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WO2009003686A1 - Kupplungseinheit für nebenaggregate einer brennkraftmaschine - Google Patents

Kupplungseinheit für nebenaggregate einer brennkraftmaschine Download PDF

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Publication number
WO2009003686A1
WO2009003686A1 PCT/EP2008/005378 EP2008005378W WO2009003686A1 WO 2009003686 A1 WO2009003686 A1 WO 2009003686A1 EP 2008005378 W EP2008005378 W EP 2008005378W WO 2009003686 A1 WO2009003686 A1 WO 2009003686A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coupling
pressure chamber
coupling element
axially
unit according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2008/005378
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Schwarzhaupt
Armin Sulzmann
Istvan Vegh
Urs Wiesel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of WO2009003686A1 publication Critical patent/WO2009003686A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D25/00—Fluid-actuated clutches
    • F16D25/06—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch
    • F16D25/061—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having interengaging clutch members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/14—Clutches in which the members have interengaging parts with clutching members movable only axially

Definitions

  • Coupling unit for ancillaries of an internal combustion engine
  • the present invention relates to a coupling unit for coupling at least one auxiliary unit with an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle, having the features of the preamble of claim 1.
  • a coupling unit which has a drive shaft for torque-transmitting connection with a drive unit and an output shaft for torque-transmitting connection with a compressor of a pneumatic brake system equipped with a drive unit vehicle. Further, a rotatably connected to the drive shaft first coupling element and a rotatably connected to the output shaft second coupling element are provided.
  • the coupling elements each comprise a plurality of disc-shaped annular bodies arranged axially alternately, which interact axially in the engaged state of the coupling unit for torque transmission.
  • the output-side coupling element is axially adjustable relative to the drive-side coupling element and biased by a spring device in the engaged state.
  • the known coupling unit is provided with a pressure chamber which can be acted upon by a pressurized fluid to an axial adjustment of the driven side Clutch element against the spring force of the spring device to effect in a disengaged state.
  • a piston which is arranged axially adjustable and forms a separate component with respect to the coupling elements.
  • the piston presses against the restoring force of another spring means indirectly via a pressure ring or directly axially against a support bush of the output side coupling element which is rotatably and axially adjustably coupled to the output shaft and rotatably and axially movably supports the annular body of the output side coupling element ,
  • Such a coupling unit operates on the fail-safe principle, so that the coupling unit automatically assumes its engaged state in case of failure of the possibility of pressurization of the pressure chamber, so that the accessory is functional in any case. Furthermore, the power consumption of the coupling unit for switching between the two states and for holding the respective state is comparatively small.
  • the known coupling unit builds comparatively large and is therefore suitable only for use in correspondingly large internal combustion engines, in which a corresponding space is available.
  • the present invention is concerned with the problem for a coupling unit of the type mentioned a specify improved or at least another embodiment, which is particularly characterized in that the coupling unit is relatively compact and / or has a relatively inexpensive structure.
  • the invention is based on the general idea to form the piston axially adjustable by the pressurization of the pressure chamber by the axially adjustable coupling element itself.
  • the axially adjustable coupling element is designed such that it axially limits the pressure chamber and is axially adjustable by pressurizing the pressure chamber against the spring force of the spring device.
  • the coupling unit according to the invention thereby builds comparatively compact and can be produced in particular relatively inexpensively.
  • the other coupling element that is, the non-axially adjustable coupling element is either disposed in the pressure chamber or also the pressure chamber axially limited while the axially adjustable coupling element is arranged opposite.
  • active surfaces of the coupling elements can interact positively in the engaged state.
  • Such a form fit reduces the maintenance of the engaged state required compressive forces in the pressure chamber, so that with the help of the pressure in the pressure chamber essentially only the restoring force of the spring device must be overcome.
  • the proportion of the pressure force in the pressure chamber, which contributes to the torque transmission between the coupling elements, can thereby be significantly reduced.
  • the energy consumption of the coupling unit for the engaged state is reduced.
  • Fig. 1 is a greatly simplified, principle
  • Fig. 2 is a view as in Fig. 1, but in the engaged state.
  • a coupling unit 1 comprises a drive shaft 2, an output shaft 3, a first coupling element 4, a second coupling element 5, a spring device 6 and a pressure chamber 7.
  • the coupling unit 1 serves for coupling at least one accessory in which it
  • it may be an alternator, a power steering pump, an air conditioning compressor or the like, with a drive unit, which may be arranged in particular in a motor vehicle.
