DE102008032458B4

DE102008032458B4 - Nasskupplung

Info

Publication number: DE102008032458B4
Application number: DE102008032458.2A
Authority: DE
Inventors: Scott Schrader; Yang Liang
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2020-10-15
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: US20090038905A1; DE102008032458A1; US8167107B2

Abstract

Nasskupplung (1) mit zumindest zwei zueinander in Reibkontakt bringbaren Reibflächen (3,5), wobei zumindest eine Reibfläche (5) mittels der Oberfläche eines auf ein Trägerteil (6) aufgebrachten ringförmigen Reibbelags (4, 14, 17) mit einem Innen- und einem Außenumfang und einer vorgegebenen Dicke gebildet ist, der eine im Wesentlichen plane Reibfläche (5) und der eine vorgegebene Porosität aufweist, wobei der Reibbelag (4, 14, 17) zumindest einen die Oberfläche vermindernden, sich über die gesamte Dicke des Reibbelags (4, 14, 17) erstreckenden Ausschnitt (10, 13, 15, 16, 18) aufweist, wobei zumindest ein Ausschnitt (18) im Inneren des Reibbelags (17) ohne Kontakt zum Innen- und Außenumfang ausgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein weiterer Ausschnitt (10, 13, 15, 16) in dem Reibbelag (17) am Außen- und/oder Innenumfang angebracht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nasskupplung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannt sind Nasskupplungen, die Reibbeläge aufweisen, bei denen Einprägungen vorgesehen sind. Derartige Einprägungen werden hergestellt, indem während des Herstellungsverfahrens ein profilierter Stempel auf die Oberfläche gedrückt wird. Im Bereich einer erhabenen Profilierung des Stempels wird das poröse Material des Reibbelages höher komprimiert als an nicht profilierten Flächen. Daraus resultiert ein Reibbelag, der an den höher komprimierten Stellen Nuten aufweist und im Bereich dieser Nuten keine Porosität besitzt, also undurchlässig ist. Die Nuten sind vorgesehen, bei geschlossener Nasskupplung einen Öl-strom zur Kühlung von einer Außenseite über den Belag zu einer radial inneren Seite des Reibbelags zu führen, so dass im Bereich der Nuten ein Kühleffekt am Belag und an der anliegenden Gegenreibfläche entsteht. Durch die Verpressung des Reibbelags im Bereich der Nuten ist an diesen Stellen kein Transport von Kühlöl über die Poren des Reibbelags mehr möglich, die thermisch isolierenden Eigenschaften des Reibbelages erschweren eine Kühlung dieser Bereiche. Hierdurch wird ein verhältnismäßig hoher Volumenstrom an Kühlöl nötig und der hohe Anteil der Fläche, die die notwendig werdenden Nuten beanspruchen, ist im Verhältnis zur effektiven Reibfläche sehr hoch.
Die US 5 101 953 A sowie die DE 101 17 746 A1 zeigen nasslaufende Kupplungsscheiben mit Reibbelägen mit Ausschnitten am Außen- und/oder Innenumfang. Die US 2 794 526 A offenbart ein nasslaufendes Reibmaterial. Die US 3 534 842 A offenbart ein nasslaufendes Reibmaterial mit Taschen auf der Reiboberfläche. Die US 3 316 138 A offenbart ein nasslaufendes, poröses Reibmaterial.
Daraus ergibt sich für die Erfindung die Aufgabe, die Kühlverhältnisse in einer Nasskupplung zu verbessern. Weiterhin soll die Verbesserung durch eine optimierte Ausgestaltung der Reibbeläge erfolgen. Dabei soll nach Möglichkeit der Erhalt einer über den gesamten Reibbelag gleichmäßig hohen Porosität des Reibbelages angestrebt werden. Ein höherer Strom von Kühlöl durch den Reibbelag, insbesondere durch die Poren des Reibbelags sollen erzielt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Nasskupplung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Aufgabe wird also erfindungsgemäß gelöst durch eine Nasskupplung mit