DE102011004585A1

DE102011004585A1 - Reibschaltelement

Info

Publication number: DE102011004585A1
Application number: DE102011004585A
Authority: DE
Inventors: Andreas Donges; Paul Granderath; Ulrich Dörr; Wolfgang Vallaster; Christoph Margraf; Tobias Janischek
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Es wird ein Reibschaltelement mit mehreren etwa ringscheibenförmigen Lamellen als Lamellenpaket zur Drehmomentübertragung zwischen einem Außenlamellenträger (1) und einem Innenlamellenträger (2) vorgeschlagen, an denen die Lamellen jeweils drehfest jedoch axial bewegbar gehalten sind, wobei jeweils eine an dem Außenlamellenträger (1) befestigte Außenlamelle (3) und eine an dem Innenlamellenträger (2) befestigte Innenlamelle (4) ein Lamellenpaar mit zumindest einer Reibfläche zur Drehmomentübertragung bilden, und mit einer Betätigungseinrichtung zum Aufbringen einer Axialkraft zum axialen Bewegen der Lamellen in Richtung zumindest eines zugeordneten Endanschlages (5). Erfindungsgemäß ist zumindest eine elastische axiale Beabstandung (7, 7A) zum axialkraftabhängigen Separieren von Innenlamellen (4) und/oder Außenlamellen (3) benachbarter Lamellenpaare bei der Drehmomentübertragung vorgesehen, sodass die Anzahl der bei der Drehmomentübertragung beteiligten Lamellenpaare in Abhängigkeit der Axialkraft variabel ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reibschaltelement mit mehreren etwa ringscheibenförmigen Lamellen als Lamellenpaket zur Drehmomentübertragung zwischen einem Außenlamellenträger und einem Innenlamellenträger gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 2 128 242 ist eine durch Druckmittel betätigte Kupplung, insbesondere eine hydraulische Lamellenkupplung bekannt. Die Lamellenkupplung umfasst ein Zylindergehäuse mit einem Betätigungskolben, der axial auf ein Lamellenpaket von durch ein Widerlager abgestützten außen- bzw. innen verzahnten Lamellen wirkt. Die Lamellen bzw. Kupplungsscheiben sind axial verschiebbar jedoch drehfest zur Drehmomentübertragung angeordnet, wobei zwischen den Lamellen Tellerfedern angeordnet sind. Diese dienen dazu, sämtliche Lamellen auseinander zu spreizen, wenn die Kupplung nicht von dem Betätigungskolben beaufschlagt wird. Sobald der Betätigungskolben auf die Lamellen wirkt, werden sämtliche Lamellen zur Drehmomentübertragung verwendet.
Darüber hinaus ist aus der Druckschrift DE 102 55 537 B4 eine weitere hydraulisch betätigte Lamellenkupplung mit mehreren alternierend, aneinander gereihten, ringförmigen Stahllamellen und Belaglamellen bekannt, die jeweils radial außen bzw. innen drehschlüssig mit Antriebselementen verbunden sind und die einerseits über ein axial unverschiebbares Stützteil abgestützt und andererseits mittels eines axial verschiebbaren Stellkolbens beaufschlagbar sind. Innerhalb des Lamellenpaketes sind zwei einander unmittelbar benachbarte Stahllamellen vorgesehen, zwischen denen eine ringförmige, federnd nachgiebige Scheibe angeordnet ist. Ferner ist eine als Stahllamelle ausgebildete axial außen liegende Lamelle des Lamellenpaketes unter Zwischenschaltung einer weiteren Scheibe an dem Stützteil abgestützt. Mittels der beiden Scheiben werden die Stahllamellen und die Belaglamellen gleichmäßig verteilt gehalten und vorhandene Toleranzen ausgeglichen, um das Dämpfungsverhalten der bekannten Lamellenkupplung bei der hydraulischen Druckbeaufschlagung zu beeinflussen.
Auch bei dieser bekannten Lamellenkupplung stehen sämtliche Lamellenpaare in Wirkverbindung, sobald eine axiale Kraft über den Stellkolben auf das Lamellenpaket aufgebracht wird, so dass sich eine lineare Momentenkennlinie über den Betätigungsdruck bzw. die Betätigungskraft ergibt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Mehrscheiben-Reibschaltelement der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welches bezüglich der Regelbarkeit weiter verbessert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen ergeben.
Es wird demnach ein Reibschaltelement, insbesondere eine Lamellenkupplung oder eine Lamellenbremse, mit mehreren etwa ringscheibenförmigen Lamellen als Lamellenpaket zur Drehmomentübertragung zwischen einem Außenlamellenträger und einem Innenlamellenträger vorgeschlagen, wobei das Reibschaltelement vorzugsweise hydraulisch angesteuert wird. An dem Außenlamellenträger und dem Innenlamellenträger sind die Lamellen jeweils drehfest jedoch axial bewegbar gehalten, wobei jeweils eine an dem Außenlamellenträger befestigte Außenlamelle und eine an dem Innenlamellenträger befestigte Innenlamelle ein Lamellenpaar mit zumindest einer Reibfläche zur Drehmomentübertragung bilden. Zur hydraulischen Betätigung ist zumindest eine Betätigungseinrichtung, zum Beispiel mit einem Betätigungskolben oder dergleichen zum Aufbringen einer Axialkraft zum axialen Bewegen der Lamellen in Richtung zumindest eines zugeordneten Endanschlages vorgesehen, sodass Lamellenpaare zur Drehmomentübertragung aneinander gepresst werden. Als Endanschlag kann eine Endlamelle an dem Außenlamellenträger oder an dem Innenlamellenträger vorgesehen sein.
