DE69803527T2 - Kugel-Rampen-Kupplungsbetätigungsvorrichtung eines Antriebsstranges mit unidirektioneller Betätigung - Google Patents

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 ein Planetengetriebesatz, der auf den Planetenrädern Freilaufkupplungen aufweist, in Verbindung mit einer primären Freilaufkupplung eine Verriegelung der Antriebsstrangkupplung sowohl unter angetriebenen Fahrbetriebsbedingungen als auch im Leerlauf ermöglicht.
2. Beschreibung des Standes der Technik
• Antriebsstranghauptkupplungen verwenden für gewöhnlich mehrere Federn, um eine Reibscheibe an ein Motorschwungrad zu drücken. Die Federn sind innerhalb einer an das Schwungrad angeschraubten Druckplattenanordnung angeordnet. Ein mechanisches Gestänge, über das der Druckplattenfedermechanismus zu betätigen ist, wird durch den Fahrer bewegt, um das Sperren und Lösen der Antriebsstrangkupplung zu steuern.
• Gegenwärtig bemüht sich die Technik, mit Hilfe von Elektronik die Funktion der Antriebsstrangkupplung zu automatisieren. Die Verwendung eines elektromechanischen oder hydraulischen Aktuators ist bekannt, der mit dem mechanische Gestänge verbunden ist, um im Wesentlichen anstelle des Fahrers 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, der dazu verwendet wird, eine ganze Reihe verschiedener, von Fahrzeugsensoren herrührender Eingangssignale, die die Betriebsbedingungen wiedergeben, zu verarbeiten, um zu ermitteln, ob und wie die Antriebsstrangkupplung zu aktivieren oder zu deaktivieren ist.
• Die Verwendung eines Kugelrampenaktuators, um eine Kupplungspackung in einem Differentialgetriebe eines Fahrzeugantriebsstrangs vorzuspannen, ist bekannt. Die US- Patente 4 805 486 und 5 092 825 offenbaren Sperrausgleichsgetriebe mit begrenztem Schlupf, bei denen eine Kupplungspackung in Abhängigkeit von der Aktivierung eines Kugelrampenaktuators vorgespannt wird, die durch eine Drehbewegung eines Servomotors oder eine elektromagnetisch angesteuerte, auf einem Aktivierungsring sitzenden Bremsbacke ausgelöst wird. Der Vorteil der Kugelrampenvorrichtung gegenüber sonstigen Aktuatoren besteht darin, dass diese eine Umwandlung einer Drehbewegung in eine axiale Bewegung mit einer sehr hohen Verstärkung der Kraft von oft 100 : 1 oder mehr ermöglicht. Bisher wurde auch ein Kugelrampenaktuator in einem Fahrzeuggetriebe verwendet, um Getriebesätze in Abhängigkeit von einem Signal durch Vorspannen einer Zahnradkupplungspackung in den Eingriff oder außer Eingriff zu bringen, wie es in dem US-Patent 5 078 249 offenbart ist.
• In diesen beiden Fahrzeuganwendungen wird eine Seite des Kugelrampenaktuators, die allgemein als Steuerring bezeichnet wird, durch die Kraft, die aufgrund eines mittels einer Spule aufgebauten elektromagnetischen Feldes induziert wird, gegen die Gehäusemasse gedrückt oder mittels eines Elektromotors bezüglich der Gehäusemasse gedreht. Um größere Druckkräfte zu erzeugen, wird die Stärke des elektrischen Stroms, mit dem die Spule oder der Motor versorgt wird, erhöht, wodurch die Reaktionskraft des Steuerrings auf die Gehäusemasse anwächst, was dazu führt, dass der Steuerring in Bezug auf einen Aktivierungsring gedreht wird, wodurch Wälzelemente dazu veranlasst werden, mit Rampen in dem Steuer- und Aktivierungsring in Berührung zu kommen und damit die Bewegung in axialer Richtung weiter vorantreiben und die Druckkraft auf die Kupplungspackung erhöhen.
• Außerdem ist 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 offenbart. Ein Problem beim Einsatz eines Kugelrampenaktuators für die Erzeugung der Druckkraft für die Antriebsstrangkupplung bei einem Fahrzeug besteht darin, dass die Mechanik herkömmlicher, nach einer Seite wirkender Kugelrampenvorrichtungen zu einem Verlust an Druckkraft führt, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauffahrbetrieb befindet. Sobald die Motorleistung reduziert wird und die Drehzahl des Antriebsstrangs effektiv über diejenige des Motors gerät (Leerlauffahrbetrieb), veranlasst ein nach dem Stand der Technik mit einer einseitig aktivierenden Einzelrampe arbeitender Kugelrampenaktuator ein Ausrücken der Kupplung, wodurch ein Abbremsen des Fahrzeugs durch den Motor entfällt.
• Eine mittels eines Kugelrampenaktuators 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 im Leerlauf rollt. Im Leerlauffahrbetrieb ist die Zufuhr von Rotationsenergie durch das Schwungrad sowohl zu dem Getriebe als auch zu dem Kugelrampenaktuator unterbrochen. Unter dieser Bedingung kehrt sich die relative Drehbewegung des Aktivierungsrings 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 Bremswirkung seitens des Motors entfällt.
• Eine mittels bidirektionalen Kugelrampen betätigte Kupplung ist in den US-Patenten 2 937 729 und 5 505 285 geoffenbart. In dieser kostspieligeren und komplizierteren Technologie umfasst der Kugelrampenaktuator zweiseitig wirkende Rampen, die in beiden Richtungen einer relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring und dem Aktivierungsring eine Aktivierung hervorrufen. Allerdings muss die Kugelrampe den nicht aktivierten Zustand durchlaufen, was zu einem vorübergehenden, unerwünschten Kupplungsschlupf führt; außerdem ist die Herstellung der Komponenten teurer als für eine nach einer Seite hin wirkende Einheit. Darüber hinaus ist der zwischen dem Steuerring und dem Aktivierungsring in Drehrichtung zurückzulegende Weg bei einer bidirektionalen Kugelrampe im Vergleich zu einer einseitig wirkenden Kugelrampenvorrichtung bei gleichen Abmessungen verringert. Daher ist eine einseitig wirkende Kugelrampenvorrichtung vorzuziehen, falls es möglich ist, zu bewirken, dass sie sowohl im angetriebenen Fahrzustand des Fahrzeugs als auch im Leerlauffahrbetrieb eine Betätigung ermöglicht.