zumindest zwei zueinander in Reibkontakt bringbaren Reibflächen, wobei zumindest eine Reibfläche mittels der Oberfläche eines auf ein Trägerteil aufgebrachten ringförmigen Reibbelags mit einem Innen- und einem Außenumfang und einer vorgegebenen Dicke gebildet ist, der eine im Wesentlichen plane Reibfläche und der eine vorgegebene Porosität aufweist, wobei der Reibbelag zumindest einen die Oberfläche vermindernden, sich über die gesamte Dicke des Reibbelags erstreckenden Ausschnitt aufweist. Erfindungsgemäß ist die Anordnung eines oder mehrerer über den Umfang verteilter Ausschnitte im Inneren des Reibbelags ohne Kontakt zum Innen- und Außenumfang vorgesehen. Auf diese Weise können von außen in den Querschnitt des Reibbelages eingepresste Kühlölströme sich sammeln und wieder über eine erhöhte Einströmfläche in den porösen Reibbelag effektiver verteilt werden. Auch hier wirkt sich ein Kontakt zu den freigestellten Metallflächen des den Reibbelag tragenden Trägerteils aus.
Durch einen Ausschnitt aus dem Reibbelag wird die Eintrittsfläche des Kühlöls in den Querschnitt des Reibbelages erhöht, so dass ein effektiv höherer Volumenstrom durch den Reibbelag erfolgt. Ein weiterer Vorteil ist die Benetzung der Gegenreibfläche, die in der Regel aus Metall gebildet ist. So kann im Bereich des Ausschnitts das Kühlöl direkt mit dem Metall in Kontakt treten und dieses kühlen, während bei mit entsprechenden Mustern geprägten Reibbelägen eine nicht poröse, verdichtete Schicht des Reibbelags auf der Seite der Kupplung, an der er Reibbelag befestigt ist, die Oberfläche thermisch isoliert. In diesem Sinne ist ein Ausschnitt im Sinne der Erfindung deutlich von einer im Reibbelag angeprägten Nutfläche zu unterscheiden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung kann erzielt werden, wenn die Nasskupplung mit einem geringen Schlupf betrieben wird, so dass sich der zumindest eine Ausschnitt gegenüber der Gegenreibfläche bei geschlossener Nasskupplung geringfügig verlagert, so dass abhängig von diesem Schlupf sich die Freiflächen an der Gegenreibfläche, die von Kühlöl gekühlt werden ändern. Auf diese Weise können zwei Kühleffekte miteinander kombiniert werden. Zum einen wird mittels des zumindest einen Ausschnitts geschaffene erhöhte Eintrittsfläche ein höherer Durchfluss von Kühlöl durch die Poren des Reibbelags und damit eine bessere Kühlung des Reibbelags selbst erzielt. Zum anderen wird die Gegenreibfläche, insbesondere bei eingestelltem Schlupf, und zusätzlich die Fläche, die den Reibbelag aufnimmt, im Bereich des Ausschnitts effektiver gekühlt.
Zumindest ein weiterer Ausschnitt ist am Außen- und/oder Innenumfang angebracht. Dabei können mehrere über den Umfang verteilte Ausschnitte am Außen- und/oder am Innenumfang vorgesehen sein. Diese Ausschnitte können über den Umfang abwechselnd außen und innen vorgesehen sein, so dass innen ein Ausschnitt und an derselben Stelle radial außen kein Ausschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise entsteht ein Muster, das einem Reibbelag in Form einer Schlangenlinie gleichen kann. Gegensätzlich hierzu können sich Ausschnitte radial innen gegenüberliegen, so dass ein Reibbelag mit sich über den Umfang wiederholenden Eng- und Weitstellen entsteht.
Dabei kann ein Ausschnitt als gerundete Einbuchtung oder eckig ausgebildet sein. Beispielsweise können als Ausschnitte durch eine Sekante gebildete Kreissegmente oder Ellipsensegmente oder alle denkbaren Freiformen, beispielsweise in Muschelform, vorgesehen werden. In vorteilhafter Weise können die Übergänge zwischen Ausschnitt und Umfang des Reibbelages gerundet sein.
Figurenliste

