DE102008042288A1

DE102008042288A1 - Nasslaufende Kupplungsanordnung

Info

Publication number: DE102008042288A1
Application number: DE200810042288
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Sasse; Guido Schmitt; Gregor Sueck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2010-03-25

Abstract

Eine nasslaufende Kupplungsanordnung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend ein mit Fluid gefülltes oder füllbares Gehäuse (12), eine mit dem Gehäuse (12) zur Drehung um eine Drehachse (A) gekoppelte erste Reibflächenanordnung (16), eine mit einem Abtriebsorgan zur Drehung um die Drehachse (A) gekoppelte zweite Reibflächenanordnung (26), ein mit dem Gehäuse (12) um die Drehachse (A) drehbares Anpresselement (42), durch welches die erste Reibflächenanordnung (16) und die zweite Reibflächenanordnung (26) in Reibeingriff pressbar sind, wobei ein bezüglich des Gehäuses (12) axial festes Widerlager (48) für die Reibflächenanordnungen (16, 26) vorgesehen ist, wobei die erste Reibflächenanordnung (16) eine Mehrzahl von ringartigen ersten Reibelementen (18) mit einer ersten Verzahnungsformation (22) am Außenumfang umfasst und ein erster Reibelemententräger (20) mit einer zweiten Verzahnungsformation (24) zum Drehkoppelungseingriff mit der ersten Verzahnungsformation (22) vorgesehen ist, wobei die zweite Reibflächenanordnung (26) eine Mehrzahl von ringartigen zweiten Reibelementen (28) mit einer dritten Verzahnungsformation (30) am Innenumfang umfasst und ein zweiter Reibelemententräger (34) mit einer vierten Verzahnungsformation (32) zum Drehkopplungseingriff mit der dritten Verzahnungsformation (30) vorgesehen ist, wobei am Außenumfang wenigstens eines ersten Reibelements (18) ein erster Fluidströmungsdurchlass (50) bezüglich des ersten ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine nasslaufende Kupplungsanordnung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend ein mit Fluid gefülltes oder füllbares Gehäuse, eine mit dem Gehäuse zur Drehung um eine Drehachse gekoppelte erste Reibflächenanordnung, eine mit einem Abtriebsorgan zur Drehung um die Drehachse gekoppelte zweite Reibflächenanordnung, ein mit dem Gehäuse um die Drehachse drehbares Anpresselement, durch welches die erste Reibflächenanordnung und die zweite Reibflächenanordnung in Reibeingriff pressbar sind, wobei ein bezüglich des Gehäuses axial festes Widerlager für die Reibflächenanordnungen vorgesehen ist, wobei die erste Reibflächenanordnung eine Mehrzahl von ringartigen ersten Reibelementen mit einer ersten Verzahnungsformation am Außenumfang umfasst und ein erster Reibelemententräger mit einer zweiten Verzahnungsformation zum Drehkopplungseingriff mit der ersten Verzahnungsformation vorgesehen ist, wobei die zweite Reibflächenanordnung eine Mehrzahl von ringartigen zweiten Reibelementen mit einer dritten Verzahnungsformation am Innenumfang umfasst und ein zweiter Reibelemententräger mit einer vierten Verzahnungsformation zum Drehkopplungseingriff mit der dritten Verzahnungsformation vorgesehen ist, wobei am Außenumfang wenigstens eines ersten Reibelements ein erster Fluidströmungsdurchlass bezüglich des ersten Reibelemententrägers gebildet ist, am Innenumfang wenigstens eines zweiten Reibelements ein zweiter Fluidströmungsdurchlass bezüglich des zweiten Reibelemententrägers gebildet ist, an wenigstens einem ersten Reibelement oder/und wenigstens einem zweiten Reibelement ein dritter Fluidströmungsdurchlass gebildet ist, wobei der dritte Fluidströmungsdurchlass eine Verbindung zwischen dem Außenumfangsbereich und dem Innenumfangsbereich der Reibelemente herstellt, und im Bereich des axialen Widerlagers ein vierter Fluidströmungsdurchlass zum Ermöglichen einer Fluidströmung von radial innen nach radial außen oder umgekehrt gebildet ist.
Bei nasslaufenden Kupplungsanordnungen dient das in ein Gehäuse eingeleitete und aus diesem auch wieder abgezogene Fluid dazu, Wärme, die im Schlupfbetrieb der Kupplungsanordnung entsteht, aus dem Bereich der gegenseitig in Reibeingriff stehenden Reibelemente abzuführen und diese somit vor thermischer Überlastung zu schützen. Um diesen Effekt noch zu verstärken, ist es bekannt, die Reibelemente so zu gestalten, dass sie insbesondere dann, wenn zwischen den beiden Reibflächenanordnungen eine Relativdrehzahl besteht, eine Förderwirkung entfalten, die dazu führt, dass im Bereich der Reibelemente selbst eine lokale Fluidzirkulation entsteht, welche der globalen Fluiddurchströmung des Gehäuses überlagert ist.
