DE102007048375B4

DE102007048375B4 - Kupplung für ein Getriebe

Info

Publication number: DE102007048375B4
Application number: DE102007048375A
Authority: DE
Inventors: Gregory Bloomfield Hills Mordukhovich
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2027-10-10
Also published as: US20080087518A1; US7886885B2; DE102007048375A1

Abstract

Kupplung (10) umfassend:
eine Gegendruckscheibe (16) zur Ausübung einer Druckkraft;
eine Reibscheibe (12), die angrenzend an die Gegendruckscheibe (16) angeordnet ist, um mit der Gegendruckscheibe (16) in reibschlüssigen Eingriff zu treten und ein Antriebs-Drehmoment zwischen der Gegendruckscheibe (16) und der Reibscheibe (12) zu übertragen, wenn die Druckkraft angewendet wird;
eine Reibbelagschicht (36), die an der Reibscheibe (12) angebracht ist und der Gegendruckscheibe (16) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die Reibbelagschicht (36) einen Reibungskoeffizienten aufweist, der ausreichend ist, um eine relative Rotation der Gegendruckscheibe (16) und der Reibscheibe (12) zueinander zu verhindern, wenn die Reibbelagschicht (36) von der Gegendruckscheibe (16) komprimiert wird, und wobei die Reibbelagschicht (36) zumindest eine Rille (38) aufweist;
zumindest ein nichtkomprimierbares Element (40), das in der zumindest einen Rille (38) die Breite derselben vollständig ausfüllend angeordnet ist, um eine weitere Kompression der Reibbelagschicht (36) durch die Gegendruckscheibe (16) zu verhindern, wobei das zumindest eine,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehmomentübertragende Vorrichtung und Kupplungen oder Bremsen zur Steuerung des Betriebs von Mechanismen wie beispielsweise Getrieben oder Selbstsperrdifferentialen.
Drehmomentübertragende Vorrichtungen wie beispielsweise Kupplungen oder Bremsen werden überall in der Kraftfahrzeugindustrie verwendet. Zum Beispiel verwenden Fahrzeuggetriebe zahlreiche Kupplungen, um die einzelnen Gänge des Getriebes einzurücken und auszurücken, um Vorwärts- und Rückwärts-Übersetzungsverhältnisse zu schaffen.
Im Allgemeinen umfasst eine Kupplung eine Reibscheibe und eine Gegendruckscheibe. Die Reibscheibe weist eine Schicht aus Reibbelagwerkstoff auf, welche an jener Oberfläche angebracht ist, die der Gegendruckscheibe gegenüberliegt. Herkömmliche Reibbelagwerkstoffe sind (a) Cellulose/Kevlar/Harz-basierte Werkstoffe; (b) gesinterte Metallfaser-Reibbelagwerkstoffe; und (c) Kohlenstofffasergewebe-Reibbelagwerkstoffe.
Cellulose/Kevlar/Harz-basierte Werkstoffe sind kostengünstig, weisen eine hohe Drehmomentkapazität auf, sind porös, bieten eine elastische Struktur, sind zu einer vorzüglichen Lastverteilung fähig, ohne an Permeabilität zu verlieren, solange die lokale Last sich unterhalb der Elastizitätsgrenzen befindet. Eine lokale Überbelastung führt jedoch zu einer ein geschränkten Fluidzufuhr durch die poröse Struktur zu der Oberfläche, und zwar als Folge von plastischer Verformung, Porenverschluss, Permeabilitätsverlust; und da der Reibbelagwerkstoff mehr als Wärmeisolator wirkt, führen solche Bedingungen zu lokaler Übererwärmung, Ruckeln, Glätten, Materialbeschädigung an dem Reibbelagwerkstoff, Ausbildung von Überhitzungsstellen und zu einem Rütteln. Durch eine extensive Zuhilfenahme von reibungsmodifizierenden Zusatzstoffen, um ein Festsitz-/Gleit-Verhalten (Ruckeln) zu vermeiden, wird nur vorübergehend der gewünschte Effekt erzielt. Während beispielsweise die Konzentration an reibungsmodifizierendem Zusatzstoff infolge von Entleerung unter einen kritischen Füllstand fällt, erhöht sich das Ausmaß des Ruckelns.