1 zeigt eine skizzenhafte Darstellung einer Nasskupplung mit einem mit zumindest einem Ausschnitt versehenen Reibbelag;
2 zeigt einen Abschnitt eines ringförmigen erfindungsgemäßen Reibbelags mit radial innen und radial außen über den Umfang abwechselnden angeordneten Ausschnitten;
3 zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Reibbelags mit radial innen und radial außen auf gleichem Umfang angeordneten Ausschnitten;
4 zeigt einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Reibbelags mit mittig über den Umfang verteilten Öffnungen.

Detaillierte Beschreibungen der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine skizzenhafte Darstellung einer Nasskupplung 1 im Querschnitt, wie sie beispielsweise in einem Drehmomentwandler als Wandlerüberbrückungskupplung eingesetzt werden kann. Die Wandlerüberbrückungskupplung besteht aus einem Eingangsteil 2, das drehfest mit einer Antriebseinheit wie eine Brennkraftmaschine verbunden ist und Teil eines Gehäuses, beispielsweise eines Drehmomentwandlergehäuses, sein kann oder mit diesem drehfest verbunden ist. Das Eingangsteil 2 weist eine Gegenreibfläche 3 für den ringförmigen Reibbelag 4 mit einer Reibfläche 5 auf. Die Nasskupplung 1 ist in offenem Zustand dargestellt, im geschlossenen Zustand wird nach Annähern der Reibfläche und der Gegenreibfläche ein Kontakt und damit ein Reibschluss hergestellt, der beginnend mit einer Schlupfphase mit einer Differenzdrehzahl zwischen dem Eingangsteil 2 und dem Reibbelag 4 zum haftenden Zustand der Nasskupplung 1 bei maximal über die Nasskupplung 1 zu übertragenden Moment führt. Das Schließen der Nasskupplung 1 erfolgt durch eine Axialverlagerung des Ausgangsteils, das als Trägerteil 6 für den Reibbelag 4 dient und das ein mittels eines Öldrucks axial verlagerbarer, drehfest mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes verbundener Kolben sein kann.
Während des Schließens oder unter besonderen Betriebsbedingungen, beispielsweise zur Dämpfung von Drehmomentspitzen der Antriebseinheit erzeugt der vorliegende Schlupf einen Wärmeeintrag in die Nasskupplung, so dass diese gekühlt werden muss, um eine Erwärmung des die Nasskupplung 1 - hierzu ist diese von einem geschlossenen Gehäuse umgeben - benetzenden Öls und des Reibbelags, die durch hohe Temperaturen geschädigt werden können. Dabei kann das Öl selbst als Kühlöl dienen. Hierzu wird der Reibbelag 4, der aus organischem Material, beispielsweise aus Papierfasern und entsprechenden festigenden Bestandteilen wie Harz oder Klebstoff gebildet sein kann, porös ausgestaltet so dass ein Volumenstrom des Kühlöls von der druckbeaufschlagten Kammer 7 in einer Kammer 8 mit geringerem Druck in Richtung des Pfeils 9 fließen kann. Durch die Vorgabe der Porosität kann bei vorgegebenem Druckunterschied und den vorgegebenen geometrischen Abmessungen der Volumenstrom optimiert werden.
Um den Volumenstrom im Sinne einer verbesserten Kühlung ohne Druckerhöhung zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zumindest einen Ausschnitt im Reibbelag vorzusehen, der eine bessere Verteilung des Kühlöls im Querschnitt des Reibbelags verspricht. Der Ausschnitt 10 wird dabei nicht in einem Pressverfahren stärker verpresst als der übrige Reibbelag, was zu einer Belegung des Trägerteils 6 über die gesamte Reibbelagsfläche führen würde. Vielmehr wir der Ausschnitt aus dem Reibbelag 4 entfernt. Auf diese Weise entsteht am Trägerteil 6 eine zusätzliche Freifläche 11, die zusätzlich zu der korrespondierenden Freifläche 12 durch das Kühlöl gekühlt werden kann. Dies hat insbesondere dann den Vorteil, wenn die Nasskupplung 1 unter geringem Schlupf betrieben wird, beispielsweise bei wenigen Umdrehungen pro Minute, so dass durch die langsame Relativverdrehung der Nasskupplung 1 bei im Übrigen geschlossener Nasskupplung 1 die Freiflächen langsam wandern und dadurch der Kühlung durch das Kühlöl ausgesetzt werden.
2 zeigt eine vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Reibbelags 4 in einer Teilansicht, wie er beispielsweise in der Nasskupplung 1 der 1 eingesetzt werden kann. Der Reibbelag 4 zeigt weiterhin mehrere, über den Umfang verteilte Abschnitte 10 auf, die am radial innen angeordneten Umfang des Reibbelags 4 eingebracht sind. In gleicher Weise weist der Außenumfang des Reibbelags 4 Ausschnitte 13 auf. Die Ausschnitte 10, 13 sind über den Umfang des Reibbelags 4 zueinander versetzt angeordnet. Das Eindringen von Kühlöl in Pfeilrichtung 8 in den Querschnitt des Reibbelags 4 wird an den Ausschnitten 13 erleichtert, da die Eintrittsfläche um das Verhältnis des ausgeschnittenen Kreisumfangsegmentes zu der durch den Ausschnitt 10 neu gebildeten Querschnittsfläche erhöht wird und zugleich die Durchtrittsstrecke zum Innenumfang verkürzt wird. In ähnlicher Weise werden durch die Ausschnitte 10 die Austrittsfläche und die Durchtrittsstrecke verkürzt. Der Effekt der Kühlung der Freiflächen 10, 11 wurde bereits unter 1 beschrieben.
Das in 3 im Teilschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel eines Reibbelags 14 kann anstatt des Reibbelags 4 in 1 ebenfalls in vorteilhafter Weise verwendet werden. Im Unterschied zu dem Reibbelag 4 sind die über den Umfang verteilten radial inneren Ausschnitte 15 und radial äußeren Ausschnitte 16 auf gleichem Umfang angeordnet, so dass sie sich gegenüber stehen. Dies ist von besonderem Vorteil, da mit den Ausschnitten 10, 13 der 2 vergleichbaren Ein- und Austrittsflächen eine besonders kurze Durchtrittsstrecke erzielt werden kann. Wie bereits oben beschrieben können die Ausschnitte 15, 16 unterschiedliche Gestalt aufweisen, wobei sich die in 3 dargestellte Freiformen, die muschelartig ausgestaltet sind und nicht ganz einem von einer Sekante abgetrennten Kreissegment entsprechen, am besten bewährt haben. In vorteilhafterweise Weise sind die Übergänge zwischen den Ausschnitten 15, 16 und dem Außen- beziehungsweise Innenumfang gerundet.
Die 4 zeigt in Teilansicht ein Ausgestaltungsbeispiel eines Reibbelages 17 mit innerhalb des Außen- und Innenumfangs geschlossenen Ausschnitten 18, die über den Umfang verteilt sind und vorzugsweise Freiflächen 19 der anliegenden Gegenreibfläche und des Trägerteils 6 (1) bereit stellen. Auf diese Weise kann über das in Pfeilrichtung 8 eindringendes Kühlöl sich in den Öffnungen 18 sammeln und die Freiflächen 19 kühlen. Durch den zwischen Außen- und Innenumfang herrschenden Druckunterschied bewegt sich heißes Kühlöl nach innen radial weiter und weniger heißes Kühlöl kann in die Öffnungen nachfließen.
Es versteht sich, dass die Ausschnitte 10, 13, 15, 16 der Reibbeläge 4 und 14 mit den Öffnungen 18 in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden können.
Bezugszeichenliste