Es ist die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine nasslaufende Kupplungsanordnung vorzusehen, bei welcher die Umströmbarkeit der der reibend belasteten Baugruppen mit in einem Gehäuse der Kupplungsanordnung enthaltenem Fluid verbessert ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine nasslaufende Kupplungsanordnung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend ein mit Fluid gefülltes oder füllbares Gehäuse, eine mit dem Gehäuse zur Drehung um eine Drehachse gekoppelte erste Reibflächenanordnung, eine mit einem Abtriebsorgan zur Drehung um die Drehachse gekoppelte zweite Reibflächenanordnung, ein mit dem Gehäuse um die Drehachse drehbares Anpresselement, durch welches die erste Reibflächenanordnung und die zweite Reibflächenanordnung in Reibeingriff pressbar sind, wobei ein bezüglich des Gehäuses axial festes Widerlager für die Reibflächenanordnungen vorgesehen ist, wobei die erste Reibflächenanordnung eine Mehrzahl von ringartigen ersten Reibelementen mit einer ersten Verzahnungsformation am Außenumfang umfasst und ein erster Reibelemententräger mit einer zweiten Verzahnungsformation zum Drehkopplungseingriff mit der ersten Verzahnungsformation vorgesehen ist, wobei die zweite Reibflächenanordnung eine Mehrzahl von ringartigen zweiten Reibelementen mit einer dritten Verzahnungsformation am Innenumfang umfasst und ein zweiter Reibelemententräger mit einer vierten Verzahnungsformation zum Drehkopplungseingriff mit der dritten Verzahnungsformation vorgesehen ist, wobei am Außenumfang wenigstens eines ersten Reibelements ein erster Fluidströmungsdurchlass bezüglich des ersten Reibelemententrägers gebildet ist, am Innenumfang wenigstens eines zweiten Reibelements ein zweiter Fluidströmungsdurchlass bezüglich des zweiten Reibelemententrägers gebildet ist, an wenigstens einem ersten Reibelement oder/und wenigstens einem zweiten Reibelement ein dritter Fluidströmungsdurchlass gebildet ist, wobei der dritte Fluidströmungsdurchlass eine Verbindung zwischen dem Außenumfangsbereich und dem Innenumfangsbereich der Reibelemente herstellt, und im Bereich des axialen Widerlagers ein vierter Fluidströmungsdurchlass zum Ermöglichen einer Fluidströmung von radial innen nach radial außen oder umgekehrt gebildet ist, welche weiter dadurch gekennzeichnet, dass gilt:
A_D > A_AL
oder/und
A_D > A_IL
oder/und
A_D > 2A_B,
wobei:
A_AL die Strömungsquerschnittsfläche eines ersten Fluidströmungsdurchlasses ist,
A_IL die Strömungsquerschnittsfläche eines zweiten Fluidströmungsdurchlasses ist,
A_B die Strömungsquerschnittsfläche eines dritten Fluidströmungsdurchlasses ist,
A_D die Strömungsquerschnittsfläche des vierten Fluidströmungsdurchlasses ist.
Durch die Realisierung einzelner, vorzugsweise aller dieser Verhältnisse in der nasslaufenden Kupplungsanordnung wird dafür gesorgt, dass innerhalb der Reibelemente, außerhalb der Reibelemente, zwischen den Reibelementen selbst und dem axialen Endbereich der Reibflächenanordnungen eine ausreichend gute Durchströmbarkeit gewährleistet ist, so dass vor allem auch im Dauerschlupfbetrieb eine thermische Überlastung der Reibelemente vermieden werden kann.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung, der alleine oder auch in Kombination mit einem oder mehreren der vorangehend definierten Verhältnisse vorgesehen sein kann, wird vorgeschlagen, dass in dem Anpresselement oder/und dem unmittelbar auf dieses folgenden Reibelement ein fünfter Fluidströmungsdurchlass zum Ermöglichen einer Fluidströmung von radial außen nach radial innen oder umgekehrt vorgesehen ist und dass gilt: 0,7 < AD/AK < 1,3,wobei A_K die Strömungsquerschnittsfläche des fünften Fluidströmungsdurchlasses ist.
Um mit einfacher technischer Ausgestaltung einen ausreichend großen ersten Fluidströmungsdurchlass gewährleisten zu können, wird vorgeschlagen, dass der erste Fluidströmungsdurchlass wenigstens zum Teil durch unterschiedliche Zähneanzahl der ersten Verzahnungsformation und der zweiten Verzahnungsformation gebildet ist. Bei einer alternativen oder auch in Kombination damit vorsehbaren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der erste Fluidströmungsdurchlass wenigstens zum Teil durch an Zähnen der ersten Verzahnungsformation oder/und an Zähnen der zweiten Verzahnungsformation vorgesehene Aussparungen gebildet ist.
Auch der zweite Fluidströmungsdurchlass kann in baulich einfacher Art und Weise dadurch gebildet werden, dass der zweite Fluidströmungsdurchlass wenigstens zum Teil durch unterschiedliche Zähnezahl der dritten Verzahnungsformation und der vierten Verzahnungsformation gebildet ist, oder/und dass der zweite Fluidströmungsdurchlass wenigstens zum Teil durch an den Zähnen der dritten Verzahnungsformation oder/und an Zähnen der vierten Verzahnungsformation vorgesehene Aussparungen gebildet ist.
