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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsanordnung von in einem Drehmomentübertragungsweg eines Antriebsstrangs parallel geschalteter Kupplungen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können insbesondere aber nicht ausschließlich eine Kupplungsanordnung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorsehen.
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Kupplungsanordnungen dienen bei Kraftfahrzeugen üblicherweise zum Herstellen und Trennen einer Wirkverbindung zwischen einem antreibenden Motor und, beispielsweise, einem abtriebsseitigen Getriebe. Über die Wirkverbindung kann zum Beispiel ein Drehmoment vom Motor an das Getriebe übertragen werden. Bei Kraftfahrzeugen steht häufig ein begrenzter radialer Bauraum für die Kupplungsanordnung zur Verfügung. Es kann vorkommen, dass ein radialer Bauraumbedarf hierfür geeigneter Reibkupplungen für eine Übertragung von Spitzendrehmomenten des Motors den zur Verfügung stehenden Bauraum übersteigt.
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Das Dokument
DE102015214373A1 offenbart eine Anlasserkupplung für einen Anlasser einer Verbrennungskraftmaschine. Die Anlasserkupplung umfasst ein Kupplungselement, wodurch bei einer Drehmomentübertragung eine Änderung der Torsionssteifigkeit der Anlasserkupplung erzielt wird.
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Herkömmliche Konzepte beschäftigen sich mit einer Änderung der Torsionssteifigkeit von Anlasserkupplungen, um einen Startvorgang eines Verbrennungsmotors hinsichtlich einer Dauer des Startvorgangs und einer Geräuschentwicklung zu verbessern. Eine Lösung zur Reduzierung des radialen Bauraumbedarfs geht daraus nicht hervor.
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Daraus ergibt sich die Aufgabe ein verbessertes Konzept zur Übertragung des Drehmoments zu schaffen, um den radialen Bauraumbedarf der Kupplungsanordnung zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den unabhängigen und abhängigen Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung.
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Gemäß einem ersten Aspekt, beziehen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung auf eine Kupplungsanordnung mit einer ersten und eine zweiten Kupplung, welche im Drehmomentübertragungsweg eines Antriebsstrangs für eine parallele Drehmomentübertragung angeordnet sind. Die zweite Kupplung weist eine oder mehrere eingangsseitige Klauen auf, welche mit einer oder mehreren ausgangseitigen Klauen der zweiten Kupplung ineinandergreifen. Die eingangsseitigen und ausgangseitigen Klauen sind ausgebildet, um sich bei einer Drehmomentübertragung über die zweite Kupplung relativ zueinander zu verdrehen, wodurch eine elastische Verformung der eingangsseitigen und/oder ausgangseitigen Klauen bewirkt wird. Eine relative Torsionssteifheit der zweiten Kupplung gegenüber der ersten Kupplung ist abhängig von einem Ausmaß der elastischen Verformung.
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Die erste und zweite Kupplung sind im Antriebsstrang für eine parallele Drehmomentübertragung angeordnet, was bedeutet, dass die Kupplungsanordnung ein, zum Beispiel, von einem Motor herrührendes Drehmoment gleichzeitig über die erste und zweite Kupplung übertragen kann. Dazu können die erste und zweite Kupplung beispielsweise auf einer gemeinsamen antriebsseitigen Nabe angeordnet sein.
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Hierfür weist die zweite Kupplung eine oder mehrere eingangsseitige Klauen auf, welche beispielsweise Zähne einer eingangsseitigen Verzahnung sein können und mit den ausgangsseitigen Klauen, beziehungsweise Zähnen einer ausgangsseitigen Verzahnung ineinandergreifen können. Die zweite Kupplung ist also als Formschlusskupplung ausgeführt. Durch eine relative Verdrehung der eingangsseitigen Klauen zu den ausgangsseitigen Klauen, beziehungsweise der jeweiligen Verzahnung zueinander, kann durch gegenseitige Anlage der eingangs- und ausgangsseitigen Klauen ein Formschluss zwischen einer Eingangs- und Ausgangsseite der zweiten Kupplung erreicht werden. In vorteilhaften Ausführungsformen können die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen jeweils so ausgeformt sein, dass es bei der relativen Verdrehung zu einer flächigen Anlage kommt.
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Bei gegenseitiger Anlage der eingangs- und ausgangsseitigen Klauen kann ein Verspanndrehmoment wirken, welches die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen elastisch verformt. Je nach Form und materialspezifischen Eigenschaften der eingangs- und ausgangsseitigen Klauen kann eine für diese charakteristische Abhängigkeit zwischen dem Ausmaß der Verformung der eingangs- und ausgangsseitigen Klauen und der Torsionssteifheit der zweiten Kupplung bestehen. Dadurch wird eine Änderung der relativen Torsionssteifheit der zweiten Kupplung gegenüber der ersten Kupplung erreicht woraus sich Vorteile hinsichtlich des Verschleißes der Kupplungsanordnung ergeben können. Beispielsweise kann ein Schlupf an der ersten Kupplung dadurch reduziert werden.
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In manchen Ausführungsbeispielen der Kupplungsanordnung sind die erste und zweite Kupplung mittels eines gemeinsamen Betätigungselements betätigbar.
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Zum Trennen und Herstellen der Wirkverbindung, beziehungsweise eines Kraftschlusses, zwischen einer An- und Abtriebsseite können sowohl die erste, wie auch die zweite Kupplung durch das gemeinsame Betätigungselement betätigt werden. Das Betätigungselement kann beispielsweise ein Hebel sein, welcher durch eine Tellerfeder angesteuert werden kann.
