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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Anfahrelement, wie sie beispielsweise bei einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs zum Einsatz kommen können.
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Anfahrelemente sind Bauteile, wie beispielsweise eine Kupplung oder auch ein (Drehmoment-)Wandler, die in mechanischen Antrieben zwischen einer Kraft- oder Momentenquelle (z. B. ein Motor) und dem beim Anfahren zu beschleunigenden Teil (z. B. Räder) im Momentenfluss angeordnet sind. Das Anfahrelement erlaubt hierbei die Übertragung von Drehmoment auch bei unterschiedlichen Drehzahlen.
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Kupplungen werden in einer Vielzahl unterschiedlicher Ausprägungen im Fahrzeugbereich, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, eingesetzt. Häufig werden sie hier im Rahmen eines Antriebsstrangs eines solchen Fahrzeugs zur Drehmomentübertragung herangezogen, wobei sie beispielsweise zwischen einem Antriebsaggregat, also beispielsweise dem Motor, und einem nachgeschalteten Getriebe zum Einsatz kommen. Hierdurch kann eine Trennung des Antriebsstrangs ermöglicht werden, sodass beispielsweise auch im Falle eines Stillstands des Fahrzeugs der Motor weiterlaufen kann. Die Kupplung trennt in diesem Fall also die sich drehende Motorausgangswelle von einer stillstehenden Getriebeeingangswelle.
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Kupplungen können auch bei anderen Konstellationen im Antriebsstrang eines Fahrzeugs eingesetzt werden. So können sie beispielsweise im Falle von Hybridantrieben gegebenenfalls auch zwischen zwei unterschiedlichen Antriebsaggregaten, oder auch zur wechselseitigen Trennung und Kopplung verschiedener Antriebsaggregate im Zusammenhang mit einer Getriebeeingangswelle herangezogen werden. Kupplungen können hierbei im Zusammenhang mit unterschiedlichen Antriebsaggregattechnologien, also beispielsweise Verbrennungsmotoren und Elektromotoren, sowie im Zusammenhang mit verschiedenen Getriebetechniken verwendet werden. Sie können so beispielsweise im Zusammenspiel mit synchronisierten, aber auch unsynchronisierten Getrieben zum Einsatz kommen. Auch kann es sich bei den betreffenden Getrieben um ein manuell geschaltetes Getriebe oder auch um ein Automatikgetriebe handeln, bei dem gegebenenfalls über elektrische, elektronische oder andere Steuerimpulse auch manuelle Gangwechsel einleitbar sind.
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Kupplungen basieren hierbei häufig auf der Schaffung eines reibschlüssigen Kontaktes zwischen entsprechenden Bauteilen, die mit einem Antriebsbauteil und einem Abtriebsbauteil der betreffenden Kupplung gekoppelt sind. Gerade im Falle stark unterschiedlicher Drehzahlen, wie sie beispielsweise beim Anfahren auftreten können, wird hierbei im Bereich der betreffenden Reibflächen Energie in Wärme umgesetzt, die zu einer unerwünschten Aufheizung der betreffenden Reibflächen bzw. der entsprechenden Bauteile führen kann. Aus diesem Grund werden beispielsweise Kupplungen eingesetzt, bei denen im Inneren eines Gehäuses Öl zirkuliert, welches die an den Reibflächen generierte Wärme von diesen abführt.
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Ölgefüllte Anfahrelemente, wie beispielsweise Wandler oder Anfahrkupplungen, die anstatt eines Wandlers eingesetzt werden sollen, also beispielsweise HCN-Kupplungen (HCN = Hydrodynamic Cooled clutch with Noise-vibration reduction), weisen aufgrund der dynamischen Eigenschaften der Ölfüllung bei einem Drehzahlanstieg eine Ausdehnung vor allem der axialen Maße auf. Diese Maßänderungen sind bei der Auslegung der Gestaltfestigkeit zu berücksichtigen, zum einen, indem die Ausdehnung als Spiel vorgehalten wird und zum Anderen, indem die Kontur oder Materialdicke möglichst so gewählt wird, dass die Steifigkeit eine Reduktion der Maßänderung ermöglicht. Eine axiale Maßänderung in Abhängigkeit der Drehzahl ist nicht zu verhindern.