  • the drive unit is preferably an internal combustion engine. Likewise, it may be an electric motor, in particular in a vehicle with hybrid drive.
  • the respective auxiliary unit can be temporarily separated from the drive unit.
  • the respective auxiliary unit can always be temporarily decoupled from the drive unit, if it is not needed.
  • an alternator is not required if the power consumption of the electrical system of the vehicle is comparatively low and can be satisfied in particular via the vehicle battery.
  • a power steering pump is not needed as long as the vehicle is stationary.
  • an air conditioning compressor does not have to be driven.
  • a pneumatic compressor does not have to work as long as the operating pressure of a pneumatic brake system or a pneumatic spring system is sufficiently high.
  • the drive shaft 2 is used for torque-transmitting connection with the drive unit.
  • the drive shaft 2 in the installed state of the clutch unit 1 via a not-shown pinion with a drive belt driven by the drive belt drive connected be.
  • the drive shaft 2 may be drivingly connected in the installed state via a V-belt with the drive unit.
  • the output shaft 3 serves for torque-transmitting connection with the at least one auxiliary unit.
  • the output shaft can be suitably coupled to a drive shaft of the respective auxiliary unit.
  • a corresponding flange connection can be provided for this purpose.
  • the first coupling element 4 is rotatably connected to the drive shaft 2.
  • the rotationally fixed coupling can be done for example by a not shown here axial splines between the drive shaft 2 and the first coupling element 4.
  • the first coupling element 4 can be welded to the drive shaft 2 or connected to it in any other suitable manner.
  • the axial direction extends parallel to an axis of rotation 8 of the drive shaft or parallel to a rotational axis 9 of the output shaft 3, wherein the two axes of rotation 8, 9 are aligned coaxially with each other in the present case.
  • the second coupling element 5 is coupled to the output shaft 3 via an axial toothing, not shown here.
  • the two coupling units 4, 5 cooperate in an engaged state of the coupling unit 1 for transmitting torque.
  • the engaged state is shown in Fig. 2, while Fig. 1 shows a disengaged state in which no torque transmission between the two coupling elements 4, 5 takes place.
  • the axially displaceably mounted on the output shaft 3 second coupling element 5 is axially adjustable relative to the first coupling element 4.
  • the spring device 6 serves to bias the axially adjustable coupling element, here the second coupling element 5 in the engaged state.
  • the spring device 6 is here arranged coaxially with the output shaft 3 and is located on a side facing away from the first coupling element 4 side of the second coupling element 5.
  • the spring device 6 is supported axially on the one hand on the second coupling element 5 and on the other hand on an intermediate bottom 10.
  • the spring device 6 is formed by a central compression spring.
  • any other suitable spring elements are possible, such as e.g. several individual compression springs, a Telerfedervers or elastomers.
  • the spring device 6 drives the second coupling element 5 in the axial direction on the first coupling element 4 and thus allows a bias of the second coupling element 5 in the engaged state of the coupling unit first
  • the pressure chamber 7 can be acted upon by a pressurized fluid. At a sufficient pressure in the pressure chamber 7 takes place an axial adjustment of the second coupling element against the spring force of the spring means 6 in the disengaged state of the coupling unit 1.
  • the second coupling element 5 is designed as a piston which limits the pressure chamber 7 axially.
  • the pressure fluid in the pressure chamber 7 is thus supported directly axially on the second coupling element 5 and presses this at a corresponding pressure in the in Fig. 1st shown uncoupled position.
  • the pressure chamber 7 is limited in the preferred embodiment shown here in the radial direction by a jacket 11 of a housing 12.
  • the pressure chamber 7 may be limited, for example, by one of two axial bottoms 13 of the housing 12.
  • the first coupling element 4 is then arranged in the pressure chamber 7.
  • the pressure chamber 7 can be axially limited axially relative to the second coupling element 5 by the first coupling element 4.
  • the coupling elements 4, 5 may be sealed relative to the housing shell 11 via suitable sealing elements 14. Compared with the shafts 2, 3, the coupling elements 4, 5 may also be sealed by means of suitable sealing elements 15.
  • the shafts 2, 3 are rotatably mounted on the housing 12 via bearings 16, wherein the bearings 16 are arranged here in the housing bases 13. Likewise, it is basically possible to dispense with such a self-supporting at least one of the shafts 2, 3 on the housing 12, whereby the space of the coupling unit 1 can be additionally reduced.
