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Eine Nasskupplung, wie sie beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, umfasst üblicherweise mehrere Reibscheiben und mehrere Lamellen, die abwechselnd in einem Stapel angeordnet sind. Lamellen und Reibscheiben weisen in radial entgegen gesetzten Richtungen Verzahnungen zum Eingriff in meist topfförmige Übertragungsträger auf. Beispielsweise tragen die Lamellen eine Außenverzahnung, die in einen topfförmigen Lamellenträger eingreift, und die Reibscheiben weisen eine Innenverzahnung auf, die in einen ebenfalls topfförmigen Reibscheibenträger eingreift.
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Beide Reibelementträger, also der Lamellenträger und der Reibscheibenträger, umfassen üblicherweise jeweils eine Nabe mit einer weiteren Verzahnung, die drehmomentschlüssig in eine An- bzw. Abtriebswelle des Antriebsstrangs eingreift. Wird der Stapel aus Reibscheiben und Lamellen in axialer Richtung zusammengepresst, so kann ein Drehmoment zwischen den Naben bzw. Wellen übertragen werden.
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Da die Nabenerzahnung eines solchen Trägers in hohem Maße belastbar und präzise gefertigt sein muss, ist es üblich, die Nabe beispielsweise aus einem Schmiedeteil herzustellen und sie anschließend mit einem beispielsweise tiefgezogenen, gepressten oder gestanzten Teil zu dem topfförmigen Reibelementträger zu verbinden, beispielsweise durch Schweißen.
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DE 103 09 566 A1 beschreibt eine Lamellenkupplung mit einem derartigen, zweiteilig aufgebauten Lamellenträger. Ein Bodenabschnitt des Lamellenträgers ist entlang einer ringförmigen Schweißnaht mit einer Nabe verbunden, die eine Nabenverzahnung trägt. Ein Aufnahmebereich für Lamellen von der Form eines Zylindermantels ist steckbar mit der Bodenplatte verbunden.
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In der
DE 10 2005 027 610 A1 zeigt ein Getriebe mit einer Nasskupplung, die einen Lamellenträger mit angeformter Nabe umfasst, an die ein aus Blech geformtes, verzahntes Bauteil verschweißt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reibelementträger für eine Nasskupplung anzugeben, der mit verminderten Herstellungskosten produzierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Reibelementträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Reibelementträgers mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 6 gelöst. Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen an.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Reibelementträger für eine Nasskupplung eine Drehachse, von der sich ein Bodenabschnitt in radialer Richtung erstreckt, wobei der Bodenabschnitt von einem inneren Kreisumfang und einem äußeren Kreisumfang begrenzt ist; und einen sich vom inneren Kreisumfang des Bodenabschnitts in axialer Richtung erstreckenden Nabenbereich, wobei der Nabenbereich eine radiale Verzahnung zur Übertragung von Drehmoment um die Drehachse trägt, wobei der Bodenabschnitt und der Nabenbereich einstückig aus einem Blech ausgeformt sind.
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Vorteilhafterweise lässt sich so während der Herstellung des Reibelementträgers ein Schweißvorgang im Nabenbereich vermeiden, der stets die Gefahr einer schädlichen Kohlenstoffanreicherung von einsatzgehärteten und/oder nitrocarburierten Bauteilen in der Schweißzone mit sich bringt.
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Der Reibelementträger kann einen sich vom äußeren Kreisumfang des Bodenabschnitts in radialer Richtung erstreckenden Aufnahmebereich für Reibelemente umfassen, wobei der Aufnahmebereich einstückig mit dem Bodenabschnitt und dem Nabenbereich ausgebildet ist.
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Der Reibelementträger kann als Reibscheibenträger für Reibscheiben oder als Lamellenträger für Kupplungslamellen ausgebildet sein. Beim Lamellenträger erstrecken sich der Aufnahmebereich für die Kupplungslamellen und der Nabenbereich vorzugsweise in unterschiedliche axiale Richtung. Beim Reibscheibenträger erstrecken sich der Nabenbereich und der Aufnahmebereich für die Reibscheiben vorzugsweise in derselben axialen Richtung.