Sintermetall-Reibbelagwerkstoffe weisen ein viel besseres Wärmeübertragungsvermögen und eine viel bessere Wärmebeständigkeit auf und sind in der Lage, eine hohe Überbelastung aufzunehmen, ohne dass es zu einer Materialbeschädigung kommt. Darüber hinaus wird durch Reibabnutzung eine optimierte Lastverteilung erzielt. Sintermetall-Reibbelagwerkstoffe sind jedoch weniger kostengünstig, da die Verteilung der aufgebrachten Last bei jedem Einrücken geringfügig unterschiedlich ist. Die Reibabnutzung ist, verglichen mit der elastischen Verformung, viel weniger effektiv, um eine lokale Überbelastung zu vermeiden. Da Fluid zwischen zwei Festkörpern zusammengedrückt wird, führt ein viel höherer, lokaler Fluiddruck (harte EHL vs. weiche EHL) zu einer viel höheren Wärmeentwicklung infolge der Fluid-Scherung, sodass selbst eine bessere Wärmeleitfähigkeit nicht ausreichend sein mag, um den Film zu tragen, und es kann ein Fluid mit höherer kinematischer Viskosität erforderlich sein (verbunden mit einem zusätzlichen Verlust an Wirkungsgrad), was eine geringere Drehmomentkapazität zur Folge hat.
Kohlenstofffasergewebe-Reibbelagwerkstoffe weisen Vor- und Nachteile auf, die etwa in der Mitte zwischen Cellulose/Kevlar/Harz-basierten und gesinterten Reibbelagwerkstoffen liegen.
Aus der EP 0 267 027 A2 ist eine Reibscheibe bekannt geworden, welche eine Vielzahl erster Reibsegmente und eine Vielzahl zweiter Reibsegmente besitzt, die wechselweise um den Umfang der Reibscheibe verteilt angeordnet und unterschiedlich steif sind.
Es besteht ein Bedarf an einer neuen und verbesserten drehmomentübertragenden Vorrichtung, die sich die Vorteile der oben angegebenen Reibbelagwerkstoffe zunutze macht, die Nachteile dieser Reibbelagwerkstoffe in Grenzen hält und deren Reibscheibe robuster ist als die in der EP 0 267 027 A2 beschriebene.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kupplung geschaffen. Die Kupplung weist eine Gegendruckscheibe, eine Reibscheibe, eine Reibbelagschicht, zumindest ein nichtkomprimierbares Element und einen Fluid-Schmierstoff auf. Die Gegendruckscheibe übt eine Druckkraft aus. Die Reibscheibe ist angrenzend an die Gegendruckscheibe angeordnet, um mit der Gegendruckscheibe in reibschlüssigen Eingriff zu treten und ein Antriebs-Drehmoment zwischen der Gegendruckscheibe und der Reibscheibe zu übertragen, wenn die Druckkraft angewendet wird. Die Reibbelagschicht ist an der Reibscheibe angebracht und der Gegendruckscheibe gegenüberliegend angeordnet. Die Reibbelagschicht weist einen Reibungskoeffizienten auf, der ausreichend ist, um eine relative Rotation der Gegendruckscheibe und der Reibscheibe zueinander zu verhindern, wenn die Reibbelagschicht von der Gegendruckscheibe komprimiert wird. Die Reibbelagschicht weist zumindest eine Rille auf. Das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element ist in der zumindest einen Rille deren Breite vollständig ausfüllend angeordnet, um eine weitere Kompression der Reib belagschicht durch die Gegendruckscheibe zu verhindern. Das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element ist an der Reibscheibe festgeklebt und ein Fluid-Schmierstoff ist zwischen der Gegendruckscheibe und der Reibscheibe angeordnet, um eine Schmierungsbarriere zwischen den Scheiben zu schaffen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen die Reibscheibe und das zumindest eine nichtkomprimierbare Element zumindest eine Öffnung, um es dem Fluid-Schmierstoff zu erlauben, durch die Reibscheibe und das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element hindurch zu gelangen und mit der Gegendruckscheibe in Kontakt zu treten.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die drei Rillen in der Reibbelagschicht drei nichtkomprimierbare Elemente auf, die in einer jeden der drei Rillen angeordnet sind, um eine weitere Kompression der Reibbelagschicht durch die Gegendruckscheibe zu verhindern.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das zumindest eine nichtkomprimierbare Element hauptsächlich aus Metall gefertigt.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Reibbelagschicht hauptsächlich aus einem porösen Werkstoff gefertigt, der es dem Schmierfluid erlaubt, durch die Reibbelagschicht hindurch zu treten.