Um nicht nur eine verbesserte Regelbarkeit sondern auch eine Verbesserung aller statischen und dynamischen Betriebszustände bei dem erfindungsgemäßen Reibschaltelement zu realisieren, ohne dass dabei die maximale Übertragungskapazität verringert wird, kann zumindest eine elastische axiale Beabstandung oder dergleichen zum axialkraftabhängigen Separieren von Innenlamellen und/oder Außenlamellen benachbarter Lamellenpaare bei der Drehmomentübertragung vorgesehen werden, so dass die Anzahl der bei der Drehmomentübertragung beteiligten Lamellenpaare in Abhängigkeit der Axialkraft variabel bzw. veränderbar ist. Dies bedeutet, dass die Anzahl der bei der Drehmomentübertragung beteiligten Lamellenpaare nicht, wie bei bekannten Kupplungen oder Bremsen, konstant ist, da sämtliche Lamellenpaare des Lamellenpaketes ein Drehmoment übertragen, sondern über den Betätigungskraft- bzw. Axialkraftverlauf bei der Drehmomentübertragung verändert werden kann.
Auf diese Weise wird eine lastabhängige Übertragungskapazität mit dem vorgeschlagenen Reibschaltelement ermöglicht, so dass zumindest abschnittsweise eine nichtlineare Momentenkennlinie über den hydraulischen Betätigungsdruck bzw. über die aufgebrachte Axialkraft realisiert wird. Die Variabilität der Anzahl der bei der Drehmomentübertragung beteiligten Lamellenpaare wird durch die zumindest einen axial federnde Lamellen-Beabstandung zwischen Lamellen des Außenlamellenträger oder des Innenlamellenträgers des Lamellenpaketes realisiert, so dass das gesamte Lamellenpaket in mehrere Teillamellenpakete axialkraftabhängig unterteilt bzw. aufgeteilt wird.
Durch die Verwendung der Beabstandungen kann in vorteilhafter Weise ein sonst erforderliches Federelement am Ende des Lamellenpaketes eingespart werden, da das Reibschaltelement aktiv durch die federnden Beabstandungen geöffnet werden kann. Ferner können durch die Separierungen der Lamellen die Schleppmomente im offenen Zustand reduziert und eine verbesserte Schmierölzufuhr zu den separierten Lamellen realisiert werden. Zudem ergibt sich eine geringere Shudder- und Vibrationsneigung bei Niedriglast, da eine höhere Pressung an der Teilmenge der Lamellen vorliegt, die im Kraftfluss liegen. Dadurch werden Unebenheiten bzw. Welligkeiten an den Reibflächen geglättet und ein günstigerer Gleitreibwert bewirkt. Zudem ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Reibschaltelement eine geringere Hysterese im Momentenaufbau und -abbau. Ferner ergeben sich kürzere Schaltzeiten bei dem Reibschaltelement. Insgesamt werden auch eine bessere Verteilung der Pressung am Umfang der Lamellen des Lamellenpaketes und eine einfachere Einstellbarkeit des Lüftspiels bei der Montage erreicht.
Vorzugsweise kann das Lamellenpaket durch Beabstandung benachbarter Innenlamellen oder Außenlamellen bei der Drehmomentübertragung zum Beispiel unterhalb zumindest eines vorbestimmten Grenzwertes der Axialkraft in zumindest ein erstes Teillamellenpaket mit wenigstens einem an der Drehmomentübertragung beteiligten Lamellenpaar und in zumindest ein zweites Teillamellenpaket mit wenigstens einem nicht an der Drehmomentübertragung beteiligten Lamellenpaar unterteilt bzw. aufgeteilt werden, so dass beispielsweise eine verringerte Übertragungskapazität und somit eine verbesserte Regelbarkeit im Niedriglast-Bereich in vorteilhafter Weise erreicht wird. Nach dem Überschreiten des Grenzwertes, also bei weiterer Erhöhung der Axialkraft, wird die elastische Beabstandung überbrückt, so dass dann zum Beispiel sämtliche Lamellenpaare zur Drehmomentübertragung in Eingriff stehen. Es ist jedoch auch denkbar, dass weitere Unterteilungen vorgenommen werden, so dass zunächst nur ein weiterer Teil der Lamellen zur Drehmomentübertragung verwendet werden, bis zum Überwinden eines letzten Grenzwertes der Axialkraft, sodass schließlich sämtliche Lamellenpaare an der Drehmomentübertragung beteiligt sind.
Insbesondere bei einer Standabkopplung des Motors (NIC), bei der ein Schaltelement im Getriebe im geregelten Schlupf betrieben wird, wodurch das Wandlermoment bzw. das Getriebeeingangsmoment reduziert werden kann, welches zu Verbrauchseinsparungen führt, ist es zur Sicherung der Schaltqualität erforderlich, dass ein bestimmtes Regelmoment an dem Schaltelement nicht unterschritten wird. Durch die zumindest bereichsweise verringerte Übertragungskapazität beispielsweise im Niedriglastbereich ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Reibschaltelement eine deutlich verbesserte NIC-Regelbarkeit bei kleinen zu übertragenen Kupplungsmomenten, da durch die verwendete Beabstandung beispielsweise nur das erste Lamellenpaar zur Drehmomentübertragung in Eingriff steht. Insgesamt ergibt sich eine deutlich reduzierte Verlustleistung im NIC-Betrieb im Stillstand, da bei gleicher Kolbenkraft bzw. Axialkraft zur Überwindung der Kolbenreibung ein deutlich verringertes Kupplungsmoment entsteht. Zudem ergibt sich eine deutlich weichere Zuschaltung der Kupplung beim Beenden des NIC-Betriebes oder bei Gangschaltungen oder bei Nutzung als Anfahrkupplung durch die axiale Beabstandung. Daraus resultiert ein deutlicher Komfortgewinn.
