-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Reibungskupplung für
den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend eine mit einem Antriebsorgan
zur gemeinsamen Drehung um eine Drehachse zu koppelnde und wenigstens
teilweise mit Fluid gefüllte oder füllbare Gehäuseanordnung,
wenigstens ein erstes Reibelement, welches mit der Gehäuseanordnung
zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse gekoppelt ist, wenigstens
ein zweites Reibelement, welches durch ein ringartiges Kolbenelement
in Reibeingriff mit dem wenigstens einen ersten Reibelement bringbar
ist und mit einem Abtriebsorgan zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse
zu koppeln ist.
-
Eine
derartige Reibungskupplung ist als Überbrückungskupplung
in einem hydrodynamischen Drehmomentwandler aus der
2 der
US 2005/0155831 A1 bekannt.
Bei dieser bekannten Ausgestaltung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers
bzw. der darin vorgesehenen Reibungskupplung ist eine erste Gruppe
von ersten Reibelementen mit der Gehäuseanordnung drehfest, axial
bezüglich dieser jedoch verlagerbar gekoppelt. Hier bildet
also die Gehäuseanordnung einen ersten Reibelemententräger.
Ein zweiter Reibelemententräger trägt eine zweite
Gruppe von zweiten Reibelementen drehfest, jedoch axial verlagerbar
und ist weiterhin über eine Torsionsschwingungsdämpferanordnung
mit einem Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers und über
dieses mit einer Abtriebswelle zur gemeinsamen Drehung gekoppelt. Die
Reibelemente der beiden Gruppen von Reibelementen sind in Achsrichtung
alternierend angeordnet. Ein ringartiges Kolbenelement ist in der
Gehäuseanordnung axial verlagerbar und kommt mit seinem
Beaufschlagungsbereich bei Annäherung an die Reibelemente
in Kontakt mit dem axial ersten Reibelement der ersten Gruppe von
Reibelementen.
-
Dadurch
werden die alternierend angeordneten Reibelemente der beiden Gruppen
gegeneinander gepresst und somit in einen Drehmomentübertragungszustand
gebracht.
-
Am
Gehäuse ist durch einen daran durch Verschweißung
festgelegten Ring eine Innenumfangsfläche gebildet, entlang
welcher das Kolbenelement mit seinem radial äußeren
Bereich bewegbar ist. In diesem radial äußeren
Bereich weist das Kolbenelement eine zwischen zwei Wandungen gebildete
Umfangsnut auf, in welcher ein Dichtungselement aufgenommen ist.
Dieses stellt einen fluiddichten Abschluss zur Innenumfangsfläche
her.
-
Da
derartige Dichtungselemente im Allgemeinen aus elastischem, gummiartigem
Material aufgebaut sind, sind sie thermisch deutlich weniger belastbar,
als beispielsweise das Aufbaumaterial des Gehäuses oder
auch das Aufbaumaterial des Kolbens, welche im Allgemeinen aus Metall
ausgebildet sind. Um vor allem im Schlupfzustand der Reibelemente
derartige Dichtungselemente vor thermischer Beschädigung
zu schützen, ist es bekannt, sehr hochwertige Werkstoffe
für diese einzusetzen, was einerseits die Gesamtkosten
erhöht, andererseits eine Beeinträchtigung der
Dichtungseigenschaften, wie z. B. die Elastizität und auch
die Gleiteigenschaft, mit sich bringt.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reibungskupplung
für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs vorzusehen, welche
bei einfachem Aufbau eine thermische Überlastung eines
an einem Kolbenelement vorgesehenen Dichtungselements vermeidet.
