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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine nasslaufende Kopplungsanordnung,
umfassend ein mit Fluid befüllbares oder befülltes
Gehäuse, eine mit dem Gehäuse zur gemeinsamen
Drehung um eine Drehachse gekoppelte erste Reibflächenanordnung, eine
mit einem Abtriebsorgan zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse
gekoppelte zweite Reibflächenanordnung, wobei die erste
Reibflächenanordnung und die zweite Reibflächenanordnung
unter Abstützung an einem axialen Widerlager durch ein
Beaufschlagungsorgan gegeneinander pressbar sind.
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In
Antriebssträngen werden nasslaufende Kopplungsanordnungen
in verschiedenen Systembereichen eingesetzt. Zum einen können
sie in Form von nasslaufenden Kupplungen als eigenständige Anfahrelemente
genutzt werden, um ein Drehmoment zwischen einem Antriebsaggregat
und einem Getriebe oder dergleichen zu übertragen. Zum
anderen können nasslaufende Kopplungsanordnungen beispielsweise
in hydrodynamische Drehmomentwandler als so genannte Überbrückungskupplungen integriert
sein, um dann, wenn kein Drehmomentwandlungsbetrieb erforderlich
ist, die durch eine Fluidzirkulation zwangsweise auftretenden Energieverluste
zu vermeiden.
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Da
im Schlupfbetrieb derartiger nasslaufender Kopplungsanordnungen
die miteinander in Reibwechselwirkung stehenden Oberflächen
sehr stark erwärmt werden können, ist es beispielsweise
aus der
DE 101 25
628 A1 bekannt, die Reibelemente so auszugestalten, dass
sie mit Förderflächenformationen eine die Reibelemente
umströmende und somit Wärme aus diesen abführende
Fluidzirkulation generieren. Hierbei werden Anordnungen eingesetzt,
bei welchen beispielsweise die mit dem Gehäuse gekoppelten Reibelemente
an beiden Seiten Reibbeläge tragen, während die
mit dem Abtriebsorgan gekoppelten Reibelemente keine Reibbeläge
aufweisen. Auch sind Anordnungen bekannt, bei welchen die mit dem
Gehäuse gekoppelten Reibelemente und die mit dem Abtriebsorgan
gekoppelten Reibelemente jeweils an einer axialen Seite einen Reibbelag
an einem Reibbelagträger aufweisen, der dann mit dem Reibbelagträger
des unmittelbar folgenden Reibelements in Reibwechselwirkung bringbar
ist.
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Es
ist die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine nasslaufende
Kopplungsanordnung vorzusehen, welche bei sehr kompakter Bauweise
eine verbesserte Kühlwirkung erzielen kann.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch eine nasslaufende Kopplungsanordnung,
umfassend ein mit Fluid befüllbares oder befülltes
Gehäuse, eine mit dem Gehäuse zur gemeinsamen Drehung
um eine Drehachse gekoppelte erste Reibflächenanordnung,
eine mit einem Abtriebsorgan zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse
gekoppelte zweite Reibflächenanordnung, wobei die erste Reibflächenanordnung
und die zweite Reibflächenanordnung unter Abstützung
an einem axialen Widerlager durch ein Beaufschlagungsorgan gegeneinander
pressbar sind, wobei die erste Reibflächenanordnung und
die zweite Reibflächenanordnung wenigstens ein Paar miteinander
in Reibwechselwirkung bringbarer Reibelemente umfassen, wobei jedes
der Reibelemente einen Reibbelagträger und an einer ersten
axialen Seite desselben einen Reibbelag aufweist und ein durch das
Beaufschlagungsorgan unmittelbar zu beaufschlagendes Reibelement
an das Beaufschlagungsorgan zur gemeinsamen Drehung mit diesem um
die Drehachse angekoppelt ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Aufbau einer nasslaufenden
Kopplungsanordnung ist also vorgesehen, dass ein Reibelement des
zumindest einen Reibelementenpaares, welches unmittelbar an das Beaufschlagungsorgan
angrenzt, durch dieses also unmittelbar zu beaufschlagen ist, an
das Beaufschlagungsorgan auch zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse des
Systems angekoppelt ist. Dadurch ist dafür gesorgt, dass
zusätzlich zu einer Förderwirkung, die durch das
Beaufschlagungsorgan selbst generiert werden kann, auch dieses unmittelbar
an das Beaufschlagungsorgan angekoppelte Reibelement die Förderwirkung
in der gleichen Art und Weise generiert oder unterstützt,
wie das Beaufschlagungsorgan selbst.
