DE69802643T2

DE69802643T2 - Kugel-Rampen-Kupplungsbetätigungsvorrichtung eines Antriebsstranges mit einem Vorspannungselement

Info

Publication number: DE69802643T2
Application number: DE69802643T
Authority: DE
Inventors: Gregory J. Organek; David Michael Preston
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: AR015941A1; CN1218152A; US5960916A; PL328898A1; ES2167843T3; JPH11166564A; DE69802643D1; EP0905397A1; TR199801957A2; ZA988802B; EP0905397B1; TR199801957A3; AU735586B2; CN1116532C; AU8517498A

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine in einem Fahrzeug zu verwendende Antriebsstrangkupplung und insbesondere eine Antriebsstrangkupplung, bei der eine Reibscheibe mittels eines Kugelrampenaktuators an ein Motorschwungrad gedrückt wird, wobei eine elektromagnetisch betätigte Konuskupplung dazu verwendet wird, um das auf den Kugelrampenaktuator übertragene Drehmoment zu steuern/regeln.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Antriebsstranghauptkupplungen verwenden für gewöhnlich mehrere Federn, um eine Reibscheibe gegen ein Motorschwungrad zu klemmen. Die Federn sind innerhalb einer an das Schwungrad angeschraubten Druckplattenanordnung angeordnet. Ein mechanisches Gestänge, über das der Druckplattenfedermechanismus zu betätigen ist, wird durch den Fahrzeugführer bewegt, um das Sperren und das Lösen der Antriebsstrangkupplung zu steuern.
Gegenwärtig werden Anstrengungen unternommen, um mit Hilfe von Elektronik den Betrieb der Antriebsstrangkupplung zu automatisieren. Die Verwendung eines elektromechanischen oder hydraulischen Aktuators ist bekannt, der mit dem mechanische Gestänge verbunden ist, um im Wesentlichen den Fahrzeugführer zu ersetzen, um anstelle des Fahrzeugführers für ein präziseres Arbeiten der Kupplung beim Schalten des Getriebes zu sorgen. Das mechanische Gestänge wird mittels eines derartigen Aktuators in Abhängigkeit von einem elektrischen Steuersignal bewegt, das durch einen zentralen Mikroprozessor erzeugt wird, dessen Funktion darin besteht, eine ganze Reihe verschiedener Eingangssignale, die von Fahrzeugsensoren aufgrund von Betriebsbedingungen bereitgestellt werden, zu verarbeiten, um zu ermitteln, ob und auf welche Weise die Antriebsstrangkupplung zu aktivieren oder zu deaktivieren ist.
Die Verwendung eines Kugelrampenaktuators, um eine Kupplungspackung eines Differentialgetriebes in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs vorzuspannen, ist bekannt. Die US-Patente 4 805 486 und 5 092 825 offenbaren Selbstsperrdifferentiale, bei denen eine Kupplungspackung in Abhängigkeit von der Aktivierung eines Kugelrampenaktuators vorgespannt wird, die durch eine Drehbewegung eines Servomotors oder einer elektromagnetisch angesteuerten Bremsbacke ausgelöst wird, die auf einem Aktivierungsring sitzt. Der Vorteil der Kugelrampenvorrichtung gegenüber anderen Aktuatoren besteht darin, dass sie eine Umwandlung einer Drehbewegung in eine axiale Bewegung mit einer sehr hohen Kraftverstärkung von oft 100 : 1 oder mehr ermöglichen. Ein Kugelrampenaktuator wurde auch in einem Fahrzeuggetriebe verwendet, um Getriebesätze in Abhängigkeit von einem Signal durch Vorspannen einer Zahnradkupplungspackung in Eingriff oder außer Eingriff zu bringen, wie in dem US-Patent 5 078 249 offenbart.
In beiden dieser Fahrzeuganwendungen wird eine Seite des Kugelrampenaktuators, die allgemein als Steuerring bezeichnet wird, durch die Kraft, die durch ein elektromagnetischen Feld induziert wird, das mittels einer Spule erzeugt wird, gegen die Gehäusemasse gedrückt oder mittels eines Elektromotors relativ zu der Gehäusemasse gedreht. Um größere Klemmkräfte zu erzeugen, wird die Stärke des elektrischen Stroms, mit dem die Spule oder der Motor versorgt wird, erhöht, wodurch die Kraft des Steuerrings auf die Gehäusemasse anwächst, was dazu führt, dass der Steuerring in Bezug auf einen Betätigungsring gedreht wird, wodurch Wälzelemente dazu veranlasst werden, auf Rampen in dem Steuerungs- und Betätigungsring zu rollen, was die Bewegung in axialer Richtung weiter vorantreibt und die Druckkraft auf die Kupplungspackung erhöht.
Es ist auch die Verwendung eines Kugelrampenaktuators zum Vorspannen einer Antriebsstrangkupplung in einem Fahrzeug bekannt, wie in den US-Patenten 1 974 390, 2 861 225, 3 000 479, 5 441 137, 5 469 948, 5 485 904 und 5 505 285 geoffenbart. Ein Problem beim Einsatz eines Kugelrampenaktuators für die Erzeugung der Druckkraft für die Antriebsstrangkupplung bei einem Fahrzeug besteht darin, dass die Mechanik von nach einer Seite wirkenden (unidirektionalen) Kugelrampenvorrichtungen nach dem Stand der Technik zu einem Verlust an Druckkraft führen, wenn sich das Fahrzeug in einem nicht angetriebenen Betriebszustand befindet. Sobald die Motorleistung reduziert wird und die Drehzahl des Antriebsstrangs effektiv über derjenigen des Motors liegt (antriebsloser oder Auslauffahrbetrieb), veranlasst ein mit einer einseitig aktivierenden Einzelrampe arbeitender Kugelrampenaktuator nach dem Stand der Technik ein Ausrücken der Kupplung, wodurch ein Abbremsen des Fahrzeugs durch den Motor entfällt.
Eine mittels Kugelrampen betätigte Kupplung, die eine einseitig wirkende Kugelrampe mit nur einem, einzigen Rampenwinkel verwendet, bewirkt ein Ausrücken der Kupplung, sobald der Motor dem Getriebe keine Rotationsenergie zuführt, beispielsweise wenn das Fahrzeug ausläuft oder im Leerlauf rollt. In einem antriebslosen Zustand führt das Schwungrad keine Rotationsenergie mehr zu, weder zu dem Getriebe noch zu dem Kugelrampenaktuator. Unter dieser Bedingung kehrt sich die relative Drehbewegung des Betätigungsrings gegenüber dem Steuerring um, so dass die axiale Verstellung durch die Kugelrampe ausfällt, wodurch es der Druckplatte möglich wird, sich von der Kupplungsscheibe zu entfernen. Die Folge hiervon ist, dass der Motor von dem Getriebe antriebsmäßig getrennt wird und jede Motorbremswirkung entfällt.
Eine Kupplung, die mittels eines nach zwei Seiten wirkenden (bidirektionalen) Kugelrampenaktuator betätigt wird, ist in den US-Patenten 2 937 729 und 5 505 285 beschrieben. In dieser kostspieligeren und komplizierteren Technologie umfasst der Kugelrampenaktuator zweiseitig wirkende Rampen, die in beiden Richtungen einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring und dem Betätigungsring eine Aktivierung hervorrufen. Allerdings muss die Kugelrampe durch den nicht aktivierten Zustand durchlaufen, was zu einem vorübergehenden, unerwünschten Kupplungsschlupf führt; außerdem ist die Herstellung der Bauteile teurer als für eine einseitig wirkende Einheit. Darüber hinaus ist der zwischen dem Steuerring und dem Betätigungsring in Drehrichtung zurückzulegende Weg bei einer bidirektionalen Kugelrampe im Vergleich zu einer einseitig wirkenden Kugelrampenvorrichtung mit gleichen Abmessungen verringert. Daher wird eine einseitig wirkende Kugelrampenvorrichtung vorgezogen, falls es ermöglicht wird, sowohl im angetriebenen als auch im antriebslosen Fahrzustand des Fahrzeugs eine Aktivierung zu schaffen.