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Reibbelagschicht um einen komprimierbaren, nachgiebigen Werkstoff, der die ursprüngliche Höhe der Reibbelagschicht vor deren Kompression durch die Gegendruckscheibe wieder annimmt.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Reibbelagschicht im Wesentlichen aus einem Kohlenstofffasergewebe gefertigt.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element eine Höhe auf, welche geringer ist als eine Dicke der Reibbelagschicht, bevor die Reibbelagschicht durch die Gegendruckscheibe komprimiert wird.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element eine vorbestimmte Höhe auf, die verhindert, dass die Reibbelagschicht plastisch verformt wird.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element eine vorbestimmte Höhe auf, welche im Wesentlichen gleich der Dicke der Reibbelagwerkstoffschicht ist, nachdem die Reibbelagschicht komprimiert worden ist, wenn die Kupplung sich in einem Gleitbetriebszustand bei hoher Drehzahl befindet.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element eine vorbestimmte Höhe auf, welche größer als die Dicke der Reibbelagwerkstoffschicht ist, nachdem die Reibbelagschicht komprimiert worden ist, wenn die Kupplung sich in einem Gleitbetriebszustand bei niedriger Drehzahl befindet.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden nur beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
1 eine Seitenansicht einer drehmomentübertragenden Vorrichtung, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle verbunden ist;
2 ein teilweises Schnittbild der drehmomentübertragenden Vorrichtung aus 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Querschnittsansicht der drehmomentübertragenden Vorrichtung aus 1 an einer in 2 gezeigten Stelle und in einem anfänglichen Eingriffszustand, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine Querschnittsansicht der drehmomentübertragenden Vorrichtung aus 1 an einer in 2 gezeigten Stelle und in einem Gleitzustand bei hoher Drehzahl, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 ist eine Querschnittsansicht der drehmomentübertragenden Vorrichtung aus 1 an einer in 2 gezeigten Stelle und in einem Gleitzustand bei niedriger Drehzahl, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den Zeichnungen, auf welche nun Bezug genommen wird und in denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Komponenten beziehen, ist in 1 eine Seitenansicht einer drehmomentübertragenden Vorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die drehmomentübertragende Vorrichtung 10 bezieht sich bei Kraftfahrzeuganwendungen herkömmlicherweise auf eine Kupplung oder Bremse. Die Vorrichtung 10 weist eine erste Scheibe oder Reibscheibe 12 und eine zweite Scheibe oder Gegendruckscheibe 16 auf. Die Reibscheibe 12 ist von der Gegendruckscheibe 16 durch eine Schicht aus einem Schmierfluid 14 getrennt. Der zwischen der Gegendruckscheibe 16 und der Reibscheibe 12 angeordnete Fluid-Schmierstoff 14 schafft eine Schmierungsbarriere zwischen den Scheiben. Die drehmomentübertragende Vorrichtung 10 ist zwischen einer Antriebswelle 28 und einer Abtriebswelle 30 angeordnet. Im Spezielleren ist die Reibscheibe 12 mit der Antriebswelle 28 und die Gegendruckscheibe 16 mit der Abtriebswelle 30 gekoppelt. Die Antriebswelle 28 ist typischerweise mit einer drehmomenterzeugenden Vorrichtung, wie etwa einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) verbunden. Die Abtriebswelle 30 kann mit einem Planetengetriebesatz (nicht gezeigt) ver bunden sein, um ein Antriebsmoment von der Maschine zu dem Planetengetriebesatz zu übertragen und so die Straßenräder eines Fahrzeugs anzutreiben. Die Reibscheibe 12 und die Gegendruckscheibe 16 sind beide planar und weisen eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt auf. Weiterhin sind die Scheiben 12 und 16 aus Stahl oder einem ähnlichen Werkstoff gefertigt. Die Lehren der vorliegenden Erfindung können jedoch auch auf Scheiben angewendet werden, die aus anderen Materialien, wie etwa Metalllegierungen, Verbundstoffe und dergleichen gefertigt sind.