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In manchen Ausführungsbeispielen der Kupplungsanordnung kann die erste Kupplung als Reibkupplung ausgebildet ist.
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Für ein kontrolliertes Dosieren der Drehmomentübertragung zwischen der An- und Abtriebsseite haben sich im Kraftfahrzeugbereich Reibkupplungen als vorteilhaft erwiesen. Daher kann beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich die erste Kupplung als Reibkupplung ausgeführt sein.
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In manchen Ausführungsbeispielen der Kupplungsanordnung kann die Reibkupplung dazu ausgelegt sein, um einen Kontakt zwischen einem eingangsseitigen ersten Reibelement und einem ausgangsseitigen zweiten Reibelement der Reibkupplung herzustellen, um Drehmoment bis zu einem Maximaldrehmoment zu übertragen. Bei Überschreiten des Maximaldrehmoments bei der Drehmomentübertragung über die Kupplungsanordnung um ein Überschussdrehmoment können die eingangsseitigen und ausgangsseitigen Klauen zur Drehmomentübertragung des Überschussdrehmoments gegenseitig zur Anlage kommen. Das Verspanndrehmoment der Klaue kann dem Überschussdrehmoment entsprechen
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Das erste Reibelement kann beispielsweise ein mit einer Kupplungsscheibe drehfest verbundener Reibbelag sein. Das zweite Reibelement kann, zum Beispiel, eine Reibfläche eines Schwungrades sein. In diesem Beispiel, kann durch axiale Auslenkung des Betätigungselements zunächst die Kupplungsscheibe axial mit Druck beaufschlagt werden, so dass der Reibbelag in axialer Richtung gegen die Reibfläche des Schwungrads gedrückt wird, um den Kraftschluss herzustellen. Hierbei kann das Maximaldrehmoment übertragen werden. Für einen Fachmann erscheint es offensichtlich, dass das Maximaldrehmoment durch einen Reibkoeffizienten zwischen der Reibfläche und dem Reibbelag begrenzt ist. Spitzendrehmomente des antreibenden Motors können das Maximaldrehmoment um das Überschussdrehmoment überschreiten. Dadurch kann es zu Schlupf an der Reibkupplung kommen, so dass sich die Kupplungsscheibe und das Schwungrad relativ zueinander verdrehen, wodurch es zu erhöhtem Verschleiß kommen kann.
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Bei weiterer axialer Auslenkung des Betätigungselements, kann ein Kraftschluss, beziehungsweise Formschluss, der ersten Kupplung (Reibkupplung) und der zweiten Kupplung (Formschlusskupplung) erreicht werden. Bei Überschreiten des Maximaldrehmoments, beispielsweise aufgrund einer gegenüber der Reibkupplung geringeren Torsionssteifheit der Formschlusskupplung, kann es zur relativen Verdrehung der eingangs- und ausgangsseitigen Klauen der Formschlusskupplung kommen. Hierdurch kommt es beispielsweise zur gegenseitigen Anlage der eingangs- und ausgangsseitigen Klauen, wodurch ein Formschluss zwischen einer Eingangs- und Ausgangsseite der Formschlusskupplung erreicht werden kann. Das Überschussdrehmoment kann somit über die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen der Formschlusskupplung übertragen werden. Somit liegt an der ersten Kupplung beispielsweise höchstens das Maximaldrehmoment an. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass der bei Überschreiten des Maximaldrehmoments entstehende Schlupf zum Erliegen kommt.
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In manchen Ausführungsbeispielen der Kupplungsanordnung können die eingangs- und/oder ausgangsseitigen Klauen jeweils ein jeweiliges Elastizitätsmodul in Umfangsrichtung aufweisen, wodurch die Torsionssteifheit der zweiten Kupplung sich direkt proportional oder exponentiell zum Ausmaß der elastischen Verformung verhält.
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Bei gegenseitiger Anlage kann es durch weitere entgegengerichtete relative Verdrehung der eingangs- und ausgangsseitigen Klauen zum Anstieg des Verspanndrehmoments und dadurch zur Verformung der eingangs- und ausgangsseitigen Klauen kommen. Die Verformung der Klauen hängt beispielsweise von deren jeweiligem Elastizitätsmodul in Umfangsrichtung ab. Das Elastizitätsmodul ist beispielsweise abhängig von einer Form und/oder materialspezifischen Eigenschaften der Klauen. Durch Auswahl geeigneter Materialien und Formen der Klauen kann deren Elastizitätsmodul derart bestimmt werden, so dass beispielsweise die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung direkt proportional oder exponentiell mit der weiteren entgegengerichteten relativen Verdrehung der Klauen ansteigt.
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Durch eine direkt proportionale oder exponentiell ansteigende Kennlinie der Torsionssteifheit der Formschlusskupplung kann beispielsweise erreicht werden, dass die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung die Torsionssteifheit der Reibkupplung übersteigt.
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Die ansteigende Kennlinie der Torsionssteifheit der Formschlusskupplung bewirkt beispielsweise, dass die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung bis zu einem vorbestimmten Verspanndrehmoment unterhalb der Torsionssteifheit der Reibkupplung liegt und diese bei höheren Überschussdrehmomenten übersteigt.
