DE102010004295B4

DE102010004295B4 - Nasskupplung

Info

Publication number: DE102010004295B4
Application number: DE102010004295.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Kühnle
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2022-03-10
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: DE102010004295A1

Abstract

Nasskupplung (1) mit einem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Lamellenträger (3, 13) mit jeweils einer ersten Radialverzahnung (5, 9) und in der ersten Radialverzahnung (5, 9) der Lamellenträger (3, 13) drehfest und axial begrenzt verlagerbar mittels einer zweiten Radialverzahnung (6, 8) eingehängten und miteinander durch axiale Beaufschlagung in Reibeingriff zueinander bringbaren Lamellen (4, 7), wobei zumindest eine Radialverzahnung (5, 6, 8, 9) zumindest eine einer Umfangsrichtung zugewandten Flanke (11, 12, 19, 24) ihrer Zähne (10, 26) eine Steigung (20, 21) in Umfangsrichtung aufweist, wobei beide Flanken (11, 12, 19, 24) der zumindest einen Radialverzahnung (5, 6, 8, 9) eine Steigung (20, 21) aufweisen und die Steigungen (20, 21) der Flanken (11, 12, 19, 24) bezüglich der Umfangsrichtung unterschiedlich sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialverzahnung (9) eines Lamellenträgers (13) und die Radialverzahnung (8) von in diesem eingehängten Lamellen (7) Flanken (11, 19, 24) mit Steigungen (20, 21) aufweisen, und die Steigungen (20, 21) zueinander komplementär sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nasskupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindungsmeldung eine Nasskupplung mit einem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Lamellenträger mit in diese jeweils zur Bildung eines Reibschlusses drehfest und axial beaufschlagbar eingehängten Lamellen.
Derartige Nasskupplungen sind beispielsweise als Wandlerüberbrückungskupplungen für Drehmomentwandler aus der WO 2007/054 047 A2 und aus der WO 2007/112 722 A1 für Doppelkupplungen bekannt, in denen zwei derartige Nasskupplungen unter Verwendung eines gemeinsamen Lamellenträgers radial übereinander angeordnet werden.
Als weiterer Stand der Technik wird auf die DE 102 05 768 A1 verwiesen, die auf den Oberbegriff des Anspruchs 1 lesbar ist.
Die Nasskupplungen enthalten dabei einen eingangsseitigen, von einer Antriebseinheit wie Brennkraftmaschine angetriebenen Lamellenträger und einen ausgangsseitigen im Falle der geschlossenen oder schlupfenden Nasskupplung ein Drehmoment auf eine Abtriebsseite wie Getriebeeingangswelle übertragenden Lamellenträger. Dabei sind die Lamellenträger radial übereinander und weisen jeweils eine Radialverzahnung als Innen- beziehungsweise Außenverzahnung auf, an denen die Lamellen oder Reiblamellen aufgenommen sind. Hierzu weisen die Lamellen entsprechende zu den Lamellenträgern komplementäre Radialverzahnungen in Form jeweils einer Innen- beziehungsweise Außenverzahnung auf. Zur Bildung des Reibschlusses der Lamellen sind diese wechselnd antriebsseitig und abtriebsseitig aufeinander geschichtet, so dass im einfachsten Fall eine in einen ersten Lamellenträger eingehängte Lamelle zwischen zwei in den zweiten Lamellenträger eingehängten Lamellen oder einer eingehängten Lamelle und einem fest mit dem Lamellenträger verbundenen Endanschlag, der durch eine Endlamelle gebildet sein kann, ausreichend sein kann. Ein Reibschluss zwischen den Lamellen und damit eine Drehmomentübertragung über die Nasskupplung erfolgt durch axiale Beaufschlagung der dem Endanschlag oder einer anderen Anschlagfläche, beispielsweise am Gehäuse, gegenüber liegenden Lamelle durch einen axial verlagerbaren Kolben, der hydraulisch von dem durch eine Pumpe oder einen Druckspeicher beaufschlagten Arbeitsmedium der Nasskupplung beaufschlagt wird und die Lamellen, die axial zwischen Kolben und Endlamelle auf den Radialverzahnungen der Lamellenträger axial verlagerbar sind, verspannt. Nach einer Verminderung oder Abstellung des Drucks löst der Kolben die Beaufschlagung und entfernt sich beispielsweise infolge Federkraft zumindest geringfügig von den Lamellen, so dass der Reibschluss aufgehoben wird.