Der Kugelrampenaktuator enthält mehrere Wälzelemente, einen Steuerring und einen gegenüberliegenden Betätigungsring, wobei der Betätigungsring und der Steuerring wenigstens drei jeweils gegenüberliegende einzelne Rampenflächen definieren, die als in Umfangsrichtung angeordnete im Querschnitt halbkreisförmige Rillen ausgebildet sind, wobei jedes Paar von gegenüberliegenden Rillen ein Wälzelement enthält. Zwischen dem Steuerring und einem Gehäuseelement ist ein Drucklager angeordnet, das mit dem Eingangselement, beispielsweise einem Schwungrad, rotiert und mit diesem verbunden ist. Eine elektromagnetische Spule ist benachbart zu einem Element einer Steuerkupplung angeordnet, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das die Steuerkupplung belastet, wodurch wiederum eine Kraft auf den Steuerring des Kugelrampenaktuators ausgeübt wird. Die Steuerkupplung kann von der Bauart, wie sie normalerweise in Kompressoren von Fahrzeugklimaanlagen verwendet wird, oder eine Konus-Steuerkupplung sein, um die übertragene Betätigungskraft zu verstärken. Bei einer elektromagnetischen Kupplungsart wird der in der Kupplung vorhandene Luftspalt von einem Anker durchquert, wenn die Spule erregt wird, wobei die Kräfte auf den Anker exponential ansteigen, wenn der Anker in Richtung auf den Stator/die Spule zu gezogen wird. Der extreme Kraftanstieg während der Ankerbewegung erschwert es, den Betrieb der Kugelrampenvorrichtung und damit der Antriebsstrangkupplung, die durch die Kugelrampenvorrichtung belastet wird, zu regeln/steuern. Daher ist es wünschenswert, diese Wirkung des Luftspalts in der Steuerkupplung zu eliminieren oder zu minimieren, um ein sanfteres Einrücken der Antriebsstrangkupplung insbesondere während eines Anfahrvorgangs des Fahrzeugs zu erreichen.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist in den Patentansprüchen 1 und 6 beschrieben und betrifft ein Schwungrad, das durch einen Primärantrieb angetrieben wird, und eine Getriebeeingangswelle, die durch eine mittels Kugelrampenaktuator betätigte Kupplung angekuppelt wird. Die Kugeltampenvorrichtung weist mehrere Rillen (Rampen) mit in einer übereinstimmenden Richtung sich ändernder Tiefe und einen Betätigungsring auf, der mit in einer einzigen Richtung sich vertiefenden Rillen versehen ist, die zumindest teilweise den Rillen des Steuerrings gegenüberliegen und der Geometrie nach im Wesentlichen diesen ähnlich sind. Beispiele für Kupplungssysteme mit Kugelrampenaktuatoren lassen sich den US-Patenten 1 974 390, 2 861 225, 2 937 729, 3 000 479, 5 485 904 und 5 505 285 entnehmen, die eine Grundlage bilden für den Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6. Durch den Einsatz von Freilaufkupplungen wird der Betätigungsring daran gehindert, in entgegengesetzter Richtung zu rotieren, wenn die Kupplung im antriebslosen Fahrbetrieb des Fahrzeugs gesperrt ist. Zwei Planetengetriebesätze (von denen einer nur ein teilweiser Planetengetriebesatz ist und als Freilaufkupplung mit großem Durchmesser wirkt) werden dazu verwendet, um zu ermöglichen, dass der Kugelrampenaktuator die Druckkraft auf die Kupplungsreibscheibe sowohl im Antriebszustand als auch im antriebslosen Betriebszustand verstärkt, ohne das es beim Übergang von einem Fahrbetriebsmodus in den anderen zu einer Verringerung der Druckkraft kommt.
Eine Konuskupplung wird verwendet, um eine Drehbewegung von der Getriebeeingangswelle auf den Steuerring der Kugelrampenvorrichtung zu übertragen. Die Konuskupplung wird eingerückt, wenn ein Anker (eine Steuerkupplungsscheibe) in Abhängigkeit von einem elektrischen Strom in einer Spule eine axialen Bewegung in Richtung auf einen magnetischen Spulenpol/Jochpol ausführt. Erfindungsgemäß wird eine Vorspannfeder verwendet, um eine kontinuierliche Mindestkraft auf den Anker in Richtung des Spulenpols/Jochpols auszuüben. Diese Vorspannkraft bewegt den Anker in Richtung auf den Spulenpol/Jochpol, wodurch der Luftspalt, der von dem Anker zu durchqueren ist, verkleinert wird, bevor die Konuskupplung wesentlich eingerückt ist.
Die elektromagnetische Spule dient dazu, die Steuerkupplung zu aktivieren, die den Steuerring über einen der Planetengetriebesätze reibschlüssig mit der Getriebeeingangswelle kuppelt. Bei Aktivierung durch die Spule übt die Kugelrampenvorrichtung eine Druckkraft auf die Reibscheibe der Antriebskupplung aus, wobei die Amplitude der Druckkraft unmittelbar ansteigt, sobald eine Differenz zwischen der Drehzahl des Schwungrads und derjenigen der Getriebeeingangswelle auftritt. Die Amplitude der Druckkraft wird durch die Wirkung von Freilaufkupplungen, die auf einzelne Planetenräder in den zwei Planetengetriebesätzen wirken, auf einem vorgegebenen Wert gehalten oder erhöht, solange die Spule erregt wird, so dass der Kugelrampenaktuator bei Übergang in einen antriebslosen Fahrbetriebzustand (bei dem der Motor das Fahrzeug abbremst und dieses nicht antreibt) vollständig aktiviert bleibt. Ein Rutschen der Kupplung im Antriebsmodus führt dazu, dass die Kugelrampenvorrichtung die Druckkraft auf die Kupplungsscheibe erhöht. Im antriebslosen Zustand, falls es aus einem beliebigen Grund zu einem Rutschen der Kupplung kommt, sorgen die Planetengetriebesätze auch für eine zusätzliche relative Drehbewegung zwischen dem Steuerring und dem Betätigungsring in der geeigneten Richtung, um die Druckkraft auf die Kupplungsreibscheiben zu erhöhen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Luftspalt in der Steuerkupplung einer Kugelrampenvorrichtung zu minimieren.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Luftspalt in der Steuerkupplung einer Kugelrampenvorrichtung zu minimieren, indem eine Vorspannkraft auf den Anker eines elektromagnetischen Aktuators ausgeübt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Luftspalt in der Steuerkupplung einer Kugelrampenvorrichtung zu minimieren, indem eine Vorspannfeder verwendet wird, die zwischen dem Betätigungsring und dem Anker eines elektromagnetischen Aktuators wirkt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Teilansicht eines Kugelrampenaktuators gemäß der vorliegenden Erfindung, im Querschnitt.
Fig. 2 zeigt eine Teilansicht eines ersten Planetengetriebesatzes gemäß der Erfindung, im Querschnitt, geschnitten längs der Linie 11-11 in Fig. 1, wobei der Antriebsstrang des Fahrzeugs in einem Antriebsmodus betrieben wird.
Fig. 3 zeigt eine Teilansicht eines zweiten Planetengetriebesatzes gemäß der Erfindung, im Querschnitt, geschnitten längs der Linie 11-11 in Fig. 1, wobei der Antriebsstrang des Fahrzeugs in einem Antriebsmodus betrieben wird.
Fig. 4 zeigt eine Teilansicht des ersten Planetengetriebesatzes gemäß der Erfindung, im Querschnitt, geschnitten längs der Linie III-III in Fig. 1, wobei sich der Antriebsstrang des Fahrzeugs in einem antriebslosen Zustand befindet.
Fig. 5 zeigt eine Teilansicht des zweiten Planetengetriebesatzes gemäß der Erfindung, im Querschnitt, geschnitten längs der Linie III-III in Fig. 1 mit dem Fahrzeugantriebsstrang in einem antriebslosen Zustand.
Fig. 6 stellt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Kugelrampenvorrichtung in Axialrichtung, im Querschnitt, geschnitten längs der Schnittlinie VI-VI in Fig. 1.
Fig. 7 zeigt im Querschnitt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Kugelrampenvorrichtung längs der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6, wobei sich die Kugelrampenvorrichtung in einem nicht betätigten Zustand befindet; und
Fig. 8 zeigt im Querschnitt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Kugelrampenvorrichtung längs der Schnittlinie VII-VII in Fig. 6 mit der Kugelrampenvorrichtung in einem betätigten Zustand.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Um die Grundprinzipien der Erfindung zu verdeutlichen, wird nun auf das in den Zeichnungen veranschaulichte Ausführungsbeispiel eingegangen, wobei für die Beschreibung des Beispiels eine bestimmte Terminologie verwendet wird.