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Infolge dessen können die Klauen sich unterhalb des vorbestimmten Verspanndrehmoments relativ zueinander verdrehen und somit zur Anlage kommen, um den an der Reibkupplung auftretenden Schlupf zum Erliegen zu bringen. Des Weiteren bewirkt die gegenüber der Reibkupplung geringere Torsionssteifheit der Formschlusskupplung beispielsweise, dass auf die Kupplungsanordnung wirkende Drehungleichförmigkeiten kein Abheben der eingangs- und ausgangsseitigen Klauen hervorrufen, wodurch der Formschluss verloren ginge.
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Bei Übersteigen des vorbestimmten Verspanndrehmoments kann die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung die der Reibkupplung übersteigen. Die gegenüber der Reibkupplung höhere Torsionssteifheit der Formschlusskupplung kann sich beim Übertragen hoher Drehmomente als vorteilhaft erweisen. Zum Beispiel können dadurch Resonanzeffekte reduziert oder verhindert werden, wobei durch Drehungleichförmigkeiten eingeleitete Drehmomentschwingungen von der Formschlusskupplung auf die Reibkupplung übertragen werden. Damit einhergehendes oszillierendes Überschreiten des an der Reibkupplung anliegenden Maximaldrehmoments würde beispielsweise einen erhöhten Verschleiß der Reibkupplung bedeuten.
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In manchen Ausführungsbeispielen der Kupplungsanordnung können die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen eine Abschrägung in Umfangsrichtung aufweisen.
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Die Umfangsrichtung entspricht dabei der Umfangsrichtung der Kupplungsanordnung. Durch die Abschrägung der Klauen wird beispielsweise eine Anlagefläche zwischen den eingangs- und ausgangsseitigen Klauen vergrößert. Für den Fachmann erscheint es als offensichtlich, dass dadurch beispielsweise ein Verschleiß verringert werden kann, welcher bei gegenseitiger Anlage der Klauen auftreten kann.
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In manchen Ausführungsbeispielen der Kupplungsanordnung können die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen zumindest zwei verschiedene Stärken in Umfangsrichtung aufweisen.
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Beispielsweise können die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen im Bereich ihrer Anbindung an jeweilige eingangs- oder ausgangsseitige Bauteile eine gegenüber anderen Bereichen der Klauen größere Materialstärke aufweisen. Beispielsweise können die Klauen jeweils fingerartige Fortsätze aufweisen, welche eine geringere Stärke in Umfangsrichtung aufweisen. Die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen weisen beispielsweise eine L-förmige Struktur auf. Die fingerartigen Fortsätze können jeweils mit Bereichen größerer Materialstärke der jeweils gegenüberliegenden Klauen zur Anlage kommen, so dass es beispielsweise zur Verformung der fingerartigen Fortsätze kommt. Durch Bestimmen, der einzelnen Stärken der Klauen in Umfangsrichtung kann die Kennlinie der Formschlusskupplung bestimmt werden.
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In manchen Ausführungsbeispielen der Kupplungsanordnung können die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen zum Trennen eines Formschlusses durch das Betätigungselement senkrecht zur Verdrehrichtung der eingangs- und ausgangsseitigen verschiebbar angeordnet sein.
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Bei Auslenkung der eingangs- und/oder ausgangsseitigen Klauen senkrecht zur Verdrehrichtung kann der Formschluss der Klauen aufgehoben werden, so dass kein Formschluss über die Formschlusskupplung besteht. Dies kann beispielsweise bei einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug für einen Wechsel einer Fahrstufe oder für ein Anfahren notwendig sein.
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In manchen Ausführungsbeispielen der Kupplungsanordnung können die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen jeweils in radialer Richtung ineinandergreifen.
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Die eingangsseitigen Klauen können beispielsweise als Außenverzahnung eines radial innenliegenden Eingangsteils ausgeführt sein, welche mit einer Außenverzahnung eines radial außerhalb des Eingangsteils liegenden Ausgangsteils ineinandergreifen können. Durch eine solche konzentrische Anordnung des Eingangs-, beziehungsweise Ausgangsteils, kann Bauraum in axialer Richtung eingespart werden.
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In manchen Ausführungsbeispielen der oben genannten Kupplungsanordnung können die Klauen gegenüber einer axialen Richtung eine Abschrägung aufweisen.
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Die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen der Formschlusskupplung können zum Trennen des Formschlusses beispielsweise in axialer Richtung vom Betätigungselement verschoben werden. Beim Trennen kann an den eingangs- und ausgangsseitigen Klauen das Verspanndrehmoment anliegen. Bei Ausführungsbeispielen ohne axiale Abschrägung der Klauen kann ein durch das Verspanndrehmoment erzeugtes Reibmoment, der axialen Verschiebung durch das Betätigungselement entgegenwirken. Für ein leichtgängiges Trennen des Formschlusses können die Klauen daher die Abschrägung in axialer Richtung aufweisen. Damit kann das Reibmoment beim Trennen des Formschlusses reduziert werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt, beziehen sich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung auf ein Verfahren zum Übertragen eines Drehmoments mit einer ersten und einer zweiten Kupplung. Die zweite Kupplung weist eine oder mehrere eingangsseitige Klauen auf, welche mit einer oder mehreren ausgangseitigen Klauen der zweiten Kupplung ineinandergreifen. Das Verfahren umfasst ein Anordnen der ersten und zweiten Kupplung parallel in einem Drehmomentübertragungsweg eines Antriebsstrangs. Das Verfahren sieht weiter ein Übertragen des Drehmoments bis zu einem Maximaldrehmoment mittels der ersten Kupplung vor. Bei Überschreiten des Maximaldrehmoments um ein Überschussdrehmoment schlägt das Verfahren ein Übertragen des Überschussdrehmoments mittels der zweiten Kupplung vor, wobei sich die eingangsseitigen und ausgangseitigen Klauen relativ zueinander verdrehen. Dadurch eine elastische Verformung der eingangsseitigen und/oder ausgangseitigen Klauen bewirkt, wobei eine relative Torsionssteifheit der zweiten Kupplung gegenüber der ersten Kupplung abhängig von einem Ausmaß der elastischen Verformung ist.
