DE102005007566A1

DE102005007566A1 - Kupplungsanordnung mit Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102005007566A1
Application number: DE200510007566
Authority: DE
Inventors: James A. Ann Arbor Springer; Robert S. Brighton Samanich; Raymond J. Brighton Haka; Joel M. Northville Maguire; Peter E. Ann Arbor Devlin
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2025-02-19
Also published as: JP4109681B2; US7163095B2; JP2005233426A; US20050183922A1; DE102005007566B4

Abstract

Eine Kupplungsanordnung weist eine Nabe mit einer Nabenreibfläche und einer Innenfläche auf, die zusammenwirken, um einen Hohlraum zu definieren. Innerhalb des Hohlraums ist ein Dämpfungselement angeordnet und steht mit der Nabenreibfläche in Kontakt. Das Dämpfungselement ist bezüglich der Nabe so drehbar, dass eine relative Bewegung zwischen dem Dämpfungsring und der Nabenreibfläche eine Energieabsorption und -dissipation zur Folge hat, um eine unerwünschte Kupplungsvibration zu minimieren. Der Dämpfungsring befindet sich innerhalb der Kupplungsnabe, so dass er einen Getriebeeinbau nicht nachteilig beeinflusst. Die Kupplungsanordnung weist vorzugsweise ein Element auf, das dafür ausgelegt ist, ein Schmiermittel entlang einem Innendurchmesser des Dämpfungselements zu leiten, so dass es anschließend zwischen dem Dämpfungsring und der Nabenreibfläche und durch die Löcher in der Nabe strömt, um Kupplungsscheiben zu schmieren.

Description

Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 20. Februar 2004 eingereichten US-Patentanmeldung Seriennummer 60/546,114, die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit einbezogen ist.
Diese Erfindung bezieht sich auf Kupplungsanordnungen mit Dämpfungseinrichtungen, die innerhalb einer Kupplungsnabe integral angeordnet sind, um eine Selbstanregung der Kupplungsanordnung während eines Einrückens oder Ausrückens der Kupplung zu reduzieren.
Im Allgemeinen umfasst ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs mehrere Zahnradelemente und selektiv in Eingriff bringbare Reibelemente (worauf hierin als Kupplungen verwiesen wird), die gesteuert werden, um eines von mehreren Vorwärtsübersetzungsverhältnissen zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen des Getriebes einzurichten. Die Eingangswelle ist typischerweise durch eine Fluidkopplung wie z.B. einen Drehmomentwandler mit dem Fahrzeugmotor gekoppelt, und die Ausgangswelle ist über einen Differentialgetriebesatz mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs gekoppelt.
Das Schalten von einem gegenwärtig eingerichteten Übersetzungsverhältnis zu einem neuen Übersetzungsverhältnis ist in den meisten Fällen mit einem Ausrücken einer Kupplung (einer auseinandergehenden Kupplung), die mit dem gegenwärtigen Übersetzungsverhältnis verbunden ist, und einem Einrücken einer Kupplung (zusammengehende Kupplung) verbunden, die mit dem neuen Übersetzungsverhältnis verbunden ist. Das Ein rücken und Ausrücken einer Kupplung kann eine Selbstanregung der Kupplung zur Folge haben, während die Kupplung schleift.

Es wird eine Kupplungsanordnung geschaffen, die ein hörbares Geräusch eliminiert oder reduziert, das durch eine Selbstanregung der Kupplung während eines Einrückens oder Ausrückens erzeugt werden kann. Die Kupplungsanordnung umfasst eine um eine Achse drehbare Kupplungsnabe. Die Nabe weist eine Innenfläche und ein Nabenreibfläche auf. Die Innenfläche und die Nabenreibfläche wirken zusammen, um zumindest teilweise einen Hohlraum zu definieren. Ein Dämpfungselement (worauf manchmal auch als "Dämpfer" verwiesen wird) befindet sich innerhalb des Hohlraums und steht mit der Nabenreibfläche in Kontakt. Das Dämpfungselement ist bezüglich der Kupplungsnabe um die Achse drehbar, so dass eine relative Bewegung zwischen dem Dämpfungselement und der Nabenreibfläche eine Energieabsorption und -dissipation zur Folge hat, um eine unerwünschte Kupplungsvibration zu minimieren. Der Dämpfungsring verhindert oder reduziert eine Oszillation und Selbstanregung der Kupplungsanordnung im Gegensatz zu Dämpfungseinrichtungen nach dem Stand der Technik, welche Quellen externer Anregung wie z.B. Zündimpulse von einem Motor absorbieren. Da das Dämpfungselement sich innerhalb eines Hohlraums in der Nabe befindet, hat es keinen nachteiligen Effekt auf den Getriebeeinbau. Dämpfungselemente nach dem Stand der Technik wie z.B. diejenigen, die an Motoren verwendet werden, werden an ein bestehendes System "angebaut" und erfordern zusätzlichen Einbauraum.