In der nachstehenden Beschreibung wird eine bestimmte Terminologie ausschließlich zur Verdeutlichung bei der Bezugnahme und nicht beschränkend verwendet. Beispielsweise beziehen sich die Ausdrücke "vorwärts" und "rückwärts" auf die vordere und hintere Richtung in Bezug auf die Kupplungsanordnung, so wie diese üblicherweise in einem Fahrzeug eingebaut ist. Die Ausdrücke "nach rechts" und "nach links" beziehen sich auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die die Terminologie Bezug nimmt. Die Ausdrücke "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen zu der geometrische Mitte der Vorrichtung hin bzw. von dieser Mitte weg. Die Ausdrücke "nach oben" und "nach unten" beziehen sich auf Richtungen, wie sie aus den Zeichnungen hervorgehen, auf die die Terminologie Bezug nimmt. Sämtliche oben erwähnten Ausdrücke schließen deren übliche Abwandlungen und äquivalente Begriffe mit ein.
Gemäß den Zeichnungen, die die Erfindung nicht beschränken sollen, ist nun in Fig. 1 eine Antriebsstranghauptkupplungsvorrichtung 2 der Bauart, die sich für die Verwendung der Erfindung eignet, in einer axialen Längsschnittansicht dargestellt. Die Antriebsstranghauptkupplungsanordnung 2 umfasst ein Schwungrad 4 mit einer Reibfläche 4A, das mittels eines (nicht gezeigten) Primärantriebs, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, von dessen (nicht gezeigter) Ausgangskurbelwelle drehend angetrieben wird, die mittels einer durch eine Kugelrampenvorrichtung 5 betätigten Antriebsstrangkupplungsanordnung 2 an ein (nicht gezeigtes) Getriebe angekuppelt wird. Ein Glockengehäuse 6 der Kupplung umgibt die Antriebsstrangkupplungsanordnung 2 und trägt das Getriebe einschließlich der Getriebeeingangswelle 8, die sich erstreckt, um drehfest mit Hilfe von an dem linken Ende der Getriebeeingangswelle 8 ausgebildeten Verzahnungszähnen 10C mit einer ersten Kupplungsscheibe 10 in Eingriff zu stehen, die mit einer Reibscheibe 10A und einer Reibscheibe 102 versehen ist, wobei sich die Getriebeeingangswelle 8 von dem linken Ende aus weiter nach rechts erstreckt, um das Getrieberäderwerk anzutreiben. In ähnlicher Weise steht eine mit einer Reibscheibe 11A und einer Reibscheibe 11B versehene zweite Kupplungsscheibe 11 über Verzahnungszähne 11C mit der Getriebeeingangswelle 8 in Eingriff. Die erste Kupplungsscheibe 10 wird zwischen dem Schwungrad 4 und einer mittleren Druckplatte 13A geklemmt, während die zweite Kupplungsscheibe 11 zwischen der mittleren Druckplatte 13A und einer primären Druckplatte 13B geklemmt wird. Ein Aktivierungsring 12 drückt auf die Belleville-Scheibe 18, um eine Axialkraft auf die primäre Druckplatte 13B und gegen die zweite Kupplungsscheibe 11 und über die mittlere Druckplatte 13A gegen die erste Kupplungsscheibe 10, gegen das Schwungrad 4 auf die Reibfläche 4A des Schwungrads auszuüben, wodurch die Rotationsenergie von dem Primärantrieb über die Getriebeeingangswelle 8 zu dem Getriebe und gegebenenfalls zu dem weiterführenden Antriebsstrang des Fahrzeugs übertragen wird.
In Systemen nach dem Stand der Technik wird die Kupplungsdruckplatte mittels einer Reihe von Druckfedern in Richtung auf das Schwungrad gedrückt. Wenn der Fahrzeugführer beabsichtigt, die Kupplungsscheibe auszurücken, aktiviert er mit seinem Bein bzw. Fuß eine mechanische Auslösevorrichtung und überwindet die Spannkraft der Federn, wodurch der Kupplungsscheibe ermöglicht wird, in Bezug auf das Schwungrad zu gleiten. Es sollte jedoch klar sein, dass weder die Betätigungsfedern noch die mechanische Auslösevorrichtung in den Gegenstand der vorliegenden Erfindung einbezogen sind. Erfindungsgemäß wird eine Kugelrampenvorrichtung 5, die einen Aktivierungsring 12 und einen Steuerring 14 enthält, die durch mindestens drei Wälzelemente 20A voneinander getrennt sind, die in Rampen oder Rillen 22A und 23A mit sich ändernder Tiefe laufen, verwendet, um den Betätigungsring 12 in Richtung auf das Schwungrad 4 zu drücken, wobei dies mittels einer Kupplungssteüerungseinheit 15 elektronisch geregelt/gesteuert wird, die bei Getriebeschaltvorgängen die Aufgabe eines Fahrzeugführers übernimmt.
Das Glockengehäuse 6 der Kupplung umschließt zu einem Teil die Antriebsstrangkupplungsanordnung 2, zu der die erfindungsgemäße Kugelrampenvorrichtung 5 gehört. Kugelrampenaktuatoren, die den Steuerring 14 gegen die Gehäusemasse wirken lassen, sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und werden verwendet, um Getriebezahnradkupplungen, wie in dem US-Patent 5 078 249 geoffenbart, und Kupplungspackungen des Differentialgetriebes, wie in dem US-Patent 5 092 825 beschrieben, vorzuspannen, wobei ein Kugelrampensteuerring mittels einer Spule oder eines mit einem Räderwerk versehenen Motors gegen die Gehäusemasse gedrückt wird. Eine relative Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Betätigungsring 12 führt im Wesentlichen dazu, dass ein oder mehrere Wälzelemente 20A, 20B und 20C (siehe Fig. 6), die kugelförmige Elemente oder zylindrische Rollen sein können, längs einer gleicher Anzahl von Rampen 22A, 22B und 22C, die in dem Steuerring 14 ausgebildet sind, bzw. diesen gegenüber liegenden Rampen 23A, 23B bzw. 23C, die in dem Aktivierungsring 12 ausgebildet sind, bewegt werden. Die Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C weisen in axialer Richtung eine in einer Richtung sich ändernde Tiefe auf. Eine Drehbewegung des Steuerrings 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 bewirkt, das sich der Aktivierungsring 12 axial in Richtung auf das Schwungrad 4 bewegt, wodurch die erste und zweite Kupplungsscheibe 10 und 11 zwischen dem Aktivierungsring 12 und dem Schwungrad 4 geklemmt wird. Die Zentrierfeder 26 hat den Zweck, einer Drehbewegung des Betätigungsrings 12 in Bezug auf den Steuerring 14 entgegenzu Wirken, so dass die Kugelrampenvorrichtung 5 durch Trägheitsdrehmomente, die ein ungewolltes Einrücken der Antriebsstrangkupplungsanordnung 2 hervorrufen könnten, nicht aktiviert wird. Der Aktivierungsring 12 ist drehfest mit dem Druckplattengehäuse 16 verbunden, kann sich jedoch relativ zu diesem in axialer Richtung bewegen. Fig. 6-8, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, veranschaulichen diese Geometrie eingehender und genauer.
Ein Drucklager 56, das eine beliebige Art eines ge- · eigneten Lagers sein kann, drückt gegen einen zweiten Block 49B, der an einem ersten Block 49A befestigt ist und der dazu dient, die durch die Wälzelemente 20A, 20B und 20C der Kugelrampen erzeugten Axialkräfte aufzunehmen, wenn die Wälzelemente gegen die Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C in dem Steuerring 14 bzw. dem Betätigungsring 12 wirken (siehe Fig. 2). Im Allgemeinen gehören zu einem Planetengetriebesatz ein Hohlrad, ein Sonnenrad und wenigstens drei Planetenräder. Ein erstes Hohlrad 40A eines zweiten Planetengetriebesatzes 21B ist an dem ersten Block 49A befestigt, der über das Druckplattengehäuse 16 an dem Schwungrad 4 angebracht ist. Ein zweites Hohlrad 40B ist auf dem zweiten Trägerblock 49B gelagert, dreht sich allerdings unabhängig von diesem und ist drehfest mit einem Kupplungsring 35 verbunden. Ein Sonnenrad 54 greift ausschließlich mit dem zweiten Planetengetriebesatz 21B ein und der erste Planetengetriebesatz 21A verwendet kein Sonnenrad und wirkt als Freilaufkupplung mit großem Durchmesser. Erste und zweite Planetenräder 42A und 43A sind über zugehörige Freilaufkupplungen 44A und 45A auf einem Lagerzapfen 48A gelagert. Jeder Trägerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D ist an einem Trägerring 39 befestigt. Weitere Planetenräder 42B, 43B, 42C, 43C, 42D und 43D sind jeweils über zugehörige Freilaufkupplungen 44B, 45B, 44C, 45C, 44D und 45D auf entsprechenden Lagerzapfen 48B, 48C und 48D gelagert. Wie die Ansicht des Querschnitts 2-2 erkennen lässt, können sich die ersten Planetenrädern 42A lediglich gegen den Uhrzeigersinn drehen, während es den zweiten Planetenrädern 43A ausschließlich erlaubt ist, im Uhrzeigersinn rotieren. Somit wirkt der erste Planetengetriebesatz 21A ohne ein Sonnenrad wie eine Freilaufkupplung. Die erfindungsgemäßen Elemente sind im Wesentlichen um die Getriebeeingangswelle 8 herum angeordnet und rotieren um die Drehachse 47.