Die zum Beispiel in Abhängigkeit eines vorbestimmten Grenzwertes der Axialkraft bewirkte Unterteilung des Gesamtpaketes der Lamellen kann zum Beispiel mit einer oder mehreren Beabstandungen realisiert werden, die jeweils als separates federndes Bauteil ausgeführt sind. Beispielsweise kann die Beabstandung als Wellfeder, Tellerfeder oder auch als Gummielement ausgebildet sein. Als besonders günstig haben sich zwischen einzelnen Stahl- oder Reiblamellen eingelegte Wellfedern als Beabstandung bzw. Federelement gezeigt.
Eine andere ebenfalls bevorzugte Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass kein separates Bauteil als Beabstandung vorgesehen wird, sondern die Beabstandung quasi als Anformung oder Abbiegung an den Lamellen direkt angeformt ist. Hierbei sind unterschiedliche konstruktive Ausführungen, wie zum Beispiel entsprechend axial abgewinkelte Blechlaschen beispielsweise an der Mitnahmeverzahnung der Innen- oder Außenlamellen denkbar, die eine gewünschte Federcharakteristik in axialer Richtung realisieren, um die voneinander zu separierenden Lamellen axial auf Abstand zu halten, bis ein gewünschter Grenzwert bei der auf das Lamellenpaket wirkenden Axialkraft erreicht wird.
Die vorgesehenen ringscheibenförmigen Federelemente bzw. Beabstandungen zum axialkraftabhängigen Separieren von Innenlamellen oder Außenlamellen benachbarter Lamellenpaare können einfach zwischen die zu separierenden Innenlamellen oder Außenlamellen gelegt werden, so dass diese unbefestigt, quasi zwischen den zu separierenden Lamellen zumindest in radialer Richtung schwimmend angeordnet sind und derart in Anlage mit diesen Lamellen sind, dass eine ungewollte Reibung zwischen den beteiligten Lamellenpaaren verhindert wird. Der axiale Kraftfluss durch das Lamellenpaket wird durch die Beabstandung unterhalb des Grenzwertes um die betreffenden Reiblamellen parallel herumgeleitet, so dass diese kein Moment aufbauen können. Oberhalb des Grenzwertes kommen dann auch die vorher separierten Lamellenpaare in Momenteneingriff.
Es ist auch möglich, dass die zu separierenden Lamellen über Beabstandungen voneinander getrennt werden, deren axiale Anordnungsposition fixiert bzw. abgestützt ist. Zum Fixieren der axialen Anordnungsposition der Beabstandungen kann eine Verbindung zum Innenlamellenträger, zum Außenlamellenträger oder zu einem das Reibschaltelement umgebenden Gehäuse vorgesehen sein. Durch die Abstützung der an einer Innenlamelle oder Außenlamelle anliegenden Beabstandung werden die in axialer Richtung nachfolgenden Lamellenpaare bis zum Erreichen des vorbestimmten Grenzwertes von dem axialen Kraftfluss ausgenommen. Erst bei Überschreiten des Grenzwertes legt sich die Beabstandung auch an die benachbarte Lamelle an, so dass dann die nachgeschalteten Lamellenpaare in Momentenfluss kommen.
Unabhängig von den jeweiligen Ausgestaltungen können die Außenlamellen und die Innenlamellen als beidseitig ausgeführte Stahllamellen oder als beidseitig ausgeführte Reiblamellen realisiert werden. Es ist auch möglich, dass sowohl die Außenlamellen als auch die Innenlamellen nur einseitig als Stahllamelle oder als Reiblamelle ausgeführt sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine geschnittene, schematisierte Teilansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Reibschaltelementes für ein Getriebe eines Fahrzeuges;
2 eine geschnittene, schematisierte Teilansicht einer zweiten Ausführungsvariante des Reibschaltelementes;
2A eine geschnittene, schematisierte Teilansicht einer möglichen Variante des Reibschaltelementes gemäß 2;
3 eine geschnittene, schematisierte Teilansicht einer dritten Ausführungsvariante des Reibschaltelementes;
4 eine geschnittene, schematisierte Teilansicht einer möglichen Variante des Reibschaltelementes gemäß 3;
5 eine geschnittene, schematisierte Teilansicht einer vierten Ausführungsvariante des Reibschaltelementes;
6 eine geschnittene, schematisierte Teilansicht einer möglichen Variante des Reibschaltelementes gemäß 5;
7 eine geschnittene, schematisierte Teilansicht einer fünften Ausführungsvariante des Reibschaltelementes;
8 eine geschnittene, schematisierte Teilansicht einer sechsten Ausführungsvariante des Reibschaltelementes;
9 ein Diagramm mit einem Verlauf von Momentenkennlinien eines bekannten Reibschaltelementes und des erfindungsgemäßen Reibschaltelementes;
10 ein Diagramm mit einem Verlauf einer Federkraft-Kennlinie einer Wellfeder.