  • this comprises an axial section 18 extending in the output shaft 3.
  • the axial section 18 opens axially open in the pressure chamber 7.
  • the fluid path 17 here comprises a Radial section 19, which is fluidically coupled to the axial section 18.
  • the radial section 19 is formed in the intermediate bottom 10.
  • the fluid path 17 is controllable with a valve 20, which is electrically actuated, for example.
  • any pressurized fluid available on the drive unit or in the vehicle is suitable as the pressurized fluid. This is preferably compressed air.
  • the coupling unit 1 can thus be operated both pneumatically and hydraulically.
  • the fluidic coupling between the two sections 18, 19 of the fluid path 17 can take place, for example, via an annular groove introduced into the intermediate bottom 10 and / or into the output shaft 3, which communicates with the axial section 18 on the one hand and with the radial section 19 on the other hand.
  • a suitable seal 26 may be provided.
  • the radial section 19 can then be integrated into the housing bottom 13 assigned to the output shaft 3.
  • the spring device 6 can be supported axially on this housing bottom 13.
  • the coupling elements 4, 5 are designed in the example shown so that each coupling element 4, 5 each have a disc-shaped coupling body 21 and 22, respectively, has an axial effective surface 23 and 24 respectively.
  • the active surfaces 23, 24 face each other and act together in the engaged state for torque transmission. In principle, it is possible to form these active surfaces 23, 24 as flat friction surfaces. In the engaged state, the active surfaces 23, 24 then act together exclusively by force or friction. Depending on the torque to be transmitted, the spring force of the spring device 6 must be relatively large. Accordingly, then the pressure in the pressure chamber 7 to achieve the disengaged state must be correspondingly large.
  • the embodiment shown here in which the active surfaces 23, 24 are configured so that they interact positively in the engaged state.
  • the spring force to be applied by the spring device 6 can be comparatively small in order to be able to transmit relatively large torques. Accordingly, the pressure in the pressure chamber 7 can be selected comparatively low to disengage the coupling unit 1 and to be able to hold the disengaged state against the restoring force of the spring means 6.
  • the active surfaces 23, 24 configured as spur gears 25 and equipped with spur gears 25.
  • the spur gears 25 engage in the engaged state shown in FIG. 2 axially into one another and thereby allow a positive force transmission or torque transmission.
  • the serrations 25 are specifically designed so that they at a
  • Torque transmission generate static friction forces, which make it difficult axial displacement of the coupling body 21, 22.
  • the applied by the spring means 6 spring force to hold the engaged state can be reduced accordingly.
  • the pressure required to set and hold the disengaged state in the pressure chamber 7 can thereby also be reduced.
  • Such static friction forces can be achieved, for example, by an appropriate choice of the tooth flank inclination or the tooth angle of the serrations.
  • the proposed coupling unit 1 is extremely compact and can be used for basically any ancillary components.
  • several can Such coupling units 1 are provided simultaneously on a vehicle to be able to couple several different ancillaries independently with the drive unit.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungseinheit zum Kuppeln eines Nebenaggregats mit einem Antriebsaggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle (2) zur Drehmomentübertragung mit dem Antriebsaggregat, eine Abtriebswelle (3) zur Drehmomentübertragung mit wenigstens einem Nebenaggregat, ein mit der Antriebswelle (2) verbundenes erstes Kupplungselement (4), ein mit der Abtriebswelle (3) verbundenes zweites Kupplungselement (5), das im eingekuppelten Zustand mit dem ersten Kupplungselement (4) zusammenwirkt. Eines der Kupplungselemente (4, 5) ist relativ zum anderen Kupplungselement (4, 5) axial verstellbar und mit einer Federeinrichtung (6) in den eingekuppelten Zustand vorgespannt ist. Ein Druckraum (7) ist mit einem Druckfluid beaufschlagbar, um eine axiale Verstellung des axial verstellbaren Kupplungselements (4, 5) entgegen der Federkraft der Federeinrichtung (6) in einen ausgekuppelten Zustand zu bewirken. Ein vereinfachter Aufbau ergibt sich, wenn das axial verstellbare Kupplungselement (4, 5) als den Druckraum (7) axial begrenzender Kolben ausgestaltet ist.