Durch die Anwesenheit des Arbeitsmediums zwischen den Lamellen entsteht zwischen den Lamellen, die sich jeweils mit der Drehzahl des eingangsseitigen beziehungsweise ausgangsseitigen Lamellenträgers und damit einer Differenzdrehzahl zueinander drehen, ein Schleppmoment, das sich in der Regel störend auf einen Antriebsstrang auswirkt, da ein unvollständiges Trennen der Nasskupplung resultiert. In besonderen Fällen kann jedoch ein derartiges Schleppmoment von Vorteil sein, insbesondere wenn im Antriebsstrang ein Restdrehmoment für Notfälle, beispielsweise einem Liegenbleiben des Fahrzeugs mit einer entsprechenden Nasskupplung im Antriebsstrang, zum Betrieb einer Pumpe wie Ölpumpe, zum Betrieb einer Elektromaschine beispielsweise eines Hybridantriebs oder dergleichen erwünscht ist. Hierzu reicht in der Regel das sich an den Nasskupplungen nach dem Stand der Technik einstellende Schleppmoment nicht aus.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Nasskupplung mit erhöhtem Schleppmoment vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch eine Nasskupplung mit einem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Lamellenträger mit jeweils einer ersten Radialverzahnung und in der ersten Radialverzahnung der Lamellenträger drehfest und axial begrenzt verlagerbar mittels einer zweiten Radialverzahnung eingehängten und miteinander durch axiale Beaufschlagung in Reibeingriff zueinander bringbaren Lamellen gelöst, wobei zumindest eine Radialverzahnung zumindest einer Umfangsrichtung zugewandten Flanken ihrer Zähne eine Steigung in Umfangsrichtung aufweist. Hierbei werden die durch die Haftung des Arbeitsmediums an den mit Differenzdrehzahl drehenden Lamellen und dessen Viskosität auf die Lamellen wirkenden Umfangskräfte an den Steigungen mit jeweils einem Umfangs- und einem Axialanteil aufgeteilt, so dass ein Axialanteil entsteht, der die Lamellen zusätzlich zum hydrodynamischen Schleppeffekt axial verlagert. Infolgedessen wandern die Lamellen bei entsprechender Steigung gegen die Endlamelle oder ein anderes Endlager, wodurch sich deren Lüftspiel gegeneinander verringert oder vollständig aufbraucht. Durch diese Verringerung erhöht sich das Schleppmoment und damit wiederum die Axialkraft auf die Steigung, so dass ein selbstverstärkender Effekt auftreten kann, der das Schleppmoment um ein Mehrfaches erhöht. Dabei hat sich gezeigt, dass ein Verklemmen der Lamellen auf den Radialverzahnungen durch Relativverlagerungen der Lamellen gegenüber dem entsprechenden Lamellenträger, die beispielsweise durch Vibrationen, Achsversätze, Taumelbewegungen bedingt sind, oder Gleiteffekte der Lamelle auf einem Schmierfilm des Arbeitsmediums zu vernachlässigen sind.
Durch die Auswahl der Steigungen an den Flanken der Radialverzahnungen kann gesteuert werden, in welche Richtung die Schleppmomentenerhöhung erfolgen soll. Wird beispielsweise lediglich eine Steigung an den Flanken in Drehrichtung der Antriebseinheit vorgesehen, so baut sich ein erhöhtes Schleppmoment nur in Antriebsrichtung auf, während die geradlinige Verzahnung von der Abtriebsseite beispielsweise im Schleppbetrieb keine Schleppmomentenerhöhung verursacht. Soll jedoch im Schleppbetrieb des Fahrzeugs ein Schleppmoment aufgebaut werden, ohne die Nasskupplung betätigen zu müssen, kann eine Steigung an den Flanken der Verzahnung vorgesehen werden, die in Richtung Abtrieb der Nasskupplung weisen. Es versteht sich, dass an beiden Flanken einer Radialverzahnung entsprechende Steigungen vorgesehen sein können, die zudem unterschiedlich an die entsprechenden Anwendungsfälle angepasst werden können.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Flanken an den Lamellen und/oder an dem zugehörigen Lamellenträger mit vorzugsweise zueinander komplementären Steigungen versehen werden. So können insbesondere bei einer Anordnung von Steigungen an dem Lamellenträger und an den Lamellen hohe Gesamtsteigungen verwirklicht werden oder gegebenenfalls aus Gründen einer besseren Fertigbarkeit, beispielsweise mittels eines Blechumformungsverfahrens bei kleinen Steigungen an den Lamellen und den Lamellenträgern ausreichende Gesamtsteigungen vorgesehen werden. Weiterhin können die Lamellen beispielsweise abhängig von deren Anordnung längs des Lamellenträgers mit unterschiedlichen Steigungen versehen werden. Die Steigungen können beispielsweise 5° bis 25° betragen. Es versteht sich, dass auch andere Winkel insbesondere in Verbindung mit einer Ausstattung beider Lamellenträger und/oder Lamellenträgern und Lamellen mit entsprechenden Steigungen vorteilhaft sein können.
Die Nasskupplung kann beispielsweise als Wandlerüberbrückungskupplung in einem Drehmomentwandler mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad oder in einer Doppelkupplung mit zwei Nasskupplungen vorgesehen werden, wobei zumindest eine der Nasskupplungen entsprechende Flanken mit Steigungen aufweist.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

