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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung, umfassend eine erste Teilkupplung mit einem axial zusammendrückbaren ersten Lamellenpaket und eine zweite Teilkupplung mit einem axial zusammendrückbaren zweiten Lamellenpaket, wobei jedes Lamellenpaket mehrere Außenlamellen und mehrere zwischen diese greifende Innenlamellen aufweist, wobei die Innenlamellen der ersten Teilkupplung an einem ersten Innenlamellenträger und die Innenlamellen der zweiten Teilkupplung an einem zweiten Innenlamellenträger und die Außenlamellen beider Teilkupplungen an einem gemeinsamen Außenlamellenträger in jeweiligen axial verlaufenden Verzahnungen axial bewegbar geführt sind, und wobei jedes Lamellenpaket über ein separates Betätigungselement gegen ein Widerlager zusammendrückbar ist.
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Eine solche Kupplungseinrichtung kommt in bekannter Weise zur temporären Herstellung eines Momente übertragenden Kraftschlusses zwischen einer Antriebswelle einer Brennkraftmaschine oder eines Elektromotors und einer zu einem Getriebe laufenden Abtriebswelle zum Einsatz. Die Kupplungseinrichtung umfasst üblicherweise, wenn sie als Einfachkupplung ausgeführt ist, einen Außenlamellenträger mit daran axial verschiebbaren Außenlamellen, einen Innenlamellenträger mit daran axial verschiebbaren Innenlamellen, die zwischen die Außenlamellen greifen, sowie ein Betätigungselement, üblicherweise in Form eines Drucktopfes, das axial bewegbar ist, um das Lamellenpaket gegen ein Widerlager axial zusammenzudrücken. Der Außenlamellenträger ist beispielsweise mit der Antriebswelle verbunden, über die das Drehmoment eingeleitet wird, während der Innenlamellenträger mit der zum Getriebe führenden Abtriebswelle verbunden ist. Durch Zusammendrücken des Lamellenpakets wird ein Kraft- bzw. Reibschluss erwirkt, so dass von der Antriebswelle über den Außenlamellenträger eingebrachte Momente über das Lamellenpaket auf den Innenlamellenträger und über diesen auf die Abtriebswelle zum Getriebe geleitet werden können.
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Neben der Auslegung als Einfachkupplung mit nur einem Lamellenpaket ist es auch bekannt, eine Kupplungseinrichtung als Doppelkupplung auszulegen. In diesem Fall umfasst die Kupplungseinrichtung eine erste Teilkupplung und eine zweite Teilkupplung, die jeweils ein entsprechendes Lamellenpaket mit Außen- und Innenlamellen sowie einen Außenlamellenträger und einen Innenlamellenträger aufweisen, wobei jedes Lamellenpaket über ein separates Betätigungselement, also einen separaten Drucktopf, zusammengedrückt werden kann. Die beiden Außenlamellenträger sind beispielsweise gemeinsam mit der das Drehmoment einleitenden Antriebswelle verbunden, während die beiden Innenlamellenträger mit separaten Abtriebswellen, die zu separaten Getriebestufen führen, über die einzelnen Teilkupplungen separat geschaltet werden können, verbunden sind.
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Der Aufbau einer vorstehend beschriebenen Einfach- oder Doppelkupplung ist hinlänglich bekannt.
