EP3069036A1 - SCHALTEINHEIT MIT EINEM INNENDURCHMESSER UND EINEM AUßENDURCHMESSER UM EINE ROTATIONSACHSE FÜR EINE HAUPTKUPPLUNG - Google Patents

SCHALTEINHEIT MIT EINEM INNENDURCHMESSER UND EINEM AUßENDURCHMESSER UM EINE ROTATIONSACHSE FÜR EINE HAUPTKUPPLUNG

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Publication number
EP3069036A1
EP3069036A1 EP14799334.9A EP14799334A EP3069036A1 EP 3069036 A1 EP3069036 A1 EP 3069036A1 EP 14799334 A EP14799334 A EP 14799334A EP 3069036 A1 EP3069036 A1 EP 3069036A1
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EP
European Patent Office
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ramp
switching unit
clutch
rotation
friction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14799334.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Vogel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP3069036A1 publication Critical patent/EP3069036A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16D13/22—Friction clutches with axially-movable clutching members
    • F16D13/38—Friction clutches with axially-movable clutching members with flat clutching surfaces, e.g. discs
    • F16D13/52—Clutches with multiple lamellae ; Clutches in which three or more axially moveable members are fixed alternately to the shafts to be coupled and are pressed from one side towards an axially-located member
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Definitions

  • the invention relates to a switching unit with an inner diameter and a
  • Main clutch and a friction clutch in particular a booster clutch or e-clutch for a motor vehicle.
  • a switching unit in which two discs are provided, between which three equal balls are arranged to run on three equal ramps.
  • the ramps are each mirrored on the first disc and the second disc, said ramps extending on a common circle (concentric and with the same radius) in succession over an angle of 120 °.
  • the present invention has the object, at least partially overcome the known from the prior art disadvantages.
  • the object is solved by the features of the independent claims.
  • Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
  • the invention relates to a switching unit with an inner diameter and a
  • Outer diameter about a rotation axis for a main clutch which comprises at least the following components:
  • a first rotation element having at least one ramp with at least one
  • first rotational element and the second rotational element are spaced apart from one another by the at least one rolling element in such a way that the distance between the first rotational element and the second rotational element is at a distance from one another
  • Movement of the at least one rolling element on the at least one ramp is variable.
  • the switching unit is characterized in particular by the fact that the at least one ramp is arranged spirally from the outer diameter to the inner diameter.
  • the switching unit is in particular provided for, a switching signal from a
  • Rotation element provided on the at least one ramp with at least one Rolling element is provided, more preferably three ramps, each with a rolling element. Furthermore, a second rotation element is provided opposite, wherein the at least one rolling element is clampably rollably mounted on the at least one ramp between the first and the second rotation element. Thus, a pressure force transmission from the first rotation element to the second rotation element is possible. As a result of one
  • the switching unit is thus a converter for an incoming torque in an axial, ie translational, actuating force in the direction of the axis of rotation.
  • the actuation movement is accomplished by the rotation of at least one of the rotation elements or a relative rotation between the first rotation element and the second rotation element by a rolling of the at least one rolling element on the at least one ramp.
  • the first rotary element is set in rotation as a result of actuation of a pilot clutch, while the second rotary element rotates at least more slowly and thus a relative rotation between the first rotary element and the second
  • Rotation element takes place. Thereby, the at least one rolling element is moved on the at least one ramp, and due to the ramp slope, the second rotating element is moved away from the first rotating element, for example, so that the distance increases.
  • the second rotation element then acts on a main clutch, so that the
  • the ramp forms a continuously differentiable curve in which the radius is a (strictly monotonic) function of the angle.
  • the spiral is an Archimedean spiral in which the radius from the inner diameter to the
  • the spiral begins directly at the inner diameter and ends directly at the outer diameter of an annular first rotary member.
  • the ramp increases from the inner diameter to
  • the spiral shape it is possible to form a longer ramp than is known in the art, and to adapt the ramp pitch to the necessary power transmission.
  • the spiral extends over more than 120 °, for example over 360 °.
  • a plurality of ramps are provided on the first rotary element, wherein the ramps are spirally nested one inside the other.
  • each ramp is preferably interleaved in such a way that, for example, three ramps each ramp each offset by 120 ° begins at the outer diameter and ends offset by 120 ° at the inner diameter.
  • the ramps are all identical to each other from the slope and the curve shape of the spiral.
  • At least one to a ramp of the first rotation element is on the second rotation element
  • corresponding ramp has a mirrored spiral shape and a same pitch direction from the inner diameter to the outer diameter.
  • the ramp pitch in the respective rotary element can be reduced, wherein the same or a greater distance can be achieved.
  • the ramp slope in the mirrored ramps identical.
  • each of the ramps has a course of more than 120 °, preferably by 360 °, so that a simple nesting of the spirals into each other is possible.
  • the switching unit preferably has plate-shaped rotation elements, which are formed as flat as possible, so that the axial length along the axis of rotation is as short as possible.
  • the at least one rolling element is spherical and the at least one ramp, and preferably the respective
  • corresponding counter ramp forms a corresponding circular segment-shaped depression.
