DE102004005285A1

DE102004005285A1 - Kupplungszwischenscheiben mit Kühlungsdurchflusspfad

Info

Publication number: DE102004005285A1
Application number: DE102004005285A
Authority: DE
Inventors: Michael J. Ann Arbor Gorman; Young Sik Canton Kim
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2004-09-02
Also published as: US20040159519A1; JP2004245420A

Abstract

Eine Zwischenscheibe für ein Getriebekupplungspaket enthält erste und zweite Stahlscheiben, die jede eine Kontaktoberfläche haben, welche der anderen der beiden Stahlscheiben gegenüber liegt, und die innere und äußere Umfangsränder besitzen. In jeder Kontaktoberfläche sind Rillen ausgebildet, um Kühlmittel von dem inneren Umfangsrand zu dem äußeren Umfangsrand zu transportieren, um die Kühlung zu verbessern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kupplungs-Zwischenscheiben, welche sich gegenüberliegende Scheiben aufweisen, an deren sich gegenüberliegenden Oberflächen Rillen ausgebildet sind, um den Ölfluss vom Innenumfang zum Außenumfang der Zwischenscheiben für eine Kühlung zu erleichtern.
In einer so genannten "Nass"-kupplung für ein Automatikgetriebe sind Kupplungsscheiben und Zwischenscheiben üblicherweise abwechselnd gestapelt oder ineinander geschachtelt. Die Kupplungsscheiben sind üblicherweise am Innenumfang kerbverzahnt, und die Zwischenscheiben sind am Außenumfang kerbverzahnt. Dementsprechend sorgt ein Reibeingriff, wenn die Scheiben zusammengedrückt werden, dafür, dass sie miteinander rotieren, wodurch Drehmoment zwischen den inneren und äußeren kerbverzahnten Berührungsflächen der Scheiben übertragen wird.
Wenn die Kupplungen eingerückt und ausgerückt werden, wird eine erhebliche Menge an Wärmeenergie erzeugt. Diese Wärmeenergie muss mit einer Geschwindigkeit abgeführt werden, die es gewährleistet, dass die Oberflächentemperaturen der Scheiben innerhalb der Arbeitsgrenzen der Reibmaterialien auf den Kupplungsscheiben bleiben. Dementsprechend beeinflusst die Wärmeabfuhrrate von den Scheiben die Leistungscharakteristik eines Getriebes. Wenn beispielsweise ein Getriebe benötigt wird, um einen schwer beladenen LKW an einem steilen Berg in Gang zu setzen, dann muss die Drehmomentnutzlast verbessert werden.
Die Drehmomentnutzlast wird üblicherweise vergrößert, indem man den Radius der Kupplungsscheiben vergrößert, so dass die effektive Belagsfläche vergrößert wird. Eine solche Vergrößerung des Radius der Kupplungsscheiben vergrößert und verteuert jedoch den Aufbau und zudem muss zusätzliches Öl zur Kühlung über die Scheiben geführt werden. Dieses Problem der Erhitzung stellt sich ganz besonders, wenn ein schwer beladenes Fahrzeug am Berg in Gang gebracht werden soll, da die Kupplungsscheiben während eines längeren Zeitraums eine hohe Schlupfgeschwindigkeit bei hohem Drehmoment erfahren.

Die Erfindung stellt eine verbesserte Kupplungs-Zwischenscheibe zur Verfügung, die zwei gegenüberliegende Scheiben mit darin gebildeten Kühlrillen aufweist, die es ermöglichen, dass Kühlmittel durch die Zwischenscheibe fließt, um die Wärmeabfuhr zu verbessern. Dementsprechend ist der Kühlfluss so nah wie möglich an dem Ausgangspunkt der Wärmeerzeugung vorgesehen, welcher sich an der Grenzfläche zwischen der Stahloberfläche der Zwischenscheiben und den Kupplungsscheiben befindet. Die Scheiben, aus denen die Zwischenscheiben zusammengesetzt sind, sind aus einem Stahlmaterial hergestellt, das eine glatte Seite und eine Seite mit einem gewalzten, geprägten oder auf andere Weise geschaffenen halb offenen Kanal aufweist, um den radialen Fluss von Kühlöl zu ermöglichen.

Durch die paarweise Montage von Stahlplatten oder -scheiben mit den glatten Seiten nach außen und den profilierten Seiten einander gegenüber liegend kann man den Massenstrom von Kühlöl radial durch die Stahlplatten erhöhen, und dies sogar im eingekuppelten Zustand bei maximalem Anpressdruck.