-
Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch eine Reibungskupplung für
den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend eine mit einem Antriebsorgan
zur gemeinsamen Drehung um eine Drehachse zu kuppelnde und wenigstens
teilweise mit Fluid gefüllte oder füllbare Gehäuseanordnung,
wenigstens ein erstes Reibelement, welches mit der Gehäuseanordnung
zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse gekoppelt ist, wenigstens
ein zweites Reibelement, welches durch ein ringartiges Kolbenelement
in Reibeingriff mit dem wenigstens einen ersten Reibelement bringbar
ist und mit einem Abtriebsorgan zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse
zu koppeln ist, wobei das Kolbenelement in einem radial äußeren
Bereich desselben einen Beaufschlagungsbereich zur Beaufschlagung
der Reibelemente aufweist und in einer Außenumfangsnut
ein erstes Dichtungselement trägt, das entlang einer Innenumfangsfläche
der Gehäuseanordnung bewegbar ist, wobei die Außenumfangsnut
zwischen einer den Reibelementen zugewandten ersten Begrenzungswandung und
einer von den Reibelementen abgewandten zweiten Begrenzungswandung
ausgebildet ist, wobei folgende Beziehung gilt: (K – L)0,5·D ≥ 6,0wobei D
die axiale Dicke der den Reibelementen zugewandten Begrenzungswandung
ist, L das Lüftspiel des Kolbenelements zwischen einer
maximal von den Reibelementen zurückgezogenen Positionierung und
einer Positionierung desselben ist, bei welchem es die Reibelemente
beaufschlagt, und K der theoretisch maximal mögliche Weg
des ersten Dichtungselements entlang der Innenumfangsfläche
ist.
-
Bei
Erfüllung dieser Beziehung ist sichergestellt, dass ausreichend
Materialvolumen insbesondere auch im Bereich der das erste Dichtungselement
abschirmenden Begrenzungswandung des Kolbenelements bereitgestellt
ist, um Wärme aufzunehmen. Eine übermäßige
Wärmeeinleitung in das erste Dichtungselement selbst kann
somit vermieden werden.
-
Um
auch radial innen eine fluiddichte Führung für
das Kolbenelement vorzusehen, wird vorgeschlagen, dass das Kolbenelement
in seinem radial inneren Bereich mit einem zylindrischen Abschnitt entlang
einer Außenumfangsfläche der Gehäuseanordnung
bewegbar ist, welche in einer Außenumfangsnut ein zweites
Dichtungselement trägt.
-
Weiter
kann vorgesehen sein, dass das Kolbenelement mit seinem Beaufschlagungsbereich
ein erstes Reibelement berührt.
-
Die
erfindungsgemäße Reibungskupplung kann beispielsweise
derart aufgebaut sein, dass eine erste Gruppe von ersten Reibelementen
vermittels eines ersten Reibelemententrägers mit der Gehäuseanordnung
zur gemeinsamen Drehung gekoppelt ist und eine zweite Gruppe von
zweiten Reibelementen vermittels eines zweiten Reibelemententrägers
mit dem Abtriebsorgan zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse zu
koppeln ist.
-
Das
Kolbenelement kann aus Metall, beispielsweise Stahl oder Aluminium,
hergestellt sein. Weiter ist es möglich, dass das erste
Dichtungselement ein Dichtungsring aus Gummi oder gummiartigem Material
ist.
-
Die
erfindungsgemäße Reibungskuppelung kann als nasslaufende
Anfahrkupplung ausgebildet sein, kann aber auch als Überbrückungskupplung
in einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder beispielsweise
auch einer Fluidkupplung vorgesehen sein.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden
Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
-
1 eine
Teil-Längsschnittansicht einer als nasslaufende Anfahrkupplung
ausgebildeten Reibungskupplung;
-
2 ein
vergrößertes Detail der nasslaufenden Anfahrkupplung
in etwas abgewandelter Bauart.
-
Die
Reibungskupplung 10 umfasst eine allgemein mit 12 bezeichnete
Gehäuseanordnung mit zwei schalenartigen Gehäuseteilen 14, 16.
Mit dem schalenartigen Gehäuseteil 14 ist radial
innen weiterhin eine Gehäusenabe 16 beispielsweise
durch Verschweißung verbunden. Die Gehäusenabe 16 weist einen
Lagerzapfen 18 auf, mit welchem sie in einer Aussparung
einer Antriebswelle, beispielsweise einer Kurbelwelle, radial gelagert
werden kann. Über eine nicht dargestellte Kopplungsanordnung
kann das Gehäuseteil 14 mit dieser Antriebswelle
zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse A verbunden werden. Das
Gehäuseteil 16, das radial außen mit dem
Gehäuseteil 14 durch Verschweißung fest
verbunden ist, trägt in seinem radial inneren Bereich eine
Pumpennabe 20. Diese kann in ein Getriebe eingreifend positioniert
werden und dort eine Fluidpumpe antreiben, um in an sich bekannter
Weise Fluid, wie z. B. Getriebeöl, in den Innenraum 22 der
Gehäuseanordnung 12 einzuspeisen.