Der dritte Fluidströmungsdurchlass, also der im Angrenzungsbereich zweier Reibelementen der beiden Reibflächenanordnungen gebildete und von radial innen nach außen bzw. umgekehrt führende Fluidströmungsdurchlass kann in einfacher Weise dadurch gebildet werden, dass der dritte Fluidströmungsdurchlass durch in einem Belag eines Reibelements gebildete und diesen radial vollständig durchsetzende Aussparungen gebildet ist.
Auch der vierte Fluidströmungsdurchlass kann baulich einfach dadurch realisiert werden, dass der vierte Fluidströmungsdurchlass wenigstens zum Teil durch an dem Widerlager vorgesehene radiale Durchlässe gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, dass der vierte Fluidströmungsdurchlass wenigstens zum Teil durch radiale Durchlässe in dem auf das Widerlager unmittelbar folgenden Reibelement gebildet ist, wobei die radialen Durchlässe in Umfangsrichtung zwischen an dem Reibelement vorgesehenen Abstandshaltern gebildet sein können.
Um im Bereich des allgemein mit dem Gehäuse fest drehbaren Widerlagers Reibeffekte zu vermeiden, kann weiter vorgesehen sein, dass dasjenige Reibelement, an welchem derartige radiale Durchlässe gebildet sind, ein erstes, also mit dem Gehäuse drehbares Reibelement ist.
Der fünfte Fluidströmungsdurchlass kann wenigstens zum Teil durch an dem Anpresselement selbst vorgesehene radiale Durchlässe gebildet sein.
Gemäß einem weiteren eigenständig realisierbaren, vorzugsweise jedoch auch in Kombination mit den vorangehenden Aspekten vorgesehenen Erfindungsgedanken wird vorgeschlagen, dass die Reibflächenanordnungen bezogen auf einen axialen Mittenbereich derselben in axialer Richtung im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet sind. Durch die in axialer Richtung symmetrische Ausgestaltung der Reibflächenanordnungen bezüglich eines axialen Mittenbereichs derselben wird dafür gesorgt, dass unabhängig davon, in welcher Richtung das Fluid das Gehäuse der Kupplungsanordnung durchströmt, gleiche Strömungsverhältnisse im Bereich der Reibflächenanordnungen selbst bestehen.
Gemäß einem weiteren sowohl eigenständig als auch in Kombination mit den vorangehend erläuterten Aspekten vorsehbaren Erfindungsgedanken wird vorgeschlagen, dass ein im Bereich des Anpresselements angeordnetes Reibelement bezüglich des diesem zugeordneten Reibelemententrägers im Wesentlichen keinen Fluidströmungsdurchlass bildet, wobei vorzugsweise vorgesehen sein kann, dass das Reibelement ein zweites Reibelement ist. Auf diese Art und Weise wird dafür gesorgt, dass die durch Ausgestaltung der Reibelemente selbst generierbare Fluidzirkulation zwangsweise auch im Bereich der Reibelemente zirkulieren und durch die globale, das Gehäuse durchströmende Fluidströmung weniger beeinträchtigt wird.
Bei einer baulich einfach realisierbaren Variante wird vorgeschlagen, dass der erste Reibelemententräger durch das Gehäuse bereitgestellt ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigt:
1 eine Prinzip-Teil-Längsschnittansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten nasslaufenden Kupplungsanordnung in deren radial äußerem Bereich;
2 eine der 1 entsprechende Darstellung mit umgekehrter Fluidströmungsrichtung in einem Gehäuse der Kupplungsanordnung;
3 eine der 1 entsprechende Darstellung, in welcher verschiedene Fluidströmungsdurchlässe verdeutlicht sind.
4 eine der 3 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausgestaltungsart;
5 eine Axialansicht eines Reibelements einer ersten Reibflächenanordnung, an welchem radiale Durchlässe gebildet sind;
6 eine Längsschnittansicht des in 5 gezeigten Reibelements;
7 eine Teil-Querschnittdarstellung eines radial äußeren Bereichs des Gehäuses der Kupplungsanordnung;
8 eine Teil-Längsschnittansicht eines als Kupplungskolben ausgebildeten Anpresselements.
In 1 ist in prinzipieller Darstellung der radial äußere Bereich einer erfindungsgemäß aufgebauten nasslaufenden Kupplungsanordnung 10 im Längsschnitt dargestellt. Man erkennt ein Gehäuse 12, das aus zwei Gehäuseschalen aufgebaut sein kann und an seiner Motor zugewandt zu positionierenden Seite, also beispielsweise der in 1 links liegenden Seite, mit einem Antriebsorgan, also beispielsweise einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, zur gemeinsamen Drehung um eine Drehachse A zu koppeln ist. Das Gehäuse 12 ist grundsätzlich fluiddicht abgeschlossen, so dass in seinen Innenraum 14, wie durch einen Strömungspfeil P₁ angedeutet, Fluid eingeleitet werden kann, beispielsweise über eine in der 1 nicht dargestellte Abtriebswelle. Das Fluid kann dann, wie durch einen Strömungspfeil P₂ angedeutet, an der anderen axialen Seite wieder aus dem Gehäuse 12 bzw. dem Innenraum 14 abgezogen werden.