1 einen Teilschnitt durch eine Nasskupplung,
2 eine schematische Darstellung von mit Steigungen versehenen Flanken einer Radialverzahnung eines Lamellenträgers mit Lamellen,
3 eine Ansicht eines Lamellenträgers mit einer Außenverzahnung,
4 eine Seitenansicht des Lamellenträgers der 3 und
5 eine schematische Detaildarstellung einer Lamelle mit unterschiedlichen Flanken.

1 zeigt die obere Hälfte der um eine Drehachse drehenden Nasskupplung 1 im Schnitt. Dabei wird ein Gehäuse 2 von einer nicht dargestellten Antriebseinheit angetrieben. An dem Gehäuse 2 sind an einem eingangsseitigen Lamellenträger 3, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einteilig mit dem Gehäuse 2 ausgebildet ist, die Lamellen 4 drehfest aufgenommen. Hierzu weist der Lamellenträger 3 eine Radialverzahnung 5 in Form einer Innenverzahnung auf, in die die Lamellen 4 mittels einer zu dieser komplementären Radialverzahnung 6 in Form einer Außenverzahnung axial längs der Radialverzahnung 5 axial verlagerbar eingehängt sind. Mit den Lamellen 4 abwechselnd zu einem Lamellenpaket sind die ausgangsseitig angeordneten Lamellen 7, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Reiblamellen mit beidseitigen Reibbelägen ausgeführt sind, geschichtet. Die Lamellen 7 sind mittels einer als Innenverzahnung ausgebildeten Radialverzahnung 8 in eine als Außenverzahnung ausgebildete Radialverzahnung 9 eingehängt, die über den Umfang verteilte Zähne 10 mit jeweils einer in Umfangsrichtung des ausgangsseitigen Lamellenträgers 13 weisenden Flanken 11, 12 aufweist. Der aus Blech mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellte Lamellenträger 13 ist mit der Getriebeeingangswelle 14 fest verbunden, beispielsweise verzahnt.
Zur Betätigung der Nasskupplung 1 wird der in Öffnungsstellung mittels der Feder 17, beispielsweise über den Umfang verteilte Blattfedern, positionierte Kolben 15 durch Beaufschlagung der Kammer 16 mit Druck axial verlagert und beaufschlagt die Lamellen 4, 7 axial gegenüber dem im Gehäuse 2 vorgesehenen Endanschlag 2a, so dass sich durch deren Verpressung ein Reibschluss zwischen den Lamellen 4, 7 ergibt und infolge dessen Drehmoment vom Gehäuse 2 auf die Getriebeeingangswelle 14 übertragen wird. Bei geöffneter Nasskupplung 1 tritt durch die enge axiale Beabstandung der Lamellen 4, 7 trotz fehlender Beaufschlagung durch den Kolben 15 ein Schleppmoment aufgrund der sich zwischen den Lamellen 4, 7 einstellenden Differenzdrehzahl infolge der hydrodynamischen Effekte des zwischen den einander zugewandten Oberflächen der Lamellen 4, 7 befindlichen Arbeitsmediums, das an den Oberflächen haftet und diese über dessen Viskosität aneinander bindet, auf. Gemäß der Erfindung wird das sich bildende Schlupfmoment weiterhin durch eine Steigung der Flanken in Umfangsrichtung, beispielsweise der Flanke 11 des Lamellenträgers 13 bei gegen den Uhrzeigersinn größerer Drehzahl der Lamellen 4 gegenüber den Lamellen 7 verstärkt - eine Situation, die bevorzugt bei langsam drehender oder stehender Getriebeeingangswelle 14 und nicht abgeschalteter Antriebseinheit eintritt. in diesem Fall entsteht durch die gegeneinander gerichteten Umfangskräfte an der Steigung der Flanke 11 eine Kraftkomponente in Axialrichtung, die das Lüftspiel zwischen den Lamellen 4, 7 verringert und eine stärkere Koppelung dieser untereinander bewirkt, so dass das Schleppmoment erhöht wird. Es hat sich gezeigt, dass sich bereits bei einer Halbierung des Lüftspiels das Schleppmoment um ein Mehrfaches, beispielsweise das Fünffache erhöht.