Description

Kupplungseinheit für Nebenaggregate einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungseinheit zum Kuppeln wenigstens eines Nebenaggregats mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der DE 35 21 731 Al ist eine Kupplungseinheit bekannt, die eine Antriebswelle zur drehmomentübertragenden Verbindung mit einem Antriebsaggregat sowie eine Abtriebswelle zur Drehmomentübertragenden Verbindung mit einem Kompressor einer pneumatischen Bremsanlage eines mit dem Antriebsaggregat ausgestatteten Fahrzeugs aufweist. Ferner sind ein drehfest mit der Antriebswelle verbundenes erstes Kupplungselement und ein drehfest mit der Abtriebswelle verbundenes zweites Kupplungselement vorgesehen. Bei der bekannten Kupplungseinheit umfassen die Kupplungselemente jeweils mehrere, axial abwechselnd angeordnete, scheibenförmige Ringkörper, die im eingekuppelten Zustand der Kupplungseinheit zur Drehmomentübertragung axial zusammenwirken. Ferner ist das abtriebsseitige Kupplungselement relativ zum antriebsseitigen Kupplungselement axial verstellbar und mit einer Federeinrichtung in den eingekuppelten Zustand vorgespannt. Außerdem ist die bekannte Kupplungseinheit mit einem Druckraum versehen, der mit einem Druckfluid beaufschlagbar ist, um eine axiale Verstellung des abtriebsseitigen Kupplungselements entgegen der Federkraft der Federeinrichtung in einen ausgekuppelten Zustand zu bewirken. Bei der bekannten Kupplungseinheit ist der Druckraum durch einen Kolben begrenzt, der axial verstellbar angeordnet ist und der bezüglich der Kupplungselemente ein separates Bauteil bildet. Bei einer Druckbeaufschlagung des Druckraums drückt der Kolben entgegen der Rückstellkraft einer weiteren Federeinrichtung indirekt über einen Andruckring oder direkt axial gegen eine Tragbuchse des abtriebsseitigen Kupplungselements, das drehfest und axial verstellbar mit der Abtriebswelle gekoppelt ist und das die Ringkörper des abtriebsseitigen Kupplungselements drehfest und axial beweglich trägt.
Mit Hilfe einer derartigen Kupplungseinheit kann das jeweilige Nebenaggregat vom Antriebsaggregat getrennt werden, sobald das Nebenaggregat nicht benötigt wird. Hierdurch kann Kraftstoff eingespart werden. Eine derartige Kupplungseinheit arbeitet nach dem Fail-Safe-Prinzip, so dass die Kupplungseinheit bei Ausfall der Möglichkeit einer Druckbeaufschlagung des Druckraums automatisch ihren eingekuppelten Zustand einnimmt, so dass das Nebenaggregat in jedem Fall funktionsfähig ist. Desweiteren ist der Energieverbrauch der Kupplungseinheit zum Umschalten zwischen den beiden Zuständen und zum Halten des jeweiligen Zustands vergleichsweise gering.
Die bekannte Kupplungseinheit baut vergleichsweise groß und eignet dementsprechend nur für die Verwendung bei entsprechend großen Brennkraftmaschinen, bei denen ein entsprechender Bauraum zur Verfügung steht.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Kupplungseinheit der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Kupplungseinheit vergleichsweise kompakt baut und/oder einen vergleichsweise preiswerten Aufbau aufweist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den durch die Druckbeaufschlagung des Druckraums axial verstellbaren Kolben durch das axial verstellbare Kupplungselement selbst zu bilden. Mit anderen Worten, das axial verstellbare Kupplungselement ist so ausgestaltet, dass es den Druckraum axial begrenzt und durch eine Druckbeaufschlagung des Druckraums entgegen der Federkraft der Federeinrichtung axial verstellbar ist. Gegenüber der bekannten Kupplungseinheit entfällt ein komplettes Bauteil, was die Konstruktion vereinfacht. Die erfindungsgemäße Kupplungseinheit baut dadurch vergleichsweise kompakt und lässt sich insbesondere relativ preiswert herstellen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher das andere Kupplungselement, also das nicht axial verstellbare Kupplungselement entweder im Druckraum angeordnet ist oder ebenfalls den Druckraum axial begrenzt und dabei dem axial verstellbaren Kupplungselement gegenüberliegend angeordnet ist. Auch diese Merkmale unterstützen eine kompakte Bauweise für die Kupplungseinheit.
Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können Wirkflächen der Kupplungselemente im eingekuppelten Zustand formschlüssig zusammenwirken. Ein derartiger Formschluss reduziert die zur Aufrechterhaltung des eingekuppelten Zustands erforderlichen Druckkräfte im Druckraum, so dass mit Hilfe des Druck im Druckraum im wesentlichen nur die Rückstellkraft der Federeinrichtung überwunden werden muss. Der Anteil der Druckkraft im Druckraum, der zur Drehmomentübertragung zwischen den Kupplungselementen beiträgt, kann dadurch erheblich reduziert werden. Somit reduziert sich der Energiebedarf der Kupplungseinheit für den eingekuppelten Zustand.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen stark vereinfachten, prinzipiellen
Längsschnitt durch eine Kupplungseinheit im ausgekuppelten Zustand,
Fig. 2 eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch im eingekuppelten Zustand. Entsprechend den Fig. 1 und 2 umfasst eine Kupplungseinheit 1 eine Antriebswelle 2, eine Abtriebswelle 3, ein erstes Kupplungselement 4, ein zweites Kupplungselement 5, eine Federeinrichtung 6 und einen Druckraum 7. Die Kupplungseinheit 1 dient zum Kuppeln wenigstens eines Nebenaggregats, bei dem es sich beispielsweise um eine Lichtmaschine, eine Lenkhelfpumpe, einen Klimakompressor oder dergleichen handeln kann, mit einem Antriebsaggregat, das insbesondere in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Beim Antriebsaggregat handelt es sich bevorzugt um eine Brennkraftmaschine. Ebenso kann es sich um einen Elektromotor handeln, insbesondere bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb.
Mit Hilfe einer derartigen Kupplungseinheit 1 kann das jeweilige Nebenaggregat temporär vom Antriebsaggregat getrennt werden. Mit Hilfe einer entsprechenden Steuereinrichtung kann das jeweilige Nebenaggregat stets dann vorübergehend vom Antriebsaggregat entkoppelt werden, wenn es gerade nicht benötigt wird. Beispielweise wird eine Lichtmaschine nicht benötigt, wenn der Stromverbrauch des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs vergleichsweise gering ist und insbesondere über die Fahrzeugbatterie befriedigt werden kann. Regelmäßig wird eine Lenkhelfpumpe nicht benötigt, solange das Fahrzeug steht. Bei ausgeschalteter Klimaanlage muss auch ein Klimakompressor nicht angetrieben werden. Auch muss ein Pneumatikkompressor nicht arbeiten, solange der Betriebsdruck einer pneumatischen Bremsanlage oder einer pneumatischen Federanlage ausreichend hoch ist.
Die Antriebswelle 2 dient zur drehmomentübertragenden Verbindung mit dem Antriebsaggregat. Beispielsweise kann die Antriebswelle 2 im eingebauten Zustand der Kupplungseinheit 1 über ein nicht gezeigtes Ritzel mit einem vom Antriebsaggregat angetriebenen Zahnriemen antriebsverbunden sein. Ebenso kann die Antriebswelle 2 im Einbauzustand über einen Keilriemen mit dem Antriebsaggregat antriebsverbunden sein. Die Abtriebswelle 3 dient zur drehmomentübertragenden Verbindung mit dem wenigstens einen Nebenaggregat. Im Einbauzustand kann die Abtriebswelle auf geeignete Weise mit einer Antriebswelle des jeweiligen Nebenaggregats gekoppelt sein. Beispielsweise kann hierzu eine entsprechende Flanschverbindung vorgesehen sein.
Das erste Kupplungselement 4 ist drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden. Die drehfeste Kopplung kann beispielsweise durch eine hier nicht gezeigte Axialverzahnung zwischen Antriebswelle 2 und erstem Kupplungselement 4 erfolgen. Ebenso kann das erste Kupplungselement 4 mit der Antriebswelle 2 verschweißt oder auf sonstige geeignete Weise fest damit verbunden sein.