  • the counter-ramp is formed such that the first rotational element and the second rotational element are guided to each other by the rolling element or when the first rotational element and the second rotational element are guided together, the rolling element is guided safely.
  • the corresponding circular segment shape is formed so that it has the radius (plus required clearance) of the rolling element.
  • a main clutch for transmitting a torque by switching a pilot clutch which comprises at least the following components:
  • a switching unit which is adapted to be actuated by the variable distance between the first rotary member and the second rotary member, the first pressure plate.
  • the first friction package is provided in such a way that due to a high contact pressure, a large torque is transferable.
  • the contact pressure is transmitted from the pressure plate on the at least one corresponding friction disc, so that a releasable torque is transferable.
  • the main clutch is advantageously set up so that it transmits a larger torque than the pilot clutch.
  • Pilot clutch are operated with relatively low engagement forces sufficient to actuate the switching unit.
  • the required pressing force for the first friction pack is provided by the switching unit by changing the distance between the first rotating member and the second rotating member. This change is usually accomplished by a pilot clutch or the torque transmitted from the pilot clutch.
  • a friction clutch with an axis of rotation for releasably connecting an output shaft to a drive train is proposed, which has at least the following components:
  • pilot control clutch having a second friction pack with a second pressure plate and at least one corresponding second friction disc, via which a second torque can be transmitted in the pressed-on state
  • the switching unit is actuated by means of the pilot clutch such that the distance between the first rotary member and the second rotary member is variable and thus the main clutch is actuated.
  • the friction clutch comprises a pilot clutch, with the switching unit via the
  • Main clutch can be switched.
  • the pilot clutch has for this purpose a second friction pack, which with a relatively low operating force through the
  • Actuating the pilot clutch presses the second pressure plate against the at least one corresponding second friction disc and so transmits a second torque.
  • This second torque is usually smaller than the first torque.
  • the switching unit is actuated, that is, for example, the first rotational element is set in rotation and thus moves the at least one rolling element on the at least one ramp, so that the distance between the first rotational element and the second rotational element is changed, for example, is increased. In this example then becomes
  • Such a friction clutch is used for example as a so-called booster clutch in motorcycles, so that a small
  • Torque of the engine is generated and thus a high torque can be transmitted.
  • friction clutches are used as a so-called e-clutch, with which, for example, the energy is recuperated during overrun, so that of the
  • Powertrain of a motor vehicle outgoing torque is converted by an optionally switched generator into electrical energy.
  • a motor vehicle which has a drive unit with an output shaft, a drive train and a friction clutch as described above.
  • Most motor vehicles today have a front-wheel drive and therefore preferably arrange the drive unit, for example an internal combustion engine or an electric motor, in front of the driver's cab and transversely to the main drive direction.
  • the space is particularly small in such an arrangement and it is therefore particularly advantageous to use a friction clutch small size, which can still transmit a high torque.
  • the drive unit for example an internal combustion engine or an electric motor
  • Switching unit and main clutch allows a favorable operating force introduction, which are adaptable to the individual requirements of the used engines and switching behavior.
  • low clutch forces for the driver can be translated into high contact forces. This is particularly advantageous in the case of small cars, in particular with e-clutches, and motorcycles.
  • Passenger cars are classified according to a vehicle class according to, for example, size, price, weight, power, this definition being a constant change according to the
  • Examples of the small car class are an Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta or Renault Clio.
  • 1 shows a conventional switching unit in section
  • 2 shows a first rotation element with a spiral-shaped first ramp
  • Fig. 9 a motorcycle with hand-operated friction clutch.
  • Fig. 1 is a conventional switching unit 34 with a conventional ramp disc 35 and with a conventional counter-ramp disc 36, between which a rolling element 10 is arranged, which is movable about the rotation axis 4 on concentric ramps.
  • a first rotation element 6 with a spiral-shaped first ramp 7 is shown.
  • the ramp runs from the outer diameter 3 to the inner diameter 2 around the
  • the ends of the first ramp 7 abut respectively on the outer circumference 3 and on the inner circumference 2.
  • FIG. 3 shows a section through a first rotary element 6 with a spiral-shaped first ramp 7, as shown for example in FIG. 2. It can be seen that the first ramp 7 has over its course a ramp slope 37, which increases steadily from a lower end at the inner diameter 2 to a higher end on the outer circumference 3.
  • the first ramp 7 is designed as a circular segment-shaped depression which is suitable for guiding a spherical rolling element 10 (cf. FIGS. 6 and 7).
  • a first rotary member 6 as shown in Fig. 2, wherein here a first ramp 7, a second ramp 8 and a third ramp 9 are arranged nested and each having a first rolling element 10, a second rolling element 1 1 and a third rolling element 12 at the end on the inner circumference 2 include.
  • the ramps 7, 8 and 9 are each rotated about the axis of rotation by 120 ° to each other.