Die Kupplungsanordnung ist vorzugsweise so konfiguriert, dass der Hohlraum mit einer Quelle eines Fluidschmiermittels in Fluidverbindung steht, und ist so gestaltet, dass das Fluidschmiermittel zwischen dem Dämpfungselement und der Nabenreibfläche zur Innenfläche strömt. Löcher, die in der Nabe durch die Innenfläche ausgebildet sind, schaffen einen Kanal für das Fluid, damit es zu Kupplungsscheiben strömt.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
1 einen schematischen Querschnitt einer Kupplungsanordnung mit einem Dämpfungsring in einem Automatikgetriebe;
2 eine schematische perspektivische Ansicht des Dämpfungsrings von 1;
3 eine andere perspektivische Ansicht des Dämpfungsrings von 1 und 2;
4 einen schematischen Querschnitt eines Teils der Kupplungsanordnung von 1; und
5 einen schematischen Querschnitt des Teils der Kupplungsanordnung von 4, mit Pfeilen, um Fluidströmungswege durch die Kupplungsanordnung und insbesondere um den Dämpfungsring anzugeben.
In 1 ist eine Kupplungsanordnung 10 in einem Automatikgetriebe 12 eines Fahrzeugs schematisch dargestellt. Die Kupplungsanordnung 10 umfasst eine Kupplungsnabe 14, die um eine Achse A auf einer Nabenwelle 16 drehbar ist. Die Kupplungsnabe 14 ist gekennzeichnet durch eine Innenfläche 18, die im Wesentlichen axial, d.h. parallel zur Achse A, orientiert ist, und eine Außenfläche 22, die der Innenfläche 18 gegenüber liegt. Die Kupplungsnabe 14 umfasst eine Wand 26, die eine Nabenreibfläche 28 definiert. Die Wand 26 und die Nabenreibfläche 28 sind im Wesentlichen radial, d.h. senkrecht zur Achse A, orientiert. Mehrere Kupplungsscheiben 32 sind an der Außenfläche 22 mit der Nabe 14 für eine gemeinsame Drehung wirksam verbunden. Die Innenfläche 18 und die Außenfläche 22 können keilverzahnt sein.
Die Nabenreibfläche 28 und die Innenfläche 18 definieren in der dargestellten Ausführungsform teilweise einen ringförmigen Hohlraum 30. Ein ringförmiges Dämpfungselement oder ein Dämpfungsring 34 befindet sich im Hohlraum 30. Der Dämpfungsring 34 und der Hohlraum 30 befinden sich in der Nabe 14 zwischen den Scheiben 32 und der Drehachse A, so dass der Dämpfungsring 34 den Getriebeeinbau nicht beeinflusst.
Nach 2 und 3, worin gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten von 1 verweisen, besteht der Dämpfungsring 34 aus Metallpulver, um das Massenmoment unter vernünftigen Kosten zu maximieren. Der Dämpfungsring 34 weist eine ringförmige erste Dämpfungsreibfläche 36 auf, die von einer mit einer Seite des Rings verbundenen ersten Reibscheibe 38 gebildet wird, und eine ringförmige zweite Dämpfungsreibfläche 40, die von einer mit einer gegenüberliegenden Seite des Rings 30 verbundenen zweiten Reibscheibe 42 gebildet wird. Die Reibscheiben 38, 42 sind vorzugsweise ein die Reibung steigerndes Material wie z.B. Reibpapier. Die erste Reibscheibe 38 ist von mehreren radialen Rillen 44 oder Schlitzen unterbrochen.
Nach 4, worin gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten aus 1 – 3 verweisen, steht die (vergrößert dargestellte) erste Reibscheibe 38 mit der Nabenreibfläche 28 in Kontakt. Ein Einrückelement für die Dämpfungseinrichtung, das heißt eine Einrückplatte 46, übt eine axiale Kraft auf die (vergrößert dargestellte) zweite Reibscheibe 42 aus, um den Dämpfungsring 34 im Hohlraum 30 festzuhalten und einen Kontakt zwischen der ersten Dämpfungsreibfläche 36 und der Nabenreibfläche 28 aufrechtzuerhalten. Die Einrückplatte 46 für die Dämpfungseinrichtung ist durch einen in eine ringförmige Rille 50 in der Nabe 14 eingesetzten gewellten Schnappring 48 auf der Nabe 14 elastisch (d.h. nicht starr, um so eine Federkonstante zu erzeugen) gestützt.
Der Dämpfungsring 34 ist um die Achse A drehbar und bezüglich der Kupplungsnabe 14 drehbar. Eine relative Bewegung zwischen der Nabenreibfläche 28 und der ersten Reibscheibe 38 hat eine Energieabsorption und -dissipation zur Folge, um eine unerwünschte Kupplungsvibration zu minimieren, um so ein durch eine Selbstanregung der Kupplung hervorgerufenes Geräusch zu reduzieren oder zu eliminieren. Eine relative Bewegung zwischen der Einrückplatte 46 und der zweiten Reibscheibe 42 ergibt entsprechend eine Energieabsorption und -dissipation.