Im Unterschied dazu ist das zweite Kupplungselement 5 mit der Abtriebswelle 3 einerseits drehfest verbunden und andererseits an dieser axial verstellbar angeordnet. Die Axialrichtung erstreckt sich dabei parallel zur einer Rotationsachse 8 der Antriebswelle bzw. parallel zu einer Rotationsachse 9 der Abtriebswelle 3, wobei die beiden Rotationsachsen 8, 9 im vorliegenden Fall koaxial zueinander ausgerichtet sind. Beispielsweise ist das zweite Kupplungselement 5 über eine hier nicht dargestellte Axialverzahnung mit der Abtriebswelle 3 gekoppelt. Die beiden Kupplungseinheiten 4, 5 wirken in einem eingekuppelten Zustand der Kupplungseinheit 1 zur Drehmomentübertragung zusammen. Der eingekuppelte Zustand ist dabei in Fig. 2 gezeigt, während Fig. 1 einen ausgekuppelten Zustand zeigt, bei dem keine Drehmomentübertragung zwischen den beiden Kupplungselementen 4, 5 erfolgt. Das an der Abtriebswelle 3 axial verstellbar gelagerte zweite Kupplungselement 5 ist relativ zum ersten Kupplungselement 4 axial verstellbar. Bei einer anderen Ausführungsform ist es ebenso möglich, das axial verstellbare Kupplungselement der Antriebswelle 2 zuzuordnen, während dann das axial feststehende Kupplungselement der Abtriebswelle 3 zugeordnet ist.
Die Federeinrichtung 6 dient dazu, das axial verstellbare Kupplungselement, hier das zweite Kupplungselement 5 in den eingekuppelten Zustand vorzuspannen. Die Federeinrichtung 6 ist hier koaxial zur Abtriebswelle 3 angeordnet und befindet sich an einer vom ersten Kupplungselement 4 abgewandten Seite des zweiten Kupplungselements 5. Die Federeinrichtung 6 stützt sich axial einerseits am zweiten Kupplungselement 5 und andererseits an einem Zwischenboden 10 ab. Im Beispiel ist die Federeinrichtung 6 durch eine zentrale Druckfeder gebildet. Ebenso sind beliebige andere geeignete Federelemente möglich, wie z.B. mehrere Einzeldruckfedern, ein Telerfederpaket oder Elastomere. Die Federeinrichtung 6 treibt das zweite Kupplungselement 5 in axialer Richtung auf das erste Kupplungselement 4 an und ermöglicht so eine Vorspannung des zweiten Kupplungselements 5 in den eingekuppelten Zustand der Kupplungseinheit 1.
Der Druckraum 7 ist mit einem Druckfluid beaufschlagbar. Bei einem hinreichend Druck im Druckraum 7 erfolgt eine axiale Verstellung des zweiten Kupplungselements entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 6 in den ausgekuppelten Zustand der Kupplungseinheit 1. Hierzu ist das zweite Kupplungselement 5 als Kolben ausgestaltet, der den Druckraum 7 axial begrenzt. Das Druckfluid im Druckraum 7 stützt sich somit direkt axial am zweiten Kupplungselement 5 ab und drückt dieses bei entsprechendem Druck in die in Fig. 1 gezeigte entkuppelte Stellung. Der Druckraum 7 ist bei der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform in radialer Richtung durch einen Mantel 11 eines Gehäuses 12 begrenzt. Axial gegenüber dem zweiten Kupplungselement 5 kann der Druckraum 7 beispielsweise durch einen von zwei axialen Böden 13 des Gehäuses 12 begrenzt sein. Das erste Kupplungselement 4 ist dann im Druckraum 7 angeordnet. Alternativ kann der Druckraum 7 axial gegenüber dem zweiten Kupplungselement 5 durch das erste Kupplungselement 4 axial begrenzt sein. Die Kupplungselemente 4, 5 können gegenüber dem Gehäusemantel 11 über geeignete Dichtelemente 14 abgedichtet sein. Gegenüber den Wellen 2, 3 können die Kupplungselemente 4, 5 ebenfalls über geeignete Dichtelemente 15 abgedichtet sein.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wellen 2, 3 am Gehäuse 12 über Lager 16 drehbar gelagert, wobei die Lager 16 hier in den Gehäuseböden 13 angeordnet sind. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, auf eine derartige Eigenlagerung zumindest einer der Wellen 2, 3 am Gehäuse 12 zu verzichten, wodurch der Bauraum der Kupplungseinheit 1 zusätzlich reduziert werden kann.