  • Fig. 5 is a section through a first rotary member 6 with the three ramps 7, 8 and 9, as shown in Fig. 4, shown. It can be seen that the ramps are each the same form a continuous slope of a deeper end on the inner diameter 2 to a higher end on the outer diameter 3.
  • FIGS. 6 and 7 show a switching unit 1 with a first rotary element 6 and a corresponding second rotary element 13, wherein the ramps 7, 8 and 9 are each designed mirror-symmetrically with the counter-ramps 15, 16 and 17.
  • the first rolling element 10 is in the minimum position on the inner diameter 2, so that due to the ramp gradient, the distance 14 between the first rotating element 6 and the second rotating element 13 is minimal.
  • the first rolling element 10 is in the maximum position on the outer diameter 3, so that the distance 14 is maximum.
  • the ramps 7 to 9 and counter ramps 15 to 17 a desired maximum distance in a wide range is adjustable and can at the same time with a low slope, which leads to a gentle engagement or disengagement, depending on the configuration.
  • a friction clutch 22 with a pilot clutch 18, a switching unit 1 and a main clutch 5 is shown schematically.
  • Such a friction clutch 22 is
  • booster clutch in which the pilot clutch 18 with low actuating forces by means of the actuator 28 is switchable, whereby the
  • Switching unit 1 is actuated and exerts a sufficient contact force on the main clutch 5 by means of the applied second torque from the pilot clutch 18.
  • a significantly larger first torque via the main clutch 5 is transferable.
  • the pilot clutch 18 includes an actuator 28, here a plate spring, which is mounted on a support 41 on an output shaft 23, here a clutch cover. About the actuator 28, the second pressure plate 26 is pressed by means of the cover edge 40 and the spring element 39 against the second friction plate 27.
  • Friction plate 27 now takes the first rotary member 6 by means of a connecting element 43.
  • the rolling elements, of which only the first roller 10 can be seen here, are due to the relative rotation to the second rotary member 13, which here integrally forms the first pressure plate 20 of the main clutch 5, moved outwardly and thus press the first pressure plate 20 against the first Friction discs 21 and intermediate plates 47.
  • the first friction plates 27 are already pre-accelerated via the second friction disc 21 by means of the support plate 42 and the outer clutch basket 49, so that the relative speed to the switching unit 1 is reduced.
  • the intermediate disks 47 deliver the torque from the output shaft 23 via the inner clutch basket 48 to the output shaft 52.
  • the switching unit 1 is arranged in a switching unit receptacle 54, in which the first rotating element 6 is supported via a needle bearing 44 and the second Rotation member 13 is connected via a return spring 45 and a rotation spring 46 with the Anpressplattenfact 53 of the switching unit receptacle 54.
  • a motor vehicle 29, here a motorcycle shown with a drive unit 30 which is connected to its output shaft with a drive train 24 releasably connected via a friction clutch 22.
  • the friction clutch 22 is constructed, for example, as shown in Fig. 8, you can easily be coupled with a hand lever 38, while at the same time a high torque can be transmitted with a high contact pressure.
  • Ramp pitch is adjustable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser um eine Rotationsachse für eine Hauptkupplung, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist: - ein erstes Rotationselement mit zumindest einer Rampe mit zumindest einem Rollelement; und - ein zweites Rotationselement, wobei das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement durch das zumindest eine Rollelement druckkraftübertragend voneinander beabstandet sind, wobei der Abstand zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement mit einer Bewegung des zumindest einen Rollelements auf der zumindest einen Rampe veränderbar ist. Die Schalteinheit kennzeichnet sich vor allem dadurch, dass die zumindest eine Rampe spiralförmig vom Außendurchmesser zum Innendurchmesser angeordnet ist. Mit der hier vorgeschlagenen Schalteinheit ist eine individuelle Einstellung der Rampensteigung über einen weiten Bereich möglich, wobei zugleich eine geringe Rampensteigung einstellbar ist.

Description

Schalteinheit mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser um eine
Rotationsachse für eine Hauptkupplung
Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit mit einem Innendurchmesser und einem
Außendurchmesser um eine Rotationsachse für eine Hauptkupplung sowie eine
Hauptkupplung und eine Reibkupplung, insbesondere eine Boosterkupplung oder E-Clutch für ein Kraftfahrzeug.
Im Stand der Technik ist eine Schalteinheit bekannt, bei der zwei Scheiben vorgesehen sind, zwischen denen drei gleiche Kugeln auf drei gleichen Rampen verlaufend angeordnet sind. Die Rampen sind jeweils gespiegelt auf der ersten Scheiben und der zweiten Scheibe vorgesehen, wobei diese Rampen sich auf einem gemeinsamen Kreis (konzentrisch und mit gleichem Radius) hintereinander über einen Winkel von jeweils 120° erstrecken. Hierdurch ist die Steigung der Rampen bei einem gewünschten Hub auf einer kurzen Strecke beschränkt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit mit einem Innendurchmesser und einem
Außendurchmesser um eine Rotationsachse für eine Hauptkupplung, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
ein erstes Rotationselement mit zumindest einer Rampe mit zumindest einem
Rollelement; und
ein zweites Rotationselement,
wobei das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement durch das zumindest eine Rollelement druckkraftübertragend voneinander beabstandet sind, wobei der Abstand zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement mit einer
Bewegung des zumindest einen Rollelements auf der zumindest einen Rampe veränderbar ist. Die Schalteinheit kennzeichnet sich vor allem dadurch, dass die zumindest eine Rampe spiralförmig vom Außendurchmesser zum Innendurchmesser angeordnet ist.