Die Kupplungssteuerungseinheit 15 führt einen geregelten/gesteuerten elektrischen Strom über Anschlussleitungen 17 einer Spule 30 zu, die eine Kupplung 24 aktiviert, die eine Konuskupplung 28 umfasst, deren eine Seite von dem Kupplungsring 35 gebildet wird, der drehfest mit dem Hohlrad 40 des Planetengetriebesatzes 21 verbunden ist, und deren andere Seite über eine Kupplungsverlängerung 29 drehfest mit dem Steuerring 14 verbunden ist. Kämmende Vorsprünge 37 erstrecken sich von dem Steuerring 14 aus und greifen drehfest in Antriebsflansche 38 ein, die aus der Kupplungsverlängerung 29 ragen, die an einer Steuerkupplungsscheibe 19 angebracht ist, die die Kupplung 24 bildet. Auf diese Weise kuppelt die Konuskupplung 28 den Steuerring 14 reibschlüssig an den Kupplungsring 35 (der mit dem Hohlrad 40 drehfest verbunden ist), wenn die Spule 30 durch die Kupplungssteuerungseinheit 15 über die Anschlüsse 17 mit elektrischer Energie versorgt wird, wodurch die Steuerkupplungsscheibe 19 elektromagnetisch angezogen wird und die Konuskupplung 28 belastet wird. Bevorzugtweise wird das Verlängerungselement 29 der Steuerkupplung und/oder der Kupplungsring 35 an der Konuskupplung 28 mit einem Reibmaterial verbunden, um die angestrebte Drehmomentübertragung zwischen diesen Elementen sicherzustellen, wenn die Spule 30 erregt ist. Aufgrund der Art und Weise, in der die Antriebsflansche 38 in die Antriebsvorsprünge 37 eingreifen, kann das Kupplungsverlängerungselement 29 mittels der Antriebsflansche 38, die sich aus diesem erstrecken, eine Seite der Konuskupplung 28 drehend antreiben, ohne dass es zu Problemen in Bezug auf die radiale oder axiale Ausrichtung kommt. Ohne die Verwendung einer Kupplung 24 dieser Bauart würde die Konuskupplung 28 aufgrund der herstellungsbedingten Toleranzen und des Verschleißes der Komponenten, aus denen sich die Kupplung 24 zusammensetzt, dazu neigen zu klemmen.
Der Steuerring 14 weist die Rampen 22A, 22B und 22C auf und wird, wenn die Spule 30 erregt ist, durch die Wirkung der Kupplung 24 reibschlüssig an den Kupplungsring 35 drehfest angekuppelt. Wenn die Spule 30 durch die Kupplungssteuerungseinheit 15 über die Anschlüsse 17 mit Strom versorgt wird, wird das Steuerkupplungselement 19 gegen einen Jochpol 32 gezogen. Die ringförmige, elektrische Spule 30 umschließt die Getriebeeingangswelle 8 und sitzt auf einem Spulenträger 31, der an dem Glockengehäuse 6 der Kupplung befestigt ist. Die elektrische Spule 30 ist nahe bei dem Jochpol 32 angeordnet, wobei der Jochpol 32 auf einer profilverzahnten Muffe 33 auf der Getriebeeingangswelle 8 drehfest gelagert ist. Auf diese Weise drehen sich die profilverzahnte Muffe 33 und der Jochpol 32 sowie das Sonnenrad 54 gemeinsam mit der Getriebeeingangswelle 8. Die elektrische Spule 30 ist in der Weise angeordnet, dass sie von dem Jochpol 32 teilweise umgeben und von diesem durch einen geringen Luftspalt getrennt ist. Die Spule 30 ist an dem Kupplungsglockengehäuse 6 befestigt und wird daher stationär festgehalten, während sich der Jochpol 32 mit der Eingangswelle 8 dreht. Die Spule 30 erzeugt einen durch die Pfeile 36 in Fig. 1 veranschaulichten elektromagnetischen Fluss, der durch den Jochpol 32 in das Steuerkupplungselement 19 hinein und zurück durch den Jochpol 32 in die Spule 30 hinein verläuft. Dieser elektromagnetische Fluss erzeugt eine Kraft, die die Wirkung hat, das Kupplungselement 19 zu dem Jochpol 32 zu ziehen, wodurch infolge Berührung des Kupplungsverlängerungselements 29 mit dem Kupplungsring 35 eine Reibungskraft und ein Drehmoment für die Planetengetriebesätze 21A und 21B erzeugt wird, die ein resultierendes Drehmoment in dem Steuerring 14 ausüben (unter der Voraussetzung, dass eine Drehzahldifferenz zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 besteht). Die Kugelrampenvorrichtung 5 wird in geeigneter Weise durch den ersten und zweiten Planetengetriebesatz 2IA, 21B aktiviert, die den Steuerring 14 in eine sperrende Richtung drehen, wenn sich das Fahrzeug entweder in einem antriebslosen Betriebsmodus oder einem Antriebsmodus befindet.
Wenn die Kupplungsscheiben 10 oder 11 geklemmt sind oder aufgrund eines durch den Primärantrieb (Motor) über das Schwungrad 4 zugeführten übermäßigen Drehmoments zu rutschen beginnen, kommt es zu einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12, wodurch die Ringe 12 und 14 axial weiter voneinander weg gedrückt werden (wie weiter unten näher beschrieben), wodurch sich die Druckkraft des Betätigungsrings 12 auf die Kupplungsscheiben 10 und 11 an den Reibbelägen 10A, 10B, 11A und 11B zwischen der Hauptdruckplatte 13B und der mittleren Druckplatte 13A sowie dem Schwungrad 4 erhöht. Dies geschieht aufgrund eines geringen Spielraums der Drehung des Steuerrings 14 in Bezug auf den Betätigungsring 12 und sorgt bei jeder relativen Drehung zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 durch die Wirkung der Kugelrampenvorrichtung 5 für eine automatische, praktisch unverzügliche Anpassung der Druckkraft.
Erfindungsgemäß rotiert der Jochpol 32, sobald die Kupplungsanordnung 2 gesperrt ist, mit derselben Drehzahl wie das Schwungrad 4, und es reicht eine minimale elektrische Fremdenergie, die der Spule 30 zuzuführen ist, um den Sperrzustand der Kupplungsanordnung 2 aufrecht zu erhalten. Nach der Lehre des Standes der Technik kann man den Steuerring 14 gegen eine Fläche des Gehäuses, z. B. des Kupplungsglockengehäuses 6, wirken lassen, was gewöhnlich allerdings zu einem ständigen Rutschen zwischen dem Steuerring 14 führt, wodurch es zu starken Verlusten an Fremdenergie kommt und keine automatischen Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 bei einem Rutschen der Kupplung möglich ist. Wie in der vorliegenden Anmeldung veranschaulicht, hat die durch die Wirkung der Freilaufkupplungen 44A, 44C, 45A, 45C gesteuerte Ankupplung des Steuerrings 14 an die Getriebeeingangswelle 8 über die ersten und zweiten Planetengetriebesätze 21A und 21B zur Folge, dass ein Rutschen der Kupplung unabhängig von dem Betriebszustand des Fahrzeugs zu einer weiteren Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 führt, wodurch ein Rutschen der Kupplung minimiert wird. Unabhängig davon; ob sich das Fahrzeug im Antriebsfahrbetrieb oder in einem antriebslosen Betriebszustand befindet, erfolgt bei Verwendung der Erfindung die Reaktion selbst auf ein minimales Rutschen der Kupplungsscheiben 10 und 11 hin praktisch unverzüglich, da ein Rutschen der Kupplungsscheiben 10 und 11 über das reibschlüssig gesperrte Kupplungselement 24 und die ersten und zweiten Planetengetriebesätze 21A und 21B auf der Seite des Steuerrings 14 und über das Druckplattengehäuse 16 zu dem Betätigungsring 12 hin eine unmittelbare Relativbewegung zwischen dem Betätigungsring 12 und dem Steuerring 14 zur Folge hat, was zu einer weiteren Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 führt. Der Betätigungsring 12 ist drehfest an das Kupplungsdruckplattengehäuse 16 angekuppelt, das wiederum mit dem Schwungrad 4 verbunden ist, so dass sich sämtliche dieser Elemente gemeinsam drehen.