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Beispielsweise
kann der Aufbau derart sein, dass das axiale Widerlager an dem Gehäuse
vorgesehen ist und dass ein Reibelement der zweiten Reibflächenanordnung
mit seinem Reibbelag in Reibwechselwirkung mit dem axialen Widerlager bringbar
ist und ein Reibelement der ersten Reibflächenanordnung
mit seinem Reibbelag in Reibwechselwirkung mit dem Reibbelagträger
des Reibelementes der zweiten Reibflächenanordnung bringbar ist.
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Die
Wechselwirkung zwischen dem Beaufschlagungsorgan und dem durch dieses
unmittelbar zu beaufschlagenden Reibelement erfolgt vorzugsweise
im Bereich des Reibbelagträgers dieses Reibbelagelements,
welches an seiner anderen, ersten axialen Seite dann den Reibbelag
zur Wechselwirkung mit dem anderen Reibelement dieses Reibelementenpaares
aufweist.
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Das
Beaufschlagungsorgan ist vorzugsweise mit dem Gehäuse zur
gemeinsamen Drehung um die Drehachse gekoppelt.
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Weiter
wird vorgeschlagen, zur Funktionentrennung innerhalb des Beaufschlagungsorgans selbst
dieses so auszubilden, dass es einen bezüglich des Gehäuses
axial bewegbaren Kolbenbereich und einen damit fest verbundenen
Beaufschlagungsbereich aufweist. Mit dem Kolbenbereich kann dann durch
Variation des Fluiddrucks innerhalb des Gehäuses die axiale
Verschiebbarkeit des Beaufschlagungsorgans generiert werden, während
der Beaufschlagungsbereich zur Wechselwirkung mit den Reibelementen
optimiert ausgebildet sein kann.
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Die
drehfeste Ankopplung des Beaufschlagungsorgans an das Gehäuse
kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Kolbenbereich mit
dem Gehäuse zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse gekoppelt
ist.
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Die
Ankopplung des Reibelements, welches unmittelbar durch das Beaufschlagungsorgan
zu beaufschlagen ist, an dieses kann beispielsweise dadurch erfolgen,
dass der Reibbelagträger des durch das Beaufschlagungsorgan
unmittelbar zu beaufschlagenden Reibelements mit dem Beaufschlagungsbereich
zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse gekoppelt ist.
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Um
möglichst große Reibflächen bereitstellen
zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass die Reibelemente
im Wesentlichen radial außerhalb des Kolbenbereichs angeordnet
sind und dass der Beaufschlagungsbereich sich radial über
den Kolbenbereich hinaus erstreckt. Dies bedeutet, dass die zur Reibwechselwirkung
zur Verfügung stehenden Oberflächen relativ weit
radial außen liegen können.
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Wie
vorangehend bereits dargelegt, wird durch die vorliegende Erfindung
die Möglichkeit geschaffen, Fördereffekte zum
Generieren einer Fluidzirkulation im Bereich der Reibelemente besonders stark
auszunutzen. Es wird daher weiter vorgeschlagen, dass das Beaufschlagungsorgan
oder/und wenigstens eines der Reibelemente mit einer Förderflächenformation
zur Erzeugung einer die Reibelemente umströmenden Fluidzirkulation
ausgebildet ist.
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Eine
besonders kompakte Bauweise kann dadurch erhalten werden, dass die
erste Reibflächenanordnung und die zweite Reibflächenanordnung
ein Paar miteinander in Reibwechselwirkung bringbarer Reibelemente
umfasst, wobei eines der Reibelemente durch das Beaufschlagungsorgan
unmittelbar zu beaufschlagen ist und das andere der Reibelemente
axial an dem axialen Widerlager abstützbar ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende 1 detailliert
beschrieben, welche eine nasslaufende Kupplung im Teillängsschnitt
zeigt.
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Die
in 1 gezeigte nasslaufende Kupplung 10 umfasst
ein mit zwei Gehäuseschalen 12, 14 aufgebautes
Gehäuse 16, dessen Innenraum 18 mit einem
Fluid, beispielsweise Öl, befüllbar ist. Eine
erste Reibflächenanordnung 20 umfasst ein Reibelement 22 mit
einem beispielsweise aus Belchmaterial aufgebauten, ringscheibenartigen
Reibelemententräger 24 und an einer ersten, hier
motorzugewandt zu positionierenden axialen Seite desselben einem Reibbelag 26.