In den 1 bis 8 sind verschiedene mögliche Ausführungsvarianten eines Lamellen-Reibschaltelementes dargestellt, welches hydraulisch über eine Betätigungseinrichtung betätigt wird. Das Reibschaltelement kann als Reibbremse oder als Reibkupplung ausgeführt sein.
Unabhängig von den verschiedenen Ausführungsvarianten umfasst das Reibschaltelement mehrere etwa ringscheibenförmige Lamellen als Lamellenpaket zur Drehmomentübertragung zwischen einem Außenlamellenträger 1 und einem Innenlamellenträger 2, an denen die Lamellen jeweils drehfest jedoch axial bewegbar gehalten sind, wobei jeweils eine mit ihrer Außenverzahnung an dem Außenlamellenträger 1 befestigte Außenlamelle 3 und eine mit ihrer Innenverzahnung an dem Innenlamellenträger 2 befestigte Innenlamelle 4 ein Lamellenpaar mit zumindest einer Reibfläche zur Drehmomentübertragung bilden. Bei den dargestellten Ausführungsvarianten kann das Reibschaltelement vorzugsweise als Bremse eines Achtgang-Automatgetriebes in Planetenbauweise ausgeführt und eingesetzt werden, wobei der Außenlamellenträger 1 des Reibschaltelementes gehäusefest angeordnet ist. Jedoch ist auch möglich, dass der Innenlamellenträger 2 als stehendes Bauteil der Bremse vorgesehen ist.
Die axial hintereinander gebildeten Lamellenpaare bilden ein Lamellenpaket, welches sich an einem axial festen Endanschlag 5 zum Beispiel als Endlamelle abstützt. Zum Betätigen des Lamellenpaketes bzw. zum Zusammenpressen der jeweiligen Lamellenpaare ist als Betätigungseinrichtung zum Aufbringen der erforderlichen Axialkraft zum axialen Bewegen der Lamellen in Richtung des Endanschlages 5 zumindest ein hydraulisch betätigbarer Betätigungskolben 6 vorgesehen.
Um eine lastabhängige Übertragungskapazität bei dem Reibschaltelement und damit eine nichtlineare Momentenkennlinie über die Betätigungskraft bzw. Axialkraft realisieren zu können, wird erfindungsgemäß zumindest ein elastisches Separierungsmittel bzw. elastische Beabstandung 7, 7A zwischen Lamellen von benachbarten Lamellenpaaren des Lamellenpaketes vorgesehen, um somit die Anzahl der in Momentenfluss stehenden Lamellen des Reibschaltelementes axialkraftabhängig variabel zu gestalten. Hierbei wird die maximale Übertragungskapazität nicht vermindert und die Möglichkeit gegeben, eine gezielt einstellbare zum Beispiel progressive Kennlinie für das zu übertragene Moment bezogen auf die Betätigungskraft zu erreichen.
In 1 ist eine erste Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, bei der beispielhaft mehrere, zum Beispiel fünf Außenlamellen 3, und mehrere, zum Beispiel fünf Innenlamellen 4 als Lamellenpaket vorgesehen sind. Bei der dargestellten Ausführungsvariante sind die Außenlamellen 3 beidseitig als Stahllamelle und die Innenlamellen 4 beidseitig als Reiblamellen ausgeführt. Zum Separieren der Außenlamellen 3 sind axial zwischen der zweiten und der dritten, der dritten und der vierten, der vierten und der fünften sowie der fünften Außenlamelle 3 und dem Endanschlag 5 jeweils eine zum Beispiel als Wellfeder ausgebildete Beabstandung 7 angeordnet. Die nicht fixierte Beabstandung 7 ist jeweils axial zwischen den Außenlamellen 3 von benachbarten Lamellenpaaren und radial außen bezogen auf die axial zwischen den Außenlamellen 3 angeordnete Innenlamelle 4 angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich eine radiale Zentrierwirkung der Innenlamellen 4 durch die radial außerhalb angrenzend, angeordneten ringförmige Beabstandungen 7, die ohne radiale oder axiale Fixierung quasi schwimmend zwischen Außenlamellen 3 eingelegt sind.
Somit sind die vorgenannten Außenlamellen 3 zwangsbeabstandet, so dass zunächst keine Reibung zwischen den beteiligten Lamellenpaaren auftritt. Nur zwischen der ersten und der zweiten Außenlamelle 3 ist keine Beabstandung 7 vorgesehen. Wenn der Betätigungskolben 6 zum Schließen des Reibschaltelementes gegen die erste Außenlamelle 3 gepresst wird, werden zunächst nur die beiden ersten Lamellenpaare, also die Reibflächen der ersten Doppelreiblamelle bzw. Innenlamelle 3 zur Drehmomentübertragung verwendet, da die weiteren Lamellenpaare aufgrund der Beabstandungen 7 keine Reibung zwischen den Lamellenpaaren ermöglichen. Somit wird der axiale Kraftfluss durch das Lamellenpaket durch die Beabstandungen 7 unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes der Axialkraft um die betreffenden Reiblamellen bzw. Lamellenpaare parallel herumgeleitet, so dass diese kein Moment aufbauen können. Oberhalb des vorbestimmten Grenzwertes der Axialkraft kommen auch die vorher separierten Außenlamellen in Momenteneingriff, da sich die als Wellfedern ausgebildeten Beabstandungen 7 aufgrund der höheren Axialkraft zusammenpressen und entsprechend überbrückt werden.
Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß 1 wird somit das Lamellenpaket in ein erstes Teillamellenpaket, umfassend die ersten beiden Lamellenpaare, und in ein zweites Teillamellenpaket, umfassend die folgenden Lamellenpaare, aufgeteilt. Dies deshalb, weil einige aber nicht sämtliche Lamellen über die Beabstandung separiert sind.
2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante, bei der als Reiblamellen sowohl Außenlamellen 3 als auch Innenlamellen 4 vorgesehen sind, die jeweils aber nur auf einer axialen Seite eine Reibfläche aufweisen, die als so genannte Single-Side-Reiblamellen bezeichnet werden. Die Anzahl der verwendeten Außenlamellen 3 und Innenlamellen 4 sind auf ein Minimum reduziert, bei dem noch die Aufteilung des Lamellenpaketes in zwei Teilelamellenpakete realisierbar ist. Dazu ist beispielhaft eine Beabstandung 7 zwischen zwei Außenlamellen 3 benachbarter Lamellenpaare radial außen bezogen auf die dazwischen liegende Innenlamelle 4 angeordnet. Beispielhaft ist die Beabstandung bei den letzten beiden Lamellenpaaren vorgesehen. Somit wird die Drehmomentübertragung unterhalb des festgelegten Grenzwertes, der dem Kraftniveau entspricht, das notwendig ist, die Beabstandung 7 zusammen zu pressen bzw. zu überbrücken, zunächst nur über die ersten beiden Lamellenpaare des ersten Teillamellenpaketes realisiert. Erst bei Überschreitung des Grenzwertes übertragen auch das dritte und vierte Lamellenpaar des zweiten Teillamellenpaketes ein Drehmoment.
Eine Variante der zweiten Ausführungsvariante ist in 2A gezeigt, bei der im Unterschied zu 2 die Beabstandung zwischen zwei benachbarten Innenlamellen 4 benachbarter Lamellenpaare angeordnet ist. Die Beabstandung 7 ist radial innen bezogen auf die dazwischen liegende Außenlamelle angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich ein größerer Reibradius bezogen auf die in 2 dargestellte Ausführung, welches durch einen Doppelpfeil zwischen den durch eine gestrichelte Linie angedeuteten Reibradien verdeutlicht ist. Auf diese Weise kann die maximale Übertragungskapazität bei Volllast, also bei Eingriff sämtlicher Lamellen, erhöht werden. Beispielhaft ist die zumindest eine Beabstandung 7 mittig in dem Lamellenpaket angeordnet, so dass das erste Teillamellenpaket durch das erste und das letzte Lamellenpaar sowie das zweite Teillamellenpaket durch das zweite und das dritte Lamellenpaar gebildet werden. Demzufolge ist bei der Drehmomentübertragung unterhalb des festgelegten Grenzwertes nur das erste Lamellenpaar und das letzte Lamellenpaar an der Drehmomentübertragung beteiligt. Erst nach Überschreitung des Grenzwertes übertragen auch das zweite und dritte Lamellenpaar ein Drehmoment.
3 zeigt beispielhaft eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Reibschaltelementes, bei der im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante eine fixierte Beabstandung 7A vorgesehen ist, dessen axiale Anordnungsposition an dem Außenlamellenträger 1 abgestützt ist. Auf diese Weise werden beispielhaft die zweite und dritte Außenlamelle 3 voneinander separiert bis der vorbestimmte Grenzwert der Axialkraft erreicht ist. Es werden wieder zwei Teillamellenpakete in einem Übertragungsverhältnis von 1 zu 4 gebildet.
Unterhalb der Grenzkraft bzw. des Grenzwertes wirkt auf die Reiblamellen des zweiten Teillamellenpaketes keine Kraft, da die Kolbenkraft über die als zum Beispiel axial und radial abgestützte Tellerfeder ausgebildete Beabstandung 7A in den Außenlamellenträger bzw. das Gehäuse aus dem Lamellenpaket heraus geleitet wird. Oberhalb der Grenzkraft bzw. des Grenzwertes drückt das erste Teillamellenpaket direkt gegen das zweite Teillamellenpaket, welches dadurch in Eingriff gelangt.
4 zeigt eine Variante der dritten Ausführungsvariante gemäß 3, bei der neben der fixierten Beabstandung 7A zusätzlich nicht fixierte schwimmend eingelegte Beabstandungen 7 zwischen den nachfolgenden Außenlamellen 3 angeordnet sind, wie dies auch in 1 vorgesehen ist. Auf diese Weise ergibt sich eine Kombination der ersten und der dritten Ausführungsvariante.
In 5 ist beispielhaft eine vierte Ausführungsvariante des Reibschaltelementes dargestellt, bei der unterschiedliche axiale Breiten bei zum Beispiel den Außenlamellen 3 vorgesehen sind. Vorzugsweise sind fünf Außenlamellen 3 angeordnet, wobei die in der Mitte angeordnete Außenlamelle des Lamellenpaketes eine größere axiale Breite als die weiteren Außenlamellen 3 aufweist. Dadurch kann eine Bedämpfung von axialem Lamellentaumeln durch gezielte Verstimmung der axialen Federwirkung und Massenanordnungen benachbarter Lamellen erreicht werden. Es ist auch möglich, dass unterschiedliche axiale Breiten bei den Innenlamellen 4 vorgesehen werden.