Wie die 2 dies verdeutlicht, kann die globale Strömungsrichtung im Innenraum 14 des Gehäuses auch umgekehrt sein. Dies bedeutet, dass das Fluid an der beispielsweise getriebeseitig zu positionierenden Seite in den Innenraum 14 eingeleitet wird, dort nach radial außen strömt und an der motorzugewandt positionierten Seite wieder abgezogen wird.
In dem Gehäuse 12 ist eine erste Reibflächenanordnung 16 mit einer Mehrzahl von axial aufeinander folgenden ringartigen ersten Reibelementen 18 vorgesehen. Das Gehäuse 12 bildet mit seinem radial äußeren und im Wesentlichen axial sich erstreckenden Bereich 20 einen Reibelemententräger für diese Reibelemente 18. Jedes der Reibelemente 18 weist in seinem radial äußeren Bereich eine erste Verzahnungsformation 22 auf. Die mit einer zweiten Verzahnungsformation 24 am Bereich 20 des Gehäuses 12 in Drehkopplungseingriff steht, so dass grundsätzlich die Reibelemente 18 mit dem Gehäuse 12 zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse A gekoppelt sind, in axialer Richtung bezüglich des Gehäuses 12 jedoch verlagerbar sind.
Eine zweite Reibflächenanordnung 26 umfasst im Innenraum 14 des Gehäuses 12 eine Mehrzahl von ringartigen zweiten Reibelementen 28. Die ersten Reibelemente 18 und die zweiten Reibelemente 28 sind alternierend angeordnet, so dass zwischen jeweils zwei ersten Reibelementen 18 ein zweites Reibelement 28 liegt.
Die zweiten Reibelemente 28 weisen an ihrem radial inneren Bereich jeweils eine dritte Verzahnungsformation 30 auf, die mit einer vierten Verzahnungsformation 32 an einem Reibelemententräger 34 der Reibelemente 28 in Kämmeingriff stehen. Somit sind die zweiten Reibelemente 28 mit dem Reibelemententräger 34 zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse A gekoppelt, bezüglich diesem jedoch in axialer Richtung bewegbar. Der Reibelemententräger 34 selbst kann mit einem Abtriebsorgan, wie z. B. einer Abtriebsnabe, gekoppelt oder damit integral ausgebildet sein. Die Kopplung kann auch über eine in der 1 nicht dargestellte Torsionsschwingungsdämpferanordnung erfolgen.
Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausgestaltungsform einer nasslaufenden Kupplungsanordnung 10 sind die ersten Reibelemente 18 beispielsweise aus Stahlblechmaterial oder dergleichen ringscheibenartig ausgebildet und tragen keine Reibbeläge. Die zweiten Reibelemente 28 weisen jeweils einen ebenfalls ringscheibenartig ausgebildeten, vorzugsweise ebenfalls aus Stahlblech oder dergleichen aufgebauten Reibbelagträger 36 auf, der im dargestellten Beispiel an beiden axialen Seiten jeweils einen Reibbelag 38, 40 zur Reibwechselwirkung mit den beiden unmittelbar benachbarten ersten Reibelementen 18 trägt.
Um den Reibkopplungszustand zwischen den beiden Reibflächenanordnungen 16, 26 zu erzielen, ist ein als Anpresselement wirksamer ringartiger Kupplungskolben 42 vorgesehen. Dieser ist radial innen und radial außen bezüglich des Gehäuses 12 fluiddicht axial bewegbar geführt, so dass er den Innenraum 14 in einen die Reibflächenanordnungen 16, 26 enthaltenden ersten Raumbereich 44 und einen zweiten Raumbereich 46 unterteilt. In den zweiten Raumbereich 46 kann Fluid eingeleitet werden, um durch Fluiddruckerhöhung darin den Kupplungskolben 42 axial zu belasten. Dabei bewegt dieser sich auf die Reibflächenanordnungen 16, 26 zu, presst die einzelnen Reibelemente 18, 28 gegeneinander, welche sich dabei an einem hier am Gehäuse 12 integral ausgebildeten axialen Widerlager 48 abstützen. Auf diese Weise kann ein Drehmoment zwischen dem Gehäuse 12 und dem Reibelemententräger 34 übertragen werden.
Um die Umströmbarkeit der Reibflächenanordnungen 16, 26 mit dem in das Gehäuse 12 eingeleiteten und aus diesem auch wieder abgezogenen Fluid unabhängig von der in den 1 und 2 anhand der Strömungspfeile P₁ und P₂ veranschaulichten globalen Strömungsrichtung im Innenraum 14 zu halten, ist die die beiden Reibflächenanordnungen 16, 26 umfassende Baugruppe so ausgebildet, dass sie bezüglich einer axialen Mitte zu beiden axialen Seiten hin symmetrisch gestaltet ist. Die axiale Mitte ist hier im Wesentlichen definiert durch das mittlere der fünf zweiten Reibelemente 28.