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Neben einer Kupplungseinrichtung mit separaten Außenlamellenträgern sind auch Ausgestaltungen bekannt, bei denen die Außenlamellen beider Teilkupplungen an einem gemeinsamen Außenlamellenträger quasi axial hintereinander angeordnet sind. Sie sind längs des Außenlamellenträgers in entgegengesetzte Richtungen über separate Betätigungselemente verschiebbar, so dass die Lamellenpakete gegen separate Widerlager zur Erwirkung des Reibschlusses gedrückt werden können. Ein solcher Aufbau ist in radialer Richtung sehr kompakt und eignet sich insbesondere bei Anwendungen, wo hohe Fliehkräfte wirken. Eine solche Kupplungseinrichtung kann beispielsweise in einer sogenannten „E-Achse“ eines Kraftfahrzeugs integriert werden, wobei derartige E-Achsen oder elektrischen Achsen bei modernen Kraftfahrzeugen zunehmend verbaut werden. Hierüber ist es möglich, die Räder über eine Elektromaschine, die Teil der E-Achse ist, anzutreiben. Zwischen die Elektromaschine und ein zweistufiges Planetengetriebe, über das das Drehmoment auf das zugeordnete Rad gegeben wird, wird die Kupplungseinrichtung geschaltet, so dass es über sie möglich ist, die beiden Planetengetriebestufen zu schalten. Der Aufbau bekannter Kupplungseinrichtungen mit an einem gemeinsamen Außenlamellenträger angeordneten Außenlamellen beider Teilkupplungen ist jedoch relativ komplex, weshalb ein Bedarf nach einer möglichst einfach konzipierten Kupplungseinrichtung, beispielsweise für die Integration in einer E-Achse besteht.
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Der Erfindung damit das Problem zugrunde, eine verbesserte Kupplungseinrichtung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Kupplungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass am Außenlamellenträger in der Verzahnung eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut vorgesehen ist, in die ein Sicherungsring eingreift, der mit einem Stützring verbunden ist, der ein für beide von entgegensetzten Seiten her zusammendrückbare Lamellenpakete gemeinsames Widerlager bildet.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung kommt mit besonderem Vorteil ein axial am Außenlamellenträger positionsfester Stützring zum Einsatz, gegen den beide Lamellenpakete zur Erwirkung des Reibschlusses, also zum Schalten des nachgeschalteten Planetengetriebes, gedrückt werden. Die beiden Betätigungselemente, also die beiden Drucktöpfe, greifen von axial entgegengesetzten Seiten an den jeweils endständigen Lamellen der beiden Lamellenpakete an, drücken diese also quasi zur Mitte des Außenlamellenträgers, wo der gemeinsame Stützring angeordnet ist. Vorteilhaft kommt demzufolge nur ein Bauteil zur Realisierung beider Abstützebenen der beiden Lamellenpakete zum Einsatz, was den Aufbau der Kupplungseinrichtung vereinfacht, da weniger Bauteile benötigt werden, und was auch im Hinblick auf die wirkenden Fliehkräfte von Vorteil ist, da weniger Masse bewegt wird.
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Zur axialen Festlegung des Stützrings kommt wie beschrieben ein Sicherungsring zum Einsatz, der einerseits am Stützring fixiert ist, so dass beide axial nicht voneinander getrennt werden können, und der andererseits in eine in der Verzahnung des Außenlamellenträgers ausgebildeten, um den Umfang umlaufenden Nut eingreift und in dieser axial festgelegt ist. Über diesen einfachen Sicherungsring wird folglich auf konstruktiv einfache Weise die axiale Festlegung des gemeinsamen Stützrings erwirkt. Gleichermaßen einfach wie die axiale Fixierung ist auch die Montage, da es im Rahmen der Montage lediglich erforderlich ist, den Stützring samt daran axial festgelegtem Sicherungsring in die Verzahnung des Außenlamellenträgers axial einzuschieben, bis der Sicherungsring in die Verzahnungsnut radial einschnappt.
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Um den Stützring auf einfache Weise mit dem Sicherungsring zu verbinden, weist in Weiterbildung der Erfindung der Stützring ebenfalls eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut auf, in die der Sicherungsring eingreift. Der Innendurchmesser dieser Nut ist zwangsläufig etwas kleiner als der Innendurchmesser des Sicherungsrings, so dass der Sicherungsring im Rahmen der Montage in die Nut eingedrückt und die Kombination aus Sicherungsring und Stützring in die Lamellenträgerverzahnung eingeschoben werden kann, bis die Montagestellung erreicht ist, in der der Sicherungsring in die Verzahnungsnut radial ausfedert. Der Sicherungsring ist auf denkbar einfache Weise am Stützring festlegbar, es ist lediglich erforderlich, ihn aufzuschieben, bis er in die stützringseitige Nut einschnappt.