-
Ein
radial äußerer, zylindrischer Abschnitt 24 des
Gehäuseteils 14 bildet einen ersten Reibelemententräger 26,
mit welchem die Reibelemente 28 einer ersten Gruppe 30 von
Reibelementen zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse gekoppelt
sind, bei gleichwohl möglicher Axialbewegung derselben.
Die Reibelemente 32 einer zweiten Gruppe 34 von
Reibelementen sind radial innen mit einem zweiten Reibelemententräger 36 drehfest,
bezüglich diesem jedoch axial bewegbar gekoppelt. Der zweite
Reibelemententräger 36 ist über eine
Torsionsschwingungsdämpferanordnung 38 mit einer
Abtriebsnabe 40 gekoppelt. Diese Abtriebsnabe 40 kann
mit einer Getriebeeingangswelle oder dergleichen drehfest gekoppelt
werden.
-
Ein
im Wesentlichen ringartiges Kolbenelement 42 unterteilt
den Innenraum 22 in einen die beiden Gruppen 30 und 34 von
Reibelementen enthaltenden ersten Raumbereich 44 und einen
zweiten Raumbereich 46. In seinem radial äußeren
Bereich weist das Kolbenelement 42 einen Beaufschlagungsbereich 48 auf,
mit welchem es zur Herstellung des Drehmomentübertragungszustands
mit einem Reibelement 28 der ersten Gruppe 30 von
Reibelementen in Kontakt gebracht werden kann, um dabei die Reibelemente 28, 32 gegeneinander
zu pressen. Die Kraftabstützung erfolgt über einen
am ersten Reibelemententräger 26 vorgesehenen
Sicherungsring 50.
-
In
seinem radial äußeren Bereich weist das Kolbenelement 42 weiterhin
zwischen zwei Wandungen 52, 54 eine Umfangsnut 56 auf,
in welcher ein beispielsweise O-ringartiges erstes Dichtungselement 58 aufgenommen
ist. Am Gehäuseteil 14 ist in Zuordnung zu diesem
ersten Dichtungselement 58 eine zylindrische Innenumfangsfläche 60 gebildet, entlang
welcher das Kolbenelement 42 mit seinem ersten Dichtungselement 58 unter
Beibehalt eines dichten Abschlusses des zweiten Raumbereichs 46 in
Richtung der Drehachse A bewegbar ist.
-
Radial
innen wird ein entsprechender dichter Abschluss durch einen zylindrischen
Abschnitt 62 des Kolbenelements 42 erlangt, welcher
entlang einer zylindrischen Außenumfangsfläche 64 der
Gehäuseanordnung 12, nämlich der Gehäusenabe 16, bewegbar
ist. Dort ist in einer Umfangsnut 66 ein zweites beispielsweise
O-ringartiges Dichtungselement 68 aufgenommen. Durch Fluideinleitung
in den zweiten Raumbereich 56 kann der Fluiddruck in diesem
zweiten Raumbereich 46 bezüglich des im ersten
Raumbereich 44 vorherrschenden Fluiddrucks erhöht
werden. Dabei kann ausgehend von der in der 1 dargestellten
maximal von den Reibelementen 28, 32 zurückgezogenen
Positionierung des Kolbenelements 42 dieses in Richtung
der Drehachse A auf die Reibelemente 28, 32 zu
bewegt werden. Nach Überwindung eines Luftspiels L zwischen
dem Beaufschlagungsbereich 48 und dem axial unmittelbar folgenden
ersten Reibelement 28 der ersten Gruppe 30 von
Reibelementen kommt der Beaufschlagungsbereich 48 in Kontakt
mit diesem ersten Reibelement 28 und presst somit bei weiter
ansteigendem Fluiddruck die Reibelemente 28, 30 gegeneinander.