• Die US-A-4718303, die als Grundlage für den Oberbegriff des Anspruchs 1 dient, beschreibt ein Verteilergetriebe, das ein zentrisches Differentialgetriebe enthält und ständigen Vierradantrieb ermöglicht. In dem Verteilergetriebe ist eine Vorspannkraft erzeugende Kupplung enthalten, die die Stärke des Drehmomentes problemlos an die entsprechenden Fahrzeugfahrbedingungen anpasst. Das Differentialgetriebe enthält einen Planetengetriebesatz und zwei Antriebsausgangswellen. Jede der Ausgangswellen ist an je eines der Elemente des Planetengetriebes angekuppelt, und ein drittes Planetengetriebeelement ist mit der Antriebsquelle verbunden. Eine Vorspannkraft erzeugende Kupplung wird durch Aktivierung eines Kugelrampenaktuators betätigt, der durch eine elektromagnetische Kupplung betrieben wird.
• Der Kugelrampenaktuator enthält mehrere Wälzelemente, einen Steuerring und einen gegenüberliegenden Aktivierungsring, wobei der Aktivierungsring und der Steuerring wenigstens drei einander gegenüberliegende, einzelne Rampenflächen definieren, die als in Umfangsrichtung angeordnete halbkreisförmige Rillen ausgebildet sind, wobei jedes Paar von gegenüberliegenden Rillen ein Wälzelement enthält. Zwischen dem Steuerring und einem Gehäuseteil ist ein Drucklager angeordnet, das mit dem Eingangselement, beispielsweise einem Schwungrad, drehfest rotiert und an dieses angekuppelt ist. Eine elektromagnetische Spule ist benachbart zu einem Element einer Steuerkupplung angeordnet, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das die Steuerkupplung vorspannt, die wiederum eine Kraft auf den Steuerring des Kugelrampenaktuators ausübt. Die Steuerkupplung kann von der Bauart, wie sie normalerweise in Kompressoren von Fahrzeugklimaanlagen verwendet wird, oder eine Konus-Steuerkupplung sein, um eine Verstärkung der übertragenen Betätigungskraft zu bewirken.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 beschrieben und betrifft ein Schwungrad (Eingangselement), das mittels eines Primärantriebs angetrieben wird, sowie eine Getriebeeingangswelle (Ausgangselement), die mit Hilfe einer durch Kugelrampen betätigte Kupplung anzukuppeln ist. Die Kugelrampenvorrichtung weist mehrere Rillen (Rampen), die in einer übereinstimmenden Richtung ihre Tiefe ändern, und einen Aktivierungsring auf, der mit in einer einzigen Richtung sich vertiefenden Rillen versehen ist, die zumindest teilweise den Rillen des Steuerrings gegenüberliegen und der Form nach weitgehend mit diesen übereinstimmen. 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. Durch die Verwendung eines Planetengetriebesatzes und einer primären Freilaufkupplung zwischen einem Stegring und dem Eingangselement, einschließlich je einer sekundären Freilaufkupplung auf jedem der Vielzahl von Planetenrädern, wird der Aktivierungsring daran gehindert, in entgegengesetzter Richtung zu rotieren, wenn die Kupplung im Leerlauffahrbetrieb des Fahrzeugs gesperrt ist. Folglich durchläuft die Kugelrampenvorrichtung bei Verwendung der vorliegenden Erfindung nicht den nicht aktivierten Zustand, wenn das Fahrzeug von einem Antriebsmodus in einen Leerlauffahrbetrieb übergeht, und ein Rutschen der Kupplung wird erheblich verringert oder völlig eliminiert. Wenn einmal die elektromagnetische Spule bestromt wird, kommt es unabhängig von den Fahrbetriebsbedingungen des Fahrzeugs ausschließlich zu einer Erhöhung der Druckkraft durch die Kugelrampenvorrichtung.
• Die elektromagnetische Spule dient dazu, eine Steuerkupplung zu betätigen, die den Steuerring über einen der Planetengetriebesätze und die primäre Freilaufkupplung reibschlüssig an die Getriebeeingangswelle kuppelt. Wenn die Wälzkörperrampenvorrichtung durch die Spule betätigt wird, übt die Wälzkörperrampenvorrichtung eine Druckkraft auf die Kupplungsreibscheibe aus, wobei die Amplitude der Druckkraft unmittelbar ansteigt, sobald eine Differenz zwischen der Drehzahl des Eingangsschwungrads und der Eingangswelle des Fahrzeuggetriebes auftritt. Erfindungsgemäß wird, solange die Spule erregt wird, die Amplitude der Druckkraft auf einem vorgegebenen Wert gehalten oder erhöht, und zwar durch die Wirkung einer primären Freilaufkupplung, die zwischen dem Planeten-Stegring und dem Eingangselement wirkt, sowie sekundärer Freilaufkupplungen, die auf einzelne Planetenräder in dem Planetengetriebesatz wirken, so dass der Kugelrampenaktuator beim Übergang des Fahrbetriebes des Fahrzeugs in einen Leerlauffahrbetrieb (bei dem der Motor das Fahrzeug abbremst, anstatt dieses anzutreiben) vollständig aktiviert bleibt. Ein Rutschen der Kupplung im Antriebsmodus führt dazu, dass die Kugelrampenvorrichtung die Druckkraft auf die Kupplungsscheibe erhöht. Ebenso sorgt im Leerlauffahrbetrieb, falls es aus einem beliebigen Grund zu einem Rutschen der Kupplung kommen sollte, der Planetengetriebesatz für zusätzliche relative Drehbewegung zwischen dem Steuerring und dem Aktivierungsring in der geeigneten Richtung, um die Druckkraft auf die Kupplungsreibscheiben zu erhöhen.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zu verhindern, dass eine durch Kugelrampen betätigte Kupplung ausrückt, wenn sich das Eingangsdrehmoment umgekehrt.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es zu verhindern, dass eine durch Kugelrampen betätigte Kupplung mit nach einer Seite wirkenden Rampen ausrückt, wenn sich das Drehmoment im Antriebsstrang in einem Leerlaufzustand befindet, indem mittels Freilaufkupplungen, die auf die Planetenräder eines Planetengetriebesatzes wirken, sowie einer zwischen dem Stegring und dem Schwungrad eingefügten primären Freilaufkupplung die Winkelbeziehung zwischen einem Steuerring und einem Aktivierungsring festgehalten wird.
• Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch Verwendung eines Planetengetriebesatzes und einer Freilaufkupplung, die zwischen einem Stegring und dem Eingangselement wirkt, zu ermöglichen, dass eine mittels Kugelrampenaktuator, der einseitig wirkende Rampen aufweist, betätigte Antriebsstrangkupplung, die ein Eingangselement drehfest mit einem Ausgangselement kuppelt, den Grad des Eingriffs erhöht, wenn das Drehmoment des Antriebsstrangs sich im Leerlauffahrbetrieb befindet.
• Noch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsstrangkupplung zu schaffen, die durch einen Kugelrampenaktuator mit einseitig wirkenden Rampen betätigt wird und die in der Lage ist, die Druckkraft zu erhöhen, wenn sich das übertragene Drehmoment des Antriebsstrangs umkehrt, indem ein Planetengetriebesatz verwendet wird, bei dem jedes Planetenrad auf einer Freilaufkupplung gelagert ist, die drehfest auf einem an einem Trägerring befestigten Lagerzapfen angebracht ist.
• Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine durch einen Kugelrampenaktuator mit einseitig wirkenden Rampen betätigte Antriebsstrangkupplung zu schaffen, die in der Lage ist, die Druckkraft zu erhöhen, wenn sich das übertragene Drehmoment des Antriebsstrangs umkehrt, indem ein Planetengetriebesatz und eine primäre Freilaufkupplung verwendet werden, wobei mehrere Freilaufkupplungen eine bezüglich der Getriebeeingangswelle umgekehrte Laufrichtung der Planetenräder verhindern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 zeigt eine Teilansicht der Antriebsstrangkupplungsanordnung gemäß der Erfindung, im Querschnitt;
• Fig. 2 zeigt eine Teilansicht des Planetengetriebesatzes gemäß der Erfindung, im Querschnitt, längs der Schnittlinie II-II in Fig. 1, wobei der Antriebsstrang des Fahrzeugs in einem Antriebsmodus betrieben wird;
• Fig. 3 zeigt eine Teilansicht des erfindungsgemäßen Planetengetriebesatzes, im Querschnitt, längs der Schnittlinie II-II in Fig. 1, in einem Leerlauffahrbetrieb des Fahrzeugantriebsstrangs;
• Fig. 4 zeigt die Kugelrampenvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Querschnittsansicht, längs der Schnittlinie IV- IV von Fig. 1;
• Fig. 5 zeigt im Querschnitt eine Ansicht der Kugelrampenvorrichtung der Erfindung, längs der Schnittlinie V-V in Fig. 4, wobei sich die Kugelrampenvorrichtung in einem nicht aktivierten Zustand befindet; und
• Fig. 6 zeigt im Querschnitt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Kugelrampenvorrichtung, längs der Schnittlinie V-V in Fig. 4, mit der Kugelrampenvorrichtung in einem aktivierten Zustand.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
• Um die Grundlagen der Erfindung zu verdeutlichen, wird nun auf das in den Zeichnungen veranschaulichte Ausführungsbeispiel eingegangen, wobei für die Beschreibung eine bestimmte Terminologie verwendet wird.
• Bestimmte Ausdrücke werden in der nachstehenden Beschreibung ausschließlich zur Verdeutlichung und nicht beschränkend verwendet. Beispielsweise beziehen sich die Ausdrücke "vorwärts" und "rückwärts" auf die Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen der Kupplungsanordnung, so wie diese üblicherweise in einem Fahrzeug angebracht ist. Die Begriffe "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 geometrischen Mitte der Vorrichtung hin bzw. von dieser 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 Bedeutungen ein.
• Gemäß den Zeichnungen, die die Erfindung nicht beschränken sollen, ist nun in Fig. 1 eine Antriebsstranghauptkupplungsvorrichtung 2 eines Typs, der sich für die Verwendung der Erfindung eignet, in einer axialen Schnittansicht dargestellt. Die Hauptantriebskupplungsanordnung 2 umfasst ein auch als Eingangselement bezeichnetes Schwungrad 4, das eine Reibfläche 4A aufweist und mittels eines (nicht gezeigten) Primärantriebs, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, 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 Kupplungsglockengehäuse 6 umgibt die Antriebsstrangkupplungsanordnung 2 und trägt das Getriebe einschließlich einer auch als Ausgangselement bezeichneten Getriebeeingangswelle 8, die sich erstreckt, um drehfest mittels an dem linken Ende der Getriebeeingangswelle 8 ausgebildeten Verzahnungszähnen 10C mit einer ersten Kupplungsscheibe 10 einzugreifen, die mit einer Reibscheibe 10A und einer Reibscheibe 10B versehen ist, von wo aus sich die Getriebeeingangswelle 8 weiter nach rechts erstreckt, um das Getrieberäderwerk anzutreiben. In ähnlicher Weise befindet sich 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 mittlere 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 eine Tellerfeder 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 durch die Getriebeeingangswelle 8 zu dem Getriebe und schließlich auf den weiterführenden Antriebsstrang des Fahrzeugs übertragen wird.
• In herkömmlichen Systemen wird die Kupplungsdruckplatte mittels einer Reihe von Druckfedern gegen das Schwungrad gedrückt. Wenn der Fahrer beabsichtigt, die Kupplungsscheibe auszurücken, aktiviert er mit seinem Bein bzw. Fuß eine mechanische Ausrückvorrichtung und überwindet so die Kraft der Federn, wodurch die Kupplungsscheibe in die Lage versetzt wird, bezüglich des Schwungrades zu rutschen. Es sollte klar sein, dass weder die Betätigungsfedern noch die mechanische Ausrückvorrichtung Merkmale der vorliegenden Erfindung bilden. Erfindungsgemäß dient eine Kugelrampenvorrichtung 5 dazu, den Aktivierungsring 12 in Richtung auf das Schwungrad 4 zu drücken, was von einer Kupplungssteuerungseinheit 15 gesteuert/geregelt wird, die bei Getriebeschaltvorgängen mit elektronischen Mitteln die Aufgabe eines Fahrers übernimmt.