1: Nasskupplung
2: Eingangsteil
3: Gegenreibfläche
4: Reibbelag
5: Reibfläche
6: Trägerteil
7: Kammer
8: Kammer
9: Pfeil
10: Ausschnitt
11: Freifläche
12: Freifläche
13: Ausschnitt
14: Reibbelag
15: Ausschnitt
16: Ausschnitt
17: Reibbelag
18: Ausschnitt
19: Freifläche

Claims

Nasskupplung (1) mit zumindest zwei zueinander in Reibkontakt bringbaren Reibflächen (3,5), wobei zumindest eine Reibfläche (5) mittels der Oberfläche eines auf ein Trägerteil (6) aufgebrachten ringförmigen Reibbelags (4, 14, 17) mit einem Innen- und einem Außenumfang und einer vorgegebenen Dicke gebildet ist, der eine im Wesentlichen plane Reibfläche (5) und der eine vorgegebene Porosität aufweist, wobei der Reibbelag (4, 14, 17) zumindest einen die Oberfläche vermindernden, sich über die gesamte Dicke des Reibbelags (4, 14, 17) erstreckenden Ausschnitt (10, 13, 15, 16, 18) aufweist, wobei zumindest ein Ausschnitt (18) im Inneren des Reibbelags (17) ohne Kontakt zum Innen- und Außenumfang ausgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein weiterer Ausschnitt (10, 13, 15, 16) in dem Reibbelag (17) am Außen- und/oder Innenumfang angebracht ist.
Nasskupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine weitere Ausschnitt (10, 13, 15, 16) eine gerundete Einbuchtung bildet.
Nasskupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine am Außenumfang angeordnete weitere Ausschnitt (16) und der eine am Innenumfang angeordnete weitere Ausschnitt (15) sich gegenüberliegend angeordnet sind.
Nasskupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ausschnitte (10, 13, 15, 16, 18) über den Umfang verteilt sind.
Nasskupplung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die über den Außenumfang verteilten weiteren Ausschnitte (13) mit den über den Innenumfang verteilten weiteren Ausschnitten (10) über den Umfang abwechseln.