Die Druckfeder 26 spannt die Steuerkupplungsscheibe 19 gegen den Jochpol 32 vor, um den Einfluss des Luftspalts zu minimieren und dient dazu, die axiale Position des Steuerring 14 in Bezug auf den Betätigungsring 12 zu steuern, wenn die elektrische Spule 30 nicht erregt ist, in der Art, dass eine lineare Kraft erforderlich ist, um die Wirkung der Kugelrampenvorrichtung 5 progressiv zu verstärken. Ohne die Vorspannfeder 26 wäre es der Kupplungsscheibe 19 möglich, sich um einen gewissen Abstand von der Spulenplatte 32 zu entfernen, wenn die Spule 30 nicht erregt ist und die Kupplungsanordnung 2 in einem nicht eingerückten Betriebszustand wäre. Wenn dann die Spule 30 mit Energie gespeist würde, wäre eine verhältnismäßig hohe Stromstärke erforderlich, um die Kupplungsscheibe 19 über den trennenden Abstand hinweg gegen die Spulenplatte 33 zu ziehen. Bei einer Bewegung der Kupplungsscheibe 19 in Richtung auf die Spulenplatte 33 würde sich die Anziehungskraft ohne eine Änderung der Stromstärke in der Spule 30 rasch erhöhen, was zu einer abrupten Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 führen würde. Ohne den Einsatz eines ausgeklügelten elektrischen Steuer-/Regelsystems würde die auf die Konuskupplung 28 übertragene Kraft einen für eine sanfte Betätigung der Antriebsstrangkupplungsanordnung 2 gewünschten Betrag überschreiten. Die Vorspannfeder 26 ist als eine Druckfeder dargestellt, die zwischen dem Steuerring 14 und dem Betätigungsring 12 angeordnet ist, könnte allerdings eine beliebige Art von Vorrichtung sein, die geeignet ist, eine Vorspannkraft auf das Kupplungselement 19 auszuüben, um den Luftspalt zu minimieren. Die Vorspannfeder 26 übt also in der Weise eine Kraft auf die Kupplungsscheibe 19 aus, dass die Kupplungsscheibe 19 zu jedem Zeitpunkt einen Mindestabstand zu der Spulenplatte 32 einhält. Hierdurch ist für eine sanfte Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 gesorgt. Dabei kommt die Verwendung einer jeden Art von Federmittel in Frage, mit dem sich zwischen dem Kupplungselement 19 und der Spulenplatte 32 eine Vorspannkraft erzeugen lässt. Die Vorspannfeder 26 ist zwischen einem Gehäuse 55 und einem Haltering 57 eingeschlossen, die iri axialer Richtung relativ zueinander frei beweglich sind. Das Gehäuse 55 ist an dem Aktivierungsring 12 befestigt, während der Haltering 57 an der Kupplungsscheibe 19 anliegt. Die Vorspannfeder berührt das Gehäuse 55 und den Haltering 57 und drückt diese voneinander weg. Die resultierende Kraft bewirkt, dass die Kupplungsscheibe 19 in Richtung auf den Jochpol 32 und die Kupplungsverlängerung 29 in Richtung auf den Kupplungsring 35 gedrückt werden. Hierdurch wird die Kupplung 24 vorgespannt, so dass die Kupplung 24 sanft einrückt und die Kugelrampenvorrichtung 5 sanft aktiviert, wenn die Spule 30 erregt wird.
Mehrere Druckplattenfedern 50 dienen dazu, die Kugelrampenvorrichtung 5 einschließlich des Betätigungsrings 12 von den Kupplungsreibscheiben 10 und 11 und dem Schwungrad 4 weg zu ziehen, indem die Druckplattenfedern 50 als Federelemente zwischen dem Druckplattengehäuse 16 und dem Betätigungsring 12 wirken und auf diese Weise den Betätigungsring 12 von dem Schwungrad 4 weg vorspannen. Das Druckplattengehäuse 16 ist an dem Schwungrad 4 in der Weise angebracht, dass der Betätigungsring 12 mit dem Schwungrad 4 rotiert, jedoch axial in Bezug auf das Schwungrad 4 beweglich ist, was durch die Wirkung der Kugelrampenvorrichtung 5 gesteuert abläuft, die dazu dient, die Druckplattenfedern 50 zusammenzudrücken.
Die durch die Kugelrampenvorrichtung 5 erzeugten Axialkräfte werden über die Drucklager 56 in den zweiten Block 49B hinein übertragen, der über das Druckplattengehäuse 16 an dem Schwungrad 4 befestigt ist. In entgegengesetzter Richtung wird die durch die Kugelrampenvorrichtung 5 erzeugte Kraft auf die Kupplungsscheiben 10 und 11 sowie das Schwungrad 4 übertragen. Es ist zu beachten, dass eine beliebige Zahl von Kupplungsscheiben oder auch nur eine einzige Kupplungsscheibe ohne die mittlere Druckplatte 13A verwendet werden könnte.
Es wird nun sowohl auf Fig. 1 als auch: Fig. 2 eingegangen, wobei Fig. 2 eine Teilansicht des ersten Planetengetriebesatzes 21A gemäß der Erfindung in einer Querschnittsdarstellung, längs der Linie 11-11 in Fig. 1, veranschaulicht. Die ersten und zweiten Planetengetriebesätze 21A und 21B sind so angeordnet, dass sie den Steuerring 14 in eine Richtung drehen, um die Kugelrampenvorrichtung 5 weiter zu aktivieren. Der erste Planetengetriebesatz 21A (der kein Sonnenrad aufweist) umfasst mehrere erste Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D, die auf entsprechenden ersten Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D gelagert sind, die jeweils auf zugehörigen Trägerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D drehfest sitzen. Es ist zu beachten, dass sowohl bei dem ersten als auch bei dem zweiten Planetengetriebesatz 21A und 21B eine beliebig Anzahl von Planetenrädern und zugehörigen Trägerzapfen verwendet werden könnte. Die ersten Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D kämmen folglich mit dem ersten Hohlrad 40A, das an dem ersten Block 49A befestigt oder an diesem ausgebildet ist, der sich zusammen mit dem Schwungrad 4 dreht. Die ersten und zweiten Planetenräder 42A, 42B, 42C, 42D, 43A, 43B, 43C und 43D werden durch den Trägerring 39 in ihrer axialen Stellung gehalten. Der zweite Planetengetriebesatz 21B umfasst ein Sonnenrad 54, das durch die Getriebeeingangswelle 8 angetrieben wird und mit mehreren zweiten Planetenrädern 42A, 42B, 42C und 42D kämmt, die auf entsprechenden zweiten Freilaufkupplungen 45A, 45B, 45C und 45D gelagert sind, die drehfest auf jeweils zugehörigen Trägerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D sitzen. Die zweiten Planetenräder 43A, 43B, 43C und 43D kämmen dann mit dem zweiten Hohlrad 40B, das an dem zweiten Block 49B befestigt oder an diesem ausgebildet ist. Der Jochpol 32 ist zusammen mit dem Sonnenrad 54 auf der Getriebeeingangswelle 8 drehfest angebracht.
Die ersten Planetenräder 42A, 42B, 42C, 42D und die zweiten Planetenräder 43A, 43B, 4%, 43D sind mittels des Trägerrings 39 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet gehalten, der auf den einzelnen Freilaufkupplungen gelagert, die auf vorstehenden Trägerzapfen 48A, 48B, 48% 48D sitzen. Die ersten und zweiten Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C, 44D, 45A, 45B, 45C, 45D, die mit den übrigen Elementen der ersten und zweiten Planetengetriebesätze 21A und 21B zusammenwirken, verhindern, solange die Spule 30 erregt ist, eine Drehung des Steuerrings 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 in eine Richtung, die zu einer Deaktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 führen würde, indem sie eine Drehung des Kupplungsrings 35 bezüglich des Aktivierungsrings 12 in dieser Richtung verhindern. Sobald der Spule 30 Strom zugeführt wird, sorgen die ersten und zweiten Planetengetriebesätze 21A und 21B, die mit den ersten und zweIten Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C, 44D, 45A, 45B, 45C, 45D zusammenwirken, dafür, dass es zu einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 kommt, und zwar ausschließlich in einer Richtung, die zu einer weiteren Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 und zu einer Erhöhung der Druckkraft auf die Kupplungsscheiben 10 und 11 führt, unabhängig von dem Fahrbetriebszustand des Fahrzeugs und dem Drehmoment durch den Antriebsstrang.