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Das Verfahren kann beispielsweise mittels der oben beschriebenen Kupplungsanordnung durchgeführt werden. Die erste Kupplung kann hierbei als Reibkupplung und die zweite Kupplung als Formschlusskupplung ausgeführt sein.
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Die Reibkupplung und die Formschlusskupplung können beispielsweise auf einer gemeinsamen Eingangsnabe angeordnet sein, um einen möglichst geringen Bauraum aufzuweisen. Durch das parallele Anordnen der Reibkupplung und Formschlusskupplung, kann gegenüber konventionellen Kupplungen mit gleichem radialen Bauraum ein höheres Drehmoment übertragen werden.
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Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Antriebsstrangs mit zwei parallel im Antriebsstrang angeordneten Kupplungen;
- 2 zeigt eine Kupplungsanordnung mit zwei parallel im Drehmomentübertragungsweg angeordneten Kupplungen;
- 3 zeigt eine Schiebemuffe einer Formschlusskupplung;
- 4 zeigt einen Drehmomentfluss über eine Reibkupplung der Kupplungsanordnung;
- 5 zeigt einen Drehmomentfluss über die Formschlusskupplung der Kupplungsanordnung;
- 6 zeigt eine exponentiell verlaufende Kennlinie einer Torsionssteifheit der Formschlusskupplung in Abhängigkeit von einem Verspanndrehmoment; und
- 7 zeigt eine relative Torsionssteifheit der Reibkupplung gegenüber der Formschlusskupplung in Abhängigkeit des Verspanndrehmoments.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
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Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen.
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Kupplungen finden häufig Anwendung im Kraftfahrzeugbereich. Hierbei können die Kupplungen beispielsweise zum Herstellen und Trennen einer Wirkverbindung zwischen einer Antriebs- und Abtriebsseite dienen. Auf der Antriebsseite kann beispielsweise ein Motor und auf der Abtriebsseite ein Getriebe angeordnet sein. Im Kraftfahrzeug verwendete konventionelle Kupplungen sind beispielsweise Reibkupplungen, welche über ein Reibmoment zweier Reibelemente ein vom Motor erzeugtes Drehmoment an ein Getriebe weiterleiten. Bei Kraftfahrzeugen steht häufig ein begrenzter radialer Bauraum für die Reibkupplung zur Verfügung. Es kann vorkommen, dass ein radialer Bauraumbedarf hierfür geeigneter Reibkupplungen für eine Übertragung von Spitzendrehmomenten des Motors den zur Verfügung stehenden Bauraum übersteigt.
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Die vorliegende Offenbarung schlägt daher eine Kupplungsanordnung mit parallel im Drehmomentübertragungsweg angeordneten Kupplungen vor, wodurch der radiale Bauraumbedarf gegenüber konventionellen Kupplungen reduziert werden kann.
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1 zeigt schematisch einen Aufbau eines Antriebsstrangs mit einer Kupplungsanordnung 100, welche eine erste Kupplung 110 und eine zweite Kupplung 120 umfasst. Im vorliegenden Beispiel dient die Kupplungsanordnung 100 beispielsweise dazu das von einem Motor 130 erzeugte Drehmoment an eine Schwungmasse 140 zu übertragen. Der Motor 130 kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor sein. Die erste und zweite Kupplung 110 und 120 sind parallel im Drehmomentübertragungsweg des Antriebsstrangs angeordnet. Dies bedeutet, dass die erste und zweite Kupplung 110 und 120 bei jeweiligem Kraft- oder Formschluss derer das vom Motor 130 erzeugte Drehmoment an die Schwungmasse 140 übertragen können, welche beispielsweise als Zweimassenschwungrad ausgeführt sein kann. In der gezeigten Kupplungsanordnung 100 ist die erste Kupplung 110 als Reibkupplung und die zweite Kupplung 120 als Formschlusskupplung ausgeführt. Weitere Ausführungsbeispiele können auch weitere Kombinationen der ersten Kupplung 110 und zweiten Kupplung 120 aufweisen.
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In Ausführungsbeispielen des gezeigten Beispiels kann der Kraftschluss der Reibkupplung 110 und der Formschluss der Formschlusskupplung 120 zeitlich versetzt hergestellt werden, so dass das Drehmoment beispielsweise beim Einkuppeln der Kupplungsanordnung 100 zunächst über die Reibkupplung 110 und beispielsweise nach dem Einkuppeln gleichzeitig über die Reibkupplung 110 und die Formschlusskupplung 120 übertragen werden kann. So kann das Drehmoment beispielsweise beim Anfahren eines Kraftfahrzeugs mit der Reibkupplung 110 dosiert übertragen werden.