Zu beiden axialen Seiten hin folgen dann jeweils in alternierender Abfolge drei erste Reibelemente 18 bzw. zwei zweite Reibelemente 28. Dabei wirkt sowohl der Kupplungskolben 42 als auch das axiale Widerlager 48 am Gehäuse 12 mit einem ersten Reibelement 18 zusammen, so dass weder der Kupplungskolben 42, noch das axiale Widerlager 48 bezüglich des damit unmittelbar zusammenwirkenden Reibelements 18 eine Relativdrehzahl aufweisen wird.
Der vorangehend anhand der Strömungspfeile P₁ und P₂ verdeutlichten globalen Fluidströmung im Gehäuse 12 ist eine die Reibelemente 18, 28 umströmende lokale Fluidzirkulation überlagert. Diese wird dann generiert, wenn zwischen den beiden Reibflächenanordnungen 16, 26 eine Relativdrehzahl besteht. Um diese Fluidzirkulation zu generieren, können an den ersten Reibelementen 18 oder/und den zweiten Reibelementen 28 oder aber auch am Gehäuse 12 Förderflächen gebildet sein, die unter Ausnutzung der Relativdrehzahl zwischen den beiden Reibflächenanordnungen 16, 26 dazu führt, dass an bestimmten bevorzugten Bereichen eine Fluidströmung nach innen entsteht, während an anderen Bereichen eine Fluidströmung nach außen entsteht. Beispielsweise können diese Fluidförderflächen an den Reibbelägen 38, 40 der zweiten Reibelemente 28 gebildet sein.
Um diese lokale Fluidzirkulation im Bereich der reibend miteinander in Wechselwirkung tretenden Oberflächenbereiche der Reibflächenanordnungen 16, 28 zu ermöglichen, sind bei der nasslaufenden Kupplungsanordnung 10 verschiedene in der 3 verdeutlichte Fluidströmungsdurchlässe gebildet. Ein erster Fluidströmungsdurchlass 50 ist radial außen im Bereich der in Kämmeingriff miteinander stehenden Verzahnungsformationen 22, 24 an den ersten Reibelementen 18 einerseits und am Gehäuse 12 andererseits gebildet. Da vorzugsweise alle ersten Reibelemente 18 zueinander gleich gestaltet sind, ist bei jedem dieser ersten Reibelemente 18 ein derartiger erster Fluidströmungsdurchlass 50 gebildet. Es sei hier darauf hingewiesen, dass der erste Fluidströmungsdurchlass 50 dabei alle über den Umfang eines jeweiligen ersten Reibelements 18 im Bereich der Wechselwirkung desselben mit dem Gehäuse 12 gebildeten zur Durchströmung frei liegenden Flächenbereiche umfasst.
Um hier einen ausreichend großen Fluidströmungsquerschnitt zu bilden, ist es beispielsweise möglich, die beiden Verzahnungsformationen 22, 24 mit unterschiedlicher Zähnezahl zu gestalten. Fehlen beispielsweise bei der ersten Verzahnungsformation 22 über den Umfang verteilt mehrere Zähne, so bleibt eine entsprechende Anzahl an Lücken zwischen Zähnen der zweiten Verzahnungsformation 24 frei, die dann zum Bereitstellen des ersten Fluidströmungsdurchlasses 50 bei jedem der ersten Reibelemente 18 effizient beitragen. Fehlen bei diesen ersten Reibelementen 18 ein oder mehrere Zähne, so sind vorzugsweise alle ersten Reibelemente 18 so angeordnet, dass die dadurch entstehenden Lücken bzw. nicht besetzten Zwischenräumen zwischen Zähnen der zweiten Verzahnungsformation 24 in axialer Abfolge liegen.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, die Zähne der ersten Verzahnungsformation 22 oder/und die Zähne der zweiten Verzahnungsformation 24 so zu gestalten, dass sie zur Durchströmung frei liegende Aussparungen aufweisen. Dies ist in 7 anhand der zweiten Verzahnungsformation 24 am Gehäuse 12 veranschaulicht. Man erkennt die Zähne 52 der zweiten Verzahnungsformation 24, die nach radial innen offene Aussparungen 54 aufweisen. Auch bei in die Lücken 56 zwischen zwei Zähnen 52 eingreifenden Zähnen der ersten Verzahnungsformation 22 bleiben diese Aussparungen 54 frei, so dass sie alternativ oder zusätzlich zu möglicherweise nicht besetzten Zwischenräumen zwischen jeweils zwei Zähnen zur Strömungsquerschnittsfläche A_AL eines jeweiligen ersten Fluidströmungsdurchlasses 50 beitragen.
Ein zweiter Fluidströmungsdurchlass 58 ist im radial inneren Bereich der zweiten Reibelemente 28 gebildet. Auch hier kann vorgesehen sein, dass die dritte Verzahnungsformation 30 und die vierte Verzahnungsformation 32 so aufeinander abgestimmt sind, dass eine ausreichend große Strömungsquerschnittsfläche A_IL des bei jedem zweiten Reibelement 28 gebildeten zweiten Fluidströmungsdurchlasses 58 bereitgestellt ist. Hierzu können die vorangehend mit Bezug auf den ersten Fluidströmungsdurchlass 50 beschriebenen Maßnahmen an den Zähnen der dritten Verzahnungsformation 30 oder/und den Zähnen der vierten Verzahnungsformation 32 vorgesehen sein.