Eine zweite Reibflächenanordnung 28 umfasst ebenfalls
ein Reibelement 30 mit einem Reibbelagträger 32,
beispielsweise ebenfalls aus Blechmaterial aufgebaut. Dieser trägt
an derselben axialen Seite wie der Reibbelagträger 24 des
Reibelements 22 einen Reibbelag 34.
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Das
Reibelement 22 der ersten Reibflächenanordnung 20 ist über
ein allgemein mit 36 bezeichnetes Beaufschlagungsorgan
einerseits axial beaufschlagbar, um die nasslaufende Kupplung 10 in
einen Einrückzustand zu bringen, andererseits auch zur Drehung
um eine Drehachse A mitgenommen. Das Beaufschlagungsorgan 36 umfasst
dabei in seinem radial inneren Bereich einen Kupplungskolben 38, der
an der Gehäuseschale 12 und einer damit radial innen
fest verbundenen Gehäusenabe 40 fluiddicht axial
bewegbar geführt ist. Dabei ist zwischen dem Kupplungskolben 38 und
der Gehäuseschale 12 ein Raumbereich 42 gebildet,
in welchen durch eine Abtriebswelle und eine Öffnung oder
mehrere Öffnungen 44 in der Gehäusenabe 40 hindurch
Fluid eingeleitet werden kann, um entgegen der Rückstellwirkung
einer Vorspannfeder 46 den Kupplungskolben 38 und
somit das gesamte Beaufschlagungsorgan 36 axial zu bewegen.
Der Kupplungskolben 38 ist durch Tangentialblattfedern 48 oder
dergleichen unter Erhaltung seiner axialen Bewegbarkeit an das Gehäuse 16 zur
Drehung angekoppelt.
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In
seinem radial äußeren Bereich ist der Kupplungskolben 38 durch Vernietung
mit einem Beaufschlagungselement 50 fest verbunden. Das
Beaufschlagungselement 50 erstreckt sich dabei in radialer
Richtung über den Kupplungskolben 38 hinaus, welcher,
wie die 1 dies deutlich zeigt, im Wesentlichen
radial innerhalb der beiden Reibflächenanordnungen 20, 28 positioniert
ist. Das Beaufschlagungselement 50 ist grundsätzlich
von ringartiger Gestalt und weist in seinem radial äußeren
Bereich, also in demjenigen Bereich, in welchem auch die Reibelemente 22, 30 liegen,
einen ringartigen Beaufschlagungsabschnitt 52 auf. Dieser
liegt unmittelbar benachbart zu dem Reibelement 22 der
ersten Reibflächenanordnung 20 und kann somit
dessen Reibbelagträger 24 axial auf ein durch
das Gehäuse 16, insbesondere die Gehäuseschale 12 bereitgestelltes axiales
Widerlager 54 zu belasten. Bei dieser Belastung kommt der
Reibbelag 26 des Reibelements 22 zur Anlage am
Reibbelagträger 32 des Reibelements 30.
Der Reibbelag 34 dieses Reibelements 30 wiederum
stützt sich dann am axialen Widerlager 54, also
der Gehäuseschale 12, axial ab. Da das Reibelement 22 der
ersten Reibflächenanordnung 20 über das
Beaufschlagungselement 50, d. h. das Beaufschlagungsorgan 36 an
das Gehäuse 16 zur gemeinsamen Drehung um die
Drehachse A angekoppelt ist und das Reibelement 30 der
zweiten Reibelementenanordnung 28 beispielsweise über
eine Torsionsschwingungsdämpferanordnung 56 an
ein Abtriebsorgan, beispielsweise eine Abtriebsnabe 58 zur
gemeinsamen Drehung um die Drehachse A angekoppelt ist, wird im
Einrückzustand ein Drehmoment zwischen dem Gehäuse
und der Abtriebsnabe 58 übertragen. Dieser Einrückzustand
kann dadurch erlangt werden, dass der Fluiddruck im Raumbereich 42 vergleichsweise
gering gehalten wird und somit durch die Vorspannfeder 46 die
erforderliche Einrückkraft erzeugt wird, ggf. unterstützt
durch den Fluiddruck in einem Raumbereich 60, der an der
anderen axialen Seite des Kupplungskolbens 38 gebildet
ist. Zum Ausrücken wird der Fluiddruck im Raumbereich 42 erhöht
und somit der Kupplungskolben 38 und mit diesem das Beaufschlagungselement 50 axial
in Richtung vom axialen Widerlager 54 wegbewegt, so dass
auch die Reibwechselwirkung zwischen den beiden Reibelementen 22, 30 gemindert
bzw. aufgehoben wird.