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Aufgrund eines begrenzten Reibmoments zwischen der Antriebs- und Abtriebsseite der Reibkupplung 110 kann das Drehmoment von dieser höchstens bis zu einem Maximaldrehmoment übertragen werden. Bei der gezeigten Kupplungsanordnung 100 kann nach zusätzlicher Betätigung der Formschlusskupplung 120, ein Überschussdrehmoment mittels der Formschlusskupplung 120 übertragen werden. Das Überschussdrehmoment ist hierbei ein Anteil des Drehmoments, um welchen das von der Kupplungsanordnung 100 zu übertragende Drehmoment das Maximaldrehmoment übersteigt. Ein maximal von der Kupplungsanordnung 100 übertragbares Drehmoment entspricht beispielsweise eine Kombination oder Summe des Maximaldrehmoments und des maximal von der Formschlusskupplung 120 übertragbaren Überschussdrehmoments.
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Aufgrund dessen ist es beispielsweise für eine Übertragung der Spitzendrehmomente des Motors 130 nicht erforderlich, dass das Maximaldrehmoment der Reibkupplung 110, sondern das maximal von der Kupplungsanordnung 100 übertragbare Drehmoment größer oder gleich der Spitzendrehmomente ist. Daher kann die Reibkupplung 110 gegenüber konventionellen Reibkupplung zur Übertragung der Spitzendrehmomente so ausgeführt werden, so dass diese ein gegenüber diesen kleineres Maximaldrehmoment aufweist. Hierdurch kann der radiale Bauraumbedarf der Reibkupplung 110 verringert werden. Zur weiteren Reduzierung des Bauraumbedarfs können die Reibkupplung 110 und die Formschlusskupplung 120 beispielsweise auf einer gemeinsamen Nabe angeordnet sein.
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2 zeigt einen Querschnitt der Kupplungsanordnung 100, wobei die Reibkupplung 110 und die Formschlusskupplung 120 auf einer gemeinsamen Eingangsnabe 102 angeordnet sind. Die Kupplungsanordnung 100 ist im vollständig eingekuppelten Zustand abgebildet. Das heißt, dass die Reibkupplung 110 und Formschlusskupplung 120 jeweils einen höchst möglichen Kraftschluss, beziehungsweise einen Formschluss, aufweisen.
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Eine Eingangsseite der Reibkupplung 110 umfasst eine Eingangsnabe 102 und eine Kupplungsscheibe 112, welche drehfest mit einem oder mehreren Verbindungselementen 113 verbunden sind. Im eingekuppelten Zustand wird die Kupplungsscheibe 112 von einer Membranfeder 114 axial mit Druck beaufschlagt, so dass ein Reibmoment zwischen der Eingangsseite und einer ausgangsseitigen Schwungscheibe 118 erzeugt wird. So kann das auf die Eingangsnabe wirkende Drehmoment zumindest teilweise an eine Ausgangsseite der Reibkupplung 110 übertragen werden.
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3 zeigt beispielhaft einen Drehmomentfluss 300 bei der Drehmomentübertragung der Reibkupplung 110.
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Das eingangsseitig an der Eingangsnabe 102 anliegende Drehmoment wird hierbei auf die damit drehfest verbundene Kupplungsscheibe 112 übertragen. Durch das Reibmoment wird das Drehmoment von der Kupplungsscheibe 112 auf die ausgangsseitige Schwungscheibe 118 weitergeleitet. Die ausgangsseitige Schwungscheibe 118 kann für eine Weiterleitung des Drehmoments drehfest mit einem Abdeckblech 119, einem Betätigungsgehäuse 128, einer primären Schwungmasse 107, einer sekundären Schwungmasse 108 und einer Ausgangsnabe 104 verbunden sein. Im Antriebsstrang nachgelagerte Bauteile, wie eine Ausgangswelle (hier nicht gezeigt) können in eine Innenverzahnung der Ausgangsnabe eingreifen, um das Drehmoment, zum Beispiel an ein Getriebe weiterzuleiten.
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Zusätzlich kann im eingekuppelten Zustand das Drehmoment der Eingangsnabe 102 teilweise über die Formschlusskupplung 120 übertragen werden. In 4 ist ein Drehmomentfluss 400 über die Formschlusskupplung 120 gezeigt.
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Die Eingangsnabe 102 kann, wie im in 2 gezeigten Beispiel, eine Außenverzahnung 124 aufweisen, um einen Formschluss mit einer Eingangsseite 129 der Formschlusskupplung120 herzustellen. Die Eingangsseite 129 bildet im eingekuppelten Zustand in radialer Richtung einen Formschluss mit einer Ausgangsseite 127 der Formschlusskupplung 120. Eine Druckfeder 126 stellt sicher, dass die Eingangsseite 129 axial derart positioniert ist, so dass diese mit der Ausgangsseite 127 den Formschluss bildet. Eine Außenverzahnung der Ausgangsseite 127 wiederum greift mit einer Innenverzahnung des Betätigungsgehäuses 128 ineinander. Über die Verzahnungen kann das auf die Eingangsnabe wirkende Drehmoment teilweise von der Eingangsnabe 102 über die Eingangsseite 129 und Ausgangsseite 127 der Formschlusskupplung 120 an das Betätigungsgehäuse 128 übertragen werden.
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Im eingekuppelten Zustand der Kupplungsanordnung können die Drehmomentflüsse 300 und 400 parallel zur Drehmomentübertragung der Kupplungsanordnung 100 beitragen.
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Zum Auskuppeln kann durch Betätigen eines Betätigungselements 122 der Kraftschluss, beziehungsweise Formschluss, der Reibkupplung 110 und der Formschlusskupplung 120 getrennt werden. Dazu kann das Betätigungselement 122 axial in Richtung der Membranfeder 114 verschoben werden.