Ein jeweiliger dritter Fluidströmungsdurchlass 60 ist im Bereich der gegenseitigen Angrenzung eines ersten Reibelements 18 an ein zweites Reibelement 28 gebildet. Beispielsweise können die dritten Fluidströmungsdurchlässe 60 durch in den Reibbelägen 38, 40 gebildete Nuten oder zwischen einzelnen Belagsegmenten gebildeten Aussparungen bereitgestellt sein. Mit diesen Nuten bzw. Aussparungen können die Reibbeläge 38, 40 gleichzeitig auch zumindest zum Teil die zum Erzeugen der Fluidzirkulation eingesetzten Fluidförderflächen bereitstellen. Man erkennt in 3, dass somit durch jedes zweite Reibelement 28 zwei dritte Fluidströmungsdurchlässe 60 mit einer jeweiligen Strömungsquerschnittsfläche A_B bereitgestellt werden.
Ein vierter Fluidströmungsdurchlass 62 ist im Bereich des axialen Widerlagers 48 des Gehäuses 12 gebildet. Der vierte Fluidströmungsdurchlass 62 kann bereitgestellt sein durch eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden radialen Durchlässen 64 am axialen Widerlager 48, die zwischen entsprechenden axialen Vorsprüngen des Gehäuses 12 gebildet sind. Bei einer alternativen Variante, die in den 4 bis 6 veranschaulicht ist, kann das auf das axiale Widerlager 48 unmittelbar folgende erste Reibelement 18 so ausgebildet sein, dass es radiale Durchlässe 66 bereitstellt. Hierzu können an der dem axialen Widerlager 48 zugewandten Seite dieses ersten Reibelements 18 in Umfangsrichtung aufeinander folgend mehrere Abstandshalter 68 vorgesehen sein, die in Umfangsrichtung zwischen sich dann jeweils einen Radialdurchlass 66 bilden. Das axiale Widerlager 48 am Gehäuse 12 ist dabei im Wesentlichen durch einen planen, näherungsweise radial sich erstreckenden Bereich gebildet, so dass eine vollflächige, glatte Anlage für die Abstandshalter 68 erzeugt wird.
Alle Radialdurchlässe 64 oder 66 erzeugen in ihrer Gesamtheit eine Strömungsquerschnittsfläche A_D des vierten Fluidströmungsdurchlasses 62.
Die Tatsache, dass bei der in den 4 bis 6 gezeigten Ausgestaltungsvariante das dem axialen Widerlager 48 unmittelbar folgende erste Reibelement 18 mit den Abstandshaltern 68 ausgebildet ist, bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht eine Abkehr von der in axialer Richtung symmetrischen Ausgestaltung der beiden Reibflächenanordnungen 16, 26.
Ein fünfter Fluidströmungsdurchlass 70 ist schließlich im Bereich der Anlage des Kupplungskolbens 42 an dem auf diesen unmittelbar folgenden ersten Reibelement 18 gebildet. Hierzu kann, wie die 8 dies veranschaulicht, der Kupplungskolben 42 mit einem an dem unmittelbar folgenden ersten Reibelement 18 sich abstützenden Vorsprungsbereich 72 ausgebildet sein, der an mehreren Umfangspositionen unterbrochen sein kann, so dass wieder mehrere Radialdurchlässe gebildet sind, die in ihrer Gesamtheit eine Strömungsquerschnittsfläche A_K des fünften Fluidströmungsdurchlasses 70 definieren.
Aufgrund der Tatsache, dass sowohl der Kupplungskolben 42 als auch das axiale Widerlager einerseits mit Radialdurchlässen zur Fluidströmung versehen sind, die mit ihren Umfangsbegrenzungen selbstverständlich auch Fluidförderflächen erzeugen, und dass andererseits diese beiden Baugruppen jeweils mit einem ersten Reibelement 18 zusammenwirken, wird bei rotierender Kupplungsanordnung 10 die verfügbare Drehzahl immer effizient genutzt, um dort eine Zwangsförderung nach radial außen zu erzeugen, so dass die Zwangsumströmung der Reibflächenanordnungen 16, 26 effizient unterstützt werden kann. Durch die im Bereich der Reibelemente 28 gebildeten dritten Fluidströmungsdurchlässe 60 bzw. die an den Reibbelägen 38, 40 gebildeten Fluidförderflächen wird innerhalb der Reibflächenanordnung 16, 26 eine effiziente Fluidförderung nach radial innen erzeugt, da im Schlupfbetrieb im Allgemeinen davon auszugehen ist, dass die Reibelemente 28 mit geringerer Drehzahl rotieren, als die Reibelemente 18. Es entsteht somit ein Druckunterschied zwischen radial außen und radial innen, der dafür sorgt, dass das Fluid durch die axial außen liegenden Radialdurchlässe, also insbesondere die im Bereich der Fluidströmungsdurchlässe 62 und 70 gebildeten Radialdurchlässe, Fluid wieder nach radial außen strömt bzw. gefördert wird.