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Wie beschrieben federt der Sicherungsring in der Montagestellung in die in der Lamellenträgerverzahnung ausgebildete Nut ein. Dabei wird zweckmäßigerweise der Außendurchmesser der Nut größer gewählt als der Außendurchmesser des eingreifenden Sicherungsrings, das heißt, dass der Sicherungsring mit leichtem Radialspiel aufgenommen ist. Dieses geringe Radialspiel ermöglicht es, den Sicherungsring bei Bedarf auch wieder aus der Nut zu nehmen, wenn die Kupplungseinrichtung demontiert wird. Es ist lediglich erforderlich, mit einem geeigneten Werkzeug wie einer Krone axial in den Außenlamellenträger zu fahren und mit entsprechenden, den Sicherungsring radial außen übergreifenden Abschnitten der Krone den Sicherungsring nach innen in die stützringseitige Nut zu drücken, woraufhin die Kombination aus Sicherungsring und Stützring über die Krone aus dem Außenlamellenträger gezogen werden kann.
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Um das Montieren des Stützrings samt Sicherungsring möglichst einfach zu gestalten, weist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Verzahnung eine Einführschräge an dem axial offenen Ende, von dem her die Außenlamellen wie eben auch der Stützring samt Sicherungsring eingeschoben werden, auf. Beim Einschieben des Stützrings läuft der radial nach außen gefederte Sicherungsring gegen die Einführschräge und wird bei weiterem Bewegen automatisch in die sicherungsringseitige Nut eingedrückt, so dass er ohne weiteres längs der Lamellenträgerverzahnung axial verschoben werden kann.
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Mit dem Schalten der Kupplungseinrichtung, also dem Zusammendrücken des einen oder anderen Lamellenpakets ist zwangsläufig auch eine Veränderung der Drehzahl innerhalb der Kupplungseinrichtung gegeben. Beispielsweise bei Integration der Kupplungseinrichtung in eine E-Achse mit zweistufigem Planetengetriebe, bei welcher Anordnung die beiden Abtriebswellen, von denen je eine mit einem Innenlamellenträger der Kupplungseinrichtung gekoppelt ist, permanent, jedoch mit unterschiedlicher Drehzahl rotieren, kommt es beim Schalten zu Umfangskräften, die lamellenpaketseitig wirken. Um diese Umfangskräfte auch seitens des Stützrings in Umfangsrichtung abstützen zu können, ist der Stützring mit einer am Außenumfang ausgebildeten Verzahnung versehen, die in die Verzahnung des Außenlamellenträgers eingreift. Über diesen Verzahnungseingriff wird demzufolge der in axialer Richtung über den Sicherungsring festgelegte Stützring nun auch in Umfangsrichtung festgelegt, so dass entsprechende, aus dem Schaltvorgang resultierende Umfangskräfte abgestützt werden können. Dabei ist bei der Integration der Kupplungseinrichtung in eine E-Achse zweckmäßigerweise nur die Differenzdrehzahl zwischen den beiden Abtriebswellen, die zu je einer Stufe des Planetengetriebes laufen, zu übertragen, was insbesondere im Hinblick auf die doch sehr hohen, an einer solchen E-Achse gegebenen Drehzahlen im Antriebsbereich von Vorteil ist.
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Weiterhin zweckmäßig ist es, wenn der Stützring an der Verzahnung des Außenlamellenträgers zentriert ist. Diese Zentrierung am Fußkreis der Außenlamellenträgerverzahnung ist auch dann ohne Probleme realisierbar, wenn der Stützring eine am Außenumfang ausgebildete Verzahnung, wie vorgestehend beschrieben, aufweist. In diesem Fall wird die Verzahnung entsprechend dimensioniert, so dass der Stützring exakt über den Fußkreis der Lamellenträgerverzahnung zentriert werden kann.