Der Fachmann erkennt, dass solche Eigenschaften einer Energieabsorption eine Funktion des Trägheitsmoments des Dämpfungsrings 34, des Reibungskoeffizienten zwischen der Nabenreibfläche 28, der Einrückplatte 46 bzw. den Reibscheiben 38, 42, der effektiven Radien der Reibelemente, der Anzahl aktiver Reibflächen und der von der Einrückplatte 46 auf den Dämpfungsring 34 ausgeübten axialen Kraft sind. Konkreter ist die Energieabsorption der Dämpfungseinrichtung eine Funktion der Beschleunigung der Kupplungsnabe, des Trägheitsmoments des Dämpfungsrings und des "Losbrech"-Moments (das Produkt des Reibungskoeffizienten, der Anzahl aktiver Flächen, des effektiven Radius und der axialen Kraft).
Die optimale Energiedissipation findet statt, wenn das Losbrechmoment so eingestellt ist, dass der Trägheitsring etwa die halbe Zeit schleift. Die dissipierte Energie ist das Produkt des Losbrechmoments und der Winkelverschiebung. Bei einem Losbrechmoment Null ist die Winkelverschiebung groß, das Produkt der beiden aber ist Null. Bei sehr hohen Werten des Losbrechmoments wird die Winkelverschiebung Null, weil eine relative Bewegung zwischen der Nabe 14 und dem Ring 34 verhindert wird, und die dissipierte Energie ist wieder Null. Folglich gibt es einen optimalen Wert für das Losbrechmoment, der die Energiedissipation maximiert. Dieser optimale Wert ist eine Funktion des Trägheitsmoments des Dämpfungsrings und der Beschleunigung der Nabe (Verschiebung, multipliziert mit der Frequenz im Quadrat).
Nach 5, worin gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten aus 1 – 4 verweisen, umfasst das Getriebe 12 ein Axiallager 54 zwischen zwei Wellen 16, 58. Das Axiallager 54 steht mit einer Quelle 62 für unter Druck gesetztes Fluid wie z.B. einer Pumpe zur Schmierung und Kühlung des Axiallagers 54 in Fluidverbindung. Die Kupplungsanordnung 10 ist so konfiguriert und angeordnet, dass sie ein Fluidschmiermittel 66 über das Axiallager 54 von der Fluidquelle empfängt.
Die Einrückplatte 46 ist bezüglich des Schmierungsausgangs 70 des Axiallagerlaufrings 74 angeordnet, um aus dem Laufring 74 des Lagers austretendes Fluid 66 umzuleiten oder zu führen, damit es entlang oder um den Dämpfungsring 34 strömt. Eine geringe Menge Fluid 66 strömt zwischen der zweiten Reibscheibe 42 und der Einrückplatte 46. Das meiste F1uid 66 strömt entlang dem Innendurchmesser 78 des Dämpfungsrings 34, dann zwischen der Nabenreibfläche 28 und dem Dämpfungsring 34 durch die Rillen, die in der (in der 5 nicht dargestellten) ersten Reibfläche ausgebildet sind, um die erste Reibfläche und die Nabenreibfläche 28 zu schmieren und zu kühlen. Alternativ dazu und innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung kann die Nabenreibfläche 28 von mehreren Rillen unterbrochen sein, um den Strom des Schmiermittels 66 zwischen dem Dämpfungsring 34 und der Nabenreibfläche 28 zu erleichtern.
In der Nabe 14 ausgebildete Löcher 82 erstrecken sich von der Innenfläche 18 zur Außenfläche 22. Der Außendurchmesser 88 des Dämpfungsrings 34 und die Innenfläche 18 definieren dazwischen einen ringförmigen Strömungsweg für das Schmiermittel, der in 4 bei 90 dargestellt ist. Nachdem es durch die Rillen in der ersten Reibscheibe geströmt ist, wird das Schmiermittel 66 in den Strömungsweg 90 zugeführt und dann durch die Löcher 82, um die Scheiben 32 zu schmieren.
Obgleich die besten Verfahren zum Ausführen der Erfindung ausführlich beschrieben wurden, erkennt der Fachmann für die Technik, auf die sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung innerhalb der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen. Eine Kupplungsanordnung weist eine Nabe mit einer Nabenreibfläche und einer Innenfläche auf, die zusammenwirken, um einen Hohlraum zu definieren. Innerhalb des Hohlraums ist ein Dämpfungselement angeordnet und steht mit der Nabenreibfläche in Kontakt. Das Dämpfungselement ist bezüglich der Nabe so drehbar, dass eine relative Bewegung zwischen dem Dämpfungsring und der Nabenreibfläche eine Energieabsorption und -dissipation zur Folge hat, um eine unerwünschte Kupplungsvibration zu minimieren. Der Dämpfungsring befindet sich innerhalb der Kupplungsnabe, so dass er einen Getriebeeinbau nicht nachteilig beeinflusst. Die Kupplungsanordnung weist vorzugsweise ein Element auf, das dafür ausgelegt ist, ein Schmiermittel entlang einem Innendurchmesser des Dämpfungselements zu leiten, so dass es anschließend zwischen dem Dämpfungsring und der Nabenreibfläche und durch die Löcher in der Nabe strömt, um Kupplungsscheiben zu schmieren.