Durch das Bereitstellen der vorangehend erläuterten verschiedenen Fluidströmungsdurchlässe 50, 58, 60, 62 und 70 wird, wie durch Strömungspfeile P₃, P₄ und P₅ in 1 verdeutlicht, lokal im Bereich der beiden Reibflächenanordnungen 16, 26 eine Fluidzirkulation aufgebaut, die vor allem dann, wenn eine Relativdrehbewegung zwischen den beiden Reibflächenanordnungen 16, 26 entsteht, der globalen Durchströmung des Gehäuses 12 überlagert eine verstärkte Wärmeabfuhr aus dem Bereich der reibend miteinander in Wechselwirkung stehenden Oberflächenbereiche gewährleistet.
Um diese Wärmeabfuhr möglichst effizient zu gestalten, sind gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung die verschiedenen Strömungsquerschnittsflächen A_AL, A_IL, A_B, A_D und A_K derart aufeinander abgestimmt, dass zumindest eine der folgenden Beziehungen gilt: AD > AAL; AD > AIL; AD > 2AB; 0,7 < AD/AK < 1,3.
Mit derartigen Beziehungen der einzelnen Strömungsquerschnittsflächen zueinander ist gewährleistet, dass immer einerseits eine ausreichende globale Fluidströmung durch das Gehäuse hindurch gelangen kann, welche primär den vierten Fluidströmungsdurchlass 62 bzw. dessen Strömungsquerschnittsfläche A_D sowie den fünften Fluidströmungsdurchlass 70 bzw. dessen Strömungsquerschnittsfläche A_K nutzen wird. Um für die der globalen Strömung überlagerte lokale Zirkulation möglichst wenig Strömungsdrosselbereiche vorzusehen, ist vorzugsweise weiter vorgesehen, dass die ersten Fluidströmungsdurchlässe 50 und die zweiten Fluidströmungsdurchlässe 58 zueinander im Wesentlichen gleiche Strömungsquerschnittsflächen aufweisen. Vorzugsweise ist dabei weiter die Strömungsquerschnittsfläche der dritten Fluidströmungsdurchlässe 60 oder alternativ eines jeweiligen Paares von dritten Fluidströmungsdurchlässen 60 gleich zu der Strömungsquerschnittsfläche A_AL oder der Strömungsquerschnittsfläche A_IL. Dies kann also bedeuten, dass dann, wenn die Anzahl an ersten Fluidströmungsdurchlässen 50, zweiten Fluidströmungsdurchlässen 58 und dritten Fluidströmungsdurchlässen 60 im Wesentlichen gleich ist, auch die bei jedem dieser Fluidströmungsdurchlässe bereitgestellten Strömungsquerschnittsflächen zueinander gleich sind. Grundsätzlich sollte das Prinzip gewahrt sein, dass sowohl radial außen, als auch radial innen, als auch im Bereich des radialen Übergangs jeweils näherungsweise gleiche Strömungsverhältnisse bereitgestellt werden können, also die Gesamtdrosselwirkung jeweils gleich ist, was letztendlich dadurch erreicht werden kann, dass die Summe der Strömungsquerschnittsflächen aller wirksamen ersten Fluidströmungsdurchlässe 50, die Summe der Strömungsquerschnittsflächen aller wirksamen zweiten Fluidströmungsdurchlässe 58 und die Summe der Strömungsquerschnittsflächen aller wirksamen dritten Fluidströmungsdurchlässe 60 zueinander gleich sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass das dem Kupplungskolben 42 am nächstliegend positionierte zweite Reibelement 28 so ausgebildet ist, dass es in seinem Angrenzungsbereich an den Reibelemententräger 34 im Wesentlichen einen Strömungsabschluss erzeugt, also dort faktisch kein zweiter Fluidströmungsdurchlass 58 gebildet ist. Auf diese Art und Weise wird dafür gesorgt, dass in diesem Bereich eine Separation erfolgt zwischen der im Bereich der Reibelemente 18, 28 strömenden Fluidzirkulation und der globalen Fluidströmung, die axial außerhalb der Reibflächenanordnungen 16, 28 geführt ist. Das Vermeiden eines zweiten Fluidströmungsdurchlasses 58 an diesem axial ersten zweiten Reibelement kann dadurch realisiert sein, dass im Wesentlichen kein Spiel zwischen den Verzahnungsformationen 30, 32 besteht.