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Wie beschrieben dient der Stützring als Widerlager, gegen den das eine Lamellenpaket von der einen Seite und das andere Lamellenpaket von der anderen Seite gedrückt wird. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht dabei vor, den Stützring nicht nur als reines Widerlager zu nutzen, sondern gleichzeitig auch als Lamellenpaketelement. Zu diesem Zweck ist der Stützring bevorzugt an beiden Seiten mit einem Reibbelag versehen, kann also als Reiblamelle genutzt werden, wobei in diesem Fall die am Außenlamellenträger angeordneten Außenlamellen allesamt als Reiblamellen ausgeführt sind, während die an den Innenlamellenträgern angeordneten Lamellen Stahllamellen sind. Das heißt, dass der Stützring in diesem Fall eine Doppelfunktion hat, nämlich zum einen die axiale Abstützfunktion, zum anderen auch eine Lamellenfunktion.
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Wie beschrieben wird jedes Lamellenpaket über ein eigenes Betätigungselement, also einen eigenen Drucktopf axial aus entgegengesetzten Richtungen zusammengedrückt. Um das zusammengedrückte Lamellenpaket wieder zu lüften, also den Reibschluss aufzuheben, ist es erforderlich, den jeweiligen Drucktopf wieder axial zurückzubewegen. Zu diesem Zweck sind zwei Federpakete vorgesehen, wobei jedes Betätigungselement gegen die Rückstellkraft jeweils eines Federpaketes beim Zusammendrücken des Lamellenpakets axial bewegbar ist. Dabei ist jedes Betätigungselement über das radial positionsfeste Federpaket radial geführt. Das heißt, dass den ringförmige Federpaketen nicht nur die Rückstellfunktion, sondern auch eine Führungsfunktion zukommt.
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Neben der Kupplungseinrichtung selbst betrifft die Erfindung ferner eine elektrische Achse eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine, eine mit dieser gekoppelten Kupplungseinrichtung der vorstehend beschriebenen Art, sowie ein zweistufiges, über die Kupplungseinrichtung schaltbares Planetengetriebe.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung als Teil einer E-Achse,
- 2 eine Teilansicht der Kupplungseinrichtung aus 1 während der Montage,
- 3 die Kupplungseinrichtung aus 2 nach der Montage, und
- 4 eine vergrößerte Teilansicht des Bereichs IV aus 3.
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1 zeigt eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen E-Achse oder elektrischen Achse 1, umfassend eine hier nur dem Grunde nach gezeigte elektrische Maschine 2, die über eine Antriebsverzahnung 3 mit einer Verzahnung einer Antriebswelle 4 kämmt, die mit der Kupplungseinrichtung 5 gekoppelt ist. Die Kupplungseinrichtung 5 ist eine Doppelkupplung bestehend aus einer ersten Teilkupplung 6 und einer zweiten Teilkupplung 7, wobei jede Teilkupplung 6, 7 ein separates Lamellenpaket 8, 9 aufweist, jeweils bestehend aus Außenlamellen 10, 11 und Innenlamellen 12, 13. Die Außenlamellen 10, 11 sind an einem gemeinsamen Außenlamellenträger 14 in einer entsprechenden Axialverzahnung 15, in die sie mit entsprechenden randseitigen Verzahnungen eingreifen, axial bewegbar geführt. Die Innenlamellen 12, 13 sind an zwei separaten Innenlamellenträgern 16, 17 in entsprechenden Axialverzahnungen an den Lamellenträgern 16, 17, in die sie mit entsprechenden Verzahnungen am Lamellenrand eingreifen, axial bewegbar geführt.