2 zeigt schematisch die Wirkungsweise von in Radialverzahnungen angeordneten Flanken mit Steigungen anhand einer Draufsicht am Beispiel eines Details des Lamellenträgers 13 mit zwei benachbarten Lamellen 7 im Bereich der Radialverzahnungen 8 der Lamellen 7 und der Radialverzahnung 9 des Lamellenträgers 13. Die Radialverzahnung 9 des Lamellenträgers 13 nimmt am Beispiel des gezeigten Zahns 10 die Lamellen 7 mit der vorgegebenen Drehzahl mit. Aufgrund der unterschiedlichen Drehzahl der nicht dargestellten Lamellen 4 ( 1), die benachbart zwischen den Lamellen 7 angeordnet sind, in Antriebsrichtung wird eine Umfangskraft in Richtung des Pfeils 18 bewirkt und die Flanken 19 der Lamellen 7 legen sich an die Flanken 11 der Zähne 10 an. Infolge der an den Flanken 11, 19 vorgesehenen Steigungen 20, 21 tritt eine Zerlegung der Umfangskraft in eine Umfangs- und eine Axialkomponente auf, die beispielsweise nach der Formel $F_{axial} = tan α * F_{Umfang}$
mit F_axial als Axialkraft in Richtung des Pfeils 22 und mit der Umfangskraft F_Umfang in Richtung des Pfeils 18 mechanisch zumindest annäherungsweise beschrieben werden kann. Durch die Axialkraft F_axial werden die Lamellen 7 in Richtung der Lamellen 4 (1) und schließlich in Richtung des Endanschlags 2a (1) verlagert, so dass durch die Verringerung des Lüftspiels ein weiterer Zuwachs des hydrodynamischen Schleppmoments bewirkt wird, der in der oben angegebenen Formel nicht berücksichtigt ist. Wechselt die Richtung der Drehzahldifferenz wird eine Umfangskraft in Richtung des Pfeils 23 von der Ausgangsseite gegen die Antriebsrichtung erzeugt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel soll ein derartiges Schleppmoment nicht verstärkt werden, weswegen die Flanken 12, 24 der Zähne 10 des Lamellenträgers 13 beziehungsweise der Lamellen 7 keine Steigung aufweisen und damit die Umfangskraft längs des Pfeils 23 an den Flanken 12, 24 nicht aufgespalten wird.
3 zeigt den tiefgezogenen Lamellenträger 13 der 2 in Ansicht. Der Lamellenträger ist aus einer Ronde hergestellt, deren Radialverzahnung 9 durch Umlegen des äußeren Umfangs und Einwalzen erfolgen kann. Dabei werden die Zähne 10 mit den beiden unterschiedlichen Flanken 11, 12 ausgebildet, von denen die Flanken 12 parallel zur Drehachse 25 des Lamellenträgers 13 angeordnet sind und die Flanken 11 eine Steigung gegenüber der Drehachse 25 aufweisen. Dies geht aus der Draufsicht auf den Lamellenträger 13 der 4 hervor, die den Winkel α zu einer zur Drehachse 25 der 3 parallel angeordneten Linie zeigt.
5 zeigt systematisch die Lamelle 7 der 1 im Detail mit einem Zahn 26 der Radialverzahnung 8 der Lamelle 7. In Antriebsrichtung weist die Flanke 19 einen vom rechten Winkel abweichenden Winkel α an einer senkrecht zu einer zur Drehachse der Lamelle 7 parallelen Hilfslinie 28 angeordneten Hilfslinie 27 und damit eine Steigung 21 in Umfangsrichtung auf, während die abtriebsseitige Steigung der Flanke 24 rechtwinklig zur Hilfslinie 27 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Nasskupplung
2: Gehäuse
2a: Endanschlag
3: Lamellenträger
4: Lamelle
5: Radialverzahnung
6: Radialverzahnung
7: Lamelle
8: Radialverzahnung
9: Radialverzahnung
10: Zahn
11: Flanke
12: Flanke
13: Lamellenträger
14: Getriebeeingangswelle
15: Kolben
16: Kammer
17: Feder
18: Pfeil
19: Flanke
20: Steigung
21: Steigung
22: Pfeil
23: Pfeil 3
24: Flanke
25: Drehachse
26: Zahn
27: Hilfslinie
28: Hilfslinie
α: Winkel