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Somit kann der komplette Reibelementträger einstückig ausgeführt sein, was eine Belastbarkeit und eine Zuverlässigkeit des Reibelementträgers erhöhen und/oder Herstellungskosten verringern kann. In einer alternativen Ausführungsform kann der Aufnahmebereich für die Reibelemente lösbar mit dem Bodenabschnitt und dem Nabenbereich verbunden sein, insbesondere mittels einer Steckverbindung. So kann eine Schweißverbindung vermieden werden, falls eine Anforderung für einen separat hergestellten Aufnahmebereich für die Lamellen oder Reibbeläge besteht.
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Der Nabenbereich kann auf einer vom Bodenabschnitt entfernten Seite mit einem Nabenboden topfförmig geschlossen sein und der Nabenboden kann eine koaxiale Aufnahme für eine Zentrierspitze aufweisen. Dadurch kann eine Stabilität des Nabenbereichs erhöht und gleichzeitig eine Hilfestellung für die Herstellung bzw. Montage des Reibelementträgers bereitgestellt sein.
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Der Reibelementträger kann eine Hülse oder einen Ring mit einer radialen Dichtfläche aufweisen, wobei die Hülse am Nabenbereich zwischen der Verzahnung und der Bodenplatte befestigt ist. Die radiale Dichtfläche kann für eine Abdichtung eines Nassraums zu einem Trockenraum einer den Reibelementträger umfassenden Kupplung ausgebildet sein. Insbesondere kann die Hülse aus einem Material mit anderen Eigenschaften als das Blech des Bodenabschnitts hergestellt und anders bearbeitet sein. Dadurch kann die radiale Dichtfläche in hoher Qualität zu relativ geringen Herstellungskosten bereitgestellt sein.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Reibelementträgers für eine Nasskupplung umfasst Schritte des spanlosen Ausformens eines Blechs zu einem einstückigen Reibelementträger mit einer Drehachse, von der sich ein Bodenabschnitt in radialer Richtung erstreckt, wobei der Bodenabschnitt von einem inneren Kreisumfang und einem äußeren Kreisumfang begrenzt ist, und zu einem Nabenbereich, der sich vom inneren Kreisumfang des Bodenabschnitts in axialer Richtung erstreckt; und des spanlosen Aufbringens einer radialen Verzahnung zur Übertragung von Drehmoment um die Drehachse auf den Nabenbereich.
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Dadurch kann der oben beschriebene Reibelementträger spanlos und einstückig aus einem Blech hergestellt werden. Durch die einteilige Produktionsweise können Produktionskosten niedrig gehalten werden.
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Zusätzlich kann das Verfahren ein Ausbilden eines sich vom äußeren Kreisumfang des Bodenabschnitts in axialer Richtung erstreckender Aufnahmebereichs für Kupplungslamellen umfassen. Wie oben ausgeführt ist, kann dadurch der Reibelementträger vollständig einstückig ausgeführt sein, was Kostenvorteile bei der Herstellung des Reibelementträgers bedingen kann. In einer alternativen Ausführungsform kann der Aufnahmebereich in einem weiteren Schritt getrennt ausgeformt und lösbar, beispielsweise steckbar, mit dem Bodenabschnitt verbunden werden.
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Der Schritt des spanlosen Aufbringens der Verzahnung kann eines von einem Walzen und einem Räumen umfassen. Der Nabenbereich kann hierfür den oben beschriebenen Nabenboden mit einer Zentrierspitze aufweisen, wodurch das Herstellen der Verzahnung, insbesondere durch Walzen, erleichtert sein kann. Durch die angegebenen Verarbeitungsarten kann die Verzahnung spanlos herstellbar sein, was Kostenvorteile bei der Herstellung bedingen kann.
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Das Verfahren kann ferner ein Beschichten, beispielsweise durch Nitrocarburieren, wenigstens der Aufnahmebereichs für Kupplungslamellen zur Verminderung von Verschleiß umfassen.