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Um die beiden Lamellenpakete 8, 9 jeweils in Reibschluss zu bringen, also momentübertragend zu kompaktieren, sind zwei separate Betätigungselemente 18, 19 in Form von Drucktöpfen gezeigt, die über jeweils ein Kugellager 20, 21 mit einem Kolben 22, 23 einer jeweiligen hydraulischen Stelleinrichtung gekoppelt sind, so dass die Betätigungselemente 18, 19 zum Zusammendrücken der jeweiligen Lamellenpakete 8, 9 und damit zum Betätigen der einzelnen Teilkupplungen 6, 7 über den axial bewegten Kolben 23, 23 axial bewegt werden können. Dieses Zusammendrücken erfolgt gegen die Rückstellkraft jeweils eines Federpakets 24, 25, über das die Betätigungselemente 18, 19 auch radial geführt sind.
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Bei der gezeigten Kupplungseinrichtung ist der gemeinsame Außenlamellenträger 14 mit der Antriebswelle 4 verbunden, das heißt, dass der Außenlamellenträger 14 beider Teilkupplungen 6, 7 über die elektrische Maschine 2 drehend angetrieben wird.
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Die beiden Innenlamellenträger 16, 17 sind mit jeweils einer Antriebswelle 26, 27 verbunden, wobei die Antriebswelle 26 zur einen und die Antriebswelle 27 zur anderen Stufe des nachgeschalteten, nicht näher gezeigten Planetengetriebes läuft. Beide Antriebswellen 26, 27 drehen im Betrieb, weisen jedoch eine vom Übersetzungsverhältnis der beiden Getriebestufen zueinander unterschiedliche Drehzahl auf. Das heißt, dass über die beiden Teilkupplungen 6, 7 jeweils nur die entsprechende Drehzahldifferenz zu übertragen ist, wenn von der einen auf die andere Getriebestufe geschaltet wird. Die Innenlamellenträger 16, 17 sind über entsprechende Axialverzahnungseingriffe mit den entsprechenden Antriebswellen 26, 27 verbunden.
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Wie beschrieben sind die beiden Lamellenpakete 8, 9 axial über die beiden Betätigungselemente 18, 19 von entgegengesetzten Richtungen kommend zusammendrückbar. Sie sind gegen einen Stützring 28 bewegbar, der als axial positionsfestes Widerlager für beide Lamellenpakete 8, 9 dient und der über einen Sicherungsring 29 axial am Außenring 14 festgelegt ist und über eine an seinem Außenumfang ausgebildete, einseitige Verzahnung 30, die in die Axialverzahnung 15 des Außenlamellenträgers 14 eingreift, in Umfangsrichtung festgelegt. Das heißt, dass hier nur ein gemeinsames Bauteil, nämlich der Stützring 28, zum Einsatz kommt, der in einer Doppelfunktion folglich das Widerlager für beide Lamellenpakete 8, 9 bildet. Dabei kann der Stützring 28 beidseits einen Reibbelag aufweisen, kann also mithin zusätzlich auch noch als Lamelle des Außenlamellenträgers 14 genutzt werden, wobei die Außenlamellen 10, 11 in diesem Fall alle als Reiblamellen ausgeführt sind.
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2 zeigt in einer vergrößerten Teilansicht die Kupplungseinrichtung 5 während der Montage. Ersichtlich ist bereits das erste Lamellenpaket 8 montiert worden. Nun erfolgt die Montage des Stützrings 28 nebst Sicherungsring 29. Der Stützring 28 weist eine radial nach außen offene, um den Umfang laufende Nut 31 auf, in die der Stützring 29 eingesetzt ist. Beim Montieren der Kombination aus Stützring 28 und Sicherungsring 29 liegt der Sicherungsring 29 lose, also mit Radialspiel, in der Nut 31, das heißt, dass der Innendurchmesser der Nut 31 kleiner ist als der Innendurchmesser des Sicherungsrings 29 im unbelasteten Zustand.