Claims

Kupplungsanordnung, mit: einer Kupplungsnabe, die um eine Achse drehbar ist, wobei die Kupplungsnabe eine Nabenreibfläche aufweist, die zumindest teilweise einen Hohlraum definiert; und einem Dämpfungselement, das innerhalb des Hohlraums gelegen ist, mit der Nabenreibfläche in Kontakt steht, um Vibration zu minimieren, und bezüglich der Kupplungsnabe um die Achse drehbar ist.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung derart konfiguriert ist, dass der Hohlraum mit einer Quelle für ein Fluidschmiermittel in Fluidverbindung steht, und die Kupplungsanordnung ausreichend gestaltet ist, um das Schmiermittel zwischen dem Dämpfungselement und der Nabenreibfläche zu leiten.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement ein Dämpfungsring ist; die Kupplungsanordnung ferner ein Einrückelement aufweist, das auf der Nabe gestützt und ausreichend ausgelegt und angeordnet ist, um auf den Dämpfungsring eine axiale Kraft auszuüben; und das Einrückelement ausreichend gestaltet und angeordnet ist, um Schmiermittel von der Fluidquelle zu leiten oder zurückzuhalten, so dass das Schmiermittel axial entlang zumindest einem Teil des Innendurchmessers des Dämpfungsrings strömt.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement eine Dämpfungsreibfläche in Kontakt mit der Nabenreibfläche aufweist und die Nabenreibfläche oder die Dämpfungsreibfläche von mehreren Rillen unterbrochen ist, um den Strom eines Schmiermittels zwischen dem Dämpfungselement und der Nabenreibfläche zu erleichtern.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere Kupplungsscheiben, die mit der Nabe für eine gemeinsame Drehung wirksam verbunden sind; wobei die Nabe gekennzeichnet ist durch eine Innenfläche, die mit der Nabenreibfläche zusammenwirkt, um den Hohlraum zu definieren; die Nabe gekennzeichnet ist durch eine Außenfläche, die der Innenfläche gegenüberliegt; das Dämpfungselement durch einen Außendurchmesser gekennzeichnet ist, der mit der Innenfläche der Kupplungsnabe zusammenwirkt, um dazwischen einen Strömungsweg für das Schmiermittel zu definieren; der Strömungsweg für das Schmiermittel ausreichend gestaltet ist, um Schmiermittel von zwischen dem Dämpfungselement und der Nabenreibfläche zuzuführen; und die Nabe mehrere, von der Innenfläche zur Außenfläche verlaufende Löcher definiert, durch die Schmiermittel vom Strömungsweg für das Schmiermittel strömen kann, um die Kupplungsscheiben zu schmieren und zu kühlen.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kupplungsscheiben mit der Nabe für eine gemeinsame Drehung wirksam verbunden sind; und das Dämpfungselement zumindest teilweise zwischen zumindest einer der Kupplungsscheiben und der Achse liegt.