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Die oben beschriebene Hülse mit einer radialen Dichtfläche kann in einem weiteren Verfahrensschritt am Nabenbereich zwischen der radialen Verzahnung und der Bodenplatte befestigt werden. Vorzugsweise erfolgt dieser Schritt nach einem möglichen Beschichten von Teilen des Reibelementträgers.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 einen Schnitt durch einen Außen-Reibelementträger mit einer Lamelle;
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2 ein Detail des Außen-Reibelementträgers aus 1;
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3 einen Schnitt durch einen Reibscheibenträger mit Lamelle; und
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4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Reibelementträger der 1 bis 3 darstellen.
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1 zeigt einen Lamellenträger 100. Der Lamellenträger 100 umfasst eine Drehachse 105, einen Bodenabschnitt 110, einen Nabenabschnitt 115 und einen Aufnahmebereich 120 für Kupplungslamellen. Der Bodenabschnitt 110, der Nabenabschnitt 115 und der Aufnahmebereich 120 sind einstückig aus einem Blech ausgeformt. Eine zur Veranschaulichung dargestellte Kupplungslamelle 125 ist nicht Bestandteil des Lamellenträgers 100.
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Der Nabenabschnitt 115 ist links einseitig mit einem Nabenboden 130 verschlossen, so dass der Nabenabschnitt 115 insgesamt Topfform aufweist. Der Nabenboden 130 trägt eine zur Drehachse 105 koaxiale Vertiefung zur Aufnahme einer Zentrierspitze. Ferner weist der Nabenabschnitt 115 eine Verzahnung 135 auf, die sich in radialer Richtung von der Drehachse 105 erstreckt. Die Verzahnung 135 ist zur Übertragung von Drehmoment vom Lamellenträger 100 beispielsweise zu einer Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors oder einer Antriebswelle eines Getriebes eingerichtet. In einem Bereich zwischen der Verzahnung 135 und der Bodenplatte 110 des Lamellenträgers 100 ist auf den Nabenabschnitt 115 eine Hülse (bzw. ein Ring) 140 aufgebracht, die eine Dichtfläche in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 105 bereitstellt. Die radiale Oberfläche der Hülse 140 ist zum Kontakt mit einer Dichtlippe eines Wellendichtrings ausgebildet. Dadurch kann ein trockener Bereich einer Kupplung mit dem Lamellenträger 100 im Wesentlichen links von der Hülse 140 von einem nassen Bereich der Kupplung rechts von der Hülse 140 abgedichtet sein. Die Hülse 140 sollte im Bereich ihrer radialen Oberfläche sehr hart (minimal 58 HRC) sein und eine geringe Rauheit (Ra 0,2–0,3) aufweisen. Die Hülse 140 kann beispielsweise spanlos gezogen und einsatzgehärtet sein; sie kann beispielsweise mittels Aufschrumpfen oder Aufpressen am Nabenabschnitt 115 befestigt werden.
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Der Bodenabschnitt 110 weist in radialer Richtung eine Anzahl von Biegungen auf, die vornehmlich einer Erhöhung der Stabilität des Bodenabschnitts 110 dienen. In anderen Ausführungsformen können diese Biegungen anders verlaufen oder auch entfallen. In seinem Außenbereich geht der Bodenabschnitt 110 in den Aufnahmebereich 120 für Kupplungslamellen 125 über. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist der Aufnahmebereich 120 getrennt vom Bodenabschnitt 110 ausgeführt und mittels einer Verzahnung drehmomentschlüssig mit dem Bodenabschnitt 110 verbunden. Diese Verzahnung kann insbesondere eine lösbare Steckverbindung bilden.
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Die Lamellenverzahnung 145 weist radial nach innen in Richtung der Drehachse 105 und befindet sich im Eingriff mit der korrespondierend geformten Kupplungslamelle 125. Dabei ist die Kupplungslamelle 125 entlang der Drehachse 105 verschieblich auf der Lamellenverzahnung 145 angeordnet. Eine umlaufende Nut 150 in der Lamellenverzahnung 145 dient der Aufnahme eines Sicherungsrings, der die Kupplungslamelle 125 gegen Herausfallen aus dem Lamellenträger 100 sichert.