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Bei der axialen Verschiebung des Betätigungselements 122 wird beispielsweise die Eingangsseite 129 der Formschlusskupplung 120 gegen eine Kraftwirkung der Druckfeder 126 in axialer Richtung verschoben, so dass der Formschluss mit der Ausgangsseite 127 der Formschlusskupplung 120 getrennt wird. Dadurch wird die der Drehmomentfluss 400 über die Formschlusskupplung 120 unterbrochen.
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Bei weiterer axialer Verschiebung des Betätigungselements 122 kann ein radial innenliegendes Druckelement 115 der Membranfeder 114 axial mit Druck beaufschlagt werden. Im gezeigten Beispiel kann die Membranfeder 114 dadurch derart verformt werden, so dass diese die Kupplungsscheibe 112 nicht mit axialem Druck in Richtung der Schwungscheibe 118 beaufschlagt wird, wodurch das Reibmoment und damit der Kraftschluss zwischen der Eingangs- und Ausgangsseite der Reibkupplung 110 zusammenbricht.
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Bei vollständiger Trennung des Kraftschlusses, beziehungsweise des Formschlusses, der Reibkupplung 110 und Formschlusskupplung 120 befindet sich die Kupplungsanordnung 100 im ausgekuppelten Zustand. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass im ausgekuppelten Zustand kein Drehmoment von der Kupplungsanordnung 100 auf die Ausgangsnabe 104 oder im Antriebsstrang nachgelagerte Bauteile übertragen werden kann.
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Im eingekuppelten Zustand der Kupplungsanordnung 100 kann bei Übersteigen des Maximaldrehmoments der Reibkupplung 110 um ein Überschussdrehmoment beispielsweise das Maximaldrehmoment über die Reibkupplung 110 und das Überschussdrehmoment über die Formschlusskupplung 120 übertragen werden. Die Eingangsseite 129 und Ausgangsseite 127 können sich durch den Formschluss bei der Übertragung des Überschussdrehmoments verspannen. Ein dabei anliegendes Verspanndrehmoment kann dem Überschussdrehmoment entsprechen.
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Der Formschluss der Eingangsseite 129 und Ausgangsseite 127 der Formschlusskupplung kann beispielsweise durch eine Schiebemuffe 500 erreicht werden, welche in 5 gezeigt ist.
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Die Schiebemuffe 500 umfasst die Eingangsseite 129 und Ausgangsseite 127 der Formschlusskupplung 120. Eine Innenverzahnung 123-1 der Eingangsseite 129 kann mit der Außenverzahnung 124 der Eingangsnabe 102 in radialer Richtung ineinandergreifen, um das Überschussdrehmoment zu übertragen.
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Wie hier gezeigt ist, kann die Eingangsseite 129 fest mit eingangsseitigen Klauen 121-1 verbunden. Diese sind im eingekoppelten Zustand formschlüssig mit ausgangsseitigen Klauen 121-2, welche mit der Ausgangsseite 127 der Formschlusskupplung 120 verbunden sind. Durch eine Außenverzahnung 123-2 kann die Ausgangsseite mit einer Innenverzahnung (hier nicht gezeigt) des Betätigungsgehäuses 128 ineinandergreifen, um eine spielfreie oder spielbehaftete drehfeste Verbindung zum Betätigungsgehäuse 128 herzustellen.
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Die eingangsseitigen Klauen 121-1 können zur Übertragung des Überschussdrehmoments mit den ausgangsseitigen Klauen 121-2 zur Anlage kommen. Dazu können sich die Klauen 121 -1 und 121-2 relativ zueinander verdrehen. Die Ausführung der Klauen 121-1 und 121-2 kann die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 beeinflussen.
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Es kann vorteilhaft sein, wenn die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 unterhalb eines vorbestimmten Verspanndrehmoments geringer ist als die der Reibkupplung 110. Dies kann bewirken, dass es beispielsweise durch einen Schlupf an der Reibkupplung 110 zu einer relativen Verdrehung der Klauen 121-1 und 121-2 in Umfangsrichtung bis das Verspanndrehmoment dem Überschussdrehmoment entspricht. Bei Gleichheit von Verspann- und Überschussmoment kommt der an der Reibkupplung 110 herrschende Schlupf zu Erliegen.
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Die gegenüber der Reibkupplung 110 geringere Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 kann zudem bewirken, dass die Klauen 121-1 und 121-2 bei einer Änderung oder bei Drehungleichförmigkeiten des über die Kupplungsanordnung 100 übertragenen Drehmoments nicht voneinander abheben. Durch die geringere Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 kann bei der Reduzierung oder bei Drehungleichförmigkeiten des übertragenen Drehmoments ein bestimmtes Verspanndrehmoment zwischen den Klauen 121-1 und 121-2 bestehen bleiben. Dadurch können Verzahnungsgeräusche reduziert oder verhindert werden, welche beispielsweise durch von Torsionsschwingungen herrührenden Schwingungen der Klauen 121-1 und 121-2 erzeugt werden können.
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Drehmomentspitzen des Motors 130 können aus Drehungleichförmigkeiten, wie zum Beispiel Torsionsschwingungen, resultieren, welche beispielsweise bei Volllast des Motors 130 auf die Eingangsnabe 102 wirken. Aufgrund einer gegenüber der Reibkupplung 110 geringeren Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 kann es dadurch zu unerwünschten Resonanzeffekten zwischen der Reibkupplung 110 und der Formschlusskupplung 120 kommen, wodurch sich ein erhöhter Schlupf an der Reibkupplung 110 ergeben kann. Der durch die Resonanzeffekte auftretende Schlupf an der Reibkupplung 110 kann reduziert oder verhindert werden, indem die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 die Torsionssteifheit der Reibkupplung 110 bei der Übertragung von Drehmomentspitzen des Motors 130 oberhalb des vorbestimmten Verspanndrehmoments übersteigt.