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Zur Montage wird nun diese Kombination in den Außenlamellenträger 14 eingeschoben. Dieser weist im Bereich seiner Axialverzahnung 15 eine Einführschräge 32 auf, gegen die der radial vorspringende Sicherungsring 29 läuft und über die er zwangsgeführt in die Nut 31 eingeschoben wird. Die Verzahnung 30 ist in die Axialverzahnung 15 eingeführt, so dass die gesamte Kombination axial verschoben werden kann, und zwar so weit, bis der Sicherungsring 29 in den Bereich einer Nut 33 gelangt, die in der Axialverzahnung 15 ausgebildet ist. Diese Nut 33 definiert die Montageendstellung. Mit Erreichen schnappt der Sicherungsring 29 nach außen und greift demzufolge in die Nut 33 ein, gleichzeitig bleibt er aber auch noch in der Nut 31 aufgenommen, so dass der Stützring 28 axial gesichert ist. Die Umfangssicherung und damit auch das Übertragen respektive Abstützen einer Umfangskraft erfolgt über den Eingriff der Verzahnung 30 in die Axialverzahnung 15. Es ergibt sich dann die in 3 gezeigte Montageendstellung. Wie durch die Pfeile P1 und P2 dargestellt, kann nun über das jeweilige Betätigungselement 18, 19 das jeweilige Lamellenpaket 8, 9 axial zusammengedrückt werden, wobei beide gegen das gemeinsame Widerlager, gebildet über den Stützring 28, der aufgrund des Eingriffs des Sicherungsrings 29 in beide Nuten 31, 33 axial gesichert ist, gedrückt werden.
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4 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bereichs IV aus 3. Gezeigt ist der Stützring 28, der bei diesem Beispiel zwei Reibbeläge 34, 35 an beiden Seiten aufweist, gegen die jeweils eine als Stahllamelle ausgeführte Innenlamelle 12, 13 läuft.
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Gezeigt ist des Weiteren, dass der Sicherungsring 29 mit leichtem Radialspiel in der Nut 33 aufgenommen ist, was es ermöglicht, im Falle der Demontage axial ein Lösewerkzeug, beispielsweise eine Krone, einzuschieben, die mit entsprechenden Abschnitten in den Radialspalt zwischen Sicherungsring 29 und Nutgrund greift, so dass der Sicherungsring 29 wieder in die Nut 31 des Stützrings 28 eingedrückt und aus der Nut 33 entnommen werden kann, um den Stützring 28 wieder zu demontieren.
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Gezeigt ist des Weiteren, dass wie beschrieben die Verzahnung 30 nur einseitig ausgeführt ist, während an der anderen Seite der Außenumfang 36 des Stützrings 28 so bemessen ist, dass sich eine Durchmesserzentrierung gegen ein Verkippen respektive ein Verformen auf dem Fußkreis der Axialverzahnung 15 des Lamellenträgers 14 ergibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achse
- 2
- Maschine
- 3
- Antriebsverzahnung
- 4
- Antriebswelle
- 5
- Kupplungseinrichtung
- 6
- Teilkupplung
- 7
- Teilkupplung
- 8
- Lamellenpaket
- 9
- Lamellenpaket
- 10
- Außenlamelle
- 11
- Außenlamelle
- 12
- Innenlamelle
- 13
- Innenlamelle
- 14
- Außenlamellenträger
- 15
- Axialverzahnung
- 16
- Innenlamellenträger
- 17
- Innenlamellenträger
- 18
- Betätigungselement
- 19
- Betätigungselement
- 20
- Kugellager
- 21
- Kugellager
- 22
- Kolben
- 23
- Kolben
- 24
- Federpaket
- 25
- Federpaket
- 26
- Antriebswelle
- 27
- Antriebswelle
- 28
- Stützring
- 29
- Sicherungsring
- 30
- Verzahnung
- 31
- Nut
- 32
- Einführschräge
- 33
- Nut
- 34
- Reibbelag
- 35
- Reibbelag
- 36
- Außenumfang