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Zur Vermeidung von Verschleiß an der Lamellenverzahnung 145 kann der Aufnahmebereich 120 für Kupplungslamellen 125 im Bereich der Lamellenverzahnung 145 beschichtet werden, beispielsweise in Form eines Nitrocarburierens. Diese Beschichtung kann auch auf andere Bereiche des Lamellenträgers 100 aufgebracht werden und wird vorzugsweise appliziert, bevor die Hülse 140 auf den Lamellenträger 100 aufgebracht wird, so dass die Oberflächenbehandlung die radiale Dichtoberfläche der Hülse 140 nicht verändert.
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2 zeigt einen Schnitt durch ein Detail des Lamellenträgers 100 aus 1. Zusätzlich ist ein Teil der Kupplungslamelle 125 dargestellt. In dieser Ansicht besser als in 1 erkennbar sind eine Anzahl Durchbrüche 210, die vorwiegend den Durchtritt einer Flüssigkeit, beispielsweise Öl, dienen, das den nassen Bereich einer Kupplung mit dem Lamellenträger 100 kennzeichnet.
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Die Außenverzahnung 135 wird spanlos auf den Nabenabschnitt 115 aufgebracht. Die Verzahnung 135 kann beispielsweise in der Dimension DIN 5480-W40x1x30x38 8f ausgeführt sein. Eine Möglichkeit des Aufbringens der Verzahnung 135 besteht in einem Aufwalzen, wobei die zur Drehachse 105 koaxiale Vertiefung im Nabenboden 130 des Nabenabschnitts 115 zur Zentrierung hilfreich sein kann. Alternativ dazu kann die Verzahnung 135 beispielsweise axialfließgepresst werden. Dabei kann die Kaltverfestigung des Materials (ca. 10 bis 30%) zur Übertragung des Drehmoments ausgenützt werden. Sowohl das Walzen als auch das Axialfließpressen bedingen für das Einbringen der Verzahnung 135 einen sehr genauen Außendurchmesser des Nabenabschnitts 115. Bei der oben angegebenen Dimensionierung der Verzahnung 135 muss der Außendurchmesser des Nabenabschnitts 115 auf ca. ±30 μm genau sein. Auch der innere Durchmesser des Nabenabschnitts 115, der für eine Gegenlagerung beim Aufbringen der Verzahnung 135 verwendet wird, muss innerhalb einer engen Toleranz liegen, im oben angegebenen Beispiel bei ca. ±10 μm.
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Der Lamellenträger 100 kann mittels einer Stufenpresse aus einem Blech geformt werden. Dabei ist es üblicherweise nicht möglich, sowohl den Außendurchmesser, als auch den Innendurchmesser des Nabenabschnitts 115 in der geforderten Genauigkeit auszuformen. Daher kann es erforderlich sein, einen der Durchmesser des Nabenabschnitts 110 vor dem Aufbringen der Verzahnung 135 mit einem Drehwerkzeug nachzubearbeiten („zu überdrehen”).
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Der Nabenabschnitt 115 kann aus einem härtbaren Metall, beispielsweise 16MnCr5 bestehen, so dass dieser Bereich induktiv gehärtet werden kann.
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3 zeigt einen Reibscheibenträger 300. Der Reibscheibenträger 300 umfasst eine Drehachse 305, einen Bodenabschnitt 310, einen Nabenabschnitt 315 und einen Aufnahmebereich 320 für Reibscheiben. Eine zur Veranschaulichung dargestellte Reibscheibe 325 ist nicht Bestandteil des Reibscheibenträgers 300.
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Der Nabenabschnitt 315 weist eine radial nach innen weisende Verzahnung 335 zur Übertragung eines Drehmoments entlang der Drehachse 305 auf. Der Aufnahmebereich 320 für Reibscheiben 325 weist eine radial nach außen weisende Reibscheibenverzahnung 345 auf.
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Der Reibscheibenträger 300 ist analog dem Lamellenträger 100 aus den 1 und 2 aufgebaut, mit dem Unterschied, dass die Richtungen der Verzahnungen bezüglich innen und außen jeweils umgekehrt sind und dass sich der Nabenabschnitt 315 in die gleiche axiale Richtung wie der Aufnahmebereich 320 für Reibscheiben 325 erstreckt, und nicht, wie in den 1 und 2, in entgegen gesetzte Richtungen. Bezüglich der konstruktiven Elemente und Ausformungen des Reibscheibenträgers 300 gilt daher sinngemäß das oben bezüglich des Lamellenträgers 100 Geschriebene.