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Daher kann es vorteilhaft sein die eingangs- und ausgangsseitigen Klauen 121-1 und 121-2 derart auszuführen, so dass die Formschlusskupplung 120 eine progressive Kennlinie der Torsionssteifheit aufweist. Dadurch kann sich die relative Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 gegenüber der Reibkupplung 110 derart verhalten, so dass die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 die Torsionssteifheit der Reibkupplung 110 übersteigt. Somit kann beispielsweise unterhalb des vorbestimmten Verspanndrehmoments die relative Verdrehung der Klauen 121-1 und 121-2 und oberhalb des vorbestimmten Verspanndrehmoments eine Reduzierung der Resonanzeffekte erzielt werden.
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Die Kennlinie der Torsionssteifheit der Formschlusskupplung kann beispielsweise durch eine Ausführung und/oder Form der eingangs- und ausgangsseitigen Klauen 121-1 und 121-2 bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Elastizitätsmodul der Klauen 121-1 und 121-2 in Umfangsrichtung abhängig von der Form der Klauen 121-1 und 121-2 sein. In 5 ist eine Möglichkeit der Ausführung der Klauen 121 -1 und 121-2 dargestellt, mit welcher eine progressive Kennlinie realisiert werden kann.
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Wie hier gezeigt, können die Klauen 121-1 und 121-2 beispielsweise eine L-förmige Struktur aufweisen, so dass die Klauen 121-1 und 121-2 jeweils in Umfangsrichtung zumindest zwei unterschiedliche Stärken aufweisen. Die Klauen 121-1 und 121-2 können so angeordnet sein, dass diese bei der relativen Verdrehung zueinander flächig miteinander anliegen. Die Klauen 121-1 und 121-2 können beispielsweise so angeordnet sein, dass fingerartige Fortsätze 510 der Klauen 121-1 und 121-2, welche die geringere Stärke in Umfangsrichtung aufweisen, mit in Umfangsrichtung stärkeren Sockelbereichen der Klauen 121-1 und 121-2 520 zur Anlage kommen können.
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Bei der Übertragung des Überschussdrehmoments können sich die fingerartigen Fortsätze 510 verformen, so dass sich die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung mit einem Ausmaß der Verformung der fingerartigen Fortsätze 510 ändert, beziehungsweise ansteigt.
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Eine Abschrägung von Anlageflächen zwischen den Klauen 121-1 und 121-2 kann sich als vorteilhaft erweisen, um einen bei Anlage zwischen den Klauen 121-1 und 121-2 wirkenden Druck oder ein Reibmoment zu reduzieren. Dadurch kann ein Verschleiß der Klauen 121-1 und 121-2 reduziert werden.
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Durch die L-Form der Klauen 121-1 und 121-2 kann eine flächige Anbindung zwischen den Sockelbereichen 520 und der Eingangsseite 129, beziehungsweise der Ausgangsseite 127 erreicht werden. Die Anbindung kann beispielsweise durch Schweißen, Kleben oder weitere Anbindungsverfahren erreicht werden.
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Zudem kann die Kennlinie der Formschlusskupplung 120 durch materialspezifische Eigenschaften des Materials, aus welchen die Klauen 121-1 und 121-2 oder Teile der Klauen 121-1 und 121-2 gefertigt sind, bestimmt werden. Beispielsweise kann das Elastizitätsmodul der jeweiligen Klauen 121-1 und 121-2 in Umfangsrichtung zudem abhängig von den materialspezifischen Eigenschaften des Materials der Klauen 121-1 und 121-2 sein. Die Klauen 121-1 und 121-2 oder Teile dieser können beispielsweise aus Kunststoff, Metall, Metalllegierungen oder weiteren formelastischen Werkstoffen gefertigt sein. Je nach Wahl des Materials kann die Formschlusskupplung 120 dadurch beispielsweise auf unterschiedliche Anwendungen der Kupplungsanordnung 100 angepasst werden.
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Ausführungsbeispiele der gezeigten Formschlusskupplung 120 können weitere, hierin nicht gezeigte, Ausführungen oder Formen der Klauen 121-1 und 121-2 aufweisen.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Klauen 121-1 und 121-2 kann der Formschluss der Formschlusskupplung 120 beispielsweise durch axiales Verschieben des Eingangsteils 129 durch das Betätigungselement getrennt werden. Hierbei kann es aufgrund des bestehenden Verspanndrehmoments zwischen den Klauen 121-1 und 121-2 zu einem Reibmoment zwischen den Klauen 121-1 und 121-2 kommen, wodurch es zu erhöhtem Verschleiß oder Verspannungen beim Trennen des Formschlusses kommen kann.
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Um ein leichtgängiges Trennen der Eingangsseite 129 und Ausgangsseite 127 der Formschlusskupplung zu ermöglichen, können die Klauen 121-1 und 121-2 in axialer Richtung abgeschrägt sein (hier nicht gezeigt). Beispielsweise können sich die eingangsseitigen Klauen 121-1 der Kupplungsanordnung 100 entgegen einer axialen Verschiebungsrichtung zum Trennen des Formschlusses axial verjüngen. Die ausgangsseitigen Klauen 121-2 können eine komplementäre axiale Verjüngung aufweisen, um eine flächige Anlage der Klauen 121-1 und 121-2 zu erreichen.