Zur Beaufschlagung des Druckraums 7 mit dem jeweiligen Druckfluid verläuft im Gehäuse 2 ein entsprechender Fluidpfad 17. Dieser umfasst beim gezeigten bevorzugten Beispiel einen in der Abtriebswelle 3 verlaufenden Axialabschnitt 18. Der Axialabschnitt 18 mündet axial offen im Druckraum 7. Ferner umfasst der Fluidpfad 17 hier einen Radialabschnitt 19, der mit dem Axialabschnitt 18 fluidisch gekoppelt ist. Im Beispiel ist der Radialabschnitt 19 im Zwischenboden 10 ausgebildet. Der Fluidpfad 17 ist mit einem Ventil 20 steuerbar, das beispielsweise elektrisch betätigbar ist. Als Druckfluid eignet sich grundsätzlich jedes beliebige am Antriebsaggregat bzw. im Fahrzeug bereitstehende Druckfluid. Bevorzugt handelt es sich hierbei um Druckluft. Ebenso ist jedoch auch die Verwendung von Schmieröl, Kühlflüssigkeit, Kraftstoff und dergleichen denkbar. Die Kupplungseinheit 1 kann somit sowohl pneumatisch als auch hydraulisch betrieben werden .
Die fluidische Kopplung zwischen den beiden Abschnitten 18, 19 des Fluidpfads 17 kann beispielsweise über eine in den Zwischenboden 10 und/oder in die Abtriebswelle 3 eingebrachte Ringnut erfolgen, die einerseits mit dem Axialabschnitt 18 und andererseits mit dem Radialabschnitt 19 kommuniziert. Zusätzlich kann noch eine geeignete Dichtung 26 vorgesehen sein. Grundsätzlich kann auch auf den Zwischenboden 10 verzichtet werden. Der Radialabschnitt 19 kann dann in den der Abtriebswelle 3 zugeordneten Gehäuseboden 13 integriert sein. In diesem Fall kann sich die Federeinrichtung 6 an diesem Gehäuseboden 13 axial abstützen.
Die Kupplungselemente 4, 5 sind beim gezeigten Beispiel so ausgestaltet, dass jedes Kupplungselement 4, 5 jeweils einen scheibenförmigen Kupplungskörper 21 bzw. 22 aufweist, der jeweils eine axiale Wirkfläche 23 bzw. 24 besitzt. Dabei sind die Wirkflächen 23, 24 einander zugewandt und wirken im eingekuppelten Zustand zur Drehmomentübertragung zusammen. Grundsätzlich ist es möglich, diese Wirkflächen 23, 24 als ebene Reibflächen auszubilden. Im eingekuppelten Zustand wirken die Wirkflächen 23, 24 dann ausschließlich kraftschlüssig bzw. reibschlüssig zusammen. Je nach dem zu übertragenden Drehmoment muss hierzu die Federkraft der Federeinrichtung 6 relativ groß sein. Dementsprechend muss dann auch der Druck im Druckraum 7 zur Erzielung des ausgekuppelten Zustands entsprechend groß sein. Bevorzugt ist die hier gezeigte Ausführungsform, bei welcher die Wirkflächen 23, 24 so ausgestaltet sind, dass sie im eingekuppelten Zustand formschlüssig zusammenwirken. Bei einer formschlüssigen Kopplung kann die von der Federeinrichtung 6 aufzubringende Federkraft vergleichsweise gering sein, um relativ große Drehmomente übertragen zu können. Dementsprechend kann auch der Druck im Druckraum 7 vergleichsweise niedrig gewählt werden, um die Kupplungseinheit 1 auszukuppeln und um den ausgekuppelten Zustand entgegen der Rückstellkraft der Federeinrichtung 6 halten zu können.
Im gezeigten Beispiel sind die Wirkflächen 23, 24 als Stirnverzahnungen 25 ausgestaltet bzw. mit Stirnverzahnungen 25 ausgestattet. Die Stirnverzahnungen 25 greifen im eingekuppelten Zustand gemäß Fig. 2 axial ineinander ein und ermöglichen dabei eine formschlüssige Kraftübertragung bzw. Momentübertragung. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher die Stirnverzahnungen 25 gezielt so ausgestaltet sind, dass sie bei einer
Drehmomentübertragung Haftreibungskräfte erzeugen, die ein axiales Auseinanderdrücken der Kupplungskörper 21, 22 erschweren. Die von der Federeinrichtung 6 aufzubringende Federkraft zum Halten des eingekuppelten Zustands kann dadurch entsprechend reduziert werden. In gleicher Weise lässt sich dadurch auch der zum Einstellen und Halten des ausgekuppelten Zustands erforderliche Druck im Druckraum 7 reduzieren. Derartige Haftreibungskräfte lassen sich beispielsweise durch eine entsprechende Wahl der Zahnflankenneigung bzw. des Verzahnungswinkels der Stirnverzahnungen erzielen.