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Die
drehfeste Ankopplung des Reibelements 22 an das Beaufschlagungselement 50 erfolgt
durch nach radial innen greifende Armabschnitte 62 des Reibbelagträgers 24 desselben,
welche in zugeordnete Umfangsaussparungen 64 am Beaufschlagungselement 50 eingreifen.
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Um
im Bereich der Reibelemente 22, 30 eine diese
insbesondere im Schlupfzustand umströmende Fluidzirkulation
aufzubauen, können insbesondere die Reibbeläge 26, 34 derselben
mit Förderflächenformationen ausgebildet werden.
Diese können bereitgestellt werden durch beispielweise
radial sich erstreckende Kanäle in den Reibbelägen 26, 24 oder
in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordnete Reibbelagselemente,
die mit jeweiligen auch in Umfangsrichtung orientierten und von
radial innen nach radial außen sich erstreckenden Oberflächen
Förderflächen bereitstellen. Bei Relativdrehung
zwischen den beiden Reibelementen 22, 30 wirkt
das Reibelement 22 mit derartigen Förderflächen
nach Art einer Pumpe, während das Reibelement 30 mit
den daran vorgesehenen Förderflächen nach Art
einer Turbine wirksam ist. Unterstützt werden kann dieser
Effekt durch entsprechende Förderflächen am Beaufschlagungselement 50,
die beispielsweise in dessen radial inneren Bereich im Bereich der
mit den Armabschnitten 62 zusammenwirkenden Aussparungen 64 gebildet
sein können. Dieser Förderflächen 66 erstrecken sich
vom radial inneren Endbereich des Beaufschlagungselements 50 bis
in denjenigen radialen Bereich, in welchem der Beaufschlagungsabschnitt 52 beginnt.
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Um
diese Fluidzirkulation noch weiter zu unterstützten, ist
es möglich, im Kupplungskolben 38 eine oder mehrere
Durchtrittsöffnungen vorzusehen, welche den Durchtritt
von Fluid vom Raumbereich 42 in den Raumbereich 60 oder
umgekehrt ermöglichen und somit auch im Schlupfzustand
eine ausreichende Nachspeisung von noch nicht erwärmtem
Fluid ermöglichen, das dann in einem Zwischenraum zwischen
der Abtriebsnabe 50 und der Gehäuseschale 14 wieder
abgezogen werden kann. Es wird somit eine im Vergleich der Fluidzirkulation
um die Reibelemente 22, 30 deutlich stärkere Fluidumwälzung
und somit Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse 16 heraus
sichergestellt.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die in der 1 dargestellte
Ausgestaltung mit einem einzigen Paar von Reibelementen 22, 30 der
beiden Reibflächenanordnungen 20, 28 auf
Grund der sehr kompakten axialen Bauweise besonders vorteilhaft
ist, so dass diese Anordnung sich insbesondere auch zur Integration
in einen hydrodynamischen Drehmomentwandler oder eine Fluidkupplung
oder dergleichen eignet. Grundsätzlich ist es jedoch auch
denkbar, mehrere derartige Paare von Reibelementen, jeweils umfassend
ein Reibelement der ersten Reibflächenanordnung 20 und
ein Reibelement der zweiten Reibflächenanordnung 28 axial
aufeinander folgend anzuordnen, so dass das axial erste auf das
Beaufschlagungsorgan 36 folgende Reibelement wieder der
Reibflächenanordnung 20 zuzuordnen ist, so wie das
Reibelement 22 der 1, und das
axial letzte und in Wechselwirkung mit dem axialen Widerlager 54 tretende
Reibelement dann der zweiten Reibflächenanordnung 28 zuzurechnen
ist, so wie das Reibelement 30 der 1. Alle
diese Reibelemente weisen dann an derselben axialen Seite, nämlich
der dem axialen Widerlager zugewandten Seite einen Reibbelag auf,
der dann mit dem Reibbelagträger eines unmittelbar folgenden
Reibelements der anderen Reibflächenanordnung bzw. dem
axialen Widerlager in Reibwechselwirkung tritt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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