Fig. 2 zeigt in einer Teilansicht einen Querschnitt durch die Kupplungsanordnung 2 nach Fig. 1, geschnitten längs der Linie 11-11, und veranschaulicht die relative Drehung des ersten Planetengetriebesatzes 21A, wenn sich das Fahrzeug in einem Antriebsmodus befindet. Ein Pfeil A1 repräsentiert die Richtung der relativen Drehbewegung des ersten Hohlrads 40A, ein Pfeil P1 zeigt die Richtung der relativen Drehung der ersten Planetenräder 42A, 42B, 42C, 42D an und der Pfeil C kennzeichnet die Richtung der relativen Drehbewegung des Trägerrings 39. Das Hohlrad 40A ist drehfest mit dem Motorschwungrad 4 verbunden, und die ersten Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D sind drehbar auf deren entsprechenden Trägerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D über erste Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D gelagert, wobei die Trägerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D an dem Trägerring 39 befestigt sind. Unter der Annahme, dass sich der Motor gegen den Uhrzeigersinn dreht, wird das erste Hohlrad 40A über das Motorschwungrad 4 drehend angetrieben. Die ersten Planetenräder 42A, 428, 42C und 42D rotieren auf entsprechenden ersten Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D entgegen dem Uhrzeigersinn, sind jedoch daran gehindert, im Uhrzeigersinn zu rotieren. In einem angetriebenen Fahrbetriebszustand des Fahrzeugs, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, drehen sich die Elemente oder werden mittels Freilaufkupplungen an einer Drehung wie folgt gehindert: Das erste Hohlrad 40A läuft zusammen mit dem Motorschwungrad 4 gegen den Uhrzeigersinn um; die ersten Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D drehen sich auf deren entsprechenden ersten Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D gegen den Uhrzeigersinn, wobei die Trägerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D stillstehen.
Fig. 3 zeigt eine Teilansicht der Kupplungsanordnung nach Fig. 1, im Querschnitt, geschnitten längs der Linie III-III, und veranschaulicht die relative Drehung des zweiten Planetengetriebesatzes 21B, wenn das Fahrzeug sich in dem Antriebsmodus befindet. Pfeil S repräsentiert die Richtung der relativen Drehbewegung des Sonnenrads 54, Pfeil A2 deutet die Richtung der relativen Drehbewegung des zweiten Hohlrads 40B an, Pfeil P2 repräsentiert die Richtung der relativen Drehung der zweiten Planetenräder 43A, 43B, 43C, 43D und Pfeil C zeigt die Richtung der relativen Drehbewegung des Trägerrings 39 an. Das zweite Hohlrad 40B ist drehfest mit dem Kupplungsring 35 verbunden, der mit einer Reibfläche ausgestattet ist, die den Kupplungsring 35 über das Kupplungsverlängerungselement 29 reibschlüssig an den Steuerring 14 kuppelt, wenn die Spule 30 mit Energie versorgt wird. Die zweiten Planetenräder 43A, 43B, 43C und 43D sind auf den Trägerzapfen 48A, 48B 48C bzw. 48D drehbar gelagert, die an dem Trägerring 39 befestigt sind. Das zweite Hohlrad 40B ist drehfest mit dem Kupplungsring 35 verbunden, der über das Kupplungsverlängerungselement 29 reibschlüssig an den Steuerring 14 angekuppelt wird, wenn die Spule 30 erregt wird. Der zweite Planetengetriebesatz 21B weist (im Gegensatz zu dem ersten Planetengetriebesatz 21A) ein Sonnenrad 54 auf, das drehfest mit der Getriebeeingangswelle 8 verbunden ist. Im Antriebsmodus sind die zweiten Planetenräder 43A,' 43B, 43C und 43D drehfest auf entsprechenden zweiten Freilaufkupplungen 45A, 45B, 45C, 45D, die auf den entsprechenden Trägerzapfen 48A, 48B, 48C bzw. 48D sitzen, gelagert, wodurch eine Drehbewegung der zweiten Planetenräder 43A, 43B, 43C, 43D in Richtung des Uhrzeigersinns verhindert ist. Das Sonnenrad 54 ist dargestellt, wie es, angetrieben durch den Motor, gegen den Uhrzeigersinn rotiert, und, da die zweiten Planetenräder 43A, 43B, 43C und 43D gesperrt sind, dreht sich das zweite Hohlrad 40B zusammen mit dem Sonnenrad 54. Auf diese Weise führt jedes Rutschen der Reibscheiben 10A, 10B zu einer gesteigerten Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5, so dass die Andruckkraft auf die Reibscheiben 10A und 10B erhöht wird, selbst wenn die Richtung des durch den Fahrzeugantriebsstrang übertragenen Drehmoments in Fig. 3 umgekehrt worden ist.
Fig. 4 zeigt eine Teilansicht der Kupplungsanordnung in Fig. 1, geschnitten längs des ersten Planetengetriebesatzes 21A, wenn sich das Fahrzeug in einem antriebslosen Betriebszustand befindet, in dem der Drehmomentfluss des Antriebsstrangs zu demjenigen des Antriebsmodus entgegengesetzt verläuft. Das erste Hohlrad 40A ist dargestellt, wie es mit dem Motorschwungrad 4 gegen den Uhrzeigersinn rotiert. Die ersten Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D werden durch die entsprechenden ersten Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D daran gehindert, sich gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, was zur Folge hat, dass sich die Trägerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D gemeinsam mit dem Trägerring 39 mit dem Motorschwungrad 4 drehen. Jedes Rutschen der Antriebsstrangkupplung führt zu einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12, was die Kugelrampenvorrichtung 5 weiter aktiviert und damit die Druckkraft auf die Antriebsstrangkupplung erhöht.
Da der erste Planetengetriebesatz 21A kein Sonnenrad aufweist, kann er genauer als einteilweiser Planetengetriebesatz beschrieben werden. Der erste Planetengetriebesatz 21A wirkt als Freilaufkupplung zwischen dem Schwungrad 4 und dem Trägerring 39. In der vorliegenden Anmeldung wird der erste Planetengetriebesatz 21A als ein solcher bezeichnet, obwohl er kein Sonnenrad verwendet und nicht wie ein herkömmlicher Planetengetriebesatz, sondern wie eine Freilaufkupplung funktioniert.
Fig. 5 veranschaulicht anhand einer Teilansicht der Antriebsstrangkupplungsanordnung 2 in Fig. 1, geschnitten längs der Schnittlinie III-III, die relative Drehbewegung des zweiten Planetengetriebesatzes 21B, wenn sich das Fahrzeug im antriebslosen Fahrbetrieb befindet. Der Trägerring 39 und die daran befestigten Trägerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D rotieren zusammen mit dem Motorschwungrad 4, da die zweiten Freilaufkupplungen 45A, 45B, 45C und 45D gesperrt sind und die zweiten Planetenräder 43A, 43B, 43C und 43D daran hindern, gegen den Uhrzeigersinn umzulaufen, wodurch sie das Eingangsdrehmoment umkehren und bewirken, dass die Kugelrampenvorrichtung 5 stärker aktiviert wird, sobald es zu einem Rutschen zwischen dem Schwungrad 4 und der Reibscheibe 10A und 105 kommt, das identisch zu jenem in Fig. 3 ist.