-
Insbesondere
im Schlupfzustand wird dabei Reibwärme erzeugt, die sich
in den Reibelementen 28, 30 selbst, jedoch auch
den umgebenden Bauteilen, insbesondere also dem Gehäuseteil 14 und
dem Kolbenelement 42, verteilen wird. Dabei gelangt Wärme
auch in den Bereich des ersten Dichtungselements 58. Da
dieses aus thermisch wesentlich empfindlicherem Material aufgebaut
ist, als das Kolbenelement 42 oder das Gehäuseteil 14,
wird bei dem erfindungsgemäßen Aufbau in der nachfolgend beschriebenen
Art und Weise durch konstruktive Auslegung der verschiedenen Baugruppen
dafür gesorgt, dass ausreichend Volumenbereich des Materials
des Kolbenelements 42 bzw. auch der Gehäuseanordnung 12 vorhanden
ist, um die im Bereich der Reibelemente 28, 32 entstehende
Wärme aufnehmen zu können und einen übermäßig
starken Wärmefluss in Richtung zum ersten Dichtungselement 58 verhindern
zu können.
-
Gemäß der
erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist für
die Größen L, D und K folgende Beziehung realisiert: (K – L)0,5·D ≥ 6,0.
-
Dabei
ist zu berücksichtigen, dass die Größen
D, K und L in der gleichen Maßeinheit, in der angegebenen
Beziehung jedoch dimensionslos zu betrachten sind. Diese Beziehung
kann auch wie folgt umgeschrieben werden: D ≥ 6,0·(K – L)–0,5.
-
Bei
erfindungsgemäßer Ausgestaltung einer Reibungskupplung 10 ist
also eine Beziehung hergestellt zwischen der axialen Dicke D der
die Außenumfangsnut 56 im Kolbenelement 42 in
Richtung zu den Reibelementen 28, 32 hin begrenzenden
Wandung 52 einerseits und dem Lüftspiel L und
dem maximal möglichen Weg K für das erste Dichtungselement 58 entlang
der Innenumfangsfläche 60 andererseits. Bei Erfüllung
dieser Beziehung ist sichergestellt, dass die Wandung 52 ausreichend
dick ist und somit ein ausreichendes thermisches Abschirmungsvermögen
für das erste Dichtungselement 58 bereitstellt.
Dabei erkennt man, dass je größer der bei geschlossener
Reibungskupplung, also bereits durchlaufendem Lüftspiel
L noch mögliche verbleibende Weg (K – L) des Kolbenelements 42 in
axialer Richtung ist, desto geringer kann die Dicke D der Wandung 52 zum
Abschirmen des ersten Dichtungselements 58 in der Außenumfangsnut 56 sein.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich diese Beziehung
auch dann Gültigkeit hat, wenn der Beaufschlagungsbereich 48 des
Kolbenelements 42 etwas weiter radial innen liegt, sich
also beispielsweise mit der Umfangsnut 56 nicht radial überlappt.
Eine weitere Abwandlung hierzu ist in 2 zu erkennen.
Man erkennt, dass der Beaufschlagungsbereich 48 des Kolbenelements 42 hier im
gleichen radialen Bereich liegt, wie die Umfangsnut 56,
mit dieser sich also im Wesentlichen vollständig überlappt.
Dies führt dazu, dass die Wandung 52 hier eine
deutlich größere axiale Erstreckungslänge aufweist,
nämlich von der Umfangsnut 56 bis nahezu zu demjenigen
Bereich sich erstreckt, welcher in Kontakt mit den Reibelementen
kommt.
-
Weiterhin
ist es selbstverständlich, dass diese Beziehung auch bei
einer Reibungskupplung Anwendung finden kann, die als Überbrückungskupplung
in einem hydrodynamischen Drehmomentwandler vorgesehen ist. Auch
ist es zwar vorteilhaft, wenn die beiden Gruppen von Reibelementen
jeweils mehrere Reibelemente aufweisen. Gleichwohl kann die erfindungsgemäß vorzusehende
Beziehung auch Anwendung finden, wenn lediglich zwei Bauteile miteinander
gegenüber liegenden Reibflächen in Reibeingriff
gebracht werden, also jeweils nur ein Reibelement vorgesehen ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 2005/0155831
A1 [0002]