Die Schalteinheit ist insbesondere dafür vorgesehen, ein Schaltsignal von einer
Vorsteuerkupplung auf eine Hauptkupplung weiterzugeben und dabei zugleich eine notwendige Anpresskraft auf die Hauptkupplung zu erzeugen. Hierzu ist ein erstes
Rotationselement vorgesehen, auf dem zumindest eine Rampe mit zumindest einem Rollelement vorgesehen ist, besonders bevorzugt drei Rampen mit jeweils einem Rollelement. Weiterhin ist gegenüberliegend ein zweites Rotationselement vorgesehen, wobei das zumindest eine Rollelement auf der zumindest einen Rampe zwischen dem ersten und dem zweiten Rotationselement rollbar eingeklemmt ist. Somit ist eine Druckkraftübertragung von dem ersten Rotationselement auf das zweite Rotationselement möglich. Infolge einer
Bewegung des Rollelements auf der zumindest einen Rampe wird der Abstand zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement verändert. Es wird somit eine Betätigungsbewegung ausgeführt, mit der eine Betätigungskraft auf eine Hauptkupplung übertragbar ist. Es sei dabei darauf hingewiesen, dass die Betätigungskraft, die von der Schalteinheit ausgeht, durch das an der Schalteinheit anliegende Drehmoment erzeugt wird. Die Druckkraftübertragung dient somit zum einen der Klemmung des zumindest einen
Rollelements und zum anderen der Abstützung der aus dem Drehmoment erzeugten
Betätigungskraft. Die Schalteinheit ist also ein Wandler für ein eingehendes Drehmoment in eine axiale, also translatorische, Betätigungskraft in Richtung der Rotationsachse.
Ganz besonders bevorzugt wird die Betätigungsbewegung durch die Verdrehung zumindest eines der Rotationselemente beziehungsweise einer relativen Verdrehung zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement durch ein Abrollen des zumindest einen Rollelements auf der zumindest einen Rampe bewerkstelligt. Beispielsweise wird das erste Rotationselement infolge einer Betätigung einer Vorsteuerkupplung in Rotation versetzt, während das zweite Rotationselement zumindest langsamer rotiert und somit eine relative Verdrehung zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten
Rotationselement stattfindet. Dadurch wird das zumindest eine Rollelement auf der zumindest einen Rampe bewegt, und infolge der Rampensteigung wird das zweite Rotationselement von dem ersten Rotationselement zum Beispiel wegbewegt, sodass sich der Abstand vergrößert. Das zweite Rotationselement wirkt dann auf eine Hauptkupplung ein, sodass die
Hauptkupplung infolge der Abstandsveränderung geschaltet wird. Die erforderliche
Einrückkraft wird dabei durch das Drehmoment, welches die Relativbewegung zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement verursacht, erzeugt. Es sind aber auch Konfigurationen möglich, bei denen eine umgekehrte Drehmomentübertragung möglich ist.
Hier ist die zumindest eine Rampe spiralförmig vom Außendurchmesser zum
Innendurchmesser angeordnet, das heißt die Rampe bildet eine stetig differenzierbare Kurve bei der der Radius eine (streng monotone) Funktion des Winkels ist. Beispielsweise ist die Spirale eine archimedische Spirale, bei der der Radius vom Innendurchmesser zum
Außendurchmesser proportional über den Winkel zunimmt. In einer anderen Anwendung ist die Spirale eine logarithmische Kurve, bei der der Radius vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser exponentiell über den Winkel zunimmt. Es sind aber auch kompliziertere Kurvenverläufe möglich, wobei die Kurve stets kontinuierlich ist.
Besonders bevorzugt beginnt die Spirale direkt beim Innendurchmesser und endet direkt am Außendurchmesser eines ringförmigen ersten Rotationselements.
Ganz besonders bevorzugt steigt die Rampe vom Innendurchmesser zum
Außendurchmesser, sodass eine anliegende Zentripetalkraft, die auf das Rollelement wirkt, unterstützend genutzt wird, um den Abstand zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement zu vergrößern. Durch die Spiralform ist es möglich, eine längere Rampe, als es im Stand der Technik bekannt ist, zu bilden und die Rampensteigung an die notwendige Kraftübertragung anzupassen. Besonders vorteilhaft erstreckt sich die Spirale über mehr als 120°, zum Beispiel über 360°.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Schalteinheit ist auf dem ersten Rotationselement eine Mehrzahl von Rampen vorgesehen, wobei die Rampen spiralförmig ineinander verschachtelt sind.
Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von Rampen ist eine besonders gleichmäßige
Kraftübertragung von dem ersten Rotationselement auf das zweite Rotationselement möglich, wobei auf jeder Rampe zumindest ein Rollelement vorgesehen ist. Die Rampen sind dabei bevorzugt derart ineinander verschachtelt, dass bei zum Beispiel drei Rampen jede Rampe jeweils um 120° versetzt beim Außendurchmesser beginnt und auch um jeweils 120° versetzt beim Innendurchmesser endet. Dabei sind die Rampen alle miteinander identisch von der Steigung und der Kurvenform der Spirale.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Schalteinheit ist auf dem zweiten Rotationselement zumindest eine zu einer Rampe des ersten Rotationselements
korrespondierende Gegenrampe vorgesehen, wobei die Gegenrampe eine zur
korrespondierenden Rampe gespiegelte Spiralform und eine gleiche Steigungsrichtung vom Innendurchmesser zum Außendurchmesser aufweist.
Durch das Vorsehen seiner gespiegelten entsprechenden Gegenrampe in dem zweiten Rotationselement kann die Rampensteigung in dem jeweiligen Rotationselement reduziert werden, wobei der gleiche oder ein größerer Abstand erzielt werden kann. Besonders bevorzugt ist dabei die Rampensteigung bei den gespiegelten Rampen identisch. Ganz besonders bevorzugt weist jede der Rampen einen Verlauf um mehr als 120°, bevorzugt um 360° auf, sodass eine einfache Verschachtelung der Spiralen ineinander möglich ist. Darüber hinaus weist die Schalteinheit bevorzugt plattenförmige Rotationselemente auf, die möglichst flach gebildet sind, sodass die axiale Baulänge entlang der Rotationsachse möglichst kurz ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Schalteinheit ist das zumindest eine Rollelement kugelförmig und die zumindest eine Rampe, und bevorzugt die jeweils
korrespondierende Gegenrampe, eine korrespondierende kreissegmentförmige Vertiefung bildet.
Durch die Kugelform des Rollelements wird eine seitliche Führung des Rollelements möglich, die durch die kreissegmentförmige Vertiefung bewerkstelligt wird. Ganz besonders bevorzugt ist die Gegenrampe derart gebildet, dass durch das Rollelement das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement zueinander geführt sind beziehungsweise wenn das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement miteinander geführt sind, das Rollelement sicher geführt wird. Die korrespondierende Kreissegmentform ist dabei so gebildet, dass sie den Radius (plus erforderliches Spiel) des Rollelements aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Hauptkupplung zum Übertragen eines Drehmoments durch Schalten einer Vorsteuerkupplung vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
ein erstes Reibpaket mit einer ersten Anpressplatte und zumindest einer
korrespondierenden ersten Reibscheibe, über die im angepressten Zustand ein erstes Drehmoment übertragbar ist;
eine Schalteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die dazu eingerichtet ist, durch den veränderbaren Abstand zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement die erste Anpressplatte betätigbar ist.
Das erste Reibpaket ist dabei derart vorgesehen, dass infolge einer hohen Anpresskraft ein großes Drehmoment übertragbar ist. Die Anpresskraft wird von der Anpressplatte auf die zumindest eine korrespondierende Reibscheibe übertragen, sodass ein lösbares Drehmoment übertragbar ist. Die Hauptkupplung ist dabei vorteilhafterweise derart eingerichtet, dass sie ein größeres Drehmoment überträgt als die Vorsteuerkupplung. Somit kann die
Vorsteuerkupplung mit verhältnismäßig geringen Einrückkräften betätigt werden, die ausreichen, um die Schalteinheit zu betätigen. Die erforderliche Anpresskraft für das erste Reibpaket wird durch die Schalteinheit zur Verfügung gestellt, indem der Abstand zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement verändert wird. Diese Veränderung wird in der Regel durch eine Vorsteuerkupplung beziehungsweise das von der Vorsteuerkupplung übertragene Drehmoment bewerkstelligt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reibkupplung mit einer Rotationsachse zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
eine Vorsteuerkupplung mit einem zweiten Reibpaket mit einer zweiten Anpressplatte und zumindest einer korrespondierenden zweiten Reibscheibe, über die im angepressten Zustand ein zweites Drehmoment übertragbar ist;
eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Vorsteuerkupplung;
eine Hauptkupplung,
wobei die Schalteinheit mittels der Vorsteuerkupplung derart betätigbar ist, dass der Abstand zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement veränderbar ist und somit die Hauptkupplung betätigbar ist.