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Bei bekannten Umsetzungen zeigen sich zur Sicherstellung der zulässigen Maßänderungen mehrere Richtungen. Einerseits kann die Gestaltfestigkeit durch die Gehäuseform erhöht werden, wodurch meist nicht der optimale Bauraum benutzt werden kann. Andererseits kann die Gestaltungsfestigkeit durch interne Versteifungselemente beeinflusst werden. Dies ist bei Wandlern beispielsweise durch Schaufelverbände möglich, bei Nasslaufkupplungen ohne Beschaufelung ist dies jedoch häufig kaum möglich. Die zusätzlichen Elemente verringern den Bauraum und können so gegebenenfalls die Strömung beeinflussen. Ferner kann die Gestaltfestigkeit durch Materialaufdickung erhöht werden, was sich jedoch nachteilig auf das Gewicht, die Kosten, die Verarbeitung und die Werkzeug- und Maschinenkosten durch wesentlich höhere Umformkräfte auswirken kann.
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Es besteht daher Bedarf, ein Anfahrelement zu schaffen, das eine hohe Gestaltfestigkeit aufweist.
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Diesem Bedarf trägt ein Anfahrelement gemäß Patentanspruch 1 Rechnung.
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Ein Anfahrelement, beispielsweise für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Antriebsnabe, eine Abtriebsnabe und eine antriebsseitige Lageranordnung. Die Antriebsnabe ist antriebsseitig mit einem Gehäuse des Anfahrelements verbunden und ist mit einer Antriebswelle eines Fahrzeugs verbindbar. Die Abtriebsnabe ist mit einer Abtriebswelle eines Fahrzeugs verbindbar. Ferner ist die antriebsseitige Lageranordnung zwischen der Antriebsnabe und der Abtriebsnabe ausgebildet und angeordnet, sodass eine um eine Drehachse der Antriebsnabe und der Abtriebsnabe drehbar und axial zu der Drehachse formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebsnabe und der Abtriebsnabe gebildet wird und durch die axial zur Drehachse formschlüssige Verbindung in beiden Richtungen parallel zu der Drehachse auftretende Kräfte von der Antriebsnabe auf die Abtriebsnabe übertragen werden.
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Ausführungsbeispielen eines Anfahrelements liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Kraftübertragungsweg zwischen einer Antriebsnabe und einer Abtriebsnabe eines Anfahrelements für parallel zur Drehachse auftretende Kräfte möglichst kurz gehalten werden soll, da dadurch auf die restlichen Teile des Anfahrelements, wie z. B. das Gehäuse, deutlich geringere axiale Kräfte wirken. Dadurch kommt es zu deutlich geringeren Verformungen oder Maßänderungen des Anfahrelements (z. B. des Gehäuses des Anfahrelements). Die Reduzierung des Kraftübertragungswegs kann durch die beschriebene Anordnung einer antriebsseitige Lageranordnung zwischen der Antriebsnabe und der Abtriebsnabe erreicht werden, da das Wälzlager parallel zu der Drehachse auftretende Kräfte von der Antriebsnabe auf die Abtriebsnabe übertragen kann. Ferner kann es durch das beschriebene Konzept möglich sein, dass die Steifigkeit des Gehäuses im Wesentlichen nur noch für die Verformung der Gehäusekonturen relevant ist, aber nicht mehr für die axiale Ausdehnung. Dadurch kann eine wesentliche Reduktion der Wandstärke ermöglicht werden, wodurch auch eine Kosten- und/oder Gewichtsreduktion erzielt werden kann und/oder zusätzlicher Bauraum gewonnen werden kann.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die antriebsseitige Lageranordnung eine Wälzlageranordnung mit einem Radiallager, wie z. B. einem Kugellager. Das Kugellager kann sowohl radial als auch axial Kräfte aufnehmen, sodass insbesondere eine Übertragung von parallel zu der Drehachse auftretenden Kräften von der Antriebsnabe auf die Abtriebsnabe erfolgen kann.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist das Gehäuse des Anfahrelements abtriebsseitig über eine abtriebsseitige Lageranordnung mit der Antriebsnabe verbunden. Dabei kann die abtriebsseitige Lageranordnung ein Radiallager aufweisen. Das Radiallager ist mit seinen Wälzlagerringen an den jeweiligen Bauteilen in axialer Richtung fixiert und kann dadurch parallel zur Drehachse auftretende Kräfte übertragen. Dadurch kann eine axiale Verformung des Gehäuses sowohl antriebsseitig als auch abtriebsseitig deutlich reduziert werden.
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Ferner kann die Abtriebsnabe oder die Antriebsnabe bei einigen Ausführungsbeispielen einen Blechkäfig umfassen, der eine Schnappkante aufweist, die bei einem Zusammenbau des Anfahrelements axial über den Innenring oder den Außenring des Radiallagers geschoben wird und auf der der restlichen Antriebsnabe gegenüberliegenden Seite des Radiallagers einschnappt und das Radiallager in axialer Richtung fixiert. Dadurch kann die Montage deutlich erleichtert werden oder auch eine Blindmontage ermöglicht werden. Ergänzend oder alternativ können Kosten und/oder Gewicht eingespart werden.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das Anfahrelement ein Wandler oder eine Kupplungsanordnung, insbesondere eine nass laufende Anfahrkupplung.