Diese Erfindung ermöglicht einen leistungsfähigeren Arbeitszyklus mit verbesserter Lebensdauer und Zuverlässigkeit aufgrund von erhöhten Energieabfuhrraten. Sie gibt die Möglichkeit, die Größe der Kupplung zu verringern, oder Kupplungen einer existierenden Größe bei höheren Energiedurchsatzraten zu betreiben.

Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine Zwischenscheibe für ein Getriebekupplungspaket zur Verfügung, welches erste und zweite Stahlscheiben aufweist, die jeweils eine Kontaktoberfläche haben, die der anderen der beiden Scheiben gegenüberliegt und die innere und äußere Umfangsränder besitzen. Jede Kontaktoberfläche weist darin gebildete Rillen auf, um Kühlmittel von dem inneren Umfangsrand zu dem äußeren Umfangsrand zu transportieren, um die Kühlung zu verbessern.

Vorzugsweise sind die Stahlscheiben aus SAE 1020 Stahl hergestellt und die Rillen sind etwa 0,25 bis 0,50 mm (0,010 – 0,020 Inch) tief. Die Rillen besitzen vorzugsweise einen halbkreisförmigen Querschnitt und die Rillen der ersten Scheibe sind mit denen der zweiten Scheibe ausgerichtet.

Die Erfindung sieht des Weiteren ein Kupplungspaket für ein Getriebe vor, das mehrere innen kerbverzahnte Kupplungsscheiben aufweist, die abwechselnd mit mehreren außen kerbverzahnten Zwischenscheiben gestapelt oder ineinander verschachtelt sind. Jede Zwischenscheibe ist aus ersten und zweiten Scheiben zusammengesetzt, die wie oben beschrieben Rillen besitzen, um den Transport von Kühlöl zur Wärmeabfuhr zu erleichtern.

Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Verbessern der Leistung eines Kupplungspakets vor, das mehrere Kupplungsplatten aufweist, die mit mehreren Zwischenscheiben abwechselnd gestapelt oder ineinander verschachtelt sind. Dieses Verfahren beinhaltet das Ersetzen jeder Zwischenscheibe durch eine Ersatz-Zwischenscheibe, die wie oben beschrieben aus ersten und zweiten Scheiben aufgebaut ist, welche darin gebildete Rillen besitzen, um den Fluss von Kühlöl zu verbessern, um den Wärmetransport zu erleichtern.