Es wird nun zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Kugelrampenvorrichtung 5 auf Fig. 6, 7 und 8 verwiesen, in denen eine Querschnittsansicht der Kugelrampenvorrichtung 5 in Fig. 6 gezeigt und in Fig. 7 und 8 Ansichten des Aktivierungsrings 12 und des durch ein kugelförmiges Element 20A getrennten Steuerrings 14 längs der Schnittlinie VII-ViI dargestellt. Drei kugelförmige Wälzelemente 20A, 20B und 20C sind um ca. 120º voneinander beabstandet und rollen in drei Rampen 22A, 22B und 22C, die abhängig davon, wie weit der Steuerring 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 gedreht wird, eine sich ändernde Tiefe in axialer Richtung aufweisen. Abhängig von der gewünschten Drehbewegung und der axialen Bewegung der Kugelrampenvorrichtung 5 kann eine beliebige Anzahl von kugelförmigen Wälzelementen 20A, 20B und 20C und entsprechenden Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 2% verwendet werden. Um axiale und radiale Stabilität des Steuerrings 14 und des Aktivierungsrings 12 sicherzustellen, ist die Verwendung von mindestens drei kugelförmigen Wälzelementen 20A, 20B und 20C erforderlich, die sich auf einer ebenso großen Anzahl von identischen, gleichermaßen beabstandeten und jeweils gegenüberliegenden Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 2% bewegen, die entsprechend sowohl in dem Steuerring 14 als auch dem Betätigungsring 12 ausgebildet sind. Wie voranstehend erwähnt, können beliebige Arten von Wälzelementen verwendet werden, beispielsweise Kugeln oder zylindrische Walzen. Der Aktivierungsring 12 ist dargestellt, wie er sich zusammen mit dem Schwungrad 4, dem Druckplattengehäuse 16 und den ersten und zweiten Blöcken 49A, 49B dreht, wobei seine Drehachse 47 mit der Rotationsachse der Getriebeeingangswelle 8 zusammenfällt.
Drei halbkreisförmige, in Umfangsrichtung auf der Stirnseite des Aktivierungsrings 12 ausgebildete Rampen 23A, 23B und 23C sind zusammen mit zugehörigen, identischen, diesen gegenüberliegende Rampen 22A, 22B und 22C dargestellt, die auf der Stirnseite des Steuerrings 14 ausgebildet sind. Der Steuerring 14 und der Aktivierungsring 12 sind aus einem Stahl hoher Festigkeit gefertigt, und die einseitig wirkenden abgeschrägten Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C sind aufgekohlt und zu R~55-60 gehärtet. Die Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C sind, wie deutlicher anhand der in Fig. 7 gezeigten Rampen 22A und 23A zu erkennen, gegen die Tiefe abgeschrägt und erstrecken sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von annähernd 120º (d. h. in Wirklichkeit etwas weniger als 120º, um einen trennenden Abstand zwischen den Rampen zuzulassen). Der Trennabstand 66 zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 bestimmt sich durch die Winkelbeziehung zweier entsprechender, gegenüberliegender Rampen, wie beispielsweise 22A und 23A, wobei das kugelförmige Wälzelement 20A auf den beiden Rampen 22A und 23A rollt, während der Steuerring 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 um die gleiche Drehachse gedreht wird. Im Wesentlichen identisch dazu rollt das Wälzelement 20B auf den beiden Rampen 22B und 23B und das Wälzelement 20C längs der beiden Rampen 22C und 23C. Die relative Drehung drückt die beiden Ringe 14, 12 in axialer Richtung voneinander weg bzw. erlaubt diesen, sich wieder in dem Maße, wie es sich aus der Stellung der Wälzelemente 20A, 20B und 20C und deren entsprechenden Rampenpaare 22A, 23A und 22B, 23B und 22C, 23C ergibt, einander zu nähern, wodurch es zu einer axialen Bewegung kommt, die dazu dient, die Kupplungsscheibe 10 zwischen dem Aktivierungsring 12 und dem Schwungrad 4 einzuklemmen bzw. freizugeben.
Fig. 7 veranschaulicht die Winkelbeziehung des Steuerrings 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12, wenn der Trägerring 48 ein Minimum erreicht, sobald die Rampen 22A und 23A mit einem äußerste Ende zueinander ausgerichtet sind und sich das kugelförmige Element 20A in den tiefsten Abschnitten der Rampen 22A und 23A befindet. Unter der Annahme, dass es eine Drehzahldifferenz zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 gibt, wird der Steuerring 14, sobald die Spule 30 erregt wird, durch Anwendung eines Drehmoments, das über die Kupplung 24 eingeleitet wird, in Bezug auf den Aktivierungsring 12 in Drehung versetzt, und die Rampen 22A und 23A bewegen sich relativ zueinander, was dazu führt, dass das kugelförmige Element 20A auf jeder der Rampenflächen 22A und 23A rollend seine Position auf den beiden Rampen 22A und 23A verändert, wodurch der Steuerring 14 und der Aktivierungsring 12 weiter voneinander weg gedrückt werden, so dass sich ein größerer Trennabstand 66 einstellt, wie in Fig. 8 zu sehen. Eine ähnliche Trennraft wird durch das Wälzelement 20B, das auf den Rampenflächen 22B und 23B rollt, und durch das Wälzelement 20C hervorgerufen, das auf den Rampenflächen 22C und 23C rollt. Die Drehung des Steuerrings 14 ist gemäß Fig. 7 und 8 anhand der relativen Verschiebung der Bezugspunkte 62 und 64 verdeutlicht, die aufgrund der Drehbewegung des Steuerrings 14 in Richtung des Pfeils 70 aus einer unmittelbar gegenüberliegenden Stellung in Fig. 7 in eine Versatzstellung in Fig. 8 gelangen. Diese Vergrößerung der axialen Verstellung lässt sich für vielfältige Anwendungen, und insbesondere für Antriebsstrangkupplungen verwenden, da das Verhältnis der Kraft bezogen auf das auf den Steuerring 14 ausgeübte Drehmoment sehr hoch ist, nämlich typischerweise 100 : 1. Dies kann, wie in dieser Patentanmeldung beschrieben, dazu verwendet werden, um einen Aktivierungsring 12 gegen die Kupplungsscheiben 10 und 11 und ein Schwungrad 4 in einem Fahrzeugantriebsstrang zu drücken. Weitere veranschaulichende Einzelheiten der Funktionsweise eines Kugelrampenaktuators sind dem US-Patent 4 805 486 zu entnehmen.
Falls das Schwungrad 4 mit derselben Drehzahl rotiert wie die Getriebeeingangswelle 8, dreht sich der Steuerring 14 auch bei stromdurchflossener Spule 30 mit derselben Drehzahl wie der Aktivierungsring 12, und es wird keine zusätzliche Axialkraft durch die Kugelrampenvorrichtung 5 erzeugt, da keine relative Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 besteht. Unter der Annahme, dass die Spule 30 weiterhin mit Energie versorgt wird und sie dadurch den Steuerring 14 über die Kupplung 24, den Jochpol 32 und den ersten und zweiten Planetengetriebesatz 21A und 21B an die Getriebeeingangswelle 8 elektromagnetisch ankuppelt, führt erfindungsgemäß jede relative Drehbewegung zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 zu einer relativen Drehung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 in eine Richtung, in der die kugelförmigen Elemente 20A, 20B und 20C veranlasst werden, den Trennabstand 66 zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 zu vergrößern, wodurch mittels des Aktivierungsrings 12 eine zusätzliche Druckkraft erzeugt wird, um damit die Energie des Schwungrads zur Erhöhung der Sperrkraft für die Kupplungsscheibe 10 zu nutzen.
Erfindungsgemäß kann der Aktuator für die Antriebsstrangkupplung in einem Fahrzeug dazu verwendet werden, um eine rotierende Eingangswelle mit einer Ausgangswelle zu kuppeln, wobei die Eingangswelle dem Schwungrad 4 entspricht und die Ausgangswelle der Getriebeeingangswelle 8 entspricht, wie in Fig. 1 gezeigt. Solange die Spule 30 erregt ist, verhindert die vorliegende Erfindung, dass sich die Kugelrampenvorrichtung 5 zurückzieht und die Kupplungsscheiben 10 und 11 aus den Eingriff nimmt, und sorgt so, unabhängig von der Richtung des übertragenen Drehmoments, für eine reibschlüssige Verbindung der Eingangswelle (Schwungrad) und der Ausgangswelle (Getriebeeingangswelle).
Die Erfindung ist hiermit ausreichend detailliert beschrieben, um es einem Fachmann zu ermöglichen, diese zu verwirklichen und zu verwenden. Vielfältige Veränderungen und Abwandlungen der Erfindung erschließen sich dem Fachmann nach eingehender Lektüre der obigen Beschreibung, und es ist beabsichtigt, sämtliche Abänderungen und Abwandlungen, sofern diese in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, in die Erfindung einzubeziehen.