Die hier vorgeschlagene Kupplungseinheit 1 baut extrem kompakt und lässt sich für grundsätzlich beliebige Nebenaggregate verwenden. Insbesondere können mehrere derartige Kupplungseinheiten 1 gleichzeitig an einem Fahrzeug vorgesehen werden, um mehrere unterschiedliche Nebenaggregate unabhängig voneinander mit dem Antriebsaggregat koppeln zu können.

Claims

Patentansprüche
1. Kupplungseinheit zum Kuppeln wenigstens eines
Nebenaggregats mit einem Antriebsaggregat, insbesondere in einem Kraftfahrzeug,
- mit einer Antriebswelle (2) zur Drehmoment übertragenden Verbindung mit einem Antriebsaggregat,
- mit einer Abtriebswelle (3) zur Drehmoment übertragenden Verbindung mit wenigstens einem Nebenaggregat ,
- mit einem ersten Kupplungselement (4), das drehfest mit der Antriebswelle (2) verbunden ist,
- mit einem zweiten Kupplungselement (5), das drehfest mit der Abtriebswelle (3) verbunden ist und im eingekuppelten Zustand der Kupplungseinheit (1) mit dem ersten Kupplungselement (4) zur Drehmomentübertragung axial zusammenwirkt,
- wobei eines der Kupplungselemente (4, 5) relativ zum anderen Kupplungselement (4, 5) axial verstellbar ist und mit einer Federeinrichtung (6) in den eingekuppelten Zustand vorgespannt ist,
- wobei ein Druckraum (7) vorgesehen ist, der mit einem Druckfluid beaufschlagbar ist, um eine axiale Verstellung des axial verstellbaren Kupplungselements
(4, 5) entgegen der Federkraft der Federeinrichtung (6) in einen ausgekuppelten Zustand zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verstellbare Kupplungselement (4, 5) als den
Druckraum (7) axial begrenzender Kolben ausgestaltet ist.
2. Kupplungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Kupplungselement (4, 5) im Druckraum (7) angeordnet ist oder den Druckraum (7) gegenüberliegend zum axial verstellbaren Kupplungselement (4, 5) axial begrenzt .
3. Kupplungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluidpfad (17) zur Beaufschlagung des Druckraums (7) mit dem Druckfluid einen in der dem axial verstellbaren Kupplungselement (4, 5) zugeordneten Welle (2, 3) verlaufenden Axialabschnitt (18) aufweist.
4. Kupplungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidpfad (17) in einem die Kupplungselemente (4, 5), den Druckraum (7) und die Federeinrichtung (6) enthaltenden Gehäuse (12) einen Radialabschnitt (19) aufweist, der mit dem in der jeweiligen Welle (2, 3) verlaufenden Axialabschnitt (18) fluidisch gekoppelt ist.
5. Kupplungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungselemente (4, 5) jeweils einen scheibenförmigen Kupplungskörper (21, 22) mit einer dem jeweils anderen Kupplungselement (4, 5) zugewandten axialen Wirkfläche (23, 24) aufweisen, wobei die Wirkflächen (23, 24) im eingekuppelten Zustand zur Drehmomentübertragung zusammenwirken .
6. Kupplungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Wirkflächen (23, 24) im eingekuppelten Zustand ausschließlich kraftschlüssig zusammenwirken und/oder
- die Wirkflächen (23, 24) als ebene Reibflächen ausgestaltet sind.
7. Kupplungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkflächen (23, 24) im eingekuppelten Zustand formschlüssig zusammenwirken.
8. Kupplungseinheit nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkflächen (23, 24) Stirnverzahnungen (25) aufweisen oder bilden.
9. Kupplungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnungen (25) so ausgestaltet sind, dass sie bei einer Drehmomentübertragung Haltekräfte erzeugen, die ein axiales Auseinanderdrücken der Kupplungskörper (21,
22) erschweren.
10. Kupplungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
- zumindest eine der Welle (2, 3) an einem die Kupplungselemente (4, 5), die Federeinrichtung (6) und den Druckraum (7) enthaltenden Gehäuse (12) gelagert ist, und/oder
- zumindest eine der Wellen (2, 3) an einem die Kupplungselemente (4, 5), die Federeinrichtung (6) und den Druckraum (7) enthaltenden Gehäuse (12) ungelagert ist.
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