• Das Kupplungsglockengehäuse 6 umhüllt zu einem Teil die Antriebsstrangkupplungsanordnung 2, zu der die erfindungsgemäße Kugelrampenvorrichtung 5 gehört. Kugelrampenaktuatoren, die den Steuerring 14 gegen das Gehäuse drücken, sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und werden verwendet, um Getriebezahnradkupplungen, wie in dem US-Patent 5 078 249 offenbart, und Differentialkupplungspackungen, wie in dem US-Patent 5 092 825 offenbart, vorzuspannen, wobei ein Kugelrampensteuerring mittels einer Spule oder eines mit einem Räderwerk versehenen Motors gegen Gehäusemasse gedrückt wird. Im Wesentlichen führt eine relative Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 dazu, dass ein oder mehrere Wälzelemente 20A, 20B und 20C (siehe Fig. 6), die kugelförmige Elemente oder zylindrische Rollen sein können, längs einer entsprechenden Anzahl von in dem Steuerring 14 ausgebildeten Rampen 22A, 22B und 22C und zu diesen gegenüberliegend in dem Aktivierungsring 12 ausgebildeten Rampen 23A, 23B bzw. 23C bewegt werden, wobei sämtliche Komponenten im Wesentlichen um die Rotationsachse 47 rotieren. Die Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C weisen in axialer Richtung eine in einer Richtung sich verändernde Tiefe auf. Die Fig. 4-6 veranschaulichen diese Geometrie, auf die im folgenden eingegangen wird, eingehender und genauer.
• Der Steuerring 14 weist die Rampen 22A, 22B und 22C auf und wird reibschlüssig an den Kupplungsring 35 drehfest angekuppelt, wenn die Spule 30 bestromt wird. Wenn die Spule 30 durch die Kupplungssteuerungseinheit 15 über elektrische Leitungen 17 mit Strom versorgt wird, wird eine Steuerkupplungsscheibe 19 in Richtung auf einen Jochpol 32 hin gezogen. Die ringförmige elektrische Spule 30 umschließt die Getriebeeingangswelle 8 und sitzt auf einem Spulenträger 31, der über eine Trägerverlängerung 7 an dem Kupplungsglockengehäuse 6 befestigt ist. Die elektrische Spule 30 ist getrennt durch einen Luftspalt in der Nähe des Jochpols 32 angeordnet, wobei der Jochpol 32 drehfest auf der Getriebeeingangswelle 8 auf einer profilverzahnten Muffe 33 gelagert ist. Die profilverzahnte Muffe 33 und der Jochpol 32 sowie ein Sonnenrad 54 drehen sich gemeinsam mit der Getriebeeingangswelle 8. Die elektrische Spule 30 ist in der Weise angeordnet, dass sie teilweise von dem Jochpol 32 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 entsprechend der Drehbewegung der Eingangswelle 8 dreht. Die Spule 30 erzeugt einen durch Pfeile 36 in Fig. 1 veranschaulichten elektromagnetischen Fluss 36, der durch den Jochpol 32 in die Steuerkupplungsscheibe 19 und zurück durch den Jochpol 32 in die Spule 30 verläuft. Dieser elektromagnetische Fluss erzeugt eine Kraft, die die Wirkung hat, die Kupplungsscheibe 19 in den Jochpol 32 zu ziehen und damit durch Berührung des Kupplungsverlängerungselements 29 auf den Kupplungsring 35 eine Kraft auszuüben, die (unter der Voraussetzung, dass eine Drehzahldifferenz zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 besteht) ein resultierendes Drehmoment in dem Steuerring 14 hervorruft, das die Kugelrampenvorrichtung 5 über den Planetengetriebesatz 21 und eine primäre Freilaufkupplung 60 aktiviert, die den Steuerring 14 in eine sperrende Richtung dreht, wenn sich das Fahrzeug in einem Leerlauffahrbetrieb oder einem Antriebsmodus bewegt. In anderen Worten, wenn sich das Fahrzeug in einem Antriebsmodus befindet, ist der Planetengetriebesatz 21 durch die Sperrwirkung der sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C, 44D gesperrt, und die primäre Freilaufkupplung 60 läuft frei um. Im Leerlauffahrbetrieb ist die primäre Freilaufkupplung 60 gesperrt, und die sekundären Freilaufkupplungen erlauben den Planetenrädern 42A, 42B, 42C, 42D zu rotieren. Sowohl im Antriebs- als auch im Leerlauffahrbetrieb führt eine relative Drehbewegung des Schwungrads 4 und der Getriebeeingangswelle 8 in jedweder Drehrichtung zu einer Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5. Die primäre Freilaufkupplung 60 wirkt zwischen einem Trägerblock 49 und einem Stegring 39. Lagerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D (siehe Fig. 2) sind an dem Stegring 39 befestigt und lagern die Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D über entsprechende sekundäre Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C bzw. 44D.
• Wenn die Kupplungsscheiben 10 oder 11 nicht 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 auseinander gedrückt werden (wie weiter unten näher beschrieben), wodurch sich die Druckkraft des Aktivierungsrings 12 auf die Kupplungsscheiben 10 und 11 bei den Reibbelägen 10A, 10B, 11A und 11B zwischen der Hauptdruckplatte 13A und der mittleren Druckplatte 13A sowie dem Schwungrad 4 erhöht. Dies geschieht aufgrund eines geringen Maßes an Drehbewegung des Steuerrings 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 und sorgt bei jeder relativen Drehung zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 für eine automatische, praktisch unverzügliche Anpassung der Druckkraft.