Die oben genannten Aufgaben, Merkmale und Vorteile und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stahlscheibe zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kupplungs-Zwischenscheibe.
2 zeigt eine Draufsicht auf die Stahlscheibe von 1.
3 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in 2.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zwischenscheibe.
5 zeigt einen Längsschnitt eines Kupplungspakets in einem Getriebe, in welches die Zwischenscheiben der vorliegenden Erfindung eingebaut sind.
Die Erfindung sieht eine Zwischenscheibe zur Verwendung in einem Getriebekupplungspaket vor. Die Zwischenscheibe weist erste und zweite Stahlscheiben auf, die zueinander spiegelbildlich ausgebildet sind. Die 1 bis 3 zeigen beispielhaft eine erste Stahlscheibe 10. Die Stahlscheibe ist vorzugsweise ein Bauteil aus SAE 1020 Stahl und besitzt eine Kontaktoberfläche 12, welche für einen Kontakt mit der zweiten Stahlscheibe 14, die in 4 gezeigt ist, gestaltet ist. Die erste Stahlscheibe 10 besitzt innere und äußere Umfangsränder 16 und 18. Außerdem ist eine Vielzahl von Rillen 20 in der Kontaktoberfläche 12 gebildet, um Fluid von dem inneren Umfangsrand 16 zu dem äußeren Umfangsrand 18 zu transportieren, um die Kühlung zu verbessern.
Die Rillen 20 können geprägt, gewalzt oder auf andere Weise in der Kontaktoberfläche 12 der ersten und zweiten Scheibe 10, 14 ausgebildet sein.
Wie in 1 gezeigt ist, besitzen die Rillen 20 einen halbkreisförmigen Querschnitt, so dass, wenn die ersten und zweiten Stahlscheiben 10, 14 sich berühren, um die Zwischenscheibe 24 zu bilden, wie in 4 dargestellt, die Rillen 20 gleich ausgerichtet sind und zylindrische Öffnungen bilden, um Fluid vom inneren Umfangsrand 16 zum äußeren Umfangsrand 18 zu transportieren.
Wie in 3 gezeigt ist, haben die Rillen 20 vorzugsweise eine Tiefe (d) zwischen etwa 0,25 und 0,50 mm. Wie in 2 gezeigt ist, erstrecken sich die Rillen 20 radial vom Drehpunkt 26 der Scheiben aus.
Wie des Weiteren in 1 bis 4 gezeigt ist, weisen die ersten und zweiten Stahlscheiben 10, 14 äußere Kerbverzahnungen 28 auf, um Drehmoment auf eine rotierende Trommel zu übertragen.
5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Kupplungsanordnung 30 zur erfindungsgemäßen Verwendung in einem Automatikgetriebe gezeigt. Die Kupplungsanordnung 30 beinhaltet Zwischenscheiben 24, die mit Kupplungsscheiben 32 verschachtelt oder abwechselnd gestapelt sind. Jede Zwischenscheibe 24 ist so ausgebildet, wie es in den 1-4 gezeigt ist.
Wie in 5 gezeigt ist, weisen die Kupplungsscheiben 32 jeweils einen Reibbelag auf jeder ihrer Seiten auf, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Reibmaterialien können Papier, Elastomer, Graphit, gesintertes Metall usw. sein. Die Kerbverzahnungen der Zwischenscheiben 24 sind mit dem antriebsseitigen Mantel der Kupplung bzw. der antriebsseitigen Trommel 34 verzahnt, welcher) ein geschweißtes Teil ist. Das Kupplungspaket beinhaltet einen Haltering 36 für die Zwischenscheiben, welcher in den antriebsseitigen Mantel 34 der Kupplung gesteckt ist, um das ortsfeste Gegenelement 38 zurück zu halten. Eine Andrückplatte 40 ist an der den verschachtelten Platten 24, 32 gegenüberliegenden Seite positioniert und von einer Dämpfungsfeder 42 vorgespannt, wobei ein Andrückkolben 44 auf sie einwirkt. Eine Druckscheibe 46 trennt den antriebsseitigen Mantel 34 der Kupplung vom Freilaufelement (sprag member) 52. Ein Sprengring 54 und ein Freilaufhalter (sprag retainer) 56 sind ebenfalls dargestellt.
Buchsen 58, 60 und Lippendichtungen 62, 64 sind ebenfalls dargestellt.
Der Aufbau weist auch eine Kolbenrückholfeder 66 auf, und eine Vorrichtung 68 zum Führen der Rückholfeder ist auch dargestellt.
Die Zwischenscheiben der Erfindung sind lediglich beispielhaft in die oben beschriebene Kupplungsanordnung eingesetzt. Die Vorteile der Erfindung werden dadurch erreicht, dass die Zwischenscheiben als Verbund von zwei gegenüberliegenden Scheiben mit darin geformten Rillen aufgebaut sind. Die Rillen können gleich ausgerichtet sein oder auch nicht, und die Rillen können eine Vielzahl verschiedener Formen annehmen, wie beispielsweise parallele Rillen, spiralförmige Rillen, usw.
Die Erfindung ermöglicht eine höhere Energiezufuhrrate zu der Kontaktoberfläche, da die Wärmeenergie besser von der Kontaktoberfläche abgeführt wird. Dies macht das Kupplungspaket robuster, da das Kühlmittel sehr nah an die Wärmequelle (z.B. die ReibKontaktoberfläche an den Metalloberflächen der Zwischenscheiben) gebracht wird.
Die Erfindung kann auch das Entfernen von Rillen, die in den Reibbelägen der Kupplungsscheiben ausgebildet sind, ermöglichen, um Fläche für Reibmaterial zu gewinnen, so dass das Entfernen von Scheiben oder eine Verringerung des Scheibendurchmessers ermöglicht werden kann. Dementsprechend erhöht die Erfindung die effektive Belagsfläche und ermöglicht eine höhere Andrücklast, was wiederum erlaubt, dass entweder mehr Drehmoment von einer Kupplung der gleichen Größe übertragen werden kann, oder die Größe der Kupplungsscheiben verringert werden kann.
Die Scheiben, die die Zwischenscheiben bilden, sind vorzugsweise in einem Feinstanzverfahren hergestellt.
Ferner müssen die Rillen, die in den Scheiben ausgebildet sind, nicht halbkreisförmig sein. Sie können einen quadratischen, rechteckigen oder beliebigen anderen gewünschten Querschnitt besitzen, ein halbkreisförmiger Querschnitt wäre allerdings zu bevorzugen.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Verbessern der Leistung eines Kupplungspakets, wobei existierende Zwischenscheiben durch Ersatz-Zwischenscheiben ersetzt werden, die als Paare aus ersten und zweiten Scheiben mit Rillen darin ausgebildet sind, wie oben beschrieben.
Zusammengefasst enthält eine Zwischenscheibe für eine Getriebekupplungspaket erste und zweite Stahlscheiben, die jede eine Kontaktoberfläche haben, welche der anderen der beiden Stahlscheiben gegenüber liegt, und die innere und äußere Umfangsränder besitzen. In jeder Kontaktoberfläche sind Rillen ausgebildet, um Kühlmittel von dem inneren Umfangsrand zu dem äußeren Umfangsrand zu transportieren, um die Kühlung zu verbessern.