Claims

1. Kupplungsanordnung (2), um zwei rotierende Elemente drehfest aneinander zu kuppeln, zu der gehören:

ein Eingangselement (4), das mittels eines Primärantriebs angetrieben wird und um eine Drehachse (47) rotiert;

ein Ausgangselement (8), das an das Eingangselement (4) drehfest angekuppelt wird und

eine Kugelrampenvorrichtung (5) verwendet, um eine axiale Bewegung zu erzeugen, wobei zu der Vorrichtung gehören: ein ringförmiger Steuerring (14) mit einer Drehachse (47), der mit mehreren, in Umfangsrichtung angeordneten Steuerrampen (23A, 23B, 23C) versehen ist, die auf einer ersten Stirnseite des Steuerrings (14) ausgebildet sind und die eine in axialer Richtung sich ändernde Tiefe aufweisen, eine ebenso große Zahl von Wälzelementen (20A, 20B, 20C), von denen jede eine der Steuerrampen (23A, 23B, 23C) besetzt, ein Aktivierungsring (12) mit einer zu der Drehachse (47) des Steuerrings (14) koaxialen Drehachse (47), wobei der Aktivierungsring (12) mit einer Vielzahl von Betätigungsrampen (22A, 22B, 22C), die im Wesentlichen in Anzahl, Form und radialer Position mit den Steuerrampen (23A, 23B, 23C) identisch sind, ausgestattet ist und die Betätigungsrampen (22A, 22B, 22C) zumindest teilweise den Steuerrampen (23A, 23B, 23C) gegenüberliegen, und wobei jedes der Wälzelemente (20A, 20B, 20C) zwischen einer der Betätigungsrampen (22A, 22B, 22C) und einer entsprechenden Steuerrampe (23A, 23B, 23C) eingebettet ist, wobei der Steuerring (14) bezüglich des Aktivierungsrings (12) in axialer Richtung und in Umfangsrichtung beweglich angeordnet ist;

eine Spule (30), die dazu dient, an einem Spulenpol (32) ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, wenn der Spule (30) ein elektrischer Strom zugeführt wird; und

eine Kupplung (24) mit einer Kupplungsscheibe (19), die benachbart zu dem Spulenpol (32) positioniert ist und dazu vorgesehen ist, ein Drehmoment auf den Steuerring (14) auszuüben, um die Kugelrampenvorrichtung (5) zu aktivieren, sobald durch die Spule (30) ein elektromagnetisches Feld (36) erzeugt wird; dadurch gekennzeichnet, dass zu der Anordnung

wenigstens ein Vorspannmittel (26) gehört, um auf die Kupplungsscheibe (19) eine Kraft auszuüben, die bewirkt, dass die Kupplungsscheibe (19) in Richtung auf den Spulenpol (32) bewegt wird.

2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Vorspannmittel (26) eine in axialer Richtung wirkende Schraubenfeder ist.

3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Vorspannmittel (26) eine Kraft zwischen der Kupplungsscheibe (19) und dem Aktivierungsring (12) ausübt.

4. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Eingangselement (4) ein Motorschwungrad und das Ausgangselement (8) eine Getriebeeingangswelle ist.

5. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, bei der die Steuerkupplung (24) ferner eine Konuskupplung (28) umfasst, die durch die Kupplungsscheibe (19) belastet wird.

6. Kugelrampenaktuator, um zwei rotierende Elemente drehfest miteinander zu kuppeln, zu dem gehören:

ein Eingangselement (4), das durch einen Primärantrieb angetrieben wird und das um eine Drehachse (47) rotiert;

ein Ausgangselement (8) mit einer zu der Drehachse (47) des Eingangselementes (4) koaxialen Drehachse (47), um eine Ausgangsvorrichtung rotierend anzutreiben;

eine Kugelrampenvorrichtung (5), um eine axiale Bewegung hervorzurufen, wobei zu der Kugelrampenvorrichtung gehören: ein ringförmiger Steuerring (14) mit einer Drehachse (47), der mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Steuerrampen (23A, 23B, 23C) ausgestattet ist, die auf einer ersten Stirnseite des Steuerrings (14) ausgebildet sind und die eine in axialer Richtung sich ändernde Tiefe aufweisen, eine ebenso große Zahl von Wälzelementen (20A, 20B, 20C), die je eine der Steuerrampen (23A, 23B, 23C) besetzen, ein Aktivierungsring (12) mit einer zu der Drehachse (47) des Steuerrings (14) koaxialen Drehachse (47), wobei der Aktivierungsring (12) mit einer Vielzahl von Betätigungsrampen (22A, 22B, 22C), die im Wesentlichen in Anzahl, Form und radialer Position mit den Steuerrampen (23A, 23B, 23C) übereinstimmen und die zumindest teilweise den Steuerrampen (23A, 23B, 23C) gegenüberliegen, und wobei jedes der Wälzelemente (20A, 20B, 20C) zwischen einer der Betätigungsrampen (22A, 22B, 22C) und einer entsprechenden Steuerrampe (23A, 23B, 23C) eingebettet ist, wobei der Steuerring (14) bezüglich des Aktivierungsrings (12) in axialer Richtung und in Umfangsrichtung beweglich angeordnet ist;

eine Steuerkupplung (24), um den Steuerring (14) reibschlüssig an das Ausgangselement (8) anzukuppeln;

ein Kupplungsring (35), der an den Steuerring (14) reibschlüssig drehfest angekuppelt ist;

eine Spule (30), um ein elektromagnetisches Feld (36) in dem Kupplungssteuerungselement (19) zu induzieren, um den Kupplungsring (35) an den Steuerring (14) reibschlüssig anzukuppeln;

ein Jochpol (32), der benachbart zu der Spule (30) angeordnet und im Betrieb mit dem Ausgangselement (8) rotiert;

ein Kupplungssteuerungselement (19), das drehfest mit dem Steuerring (14) verbunden ist, und den Jochpol (32) berührt;

dadurch gekennzeichnet, dass zu der Anordnung gehören:

ein erster Planetengetriebesatz (21A) mit einem ersten Hohlrad (40A), das drehfest mit dem Eingangselement (4) verbunden ist, wobei eine Vielzahl von ersten Planetenrädern (42A, 42B, 42C, 42D) in das erste Hohlrad (40A) eingreifen;

ein zweiter Planetengetriebesatz (21B) mit einem zweiten Hohlrad (40B), das elektromagnetisch an den Steuerring (14) angekuppelt wird, und ein Sonnenrad (54), das von dem Ausgangselement (8) drehbar angetrieben wird, wobei eine Vielzahl von zweiten Planetenrädern (43A, 43B, 43C, 43D) das Sonnenrad (54) an das zweite Hohlrad (40B) ankuppeln; und

wenigstens ein Vorspannmittel (26), um einen Mindestabstand zwischen dem Kupplungssteuerungselement (19) und dem Jochpol (32) aufrecht zu erhalten, wenn die Spule (30) nicht erregt ist.

7. Kugelrampenaktuator nach Anspruch 6, bei dem die Wälzelemente (20A, 20B, 20C) kugelförmig sind.

8. Kugelrampenaktuator nach Anspruch 6, bei dem die Wälzelemente (20A, 20B, 20C) zylindrisch geformte Rollen sind.

9. Kugelrampenaktuator nach Anspruch 6, bei dem die Steuerrampen (23A, 23B, 23C) und die Betätigungsrampen (22A, 22B, 22C) eine fortlaufend ansteigende Tiefe in axialer Richtung aufweisen.

10. Kugelrampenaktuator nach Anspruch 6, bei dem die Spule (30) benachbart zu dem Steuerring (14) angeordnet ist.

11. Kugelrampenaktuator nach Anspruch 10, bei dem die Spule (30) das Ausgangselement (8) umschließt.

12. Kugelrampenaktuator nach Anspruch 11, zu dem ferner eine Regel-/Steuereinheit (15) gehört, die elektrisch mit der Spule (30) verbunden ist, um die Spule (30) mit elektrischer Energie zu versorgen.

13. Kugelrampenaktuator nach Anspruch 6, bei dem die Steuerkupplung (24) mit einem Verlängerungselement (29) der Steuerkupplung verbunden ist, das im Wesentlichen drehfest an dem Steuerring (14) befestigt ist, wobei die Verlängerung (29) der Steuerkupplung reibschlüssig mit dem Trägerring (14) in Eingriff gelangt, wenn die Spule (30) erregt wird.

14. Kugelrampenaktuator nach Anspruch 6, bei dem das Eingangselement (4) ein Schwungrad ist, und bei dem das Ausgangselement (8) eine Getriebeeingangswelle ist, und bei dem die Ausgangsvorrichtung ein Getriebe ist.

15. Kugelrampenaktuator nach Anspruch 6, bei dem das Vorspannmittel (26) eine Schraubenfeder ist.