• Ein Drucklager 56, das von einem beliebigen, geeigneten Lagertyp sein kann, wirkt mit dem Trägerblock 49 zusammen und dient dazu, die durch die Wälzelemente 20A, 20B und 20C der Kugelrampen erzeugten Axialkräfte aufzunehmen, während diese die Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C in dem Aktivierungsring 12 bzw. dem Steuerring 14 unter Druck setzen (siehe Fig. 4). Das Hohlrad 40 dreht sich bezüglich des Trägerblocks 49, der über das Gehäuse 6 an dem Schwungrad 4 befestigt ist. Eine Drehbewegung des Steuerrings 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 bewirkt, das der Aktivierungsring 12 axial gegen das Schwungrad 4 bewegt wird, wodurch die erste und zweite Kupplungsscheibe 10 und 11 zwischen dem Aktivierungsring 12 und dem Schwungrad 4 geklemmt werden. Der Aktivierungsring 12 ist drehfest an dem Gehäuse 6 befestigt, kann sich jedoch in Bezug auf dieses in axialer Richtung bewegen.
• Die Steuerkupplung 24 umfasst eine Konuskupplung 28, deren eine Seite der Kupplungsring 35 ist, der mit dem Hohlrad 40 des Planetengetriebesatzes 21 drehfest verbunden ist, und deren zweite Seite die Kupplungsverlängerung 29 bildet. Kämmende Kanäle 37 erstrecken sich von dem Steuerring 14 aus und greifen drehfest in Antriebsflansche 38 ein, die aus dem Kupplungsverlängerungselement 29 ragen, das an der Steuerkupplungsscheibe 19 angebracht ist, die die Kupplung 24 bildet. Auf diese Weise kuppelt die Konuskupplung 28 den Steuerring 14 reibschlüssig mit dem Kupplungsring 35 und damit mit dem Hohlrad 40. Bevorzugterweise wird das Verlängerungselement 29 der Steuerkupplung und/oder der Kupplungsring 35 an der Konuskupplung 28 mit einem Reibmaterial versehen, um die angestrebte Drehmomentübertragung zwischen diesen Elementen zu erzielen, wenn die Spule 30 bestromt wird. Aufgrund der Art und Weise, in der die Antriebsflansche 38 in die Antriebskanäle 37 eingreifen, kann das Kupplungsverlängerungselement 29 mittels der Antriebsflansche 38, die sich aus diesem erstrecken, die eine Seite der Konuskupplung 28 drehend antreiben, ohne dass Probleme im Zusammenhang mit der radialen oder axialen Ausrichtung entstehen. 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, zum Blockieren neigen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung rotiert der Jochpol 32, sobald die Kupplungsanordnung 2 verriegelt ist, mit derselben Drehzahl wie das Schwungrad 4 und es reicht eine minimale elektrische Fremdenergie, die der Spule 30 zugeführt wird, um die Verriegelung 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 sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D, die mit der primären Freilaufkupplung 60 zusammenwirken, gesteuerte Ankupplung des Steuerrings 14 an die Getriebeeingangswelle 8 über die Steuerkupplung 24 und den Planetengetriebesatz 21 zur Folge, dass jede durch ein Rutschen der Kupplung hervorgerufene relative Drehbewegung zwischen dem Schwungrad 4 und der Getriebeeingangswelle 8 zu einer weiteren Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 führt, wodurch ein Rutschen der Kupplung reduziert wird. Ferner erfolgt bei Verwendung der Erfindung, unabhängig davon, ob sich das Fahrzeug im Antriebs- oder Leerlauffahrbetrieb bewegt, 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 den Planetengetriebesatz 21 auf der Seite des Steuerrings 14 und über das Druckplattengehäuse 16 zu dem Aktivierungsring 12 hin eine relative Bewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 zur Folge hat. Der Aktivierungsring 12 ist drehfest an das Druckplattengehäuse 16 der Kupplung angekuppelt, das wiederum mit dem Schwungrad 4 verbunden ist, so dass sich sämtliche dieser Elemente gemeinsam drehen.
• Eine Vorspannfeder 26, die zwischen einem Flansch 26A und einem Gehäuse 26B wirkt, spannt den Anker vor, um den Einfluss des Luftspalts zu minimieren, wenn die Spule zuerst bestromt wird, und ihre Funktion besteht darin, ein unvorhersehbares Einrücken der Steuerkupplung 24 auszuschließen. Ohne eine Vorspannung der Steuerkupplung 24 würde für die Spule 30 eine höhere Stromstärke benötigt, um ein Anziehen der Steuerkupplungsscheibe 19 zu initiieren, was zur Folge hätte, dass die Kraft an der Konuskupplung 28, nachdem die Steuerkupplungsscheibe 19 den Luftspalt durchquert hat, höher ausfallen würde als erwünscht. Es kann jede Art von Vorrichtung, die die Wirkung hat, die Kupplung 24 in Richtung des Aktivierungszustands vorzuspannen, dazu verwendet werden, um eine Vorspannkraft auf die Steuerkupplungsscheibe 19 oder die Kupplungsverlängerung 29 auszuüben.
• Mehrere Druckplattenfedern 50 dienen dazu, die Kugelrampenvorrichtung 5 einschließlich des Aktivierungsrings 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 Aktivierungsring 12 wirken und auf diese Weise den Aktivierungsring 12 von dem Schwungrad 4 weg vorspannen. Das Druckplattengehäuse 16 ist an dem Schwungrad 4 angebracht, so dass der Aktivierungsring 12 drehfest mit dem Schwungrad 4 rotiert, jedoch gesteuert durch die Wirkung der Kugelrampenvorrichtung 5, die im Sinne eines Zusammendrückens der Druckplattenfedern 50 wirkt, sich axial in Bezug auf das Schwungrad 4 bewegen kann.