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Einige Ausführungsbeispiele werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren, näher erläutert. Es zeigen:
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1a, 1b eine schematische Querschnittsdarstellung eines Anfahrelements;
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2 eine Querschnittsdarstellung einer Kupplung;
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3 eine weitere Querschnittsdarstellung einer Kupplung;
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4 eine weitere Querschnittsdarstellung einer Kupplung; und
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5 eine weitere Querschnittsdarstellung einer Kupplung.
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Im Folgenden können bei unterschiedlichen, beschriebenen Ausführungsbeispielen teilweise für Objekte und Funktionseinheiten, die gleiche oder ähnliche funktionelle Eigenschaften aufweisen, gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Des weiteren können optionale Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombinierbar oder zueinander austauschbar sein.
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1a zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Anfahrelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Anfahrelement 100 umfasst eine Antriebsnabe 110, eine Abtriebsnabe 120 und eine antriebsseitige Lageranordnung 130. Die Antriebsnabe 110 ist antriebsseitig mit einem Gehäuse 240 des Anfahrelements 100 verbunden und ist mit einer Antriebswelle eines Fahrzeugs verbindbar. Die Abtriebsnabe 120 ist mit einer Abtriebswelle eines Fahrzeugs verbindbar. Ferner ist die antriebsseitige Lageranordnung 130 zwischen der Antriebsnabe 110 und der Abtriebsnabe 120 derart ausgebildet und angeordnet, sodass eine um eine Drehachse der Antriebsnabe 110 und der Abtriebsnabe 120 drehbare und axial zu der Drehachse formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebsnabe 110 und der Abtriebsnabe 120 gebildet wird und durch die axial zur Drehachse formschlüssige Verbindung in beiden Richtungen parallel zu der Drehachse auftretende Kräfte 140 von der Antriebsnabe 110 auf die Abtriebsnabe 120 übertragen werden.
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Durch das beschriebene Konzept kann der Kraftübertragungsweg zwischen der Antriebsnabe 110 und der Abtriebsnabe 120 des Anfahrelements 100 für parallel zur Drehachse auftretende Kräfte verkürzt, also beispielsweise möglichst kurz gehalten werden. Dadurch wirken beispielsweise auf die restlichen Teile des Anfahrelements, wie z. B. das Gehäuse, deutlich geringere axiale Kräfte. Dadurch kommt es zu deutlich geringeren Verformungen oder Maßänderungen des Anfahrelements 10 (z. B. des Gehäuses des Anfahrelements). Ferner kann es durch das beschriebene Konzept möglich sein, dass die Steifigkeit des Gehäuses im Wesentlichen nur noch für die Verformung der Gehäusekonturen relevant ist, aber nicht mehr für die axiale Ausdehnung. Dadurch kann eine wesentliche Reduktion der Wandstärke ermöglicht werden, wodurch auch eine Kosten- und/oder Gewichtsreduktion erzielt werden kann und/oder zusätzlicher Bauraum gewonnen werden kann.
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Das Anfahrelement 100 kann beispielsweise in den Antriebsstrang eines Fahrzeugs integriert werden. Die Antriebsnabe 110 kann dabei mit einer Antriebswelle des Fahrzeugs, beispielsweise der Kurbelwelle eines Motors, verbunden werden und rotiert im laufenden Betrieb des Motors um die Drehachse. Die Abtriebsnabe 120 kann mit einer Abtriebswelle des Fahrzeugs verbunden werden, die in weiterer Folge beispielsweise zu den Rädern des Fahrzeugs führt. Die Abtriebsnabe 120 rotiert im Betrieb im Wesentlichen ebenfalls um die Drehachse.
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Die Antriebsnabe 110 ist antriebsseitig, also auf der der Abtriebsnabe gegenüberliegenden Seite des Anfahrelements, mit einem Gehäuse 240 des Anfahrelements 100 verbunden.
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Das Gehäuse 240 des Anfahrelements 100 definiert im Wesentlichen die Außenabmessungen und/oder die Form des Anfahrelements 100. Antriebsseitig kann das Gehäuse 240 fest bzw. starr mit der Antriebsnabe 110 verbunden sein, sodass das Gehäuse 240 im Gebrauch mit der Antriebsnabe 110 um die Drehachse rotiert. Abtriebsseitig kann das Gehäuse eine Öffnung aufweisen durch die die Abtriebsnabe 120 ragt, um mit der Abtriebswelle des Fahrzeugs verbunden werden zu können, oder durch die die Antriebswelle zum Verbinden mit der Abtriebsnabe 120 in das Gehäuse 240 geführt werden kann.