Bei der vierten Ausführungsvariante sind wieder beispielhaft die Innenlamellen 4 als doppelseitige Reiblamellen und die Außenlamellen 3 als doppelseitige Stahllamellen ausgeführt. Auch diese Anordnung kann umgekehrt werden bzw. auch durch einseitige Reiblamellen und Stahllamellen ersetzt werden. Durch die Verwendung von zwei Beabstandungen 7, bei den ersten beiden Lamellenpaaren und den letzten beiden Lamellenpaaren ergibt sich das erste Teillamellenpaket in der Mitte, umfassend das dritte, vierte, fünfte und sechste Lamellenpaar, die unterhalb des Grenzwertes an der Drehmomentübertragung beteiligt sind. Das zweite Teillamellenpaket ergibt sich durch die Separierung der ersten beiden Außenlamellen 3 und der letzten beiden Außenlamellen 3, so dass das zweite Teillamellenpaket das erste, zweite, siebente und achte Lamellenpaar umfasst, die erst bei Überschreitung des Grenzwertes der Axialkraft an der Drehmomentübertragung beteiligt werden.
Es ist beispielsweise möglich, dass die Abmessungen und/oder das Material und damit die Federcharakteristiken der Beabstandungen 7, 7A verändert werden. Wenn zum Beispiel die beiden Beabstandungen unterschiedliche Federeigenschaften aufweisen, so dass die separierten Lamellen erst bei unterschiedlich hohen Kraftbeträgen aneinander gepresst werden, könnte dadurch das zweite Teillamellenpaket in zwei separate Teillamellenpakete unterteilt werden. Dies bedeutet, dass nach Überschreiten eines ersten Grenzwertes neben dem ersten Teillamellenpaket auch das zweite Teillamellenpaket eine Drehmomentübertragung realisiert, während das dritte Teillamellenpaket erst eine Drehmomentübertragung realisiert, wenn ein dritter Grenzwert der Axialkraft erreicht oder überschritten worden ist.
6 zeigt eine weitere Variante der in 5 dargestellten Ausführungsvariante, bei der zusätzlich zu der nicht fixierten Beabstandung 7 eine fixierte Beabstandung 7A vorgesehen wird, um eine Unterteilung des Lamellenpaketes zu realisieren. Auch hier gilt das vorher gesagte, so dass bei unterschiedlichen Federcharakteristiken beispielsweise drei oder weitere Teillamellenpakete gebildet werden können. Z. B. optional kann bei der in 6 dargestellten Ausführungsvariante zusätzlich auch eine weitere nicht fixierte Beabstandung 7 vorgesehen sein, die jedoch radial innen bezogen auf die zwischen den zu separierenden Innenlamellen 4 angeordnete Außenlamelle 3 vorgesehen ist.
Eine weitere Anordnungsmöglichkeit einer axial zum Beispiel an dem Gehäuse oder dem Außenlamellenträger 1 fixierten Beabstandung 7A ist in 7 im Rahmen einer fünften Ausführungsvariante dargestellt. Hierbei ist die fixierte Beabstandung 7A zwischen zwei mittig in dem Lamellenpaket angeordneten Außenlamellen 3 vorgesehen. Dadurch werden wieder zwei Teillamellenpakete gebildet. Zudem sind die beiden zu reparierenden Außenlamellen 3 mit einer geringeren axialen Breite als die übrigen Außenlamellen 3 ausgeführt, um die bereits beschriebene Möglichkeit der Unterdrückung des Lamellentaumelns zu erreichen.
8 zeigt eine sechste mögliche Ausführungsvariante des Reibschaltelementes zum Beispiel mit als Single-Side ausgeführten Stahllamellen und Reiblamellen, wobei zudem auch die axiale Breite einer Außenlamelle 3 gegenüber den anderen Außenlamellen 3 verändert ist. Zum Unterteilen des Lamellenpaketes sind beispielhaft zwei nicht fixierte Beabstandungen 7 zwischen Außenlamellen 3 von jeweils benachbarten Lamellenpaaren angeordnet. Auf diese Weise werden zumindest zwei Teillamellenpakete gebildet, wobei durch unterschiedliche Federeigenschaften der Beabstandungen 7 auch eine weitere Unterteilung erfolgen kann.
In 9 ist beispielhaft ein Vergleich von unterschiedlichen Momenten-Kennlinien eines bekannten Reibschaltelementes mit ausschließlich linearer Momenten-Kennlinie und von zwei möglichen Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Reibschaltelementes dargestellt. Der Verlauf I stellt die Kennlinie eines bekannten Reibschaltelementes dar. Die beiden Verläufe II und III stellen Kennlinien von verschiedenen erfindungsgemäßen Reibschaltelementen dar. Der Fett gezeichnete Verlauf II zeigt ein Reibschaltelement mit nur einem Knickpunkt K, welches eine Unterteilung des Lamellenpaketes in ein erstes Teillamellenpaket und in ein zweites Teillamellenpaket entspricht. Der Verlauf III zeigt zwei Knickpunkte K, welches einem Reibelement entspricht, dessen Lamellenpaket in drei Teillamellenpakete unterteilt ist. Zur Erzeugung der unterschiedlichen Teillamellenpakete bzw. der Knickpunkte werden Beabstandungen 7, 7A mit unterschiedlichen Federeigenschaften und unterschiedlicher axialen Anordnungspositionen in dem Lamellenpaket vorgesehen, so dass beliebige mehrstufige, nicht-lineare, progressive Kraft-Moment Kennlinien dargestellt werden können.