• Es wird nun sowohl auf Fig. 1, 2 als auch auf Fig. 3 eingegangen, wobei Fig. 2 und 3 Teilschnittansichten des erfindungsgemäßen Planetengetriebesatzes 21, geschnitten längs der Linie II-II in Fig. 1, darstellen, bei denen sich das Fahrzeug jeweils in einem Antriebsmodus bzw. Leerlauffahrbetrieb befindet. In Fig. 2 ist zum Zwecke der vorliegenden Veranschaulichung die Drehrichtung des Sonnenrades 54 als im Uhrzeigersinn gezeigt und durch den Pfeil A gekennzeichnet und diej enige des Hohlrades 40 als im Uhrzeigersinn gezeigt und durch den Pfeil B gekennzeichnet, die Drehrichtung der sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D ist mit den Pfeilen C und die Drehrichtung des Stegrings 39 mit dem Pfeil D bezeichnet, wobei die Drehbewegung dargestellt ist, die vorliegt, wenn sich der Antriebsstrang in einem Antriebsmodus befindet. Aufgrund der Wirkung der primären Freilaufkupplung 60 ist der Stegring 39 mit den Lagerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D daran gehindert, bezüglich des Schwungrades 4 gegen den Uhrzeigersinn zu rotieren. Fig. 3 zeigt die Drehrichtung des Sonnenrads 54 und des Hohlrads 40 und die entgegengesetzte Richtung der Drehrichtung des Stegrings 39 in Bezug auf das Schwungrad 4, wobei ein Rutschen der Antriebsstrangkupplung bewirkt, dass die Kugelrampenvorrichtung 5 in der gleichen Weise aktiv wird wie im Antriebsmodus. Der Planetengetriebesatz 21 ist derart angeordnet, um den Steuerring 14 in eine Richtung zu drehen, die bewirkt, dass die Kugelrampenvorrichtung 5 unabhängig davon, ob sich das Fahrzeug in einem angetriebenen oder einem Leerlauffahrbetrieb befindet, stärker aktiviert wird.
• Der Planetengetriebesatz 21 umfasst mehrere Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D, die auf entsprechenden sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D gelagert sind, die drehfest jeweils auf zugehörigen Lagerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D sitzen. Hinsichtlich des Planetengetriebesatzes 21 ist zu beachten, dass eine beliebige Zahl von Planetenrädern und zugehörigen Trägerzapfen verwendet werden kann. Die Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D kämmen nun mit dem Hohlrad 40, das drehbar auf dem Trägerblock 49 gelagert ist, der sich zusammen mit dem Schwungrad 4 dreht. Das Hohlrad 40 ist mit dem Kupplungsring 35 verbunden und läuft mit diesem um. Die Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D werden durch den Stegring 39, der an der primären Freilaufkupplung 60 angebracht ist, in ihrer axialer Stellung gehalten, und sämtliche Elemente rotieren um die Drehachse 47. Die primäre Freilaufkupplung 60 hindert den Stegring 39 des Planetengetriebesatzes 21 an einer Drehung in eine Richtung, die, im Zusammenwirken mit den sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D, eine Deaktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 zur Folge haben würde.
• Sobald der Spule 30 Strom zugeführt wird, sorgt der Planetengetriebesatz 21, der mit der primären Freilaufkupplung 60 zusammenwirkt, 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 zusätzlichen Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5 führt und, unabhängig von dem Fahrbetriebszustand des Fahrzeugs und dem durch den Antriebsstrang übertragenen Drehmoment, eine Erhöhung der Druckkraft auf die Kupplungsscheiben 10 und 11 bewirkt.
• Die durch die Kugelrampenvorrichtung 5 erzeugten Axialkräfte werden über das Drucklager 56 auf den Trägerblock 49 übertragen, der über das Druckplattengehäuse 16 an dem Schwungrad 4 befestigt ist. In der entgegengesetzten 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 mittlere Druckplatte 13A verwendet werden kann.
• In Fig. 2 bezeichnet der Pfeil S die relative Drehrichtung des Sonnenrads 54, der Pfeil A bezeichnet die relative Drehrichtung des Hohlrads 40, der Pfeil P bezeichnet die relative Drehrichtung der Planetenräder 42A, 42B, 42C, 42D und der Pfeil C bezeichnet die relative Drehrichtung des Stegrings 39. Das Hohlrad 40 ist drehfest mit dem Trägerblock 49 verbunden. Wenn die Spule 30 erregt wird, kuppelt die Reibfläche der Konuskupplung 28 den Kupplungsring 35 über das Kupplungsverlängerungselement 29 reibschlüssig an den Steuerring 14 an. Die Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D sind auf den entsprechenden Lagerzapfen 48A, 48B, 48C bzw. 48D drehbar gelagert, die an dem Stegring 39 befestigt sind. Zu dem Planetengetriebesatz 21 gehört ein Sonnenrad 54, das drehfest mit der Getriebeeingangswelle 8 verbunden ist. Das Sonnenrad 54 ist dargestellt, wie es, angetrieben durch den Motor, gegen den Uhrzeigersinn rotiert, und da die Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D gesperrt sind, läuft das Hohlrad 40 mit dem Sonnenrad 54 um. Somit führt jedes Rutschen der Reibscheiben 10A, 10B zu einer Erhöhung der Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5, so dass sich die Andruckkraft auf die Reibscheiben 10A und 10B erhöht.
• Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der Kupplungsanordnung 2 nach Fig. 1 längs der Schnittlinie II-II in einer Teilansicht, die die relative Drehbewegung des Planetengetriebesatzes 21 veranschaulicht, wenn sich das Fahrzeug in dem Leerlauffahrbetrieb befindet. Der Trägerring 39 und die daran befestigten Lagerzapfen 48A, 48B, 48C und 48D rotieren zusammen mit dem Motorschwungrad 4, da die sekundären Freilaufkupplungen 44A, 44B, 44C und 44D gesperrt sind und die sekundären Planetenräder 42A, 42B, 42C und 42D daran hindern, gegen den Uhrzeigersinn zu rotieren. Dies führt, wenn ein Rutschen zwischen dem Schwungrad 4 und der Reibscheibe 10A und 10B auftritt, zu einer Verstärkung der Aktivierung der Kugelrampenvorrichtung 5, die jener gleichkommt, die als das in Fig. 2 gezeigte Ergebnis erzeugt wird.