In 2, auf welche nun Bezug genommen wird, ist ein teilweises Schnittbild der drehmomentübertragenden Vorrichtung 10 aus 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Teile der Gegendruckscheibe 16 sind entfernt worden, um die Schmierungsschicht 14 und eine Reibbelagwerkstoffschicht 36 freizulegen. Die Reibbelagwerkstoffschicht 36 ist an einer Oberfläche der Reibscheibe 12 festgeklebt. Bei der Reibbelagwerkstoffschicht 36 handelt es sich um einen aus einer Vielzahl von Reibbelagwerkstoffen, die derzeit bei drehmomentübertragenden Mechanismen in Verwendung stehen. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Reibbelagwerkstoffschicht 36 beispielsweise der Reibbelagwerkstoff, der in der U.S.-Patentschrift Nr. 5 676 577 , ausgegeben an Robert Chi-Chiu Lam und Yih Fang Chen und an Borg-Warner Automotive, Inc., Sterling Heights, MI, übertragen und hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen, gezeigt und beschrieben ist. Weiterhin kann die Reibbelagwerkstoffschicht 36 aus einem Reibbelagwerkstoff gefertigt sein, der von Borg-Warner Automotive, Inc., Sterling Heights, MI, unter der Produktkennzeichnungsnummer BW-6500 angeboten wird. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch erwogen, dass die Reibbelagwerkstoffschicht 36 aus Cellulose, Kevlar, Harz, Sintermetall, Kohlenstofffasergewebe oder aus jeder beliebigen Kombination aus diesen Werkstoffen in unterschiedlichen Gewichtsprozentanteilen gefertigt sein kann, und zwar ungeachtet dessen, ob diese derzeit in Kupplungsanwen dungen in Verwendung stehen oder nicht. Bei der Reibbelagwerkstoffschicht 36 handelt es sich um eine poröse Schicht, die es dem Schmierfluid 14 erlaubt, durch die Schicht 36 hindurch zu treten. Weiterhin handelt es sich bei der Reibbelagwerkstoffschicht 36 um einen komprimierbaren, elastischen Werkstoff, der seine ursprüngliche Höhe und Gestalt, bevor er durch die Gegendruckscheibe 16 komprimiert worden ist, wieder annimmt, wenn die Schicht 36 nicht über ihre Elastizitätsgrenze hinaus komprimiert worden ist.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Rillen 38 in der Reibbelagwerkstoffschicht 36 ausgebildet. Die Tiefe der Rillen 38 entspricht im Wesentlichen der Dicke der Reibbelagwerkstoffschicht 36. Vorzugsweise sind zumindest drei Rillen in der Reibbelagwerkstoffschicht 36 ausgebildet. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch auch erwogen, dass weniger als drei oder mehr als drei Rillen in der Reibbelagwerkstoffschicht 36 ausgebildet sein können. Außerdem sind die Rillen 38 voneinander beabstandet und über den Umfang der Reibscheibe 12 hinweg angeordnet. In der vorliegenden Erfindung wird erwogen, dass die Rillen 38 dergestalt ausgebildet sind, dass sie sich von dem Mittelpunkt der Scheibe 12 radial nach außen erstrecken oder gemäß einem Winkel relativ zu einer Linie, welche durch den Mittelpunkt der Scheibe 12 hindurch verläuft und sich radial nach außen erstreckt, angeordnet sind.