Die Reibkupplung umfasst eine Vorsteuerkupplung, mit der über die Schalteinheit die
Hauptkupplung geschaltet werden kann. Die Vorsteuerkupplung weist dazu ein zweites Reibpaket auf, welches mit einer relativ geringen Betätigungskraft durch die
Betätigungseinrichtung der Vorsteuerkupplung die zweite Anpressplatte gegen die zumindest eine korrespondierende zweite Reibscheibe presst und so ein zweites Drehmoment überträgt. Dieses zweite Drehmoment ist in der Regel kleiner als das erste Drehmoment. Durch die Übertragung des zweiten Drehmoments in der Vorsteuerkupplung wird die Schalteinheit betätigt, das heißt, zum Beispiel wird das erste Rotationselement in Rotation versetzt und somit das zumindest eine Rollelement auf der zumindest einen Rampe bewegt, sodass der Abstand zwischen dem ersten Rotationselement und dem zweiten Rotationselement verändert wird, zum Beispiel vergrößert wird. In diesem Beispiel wird dann eine
Betätigungskraft auf die Hauptkupplung ausgeübt, wie es oben beschrieben ist, sodass die erste Anpressplatte gegen die zumindest eine korrespondierende erste Reibscheibe gepresst wird und ein erstes Drehmoment übertragbar ist. Eine solche Reibkupplung wird zum Beispiel als sogenannte Booster-Kupplung bei Motorrädern eingesetzt, sodass eine geringe
Handschaltkraft notwendig ist und gleichzeitig eine große Anpresskraft durch das
Drehmoment des Motors erzeugt wird und somit ein hohes Drehmoment übertragen werden kann. Auch werden solche Reibkupplungen als sogenannte E-Clutch eingesetzt, mit denen zum Beispiel beim Schubbetrieb die Energie rekuperiert wird, also das von dem
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ausgehende Drehmoment durch einen optional zugeschalteten Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle, einen Antriebsstrang und eine Reibkupplung gemäß der obigen Beschreibung aufweist. Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Reibkupplung kleiner Baugröße zu verwenden, die dennoch ein hohes Drehmoment übertragen können. Ebenso ist bei Motorrädern wenig Bauraum vorhanden und die
Kupplungskraft am üblichen Handhebel muss sehr gering bleiben.
Verschärft wird die Bauraumsituation bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Die hier vorgeschlagene Reibkupplung mit Vorsteuerkupplung,
Schalteinheit und Hauptkupplung erlaubt eine günstige Betätigungskrafteinleitung, die an die individuellen Anforderungen von den verwendeten Motoren und Schaltverhalten anpassbar sind. So können geringe Kupplungskräfte für den Fahrer in hohe Anpresskräfte übersetzt werden. Insbesondere bei Kleinwagen, insbesondere mit E-Clutch, und Motorrädern ist dies vorteilhaft.
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht, Leistung eingeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den
Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beispielsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen Fox oder ein Renault Twingo.
Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere
Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die
Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
Fig. 1 : eine konventionelle Schalteinheit im Schnitt, Fig. 2: ein erstes Rotationselement mit spiralförmiger erster Rampe,
Fig. 3: ein Schnitt durch ein erstes Rotationselement mit spiralförmiger erster Rampe,
Fig. 4: ein erstes Rotationselement mit drei spiralförmigen Rampen,
Fig. 5: ein Schnitt durch ein erstes Rotationselement mit drei spiralförmigen Rampen,
Fig. 6: eine Schalteinheit mit minimalem Abstand,
Fig. 7: eine Schalteinheit mit maximalem Abstand,
Fig. 8: eine Reibkupplung mit Vorsteuerkupplung, Schalteinheit und Hauptkupplung,
Fig. 9: ein Motorrad mit handgeschalteter Reibkupplung.
In Fig. 1 ist eine konventionelle Schalteinheit 34 mit einer konventionellen Rampenscheibe 35 und mit einer konventionellen Gegenrampenscheibe 36, zwischen denen ein Rollelement 10 angeordnet ist, welches um die Rotationsachse 4 auf konzentrischen Rampen beweglich ist.
In Fig. 2 ist ein erstes Rotationselement 6 mit einer spiralförmigen ersten Rampe 7 gezeigt. Die Rampe verläuft vom Außendurchmesser 3 zum Innendurchmesser 2 um die
Rotationsachse 4 über einen Gesamtwinkel von 360°, wobei der Radius der Spiralform stetig abnimmt. In diesem schematischen Beispiel liegen die Enden der ersten Rampe 7 jeweils am Außenumfang 3 beziehungsweise am Innenumfang 2 an.
In Fig. 3 ist ein Schnitt durch ein erstes Rotationselement 6 mit einer spiralförmigen ersten Rampe 7 gezeigt, wie sie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist. Dabei ist zu sehen, dass die erste Rampe 7 über ihren Verlauf eine Rampensteigung 37 aufweist, die von einem tieferen Ende beim Innendurchmesser 2 zu einem höheren Ende am Außenumfang 3 stetig steigt. Die erste Rampe 7 ist dabei als kreissegmentförmige Vertiefung ausgebildet, die geeignet ist ein kugelförmiges Rollelement 10 (vergleiche Fig. 6 und Fig. 7) zu führen.
In Fig. 4 ist ein erstes Rotationselement 6 wie in Fig. 2 gezeigt, wobei hier eine erste Rampe 7, eine zweite Rampe 8 und eine dritte Rampe 9 ineinander verschachtelt angeordnet sind und jeweils ein erstes Rollelement 10, ein zweite Rollelement 1 1 beziehungsweise ein drittes Rollelement 12 beim Ende am Innenumfang 2 umfassen. In dem vorliegenden Beispiel sind die Rampen 7, 8 und 9 jeweils um die Rotationsachse um 120° verdreht zueinander angeordnet.