• Es wird nun zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Kugelrampenvorrichtung 5 auf die Fig. 4, 5 und 6 Bezug genommen, gemäß denen ein Querschnitt der Kugelrampenvorrichtung 5 in Fig. 4 gezeigt und in Fig. 5 und 6 Ansichten des Aktivierungsrings 12 und des durch ein kugelförmiges Element 20A getrennten Steuerrings 14 längs der Schnittlinie IV-IV dargestellt sind. Drei kugelförmige Wälzelemente 20A, 20B und 20C sind um ca. 120º voneinander beabstandet und rollen, wenn der Steuerring 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 gedreht wird, in drei Rampen 22A, 22B und 22C ab, die in axialer Richtung eine variable Tiefe aufweisen. Abhängig von der gewünschten Drehbewegung und axialen Bewegung der Kugelrampenvorrichtung 5 kann eine beliebige Zahl von kugelförmigen Wälzelementen 20A, 20B und 20C und entsprechenden Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C verwendet werden. Um für axiale und radiale Stabilität des Steuerrings 14 und des Aktivierungsrings 12 zu sorgen, sind zwangsweise mindestens drei kugelförmige Wälzelemente 20A, 20B und 20C zu verwenden, die sich auf einer ebenso großen Anzahl von identischen, gleichermaßen voneinander beabstandeten und jeweils gegenüberliegenden Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C bewegen, die sowohl in dem Steuerring 14 als auch dem Aktivierungsring 12 ausgebildet sind. Wie oben erwähnt, können beliebige Typen von Wälzelementen verwendet werden, beispielsweise Kugeln oder zylindrische Walzen. Der Aktivierungsring 12 ist dargestellt, wie er zusammen mit dem Schwungrad 4, dem Druckplattengehäuse 16 und dem ersten und zweiten Block 49A, 49B rotiert, wobei er um die Rotationsachse 47 umläuft, die mit der Rotationsachse der Getriebeeingangswelle 8 zusammenfällt.
• Drei im Querschnitt halbkreisförmige, in Umfangsrichtung auf der Stirnseite des Aktivierungsrings 12 ausgebildete Rampen 23A, 23B und 23C sind zusammen mit zugehörigen, identischen, diesen gegenüberliegenden Rampen 22A, 22B und 22C dargestellt, die auf der Stirnseite des Steuerrings 14 geformt sind. Der Steuerring 14 und der Aktivierungsring 12 sind aus einem Stahl hoher Festigkeit gefertigt, und die einseitigen, abgeschrägten Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C sind zu RC55-60 aufgekohlt und gehärtet. Die Rampen 22A, 22B, 22C, 23A, 23B und 23C sind, wie deutlicher anhand der in Fig. 6 gezeigten Rampen 22A und 23A zu erkennen, in Tiefenrichtung abgeschrägt und erstrecken sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von annähernd 120º (in Wirklichkeit weniger als 120º, um einen trennenden Bereich zwischen den Rampen zu ermöglichen). Der Abstand 66 zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 bestimmt sich durch die Winkelbeziehung zwischen zwei einander zugehörigen, gegenüberliegenden Rampen, beispielsweise 22A und 23A, wobei sich das kugelförmige Wälzelement 20A auf den beiden Rampen 22A und 23A abwälzt, während der Steuerring 14 in Bezug auf den Aktivierungsring 12 um die gleiche Drehachse gedreht wird. Auf im Wesentlichen identische Weise 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 auseinander oder erlaubt diesen, sich einander zu nähern, wie es sich aus der Stellung der Wälzelemente 20A, 20B und 20C und deren entsprechender Rampenpaare 22A, 23A und 22B, 23B und 22C, 23C ergibt, wodurch es zu einer axialen Bewegung kommt, die zum Verklemmen oder Freigeben der zwischen dem Aktivierungsring 12 und dem Schwungrad 4 angeordneten Kupplungsscheibe 10 führt.
• Fig. 5 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 dem tiefsten Abschnitt 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 den beiden Rampenflächen 22A und 23A rollend in eine andere Position auf den Rampen 22A und 23A gelangt, wodurch der Steuerring 14 und der Aktivierungsring 12 weiter voneinander weg gedrückt werden, so dass sich ein größerer Trennabstand 66 einstellt, wie in Fig. 6 zu sehen. Eine ähnliche Trennkraft 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 Steuerring 14 ist gemäß Fig. 5 und 6 anhand der relativen Verschiebung der Bezugspunkte 62 und 64 deutlich veranschaulicht, die aufgrund der Drehbewegung des Steuerrings 14 in Richtung des Pfeils 70 aus einer unmittelbar gegenüberliegenden Stellung in Fig. 5 in eine Versatzstellung gemäß Fig. 6 gelangen. Diese Vergrößerung der axialen Verschiebung 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 Kupplungsscheiben 10 und 11 und ein Schwungrad 4 in dem Antriebsstrang eines Fahrzeug vorzuspannen. 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, weil es zu keiner relativen Drehbewegung zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 kommt. Unter der Annahme, dass die Spule 30 stromdurchflossen bleibt und dadurch den Steuerring 14 erfindungsgemäß über die Kupplung 24, den Jochpol 32 und den Planetengetriebesatz 21 elektromagnetisch an die Getriebeeingangswelle 8 ankuppelt, führt 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 Abstand 66 zwischen dem Steuerring 14 und dem Aktivierungsring 12 weiter 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 an eine Ausgangswelle anzukuppeln, wobei die Eingangswelle dem Schwungrad 4 entspricht und die Ausgangswelle der Getriebeeingangswelle 8 entspricht, wie in Fig. 1 gezeigt. Solange die Spule 30 bestromt wird, verhindert die vorliegende Erfindung, dass sich die Kugelrampenvorrichtung 11 zurückzieht und dadurch die Kupplungsscheiben 10 und 11 aus den Eingriff nimmt, und sorgt so, unabhängig von der Richtung des übertragenen Drehmoments, für eine reibschlüssiges Kupplungsverbindung zwischen dem Eingangselement (Schwungrad) und dem Ausgangselement (Getriebeeingangswelle).
• Die Erfindung ist hiermit ausreichend detailliert beschrieben, um es einem Fachmann zu ermöglichen, diese zu verwirklichen und zu verwenden. Vielfältige alternative Konstruktionen und Abwandlungen der Erfindung erschließen sich dem Fachmann nach eingehender Lektüre der obigen Beschreibung, und es ist beabsichtigt, sämtliche solche Abänderungen und Modifikationen, sofern diese in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, in die Erfindung einzubeziehen.