Außerdem ist in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Erhöhung oder ein Einsatzelement 40 in einer jeden der Rillen 38 platziert. Bei dem Einsatzelement 40 handelt es sich beispielsweise um eine separate Komponente, die an der Reibscheibe 12 festgeklebt ist. Das Einsatzelement 40 ist aus Kohlenstofffaser, Stahl, einer Metalllegierung oder einem ähnlichen Werkstoff gefertigt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Breite W_i der Einsatzelemente 40 nicht breiter als eine typische Schmierfluidrillenbreite in einer herkömmlichen Reibscheibe. Darüber hinaus ist die Breite W_i des Einsatzes 40 ausreichend dimensioniert, um eine jede im Zuge einer Kupplungseinrückung empfangene Überbelastung aufzunehmen.
Vorzugsweise umfasst das Einsatzelement 40 eine Mehrzahl von Öffnungen 42. Die Öffnungen 42 erstrecken sich durch die Reibscheibe 12 hindurch und sind dafür ausgelegt, um Schmierfluid 14 aufzunehmen und es zu dem Grenzflächenbereich der Reibscheibe 12 und der Gegendruckscheibe 16 zu befördern.
In 3, auf welche nun Bezug genommen wird, ist eine Querschnittsansicht der drehmomentübertragenden Vorrichtung 10 aus 1 an einer in 2 gezeigten Stelle und bei der anfänglichen Einrückung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei der anfänglichen Einrückung weist die Reibbelagwerkstoffschicht 36 vorzugsweise eine unkomprimierte Dicke T_uc auf, welche größer ist als die Höhe H_i des Einsatzelements 40. Somit sind die Rillen 38 bei der anfänglichen Einrückung vorhanden. Die Rillen 38 unterstützen den Strom von Schmierfluid 14 durch die drehmomentübertragende Vorrichtung 10 und tragen dazu bei, den hydrodynamischen Film zu durchbrechen und ein Aufschwimmen zu verhindern. Ein wichtiges Merkmal der Reibbelagwerkstoffschicht 36 ist die elastische Eigenschaft der Schicht 36. Im Spezielleren sollte die Reibbelagwerkstoffschicht 36 eine elastische Zone E_z aufweisen, die sich von ihrer unkomprimierten Dicke T_uc bis gerade unter die Höhe der Einsatzelemente 40 erstreckt, wie in 3 durch Bezugszeichen dargestellt. Wenn die Reibbelagwerkstoffschicht 36 auf eine solche Dicke komprimiert wird, dass die Oberseite der Reibbelagwerkstoffschicht 36 sich innerhalb der elastischen Zone E_z befindet, bleibt die Schicht 36 nachgiebig und nimmt, wenn sie dekomprimiert wird, wieder ihre ursprüngliche Dicke an. Darüber hinaus sind die Einsatzelemente 40 speziell dafür ausgelegt, um zu gewährleisten, dass die Reibbelagwerkstoff schicht 36 nicht unter die elastische Zone E_z komprimiert wird, indem sie verhindern, dass die Gegendruckscheibe 16 sich weiter an die Reibscheibe 12 annähert. Anders ausgedrückt, die Reibscheibe 12 und die Gegendruckscheibe 16 bewegen sich so lange aufeinander zu, bis die Gegendruckscheibe 16 mit den an der Reibscheibe 12 angebrachten Einsatzelementen 40 in Kontakt tritt.