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Zur Herstellung der Verzahnung 335 auf dem Nabenabschnitt 315 des Reibscheibenträgers 300 kann in einer alternativen Vorgehensweise ein Räumvorgang angewendet werden. Dabei wird Material des Nabenabschnitts 315 mittels einer Räumnadel in einer Bewegung im Wesentlichen parallel zur Drehachse 305 entfernt.
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Der Reibscheibenträger 300 kann mit dem Lamellenträger 100 und einer Anzahl Kupplungslamellen 125 und Reibscheiben 325 Bestandteil einer Nasskupplung sein. Dabei werden Kupplungslamellen 125 und Reibscheiben 325 abwechselnd entlang der miteinander fluchtenden Drehachsen 105 und 305 aufeinander gestapelt. Der Lamellenträger 100 überträgt ein Drehmoment entlang der Drehachse 105 mittels der Lamellenverzahnung 145 auf die Kupplungslamelle 125. Wird der Stapel aus Kupplungslamellen 125 und Reibscheiben 325 in axialer Richtung zusammengepresst, beispielsweise mittels einer oder mehreren Federn, so wird entlang der axialen Oberflächen der beiden Kupplungslamellen 125 und Reibbeläge 325 eine Kraft übertragen, und die Reibbeläge 325 übertragen diese Kraft mittels der Reibscheibenverzahnung 345 auf den Reibscheibenträger 300. Je nach Stärke der Anpresskraft wird somit ein Drehmoment zwischen dem Reibscheibenträger 300 und dem Lamellenträger 100 ausgetauscht. Mittels der Verzahnungen 335 bzw. 135 kann das Drehmoment beispielsweise selektiv zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe oder zwischen einem Getriebe und einer Abtriebswelle übertragen werden.
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4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Reibelementträger 100 bzw. 300 der 1 bis 3. In einem ersten Schritt 410 befindet sich das Verfahren 400 im Startzustand. In einem folgenden Schritt 420 wird ein Blech beispielsweise durch Stufenpressen spanlos in den Lamellenträger 100 der 1 und 2 bzw. den Reibscheibenträger 300 der 3 geformt.
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Anschließend wird in einem Schritt 430 die Verzahnung 135 bzw. 325 auf den Nabenabschnitt 115 bzw. 315 aufgewalzt oder geräumt. In einem optionalen Schritt 440 wird wenigstens ein Abschnitt des Lamellenträgers 100 bzw. des Reibscheibenträgers 300 zur Erhöhung der Verschleißresistenz nitrocarburiert. Im Fall des Lamellenträgers 100 kann in einem abschließenden Schritt 450 die Hülse 140 auf den Nabenabschnitt 115 aufgepresst oder aufgeschrumpft werden. Andere Verbindungsmethoden sind ebenfalls möglich. Das Verfahren 400 endet in einem Endzustand 460.
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Der erfindungsgemäße Reibelementträger und das erfindungsgemäße Verfahren 400 lassen sich sowohl für Lamellenträger 100 als auch für Reibbelagträger 300 implementieren; eine radiale Richtung der jeweiligen Verzahnungen 135, 145, 335, 345 ist durch die Erfindung nicht festgelegt und kann je nach Anforderungen jeweils nach innen oder nach außen weisen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Lamellenträger
- 105
- Drehachse
- 110
- Bodenabschnitt
- 115
- Nabenabschnitt
- 120
- Aufnahmebereich für Kupplungslamellen
- 125
- Kupplungslamelle
- 130
- Nabenboden
- 135
- Verzahnung
- 140
- Hülse
- 145
- Lamellenverzahnung
- 150
- Nut
- 210
- Durchbruch
- 300
- Reibscheibenträger
- 305
- Drehachse
- 310
- Bodenabschnitt
- 315
- Nabenabschnitt
- 320
- Aufnahmebereich für Reibscheiben
- 325
- Reibbelag
- 335
- Verzahnung
- 345
- Reibscheibenverzahnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10309566 A1 [0004]
- DE 102005027610 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 5480-W40x1x30x38 8f [0032]