In Fig. 5 ist ein Schnitt durch ein erstes Rotationselement 6 mit den drei Rampen7, 8 und 9, wie in Fig. 4 dargestellt, gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die Rampen jeweils eine gleiche stetige Steigung von einem tieferen Ende am Innendurchmesser 2 zu einem höheren Ende am Außendurchmesser 3 bilden.
In Fig. 6 und Fig. 7 ist eine Schalteinheit 1 mit einem ersten Rotationselement 6 und einem korrespondierenden zweiten Rotationselement 13 gezeigt, wobei die Rampen 7, 8 und 9 jeweils spiegelsymmetrisch mit den Gegenrampen 15, 16 und 17 ausgebildet sind. In Fig. 6 befindet sich das erste Rollelement 10 in der minimalen Position am Innendurchmesser 2, sodass aufgrund der Rampensteigung der Abstand 14 zwischen dem ersten Rotationselement 6 und dem zweiten Rotationselement 13 minimal ist. In Fig. 7 ist das erste Rollelement 10 in der maximalen Position am Außendurchmesser 3, sodass der Abstand 14 maximal ist. Mit den Rampen 7 bis 9 und Gegenrampen 15 bis 17 ist ein gewünschter maximaler Abstand in einem weiten Bereich einstellbar und kann zugleich mit einer geringen Steigung, die zu einem sanften Einkuppeln oder Auskuppeln, je nach Konfiguration, führt.
In Fig. 8 ist eine Reibkupplung 22 mit einer Vorsteuerkupplung 18, eine Schalteinheit 1 und einer Hauptkupplung 5 schematisch dargestellt. Eine solche Reibkupplung 22 ist
beispielsweise sogenannte Boosterkupplung, bei der die Vorsteuerkupplung 18 mit geringen Betätigungskräften mittels der Betätigungseinrichtung 28 schaltbar ist, wodurch die
Schalteinheit 1 betätigt wird und mithilfe des anliegenden zweiten Drehmoments von der Vorsteuerkupplung 18 eine ausreichende Anpresskraft auf die Hauptkupplung 5 ausübt. Damit wird ein deutlich größeres erstes Drehmoment über die Hauptkupplung 5 übertragbar.
Die Vorsteuerkupplung 18 umfasst eine Betätigungseinrichtung 28, hier eine Tellerfeder, die auf einem Auflager 41 an einer Abtriebswelle 23, hier einem Kupplungsdeckel, gelagert ist. Über die Betätigungseinrichtung 28 wird die zweite Anpressplatte 26 mittels des Deckelrands 40 und dem Federelement 39 gegen die zweite Reibscheibe 27 gepresst. Die zweite
Reibscheibe 27 nimmt nun das erste Rotationselement 6 mittels eines Verbindungselements 43 mit. Die Rollelemente, von denen hier nur die erste Rolle 10 zu sehen ist, werden aufgrund der relativen Verdrehung zum zweiten Rotationselement 13, welches hier einstückig die erste Anpressplatte 20 der Hauptkupplung 5 bildet, nach außen bewegt und pressen somit die erste Anpressplatte 20 gegen die ersten Reibscheiben 21 und Zwischenscheiben 47. In diesem Beispiel werden die ersten Reibscheiben 27 bereits über die zweite Reibscheibe 21 mittels der Abstützscheibe 42 und dem äußeren Kupplungskorb 49 vorbeschleunigt, sodass die Relativgeschwindigkeit zur Schalteinheit 1 verringert wird. Die Zwischenscheiben 47 geben das Drehmoment von der Abtriebswelle 23 über den inneren Kupplungskorb 48 an die Ausgangswelle 52 ab. Die Schalteinheit 1 ist in einer Schalteinheitsaufnahme 54 angeordnet, in der das erste Rotationselement 6 über ein Nadellager 44 abgestützt ist und das zweite Rotationselement 13 über eine Rückstellfeder 45 und eine Rotationsfeder 46 mit der Anpressplattenaufnahme 53 der Schalteinheitsaufnahme 54 verbunden ist.
In Fig. 9 ist ein Kraftfahrzeug 29, hier ein Motorrad, mit einer Antriebseinheit 30 gezeigt, welche mit ihrer Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang 24 lösbar über eine Reibkupplung 22 verbunden ist. Die Reibkupplung 22 ist dabei beispielsweise wie in Fig. 8 gezeigt aufgebaut du leicht mit einem Handhebel 38 kuppelbar, während zugleich ein hohes Drehmoment mit einer hohen Anpresskraft übertragen werden kann.
Mit der hier vorgeschlagenen Schalteinheit ist eine individuelle Einstellung der
Rampensteigung über einen weiten Bereich möglich, wobei zugleich eine geringe
Rampensteigung einstellbar ist.