In 4 ist eine Querschnittsansicht der drehmomentübertragenden Vorrichtung 10 aus 1 an einer in 2 gezeigten Stelle und während eines Gleitzustands bei hoher Drehzahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Während die Last auf die Gegendruckscheibe 16 ihre Maximalkapazität erreicht, verschwinden die Rillen 38, überträgt die Reibbelagwerkstoffschicht 36 den Großteil des Drehmoments in dem Bereich der elastischen Verformung, wobei die Permeabilität der ursprünglichen Permeabilität entspricht bzw. nahezu entspricht, und tragen die Einsatzelemente 40 einen Teil des Drehmoments. Im Spezielleren wird während eines Gleitzustands bei hoher Drehzahl die Reibbelagwerkstoffschicht 36 dergestalt komprimiert, dass die Dicke T_hs des Reibbelagwerkstoffs im Wesentlichen der Höhe der Einsatzelemente 40 entspricht. In diesem Zustand sind die Rillen 38 nicht mehr vorhanden. Die Einsatzelemente 40 weisen eine vorbestimmte Höhe H auf, welche verhindert, dass die Reibbelagwerkstoffschicht 36 über ihren elastischen Verformungsbereich bzw. über die Zone E_z hinaus komprimiert wird. Außerdem schaffen die Einsatzelemente 40 eine Parallelität zwischen der Reibscheibe 12 und der Gegendruckscheibe 16, was sich in einer verbesserten Lastverteilung auswirkt. Weiterhin absorbieren die Einsatzelemente 40 jegliche zusätzlichen, vorübergehenden Lasteinwirkungen, wodurch eine plastische Verformung und ein Permeabilitätsverlust der Reibbelagwerkstoffschicht vermieden werden.
In 5, auf welche nun Bezug genommen wird, ist eine Querschnittsansicht der drehmomentübertragenden Vorrichtung 10 aus 1 an einer in 2 gezeigten Stelle und während eines Gleitzustands bei niedriger Drehzahl gezeigt. Während eines Gleitzustands bei niedriger Drehzahl wird die Reibbelagwerkstoffschicht 36 dergestalt komprimiert, dass die Dicke T_ls des Reibbelagwerkstoffs geringfügig unterhalb der Höhe der Einsatzelemente 40 liegt. In diesem Zustand sind die Rillen 38 nicht mehr vorhanden. Darüber hinaus ist die Reibbelagwerkstoffschicht 36 zur Gänze komprimiert und an ihrer elastischen Verformungsgrenze angelangt. Würde die Reibbelagwerkstoffschicht 36 über ihre elastische Verformungsgrenze hinaus komprimiert werden, so käme es zu einer plastischen Verformung der Schicht 36. Mit dem Auftreten einer plastischen Verformung würde die Reibbelagwerkstoffschicht 36 ihr Rückfederungsvermögen verlieren. Die vorliegende Erfindung stellt jedoch sicher, dass die Reibbelagwerkstoffschicht nicht plastisch verformt wird, und zwar durch die Schaffung von Einsatzelementen 40 mit einer vorbestimmten Höhe H_i, welche verhindert, dass die Gegendruckscheibe 16 die Reibbelagwerkstoffschicht 36 über deren Zone E_z elastischer Verformung hinausgehend komprimiert.
Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber dem Stand der Technik zahlreiche Nutzen und Vorteile auf. Darüber hinaus können die Lehren der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, um zahlreiche Probleme, die bei drehmomentübertragenden Vorrichtungen nach dem Stand der Technik aufgetreten sind, zu beseitigen. So beseitigt die vorliegende Erfindung beispielsweise das Problem des Ruckelns und andere Probleme, die in einer von Robert C. Lam, Bulent Chavdar und Tim Newcomb erstellten und von der Gesellschaft der Kraftfahrzeugingenieure ”The Society of Automotive Engineers” herausgegebenen Abhandlung mit dem Titel New Generation Friction Materials and Technologies (Ref. # SAE 2006-01-0150) erörtert werden.
Zusammengefasst weist die erfindungsgemäße Kupplung eine Gegendruckscheibe, eine Reibscheibe, eine Reibbelagschicht, zumindest ein nichtkomprimierbares Element und einen Fluid-Schmierstoff auf. Die Reibscheibe ist angrenzend an die Gegendruckscheibe angeordnet, um mit der Gegendruckscheibe in reibschlüssigen Eingriff zu treten und ein Antriebs-Drehmoment zwischen der Gegendruckscheibe und der Reibscheibe zu übertragen, wenn die Druckkraft angewendet wird. Die Reibbelagschicht weist zumindest eine Rille auf. Das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element ist in der zumindest einen Rille angeordnet, um eine weitere Kompression der Reibbelagschicht durch die Gegendruckscheibe zu verhindern. Das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element ist an der Reibscheibe festgeklebt und ein Fluid-Schmierstoff ist zwischen der Gegendruckscheibe und der Reibscheibe angeordnet, um eine Schmierungsschicht zwischen den Scheiben zu schaffen.