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Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass durch eine axiale Abschrägung der Klauen 121-1 und 121-2 eine Leichtgängigkeit beim Trennen des Formschlusses bewirkt werden kann, wodurch der Verschleiß der Klauen 121-1 und 121-2 reduziert werden kann.
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Durch die hier gezeigte Ausführungsform der Klauen 121-1 und 121-2 kann eine mit dem Verspanndrehmoment ansteigende Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 erreicht werden, wie es zum Beispiel anhand einer Kennlinie in 6 gezeigt ist.
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Die hier gezeigte Kennlinie beschreibt einen vom Verspannungsdrehmoment (oder „Klauendrehmoment“) abhängigen Verlauf der Torsionssteifheit („Steifheit Klaue“) der Formschlusskupplung in logarithmischer Skalierung. Wie hier gezeigt, kann die Formschlusskupplung in einem niedrigen Verspanndrehmomentbereich 610 eine minimale konstante Torsionssteifheit aufweisen. Mit steigendem Verspanndrehmoment kann die Torsionssteifheit in einem mittleren Verspanndrehmomentbereich 620 exponentiell ansteigen. In einem hohen Verspanndrehmomentbereich 630 kann die Torsionssteifheit konstant verlaufen.
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Abhängig von der der Form und des Materials der Klauen 121-1 und 121-2 kann die Kennlinie der Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 einen direkt proportionalen Anstieg oder weitere progressive Verläufe der Torsionssteifheit gegenüber des Verspanndrehmoments aufweisen.
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Der exponentielle Anstieg der Torsionssteifheit kann sich als besonders vorteilhaft erweisen, da hierdurch die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 110 die der Reibkupplung 120 um ein Vielfaches übersteigen kann. Dadurch kann der oberhalb des vorbestimmten Verspanndrehmoments auftretende Schlupf an der Reibkupplung 120, welcher aufgrund der Resonanzeffekte auftreten kann, reduziert werden, so dass dadurch an der Reibkupplung 120 keine Erhöhung des Verschleißes feststellbar ist.
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Im Gegensatz zu der Formschlusskupplung 120 kann die Torsionssteifheit der Reibkupplung 110 konstant bleiben. Das relative Verhältnis der Torsionssteifheiten der Reibkupplung 110 und der Formschlusskupplung 120 kann sich daher bei einer Veränderung der Torsionssteifheit der Formschlusskupplung, wie in 7 gezeigt, ändern.
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Hier ist das relative Verhältnis der Torsionssteifheit der Reibkupplung 110 gegenüber der Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 gezeigt. Das relative Verhältnis der Torsionssteifheit („Steifheitsverhältnis“) ist hierbei logarithmisch gegenüber dem Verspanndrehmoment („Klauendrehmoment“) aufgetragen. Wie hierin gezeigt, ist das relative Verhältnis der Torsionssteifheit der Reibkupplung 110 gegenüber der Formschlusskupplung 120 oberhalb des vorbestimmten Verspanndrehmoments (~ 150 Nm) kleiner als eins. Oberhalb des vorbestimmten Verspanndrehmoments ist die Torsionssteifheit der Formschlusskupplung 120 demnach größer als die Torsionssteifheit der Reibkupplung 110.
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Vorteilhafterweise kann das vorbestimmte Verspanndrehmoment unterhalb von maximal beim Lastbetrieb des Motors 130 erreichbaren Drehmomentspitzen anliegen, welche durch Torsionsschwingungen hervorgerufen werden. Bei Torsionsschwingungen kann das vorbestimmte Verspanndrehmoment überschritten werden. Hierbei auftretende Resonanzeffekte können nach Überschreiten des vorbestimmten Verspanndrehmoments gedämpft oder verhindert werden.
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Zudem kann ein Abheben der Klauen 121-1 und 121-2 unterhalb des vorbestimmten Verspanndrehmoments reduziert oder verhindert werden, so dass die Klauen 121-1 und 121-2 bei Änderungen des an der Kupplungsanordnung 100 anliegenden Drehmoments ein bestehendes Verspanndrehmoment aufweisen.
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Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
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Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kupplungsanordnung
- 102
- Eingangsnabe
- 104
- Ausgangsnabe
- 107
- primäre Schwungmasse
- 108
- sekundäre Schwungmasse
- 110
- erste Kupplung/Reibkupplung
- 112
- Kupplungsscheibe
- 113
- Verbindungselement
- 114
- Membranfeder
- 115
- radial innenliegendes Druckelement der Membranfeder
- 118
- Schwungscheibe
- 119
- Abdeckblech
- 120
- zweite Kupplung/Formschlusskupplung
- 121-1
- eingangsseitige Klauen
- 121-2
- ausgangsseitige Klauen
- 122
- Betätigungselement
- 124
- Außenverzahnung der Eingangsnabe
- 126
- Druckfeder
- 127
- Ausgangsseite der Formschlusskupplung
- 128
- Betätigungsgehäuse
- 129
- Eingangsseite der Formschlusskupplung
- 130
- Motor
- 140
- Schwungmasse
- 300
- Drehmomentfluss über Reibkupplung
- 400
- Drehmomentfluss über Formschlusskupplung
- 500
- Schiebemuffe
- 510
- fingerartige Fortsätze
- 520
- Sockelbereich
- 610
- unterer Verspanndrehmomentbereich
- 620
- mittlerer Verspanndrehmomentbereich
- 630
- oberer Verspanndrehmomentbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015214373 A1 [0003]