Claims

Zwischenscheibe für ein Getriebekupplungspaket, umfassend: erste und zweite Stahlscheiben (10), die jeweils eine Kontaktoberfläche (12) besitzen, die der anderen der beiden Stahlscheiben (10) gegenüber liegt, und die einen inneren und einen äußeren Umfangsrand (16, 18) besitzen, wobei in jeder Kontaktoberfläche (12) Rillen (20) ausgebildet sind, um Kühlmittel von dem inneren Umfangsrand (16) zu dem äußeren Umfangsrand (18) zu transportieren, um die Kühlung zu verbessern.
Zwischenscheibe nach Anspruch 1, wobei die Stahlscheiben (10) SAE 1020 Stahl aufweisen.
Zwischenscheibe nach Anspruch 1, wobei die Rillen (20) jeweils etwa 0,25 bis 0,50 mm tief sind.
Zwischenscheibe nach Anspruch 1, wobei die Rillen (20) der ersten Scheibe (10) mit den Rillen (20) der zweiten Scheibe (14) ausgerichtet sind.
Zwischenscheibe nach Anspruch 1, wobei sich die Rillen (20) radial von dem jeweiligen inneren Umfangsrand (16) zu dem jeweiligen äußeren Umfangsrand (18) erstrecken.
Zwischenscheibe nach Anspruch 1, wobei jede Rille (20) einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzt.
Zwischenscheibe nach Anspruch 1, wobei die Rillen (20) geprägt sind.
Ein Kupplungspaket für ein Getriebe, umfassend: mehrere innen kerbverzahnte Kupplungsscheiben (32) und mehrere außen kerbverzahnte Zwischenscheiben (24), die mit den Kupplungsscheiben (32) abwechselnd gestapelt sind, wobei jede Zwischenscheibe (24) erste und zweite Stahlscheiben (10, 14) aufweist, die jede eine Kontaktoberfläche (12) haben, welche der anderen der beiden Stahlscheiben (14, 10) gegenüber liegt, und die innere und äußere Umfangsränder (16, 18) besitzen, wobei in jeder Kontaktoberfläche (12) Rillen (20) ausgebildet sind, um Kühlmittel von dem inneren Umfangsrand (16) zu dem äußeren Umfangsrand (18) zu transportieren, um die Kühlung zu verbessern.
Kupplungspaket nach Anspruch 8, wobei die Stahlscheiben (10) SAE 1020 Stahl aufweisen.
Kupplungspaket nach Anspruch 8, wobei die Rillen (20) jeweils etwa 0,25 bis 0,50 mm tief sind.
Kupplungspaket nach Anspruch 8, wobei die Rillen (20) der ersten Scheibe (10) mit den Rillen der zweiten Scheibe (14) ausgerichtet sind.
Kupplungspaket nach Anspruch 8, wobei die Rillen (20) sich radial von dem jeweiligen inneren Umfangsrand (16) zu dem jeweiligen äußeren Umfangsrand (18) erstrecken.
Kupplungspaket nach Anspruch 8, wobei jede der Rillen (20) einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzt.
Kupplungspaket nach Anspruch 8, wobei die Rillen (20) geprägt sind.
Verfahren zum Verbessern der Leistung eines Kupplungspakets, welches mehrere Kupplungsscheiben (32) aufweist, die abwechselnd mit mehreren Zwischenscheiben gestapelt sind, wobei jede Zwischenscheibe durch eine Ersatz-Zwischenscheibe (24) ersetzt wird, welche erste und zweite Stahlscheiben (10, 14) aufweist, die jede eine Kontaktoberfläche (12) besitzen, welche der anderen der beiden Stahlscheiben (14, 10) gegenüber liegt, und die innere und äußere Umfangsränder (16, 18) besitzen, wobei in jeder Kontaktoberfläche (12) Rillen (20) ausgebildet sind, um Kühlmittel von dem inneren Umfangsrand (16) zu dem äußeren Umfangsrand (18) zu transportieren, um die Kühlung zu verbessern.