Claims

Kupplung (10) umfassend: eine Gegendruckscheibe (16) zur Ausübung einer Druckkraft; eine Reibscheibe (12), die angrenzend an die Gegendruckscheibe (16) angeordnet ist, um mit der Gegendruckscheibe (16) in reibschlüssigen Eingriff zu treten und ein Antriebs-Drehmoment zwischen der Gegendruckscheibe (16) und der Reibscheibe (12) zu übertragen, wenn die Druckkraft angewendet wird; eine Reibbelagschicht (36), die an der Reibscheibe (12) angebracht ist und der Gegendruckscheibe (16) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die Reibbelagschicht (36) einen Reibungskoeffizienten aufweist, der ausreichend ist, um eine relative Rotation der Gegendruckscheibe (16) und der Reibscheibe (12) zueinander zu verhindern, wenn die Reibbelagschicht (36) von der Gegendruckscheibe (16) komprimiert wird, und wobei die Reibbelagschicht (36) zumindest eine Rille (38) aufweist; zumindest ein nichtkomprimierbares Element (40), das in der zumindest einen Rille (38) die Breite derselben vollständig ausfüllend angeordnet ist, um eine weitere Kompression der Reibbelagschicht (36) durch die Gegendruckscheibe (16) zu verhindern, wobei das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element an der Reibscheibe (12) festgeklebt ist; und einen Fluid-Schmierstoff (14), der zwischen der Gegendruckscheibe (16) und der Reibscheibe (12) angeordnet ist, um eine Schmierungsschicht zwischen den Scheiben (12, 16) zu schaffen.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibe (12) und das zumindest eine nichtkomprimierbare Element (40) zumindest eine Öffnung (42) umfassen, um es dem Fluid-Schmierstoff (14) zu erlauben, durch die Reibscheibe (12) und das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element (40) hindurch zu gelangen und mit der Gegendruckscheibe (16) in Kontakt zu treten.
Kupplung nach Anspruch 1, welche drei Rillen (38) in der Reibbelagschicht (36) umfasst, die drei nichtkomprimierbare Elemente (40) aufweisen, welche in einer jeden der drei Rillen (38) angeordnet sind, um eine weitere Kompression der Reibbelagschicht (36) durch die Gegendruckscheibe (16) zu verhindern.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element (40) aus Metall gefertigt ist.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbelagschicht (36) hauptsächlich aus einem porösen Material gefertigt ist, welches es dem Schmierfluid (14) ermöglicht, durch die Reibbelagschicht (36) hindurch zu treten.
Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Reibbelagschicht (36) um einen komprimierbaren, nachgiebigen Werkstoff handelt, der eine ursprüngliche Höhe der Reibbelagschicht (36) vor deren Kompression durch die Gegendruckscheibe (16) wieder annimmt.
Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbelagschicht (36) im Wesentlichen aus einem Kohlenstofffasergewebe gefertigt ist.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element (40) eine Höhe aufweist, welche geringer ist als eine Dicke der Reibbelagschicht (36), bevor die Reibbelagschicht (36) durch die Gegendruckscheibe (16) komprimiert wird.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element (40) eine vordefinierte Höhe aufweist, die verhindert, dass die Reibbelagschicht (36) plastisch verformt wird.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element (40) eine vorbestimmte Höhe aufweist, welche im Wesentlichen gleich der Dicke der Reibbelagschicht (36) ist, nachdem die Reibbelagschicht (36) komprimiert worden ist, wenn die Kupplung (10) sich in einem Gleitbetriebszustand bei hoher Drehzahl befindet.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine, nichtkomprimierbare Element (40) eine vorbestimmte Höhe aufweist, welche größer ist als die Dicke der Reibbelagschicht (36), nachdem die Reibbelagschicht (36) komprimiert worden ist, wenn die Kupplung (10) sich in einem Gleitbetriebszustand bei niedriger Drehzahl befindet.