Bezuqszeichenliste Schalteinheit
Innendurchmesser
Außendurchmesser
Rotationsachse
Hauptkupplung
erstes Rotationselement
erste Rampe
zweite Rampe
dritte Rampe
erstes Rollelement
zweites Rollelement
drittes Rollelement
zweites Rotationselement
Abstand
erste Gegenrampe
zweite Gegenrampe
dritte Gegenrampe
Vorsteuerkupplung
erstes Reibpaket
erste Anpressplatte
erste Reibscheibe
Reibkupplung
Abtriebswelle
Antriebsstrang
zweites Reibpaket
zweite Anpressplatte
zweite Reibscheibe
Betätigungseinrichtung
Kraftfahrzeug
Antriebseinheit
Fahrerkabine
Längsachse
Motorachse
konventionelle Schalteinheit konventionelle Rampenscheibe konventionelle Gegenrampenscheibe Rampensteigung
Handschalthebel
Ausgleichsfeder
Deckelrand
Auflager
Abstützscheibe
Verbindungsmittel
Nadellager
Rückstellfeder
Rotationsfeder
Zwischenscheibe
innerer Kupplungskorb
äußerer Kupplungskorb
Drehmomentfühler
Kupplungskorblager
Ausgangswelle
Anpressplattenaufnahme
Schalteinheitsaufnahme

Claims

Patentansprüche
1 . Schalteinheit (1 ) mit einem Innendurchmesser (2) und einem Außendurchmesser (3) um eine Rotationsachse (4) für eine Hauptkupplung (5), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- ein erstes Rotationselement (613) mit zumindest einer Rampe (7,8,9) mit zumindest einem Rollelement (10,1 1 ,12); und
- ein zweites Rotationselement (613),
wobei das erste Rotationselement (613) und das zweite Rotationselement (613) durch das zumindest eine Rollelement (10,1 1 ,12) druckkraftübertragend voneinander beabstandet sind, wobei der Abstand (14) zwischen dem ersten Rotationselement (613) und dem zweiten Rotationselement (613) mit einer Bewegung des zumindest einen Rollelement (10,1 1 ,12)s auf der zumindest einen Rampe (7,8,9) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Rampe (7,8,9) spiralförmig vom Außendurchmesser (3) zum Innendurchmesser (2) angeordnet ist.
2. Schalteinheit (1 ) nach Anspruch 1 , wobei auf dem ersten Rotationselement (613) eine Mehrzahl von Rampe (7,8,9)n vorgesehen ist, wobei die Rampe (7,8,9)n spiralförmig ineinander verschachtelt sind.
3. Schalteinheit (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf dem zweiten Rotationselement (613) zumindest eine zu einer Rampe (7,8,9) des ersten Rotationselement (613)s
korrespondierende Gegenrampe (15,16,17) vorgesehen ist, wobei die Gegenrampe (15,16,17) eine zur korrespondierenden Rampe (7,8,9) gespiegelte Spiralform und eine gleiche Steigungsrichtung vom Innendurchmesser (2) zum Außendurchmesser (3) aufweist.
4. Schalteinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Rollelement (10,1 1 ,12) kugelförmig ist und die zumindest eine Rampe (7,8,9), und bevorzugt die jeweils korrespondierende Gegenrampe (15,16,17), eine
korrespondierende kreissegmentförmige Vertiefung bildet.
5. Hauptkupplung (5) zum Übertragen eines Drehmoments durch Schalten einer
Vorsteuerkupplung (18), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- ein erstes Reibpaket (19) mit einer ersten Anpressplatte (20) und zumindest einer korrespondierenden ersten Reibscheibe (21 ), über die im angepressten Zustand ein erstes Drehmoment übertragbar ist;
- eine Schalteinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die dazu eingerichtet ist, durch den veränderbaren Abstand (14) zwischen dem ersten
Rotationselement (6) und dem zweiten Rotationselement (13) die erste Anpressplatte (20) betätigbar ist.
6. Reibkupplung (22) mit einer Rotationsachse (4) zum lösbaren Verbinden einer
Abtriebswelle (23) mit einem Antriebsstrang (24), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- eine Vorsteuerkupplung (18) mit einem zweiten Reibpaket (25) mit einer zweiten Anpressplatte (26) und zumindest einer korrespondierenden zweiten Reibscheibe (27), über die im angepressten Zustand ein zweites Drehmoment übertragbar ist;
- eine Betätigungseinrichtung (28) zum Betätigen der Vorsteuerkupplung (18);
- eine Hauptkupplung (5) nach Anspruch 5,
wobei die Schalteinheit (1 ) mittels der Vorsteuerkupplung (18) derart betätigbar ist, dass der Abstand (14) zwischen dem ersten Rotationselement (6) und dem zweiten
Rotationselement (13) veränderbar ist und somit die Hauptkupplung (5) betätigbar ist.
7. Kraftfahrzeug (29) aufweisend eine Antriebseinheit (30) mit einer Abtriebswelle (23), einen Antriebsstrang (24) und eine Reibkupplung (22) nach Anspruch 6.
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