Aus den Verläufen II und III ergeben sich insbesondere im Niedriglast-Regelbereich hohe Druckauflösung bzw. hohe Axialkraft-Auflösung, welches bedeutet, dass erst bei größeren Änderungen des Betätigungsdruckes bzw. der Axialkraft eine merkliche Änderung des übertragenen Momentes erreicht wird. Dadurch wird eine noch feinere Regelbarkeit insbesondere bei Niedriglast-Bereichen ermöglicht.
10 zeigt beispielhaft eine einzelne Wellfeder-Kraftkennlinie über den axialen Weg. Als gestrichelter Verlauf wird der minimale Kraftverlauf und als strichpunktierter Verlauf wird der maximale Kraftverlauf bei der Wellfeder angedeutet. Beispielhaft ist eine lineare Kennlinie angedeutet. Es sind aber auch Beabstandungen 7, 7A mit anderen z. B. degressiven Kennlinien einsetzbar.
Die Federcharakteristik der Wellfeder bzw. der Beabstandung 7 realisiert dabei einen Federweg, welcher bei geöffnetem Reibschaltelement aufgrund eines vorhandenen axialen Lüftspiels im Lamellenpaket zu einem unbelasteten Zustand der Beabstandung 7 führt, bei dem die Federkraft gleich Null ist, die Beabstandung 7 bzw. die Wellfeder entspannt und Spiel vorhanden ist. Bei geschaltetem Reibschaltelement wird nach Überwindung des gesamten Lüftspiels der maximal belastete Zustand der Beabstandung 7 erreicht, bei dem die maximale Federkraft vorliegt und kein Spiel im gesamten Lamellenpaket vorhanden ist.
Der geöffnete Zustand des Reibschaltelementes ist in dem Verlauf der Federkennlinie gemäß 10 bei 2,500 mm angedeutet, wobei die Separierung bei etwa 2,000 mm überwunden ist bzw. die Beabstandung 7 überbrückt ist. Mittels eines Dreiecks ist die Verschleißreserve an dem Verlauf angedeutet.
Bezugszeichenliste

1: Außenlamellenträger
2: Innenlamellenträger
3: Außenlamelle
4: Innenlamelle
5: Endanschlag
6: Betätigungskolben
7: nicht fixierte Beabstandung
7A: Beabstandung, deren axiale Anordnungsposition fixiert ist
K: Knickpunkt
I: Momenten-Kennlinie eines bekannten Reibschaltelementes
II: Momenten-Kennlinie eines erfindungsgemäßen Reibschaltelementes
III: Momenten-Kennlinie eines erfindungsgemäßen Reibschaltelementes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2128242 [0002]
DE 10255537 B4 [0003]

Claims

Reibschaltelement mit mehreren etwa ringscheibenförmigen Lamellen als Lamellenpaket zur Drehmomentübertragung zwischen einem Außenlamellenträger (1) und einem Innenlamellenträger (2), an denen die Lamellen jeweils drehfest jedoch axial bewegbar gehalten sind, wobei jeweils eine an dem Außenlamellenträger (1) befestigte Außenlamelle (3) und eine an dem Innenlamellenträger (2) befestigte Innenlamelle (4) ein Lamellenpaar mit zumindest einer Reibfläche zur Drehmomentübertragung bilden, und mit einer Betätigungseinrichtung zum Aufbringen einer Axialkraft zum axialen Bewegen der Lamellen in Richtung zumindest eines zugeordneten Endanschlages (5), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elastische axiale Beabstandung (7, 7A) zum axialkraftabhängigen Separieren von Innenlamellen (4) und/oder Außenlamellen (3) benachbarter Lamellenpaare bei der Drehmomentübertragung vorgesehen ist, sodass die Anzahl der bei der Drehmomentübertragung beteiligten Lamellenpaare in Abhängigkeit der Axialkraft variabel ist.
Reibschaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Beabstandung (7, 7A) derart axial zwischen benachbarten Innenlamellen (4) und/oder Außenlamellen (3) des Lamellenpaketes angeordnet ist, dass das Lamellenpaket bei der Drehmomentübertragung unterhalb zumindest eines vorbestimmten Grenzwertes der Axialkraft in zumindest ein erstes Teillamellenpaket mit wenigstens einem an der Drehmomentübertragung beteiligten Lamellenpaar und in zumindest ein zweites Teillamellenpaket mit wenigstens einem nicht an der Drehmomentübertragung beteiligten Lamellenpaar aufteilbar ist.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandung (7, 7A) als separates Bauteil in Form einer Wellfeder, einer Tellerfeder und/oder eines Gummielementes ausgebildet ist, die vorbestimmte Abmessungen und Federcharakteristiken aufweisen.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandung (7) als axiale Anformung und/oder Abbiegung an den Lamellen ausgebildet ist, die vorbestimmte Abmessungen und Federcharakteristiken aufweisen.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial zwischen Außenlamellen (3) von benachbarten Lamellenpaaren angeordnete Beabstandung (7) radial außen, bezogen auf die axial zwischen den Außenlamellen (3) angeordnete Innenlamelle (4) angeordnet ist.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das axial zwischen Innenlamellen (4) von benachbarten Lamellenpaaren angeordnete Beabstandung (7) radial innen, bezogen auf die axial zwischen den Innenlamellen (4) angeordnete Außenlamelle (3) angeordnet ist.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an verschiedenen axialen Positionen innerhalb des Lamellenpaketes angeordneten Beabstandungen (7, 7A) unterschiedliche Abmessungen und/oder Federcharakteristiken aufweisen.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Beabstandung (7A) vorgesehen ist, dessen axiale Anordnungsposition fixiert ist.
Reibschaltelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandung (7A) zum Fixieren der axialen Anordnungsposition an dem Innenlamellenträger (2), dem Außenlamellenträger (1) oder an einem das Reibschaltelement umgebenden Gehäuse abgestützt ist.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Außenlamelle (3) bezogen auf die weiteren Außenlamellen (3) des Lamellenpaketes eine veränderte axiale Breite aufweist und/oder dass zumindest eine Innenlamelle (4) bezogen auf die weiteren Innenlamellen (4) des Lamellenpaketes eine veränderte axiale Breite aufweist.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teillamellenpakete jeweils zumindest ein Lamellenpaar mit zumindest einer Reibfläche aufweisen, wenn zumindest eine fixierte Beabstandung (7A) vorgesehen ist.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teillamellenpakete jeweils zumindest zwei Lamellenpaare aufweisen, wenn zumindest eine nicht fixierte Beabstandung (7) vorgesehen ist.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teillamellenpaket zumindest das erste und das zweite Lamellenpaar umfasst, wobei das zweite Teillamellenpaket zumindest die beiden letzten Lamellenpaare umfasst, wobei zumindest eine nicht fixierte Beabstandung (7) axial zwischen den beiden Außenlamellen (3) oder den beiden Innenlamellen (4) zumindest der beiden letzten Lamellenpaare angeordnet ist.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teillamellenpaket zumindest das erste und das letzte Lamellenpaar umfasst, wobei das zweite Teillamellenpaket zumindest zwei axial dazwischen liegende Lamellenpaare umfasst, wobei zumindest eine nicht fixierte Beabstandung (7) axial zwischen den beiden Außenlamellen (3) oder den beiden Innenlamellen (4) zumindest der dazwischen liegenden Lamellenpaare angeordnet ist.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teillamellenpaket zumindest das erste und das zweite Lamellenpaar umfasst, wobei zumindest eine fixierte Beabstandung (7A) axial zumindest an der Außenlamelle (3) des zweiten Lamellenpaares anliegt, und wobei das zweite Teillamellenpaket zumindest ein nachfolgendes oder letztes Lamellenpaar umfasst.
Reibschaltelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen Außenlamellen (3) oder Innenlamellen (4) zumindest des nachfolgenden oder letzten Lamellenpaares des zweiten Teillamellenpaketes zumindest eine nicht fixierte Beabstandung (7) vorgesehen ist.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teillamellenpaket zumindest die ersten beiden Lamellenpaare und die letzten beiden Lamellenpaare umfasst, wobei zumindest zwischen Außenlamellen (3) oder Innenlamellen (4) der ersten beiden und der letzten beiden Lamellenpaare jeweils zumindest eine nicht fixierte Beabstandung (7) angeordnet ist, wobei das erste Teillamellenpaket zumindest zwei Lamellenpaare umfasst, die axial zwischen den ersten Lamellenpaaren und den letzten Lamellenpaaren angeordnet sind.
Reibschaltelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das erste Teillamellenpaket vier Lamellenpaare umfasst, eine mittig zwischen den Lamellenpaare angeordnete Innenlamellen (4) oder Außenlamelle (3) axial breiter ausgeführt ist, als die übrigen Innenlamellen (4) oder Außenlamellen (3) des Lamellenpaketes.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teillamellenpaket zumindest die ersten beiden Lamellenpaare umfasst, wobei zwischen den Außenlamellen (3) des ersten und zweiten Lamellenpaares eine erste, nicht fixierte Beabstandung (7) und/oder zwischen den Innenlamellen (3) des zweiten und dritten Lamellenpaares eine zweite, nicht fixierte Beabstandung (7) vorgesehen ist, wobei das erste Teillamellenpaket zumindest ein nachfolgendes Lamellenpaar umfasst, bei dem an der Außenlamelle (3) zumindest eine fixierte Beabstandung (7A) anliegt, und wobei ein drittes Teillamellenpaket vorgesehen ist, welches zumindest eines der dem ersten Teillamellenpaket nachfolgenden Lamellenpaare umfasst, wenn die beiden Beabstandungen (7) des zweiten Teillamellenpaketes und die fixierte Beabstandung (7A) des ersten Teillamellenpaketes unterschiedliche Federcharakteristiken aufweisen.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teillamellenpaket zumindest die ersten beiden Lamellenpaare umfasst, und dass das zweite Teillamellenpaketes zumindest die letzten beiden Lamellenpaare umfasst, wobei axial zwischen den einander benachbarten Außenlamellen (3) zwischen den beiden Teillamellenpaketen zumindest eine fixierte Beabstandung (7A) vorgesehen ist, und wobei die beiden Außenlamellen (3) eine geringere axiale Breite als die weiteren Außenlamellen (3) der beiden Teillamellenpakete aufweisen.
Reibschaltelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lamellen zumindest eine Stahllamelle beidseitig ohne Reibbelag oder mit nur einseitigem Reibbelag und/oder zumindest eine Reiblamelle mit beidseitigem Reibbelag oder nur einseitigem Reibbelag im Lamellenpaket angeordnet sind.