Claims

Nasskupplung (1) mit einem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Lamellenträger (3, 13) mit jeweils einer ersten Radialverzahnung (5, 9) und in der ersten Radialverzahnung (5, 9) der Lamellenträger (3, 13) drehfest und axial begrenzt verlagerbar mittels einer zweiten Radialverzahnung (6, 8) eingehängten und miteinander durch axiale Beaufschlagung in Reibeingriff zueinander bringbaren Lamellen (4, 7), wobei zumindest eine Radialverzahnung (5, 6, 8, 9) zumindest eine einer Umfangsrichtung zugewandten Flanke (11, 12, 19, 24) ihrer Zähne (10, 26) eine Steigung (20, 21) in Umfangsrichtung aufweist, wobei beide Flanken (11, 12, 19, 24) der zumindest einen Radialverzahnung (5, 6, 8, 9) eine Steigung (20, 21) aufweisen und die Steigungen (20, 21) der Flanken (11, 12, 19, 24) bezüglich der Umfangsrichtung unterschiedlich sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialverzahnung (9) eines Lamellenträgers (13) und die Radialverzahnung (8) von in diesem eingehängten Lamellen (7) Flanken (11, 19, 24) mit Steigungen (20, 21) aufweisen, und die Steigungen (20, 21) zueinander komplementär sind.
Nasskupplung (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (a) der Steigung (20, 21) 5° bis 15°, vorzugsweise 8° bis 12° beträgt.
Drehmomentwandler mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad und einer diese überbrückenden Nasskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 2.
Doppelkupplung mit zwei Nasskupplungen, wobei zumindest eine der Nasskupplungen eine Nasskupplung nach den Ansprüchen 1 bis 2 ist.