Getriebe, mit: einer Kupplungsnabe, die um eine Achse drehbar ist, wobei die Kupplungsnabe eine Innenfläche und eine Nabenreibfläche aufweist, die zusammenwirken, um zumindest teilweise einen Hohlraum zu definieren; einem Dämpfungsring, der innerhalb des Hohlraumes gelegen ist, mit der Nabenreibfläche in Kontakt steht und bezüglich der Kupplungsnabe um die Achse drehbar ist; zwei Wellen, einem Lager zwischen den beiden Wellen, und einer Quelle für ein unter Druck gesetztes Fluidschmiermittel in Fluidverbindung mit dem Lager; wobei der Hohlraum mit dem Lager in Fluidverbindung steht, um von dort ein Schmiermittel zu empfangen.
Getriebe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Einrückelement, das dafür ausgelegt ist, eine axiale Kraft auf den Dämpfungsring auszuüben, und ausreichend angeordnet und gestaltet ist, um Schmiermittel vom Lager entlang zumindest einem Teil des Innendurchmessers des Dämpfungsrings umzuleiten oder zu führen.
Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe durch eine der Innenfläche gegenüberliegende Außenfläche gekennzeichnet ist; der Außendurchmesser des Dämpfungsrings und die Innenfläche zusammenwirken, um einen Strömungsweg für das Schmiermittel zu bilden; die Nabe gekennzeichnet ist durch zumindest ein Loch, das zwischen der Innenfläche und der Außenfläche verläuft; und der Dämpfungsring so konfiguriert ist, dass zumindest ein Teil des entlang zumindest einem Teil des Innendurchmessers des Dämpfungsrings geleiteten Schmiermittels anschließend zwischen dem Dämpfungsring und der Nabenreibfläche in den Strömungsweg für das Schmiermittel und durch das Loch strömt.
Getriebe nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch mehrere Kupplungsscheiben, die mit der Nabe für eine gemeinsame Drehung wirksam verbunden sind und mit dem Loch in Fluidverbindung stehen.
Kupplungsanordnung, mit: einer Kupplungsnabe, die um eine Achse drehbar ist, wobei die Kupplungsnabe eine Außenfläche, eine der Außenfläche gegenüberliegende Innenfläche und eine Nabenreibfläche aufweist, die mit der Innenfläche zusammenwirkt, um zumindest teilweise einen Hohlraum zu definieren; einem Dämpfungsring, der innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, mit der Nabenreibfläche in Kontakt steht und bezüglich der Kupplungsnabe um die Achse drehbar ist; einem Einrückelement, das auf der Nabe gestützt und ausreichend gestaltet und angeordnet ist, um eine axiale Kraft auf den Dämpfungsring auszuüben; und mehreren Kupplungsscheiben, die mit der Nabe für eine gemeinsame Drehung wirksam verbunden sind; wobei die Naben mehrere Löcher definieren, die zwischen der Innenfläche und der Außenfläche verlaufen; der Außendurchmesser des Dämpfungsrings und die Innenfläche dazwischen einen Strömungsweg definieren; und die Kupplungsanordnung ausreichend so gestaltet ist, dass der Hohlraum mit einer Quelle für ein Fluidschmiermittel in Fluidverbindung steht, so dass das Schmiermittel zwischen der Nabenreibfläche und dem Dämpfungsring zum Strömungsweg für das Schmiermittel und durch die mehreren Löcher strömt, um die mehreren Kupplungsscheiben zu schmieren.