen Druckelement 145, 150 zugeordnet ist, erstreckt. Die dargestellten Druckelemente 145, 150 sind im Wesentlichen topfförmig mit einem radialen und einem axialen Abschnitt ausgebildet, wobei man auch von Drucktöpfen spricht.
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Die Federpakete 160 stützen sich einseitig gegenüber einem Halteelement 180 ab, das mit der Eingangsseite 110 verbunden ist. Das Halteelement 180 weist weitere Aussparungen 185 auf, durch die axiale Abschnitte der Druckelemente 145, 150 hindurchgreifen, um die Reibelemente 135, 140 der beiden Kupplungen 125, 130 zu komprimieren.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Kupplungseinrichtung 100 in einer zweiten Ausführungsform. Die dargestellte Kupplungseinrichtung 100 lehnt sich an die in 1 dargestellte Kupplungseinrichtung 100 an. Es gelten die oben mit Bezug auf 1 erwähnten Alternativen und Ausführungsformen.
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Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform wirken hier die ersten elastischen Elemente 165 auf das erste Druckelement 145 und die zweiten elastischen Elemente 170 auf das zweite Druckelement 150. Gleichwohl sind die ersten und zweiten elastischen Elemente 165, 170 paarweise konzentrisch zu Federpaketen 160 zusammengefügt. Die Federpakete 160 sind auf einem Umfang um die Drehachse 105 verteilt, und zwar vorzugsweise regelmäßig.
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Die Federpakete 160 der Ausführungsformen der 1 und 2 können jeweils in unterschiedlichen Ausführungsformen vorliegen. Beispielsweise kann jedem elastischen Element 165, 170 an einem oder beiden axialen Enden ein Abschlusselement 205 angefügt sein, um das jeweilige elastische Element 165, 170 insbesondere in dessen radialer Richtung verbessert zu halten. Das erste elastische Element 165 ist bevorzugterweise als Schraubenfeder, insbesondere als zylindrische Schraubenfeder, ausgeführt. Das zweite elastische Element 170 ist bevorzugterweise ebenfalls als Schraubenfeder, insbesondere zylindrische Schraubenfeder, ausgeführt. Wicklungsrichtungen der elastischen Elemente 165, 170 können gleichläufig oder gegenläufig sein. Drahtdurchmesser und Wicklungszahlen der beiden elastischen Elemente 165, 170 können einander gleichen oder voneinander abweichen, um unterschiedliche Belastungskräfte für die Druckelemente 145, 150 bereitzustellen.
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3 zeigt eine vorgeschlagene Anordnung von elastischen Elementen 165, 170 an einer Kupplungseinrichtung 100, insbesondere einer derjenigen der 1 oder 2. In einem unteren Bereich ist eine erste Anordnung 305 von elastischen Elementen 165, 170 einer bekannten Einrichtung 100 zur Übertragung von Drehmoment, insbesondere Doppelkupplung, dargestellt. Elastische Elemente 165, 170 liegen abwechselnd gleich beabstandet auf einem gemeinsamen Umkreis um die Drehachse 105. Im oberen Bereich von 3 ist eine zweite Anordnung 310 der elastischen Elemente 165, 170 dargestellt. Es wird vorgeschlagen, jeweils ein erstes elastisches Element 165 und ein zweites elastisches Element 170 zueinander konzentrisch auszuführen. Die dadurch entstehenden Federpakete 160 sind auf einem Umfang um die Drehachse 105 gleich beabstandet verteilt. Die Anzahl der Federpakete 160 ist halb so groß wie die der ersten und zweiten elastischen Elemente 165, 170 in der unteren Darstellung. Daher wird zwischen benachbarten Federpaketen 160 Raum frei, der beispielsweise durch andere konstruktive Elemente genutzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kupplungseinrichtung
- 105
- Drehachse
- 110
- Eingangsseite
- 115
- erste Ausgangsseite
- 120
- zweite Ausgangsseite
- 125
- erste Kupplung
- 130
- zweite Kupplung
- 135
- erstes Reibelement
- 140
- zweites Reibelement
- 145
- erstes Druckelement
- 150
- zweites Druckelement
- 155
- Betätigungseinrichtung
- 160
- Federpaket
- 165
- erstes elastisches Element
- 170
- zweites elastisches Element
- 175
- Aussparung
- 180
- Halteelement
- 185
- Aussparung
- 205
- Abschlusselement
- 305
- erste Anordnung
- 310
- zweite Anordnung