Claims

Nasslaufende Kupplungsanordnung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend ein mit Fluid gefülltes oder füllbares Gehäuse (12), eine mit dem Gehäuse (12) zur Drehung um eine Drehachse (A) gekoppelte erste Reibflächenanordnung (16), eine mit einem Abtriebsorgan zur Drehung um die Drehachse (A) gekoppelte zweite Reibflächenanordnung (26), ein mit dem Gehäuse (12) um die Drehachse (A) drehbares Anpresselement (42), durch welches die erste Reibflächenanordnung (16) und die zweite Reibflächenanordnung (26) in Reibeingriff pressbar sind, wobei ein bezüglich des Gehäuses (12) axial festes Widerlager (48) für die Reibflächenanordnungen (16, 26) vorgesehen ist, wobei die erste Reibflächenanordnung (16) eine Mehrzahl von ringartigen ersten Reibelementen (18) mit einer ersten Verzahnungsformation (22) am Außenumfang umfasst und ein erster Reibelemententräger (20) mit einer zweiten Verzahnungsformation (24) zum Drehkopplungseingriff mit der ersten Verzahnungsformation (22) vorgesehen ist, wobei die zweite Reibflächenanordnung (26) eine Mehrzahl von ringartigen zweiten Reibelementen (28) mit einer dritten Verzahnungsformation (30) am Innenumfang umfasst und ein zweiter Reibelemententräger (34) mit einer vierten Verzahnungsformation (32) zum Drehkopplungseingriff mit der dritten Verzahnungsformation (30) vorgesehen ist, wobei am Außenumfang wenigstens eines ersten Reibelements (18) ein erster Fluidströmungsdurchlass (50) bezüglich des ersten Reibelemententrägers (20) gebildet ist, am Innenumfang wenigstens eines zweiten Reibelements (28) ein zweiter Fluidströmungsdurchlass (58) bezüglich des zweiten Reibelemententrägers (34) gebildet ist, an wenigstens einem ersten Reibelement (18) oder/und wenigstens einem zweiten Reibelement (28) ein dritter Fluidströmungsdurchlass (60) gebildet ist, wobei der dritte Fluidströmungsdurchlass (60) eine Verbindung zwischen dem Außenumfangsbereich und dem Innenumfangsbereich der Reibelemente (18, 28) herstellt, und im Bereich des axialen Widerlagers (48) ein vierter Fluidströmungsdurchlass (62) zum Ermöglichen einer Fluidströmung von radial innen nach radial außen oder umgekehrt gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: A_D > A_AL oder/und A_D > A_IL oder/und A_D > 2A_B, wobei: A_AL die Strömungsquerschnittsfläche eines ersten Fluidströmungsdurchlasses (50) ist, A_IL die Strömungsquerschnittsfläche eines zweiten Fluidströmungsdurchlasses (58) ist, A_B die Strömungsquerschnittsfläche eines dritten Fluidströmungsdurchlasses (60) ist, A_D die Strömungsquerschnittsfläche des vierten Fluidströmungsdurchlasses (62) ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Anpresselement (42) oder/und dem unmittelbar auf dieses folgenden Reibelement (18) ein fünfter Fluidströmungsdurchlass (70) zum Ermöglichen einer Fluidströmung von radial außen nach radial innen oder umgekehrt vorgesehen ist und dass gilt: 0,7 < AD/AK < 1,3,wobei A_K die Strömungsquerschnittsfläche des fünften Fluidströmungsdurchlasses (70) ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidströmungsdurchlass (50) wenigstens zum Teil durch unterschiedliche Zähneanzahl der ersten Verzahnungsformation (22) und der zweiten Verzahnungsformation (24) gebildet ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidströmungsdurchlass (50) wenigstens zum Teil durch an Zähnen der ersten Verzahnungsformation (22) oder/und an Zähnen (52) der zweiten Verzahnungsformation (24) vorgesehene Aussparungen (54) gebildet ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluidströmungsdurchlass (58) wenigstens zum Teil durch unterschiedliche Zähnezahl der dritten Verzahnungsformation (30) und der vierten Verzahnungsformation (32) gebildet ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluidströmungsdurchlass (58) wenigstens zum Teil durch an den Zähnen der dritten Verzahnungsformation (30) oder/und an Zähnen der vierten Verzahnungsformation (32) vorgesehene Aussparungen gebildet ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Fluidströmungsdurchlass (60) durch in einem Belag (38, 40) eines Reibelements (28) gebildete und diesen radial vollständig durchsetzende Aussparungen gebildet ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Fluidströmungsdurchlass (62) wenigstens zum Teil durch an dem Widerlager (48) vorgesehene radiale Durchlässe (64) gebildet ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Fluidströmungsdurchlass wenigstens zum Teil durch radiale Durchlässe (66) in dem auf das Widerlager (48) unmittelbar folgenden Reibelement (18) gebildet ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Durchlässe (66) in Umfangsrichtung zwischen an dem Reibelement (18) vorgesehenen Abstandshaltern (68) gebildet ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (18) ein erstes Reibelement (18) ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 3 bis 11, sofern auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass der fünfte Fluidströmungsdurchlass (70) wenigstens zum Teil durch an dem Anpresselement (42) vorgesehene radiale Durchlässe (72) gebildet ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächenanordnungen (16, 26) bezogen auf einen axialen Mittenbereich derselben in axialer Richtung im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet sind.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Bereich des Anpresselements (42) angeordnetes Reibelement (18) bezüglich des diesem zugeordneten Reibelemententrägers (34) im Wesentlichen keinen Fluidströmungsdurchlass bildet.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (28) ein zweites Reibelement (28) ist.
Nasslaufende Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Reibelemententräger (20) durch das Gehäuse (12) bereitgestellt ist.