Claims (7)

1. Durch Kugelrampen betätigte Kupplungsanordnung (2), um zwei rotierende Elemente drehfest miteinander zu kuppeln, zu der gehören:

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

ein Ausgangselement (8) mit einer zu der Drehachse (47) des Eingangselements (4) koaxialen Drehachse (47), um eine Ausgangsvorrichtung in Rotation zu versetzen;

eine Kugelrampenvorrichtung (5), um eine axiale Bewegung hervorzurufen, zu der gehören: ein ringförmiger Steuerring (14) mit einer Drehachse (47), der auf einer ersten Stirnseite mit mehreren in Umfangsrichtung verlaufenden Steuerrampen (23A, 23B, 23C) ausgebildet ist, die eine sich ändernde axiale 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 mehreren Betätigungsrampen (22A, 22B, 22C) versehen ist, die in Anzahl, Form und radialer Position im Wesentlichen mit den Steuerrampen (23A, 23B, 23C) identisch sind, die Betätigungsrampen (22A, 22B, 22C) zumindest teilweise den Steuerrampen (23A, 23B, 23C) gegenüberliegend angeordnet sind und jedes der Wälzelemente (20A, 20B, 20C) zwischen jeweils 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 und radialer Richtung beweglich angeordnet ist;

ein Planetengetriebesatz (21) mit einem Hohlrad (40), das mittels einer Kupplung (24) reibschlüssig drehfest an den Steuerring (14) anzukuppeln ist, wobei mehrere Planetenräder (42A, 42B, 42C, 42D) sowohl in das Hohlrad (40) als auch in ein Sonnenrad (54) eingreifen;

eine Spule (30), um in der Kupplung (24) ein elektromagnetisches Feld (36) zu induzieren; dadurch gekennzeichnet, dass zu der Anordnung

eine primäre Freilaufkupplung (60) gehört, die mit dem Eingangselement (4) und mit einem Stegring (39) in Verbindung steht und dazu dient, dass eine Drehung des Stegrings (39) gegenüber dem Eingangselement (4) in eine Richtung, die zu einer Deaktivierung der Kugelrampenvorrichtung (5) führt, verhindert wird;

wobei das Sonnenrad (54) drehfest an das Ausgangselement (8) angekuppelt ist und jedes der Planetenräder (42A, 42B, 42C, 42D) drehbar auf entsprechenden sekundären Freilaufkupplungen (44A, 44B, 44C, 44D) gelagert und auf zugehörigen Lagerzapfen (48A, 48B, 48C, 48D) angebracht ist, und die Lagerzapfen (48A, 48B, 48C, 48D) von dem Stegring (39) getragen werden; und

die zweiten Freilaufkupplungen (44A, 44B, 44C, 44D), die innerhalb des Planetengetriebesatzes (21) wirken, eine Drehbewegung des Steuerrings (14) bezüglich des Aktivierungsrings (12) in eine Richtung gestatten, in der die Kugelrampenvorrichtung (5) unabhängig von der relativen Drehbewegung des Eingangselements (4) und des Ausgangselement (8) aktiviert wird.

2. Durch Kugelrampen betätigte Kupplungsanordnung (2) nach Anspruch 1, bei der die Steuerrampen (23A, 23B, 23C) und die Betätigungsrampen (22A, 22B, 22C) eine stetig anwachsende axiale Tiefe aufweisen.

3. Durch Kugelrampen betätigte Kupplungsanordnung (2) nach Anspruch 1, wobei zu der Kupplung (24) gehören: eine Spule (30), um ein elektromagnetisches Feld (36) zu erzeugen; eine Steuerkupplungsscheibe (19), die sich in Abhängigkeit von dem elektromagnetischen Feld (36) bewegt; eine an der Steuerkupplungsscheibe (19) befestigte Kupplungsverlängerung (29); ein Kupplungsring (35), der dazu dient, reibschlüssig drehfest mit der Kupplungsverlängerung (29) zusammenzuwirken, wobei der Kupplungsring (35) und die Kupplungsverlängerung (29) zusammen eine Konuskupplung (28) bilden.

4. Durch Kugelrampen betätigte Kupplungsanordnung (2) nach Anspruch 3, bei der die Spule (30) das Ausgangselement (8) umschließt.

5. Durch Kugelrampen betätigte Kupplungsanordnung (2) nach Anspruch 4, zu der ferner eine an die Spule (30) elektrisch angeschlossene Regel-/Steuereinheit (15) gehört, um die Spule (30) zu bestromen.

6. Durch Kugelrampen betätigte Kupplungsanordnung (2) nach Anspruch 1, bei der das Steuerkupplungselement (19) an ein Verlängerungselement der Steuerkupplung (29) angekuppelt wird, das im Wesentlichen drehfest an dem Steuerring (14) angekuppelt wird, und die Steuerkupplungsverlängerung (29) reibschlüssig mit dem Stegring (35) in Eingriff gelangt, sobald die Spule (30) erregt wird.

7. Durch Kugelrampen betätigte Kupplungsanordnung (2) nach Anspruch 1, bei der das Eingangselement (4) ein Schwungrad ist und bei der das Ausgangselement (8) eine Getriebeeingangswelle ist und die Ausgangsvorrichtung ein Getriebe ist.