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Die Antriebsnabe 110 und die Abtriebsnabe 120 sind über die antriebsseitige Lageranordnung 130 miteinander verbunden. Durch die antriebsseitige Lageranordnung 130 ist die Verbindung drehbar, sodass die Antriebsnabe 110 und die Abtriebsnabe 120 unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten haben können, wie es bei einem Wandler oder einer Kupplung oft der Fall ist. Zusätzlich ist die Verbindung der antriebsseitigen Lageranordnung 130 axial zu der Drehachse formschlüssig ausgeführt, sodass in beiden Richtungen parallel zu der Drehachse auftretende Kräfte von der Antriebsnabe 110 auf die Abtriebsnabe 120 übertragen werden. Das Gehäuse 240 wird dadurch deutlich geringer durch Axialkräfte beansprucht und verformt.
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Allgemein kommt eine kraftschlüssige oder reibschlüssige Verbindung durch Haftreibung, eine stoffschlüssige Verbindung durch molekulare oder atomare Wechselwirkungen und Kräfte und eine formschlüssige Verbindung durch eine geometrische Verbindung der betreffenden Verbindungspartner zustande.
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In anderen Worten wird die Verbindung zwischen der Antriebsnabe 110 und der Abtriebsnabe 120 über die antriebsseitige Lageranordnung 130 unter Vernachlässigung der Lagerluft in der Lageranordnung und elastischer Verformung als formschlüssig angesehen. Es entsteht – unter Vernachlässigung der Lagerluft und elastischer Verformung – in axialer Richtung also ein geschlossener Kraftfluss zwischen der Antriebsnabe 110 und der Abtriebsnabe 120.
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Die antriebsseitige Lageranordnung 130 umfasst zumindest ein Lager und kann sowohl durch die Wahl der Art, der Anzahl und der Anordnung der Lager unterschiedlich realisiert werden.
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1a zeigt eine Wälzlageranordnung als antriebsseitige Lageranordnung 130 mit einem Radiallager, beispielsweise einem Kugellager oder Rollenlager. Das Radiallager ist mit einem Innenring mit der Abtriebsnabe 120 und mit einem Außenring mit der Antriebsnabe 110 verbunden. Alternativ kann der Innenring auch mit der Antriebsnabe und der Außenring mit der Abtriebsnabe verbunden sein. Der Innenring und der Außenring sind auf der jeweiligen Nabe in axialer Richtung fixiert. Dies kann beispielsweise durch Sicherungsringe 132 und/oder entsprechende Ausnehmungen in den Naben erfolgen.
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Alternativ zeigt 1b ein Beispiel mit einer antriebsseitigen Lageranordnung 130, die zwei Axiallager aufweist. Bei der Verwendung von Axiallagern sind zumindest zwei Axiallager notwendig, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Teils der Antriebsnabe oder eines Teils der Abtriebsnabe angeordnet sind, um parallel zur Drehachse auftretende Kräfte 140 in beiden Richtungen aufnehmen zu können, da die Axiallager im Wesentlichen nur Druckkräfte aufnehmen können. Die Axiallager können Gleitlager oder Wälzlager sein. Gleitlager können zwar kostengünstiger sein, es kommt jedoch bei der Übertragung von Axialkräften zu erhöhten Reibungsverlusten. In dem in 1b gezeigten Beispiel sind die beiden Axiallager als Wälzlager (z. B. ein Nadellager oder ein Kegelrollenlager) ausgebildet und mit je einer Seitenscheibe auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines Teils der Antriebsnabe 110 angeordnet und mit der jeweils anderen Seitenscheibe auf der Abtriebsnabe in axialer Richtung fixiert, sodass eine axiale Bewegung der Antriebsnabe 110 relativ zur Abtriebsnabe 120 durch die beiden Axiallager in beiden Richtungen verhindert wird. Alternativ kann auch je eine Seitenscheibe auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines Teils der Abtriebsnabe 120 angeordnet sein und die jeweils anderen Seitenscheiben auf der Antriebsnabe 110 in axialer Richtung fixiert sein.
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Als optionale weitere Ausgestaltung eines Anfahrelements zeigt sowohl 1a als auf 1b eine abtriebsseitige Lageranordnung 150. Die abtriebsseitige Lageranordnung 150 verbindet das Gehäuse 240 des Anfahrelements 100 abtriebsseitig mit der Abtriebsnabe 120. Durch die Verbindung des abtriebsseitigen Gehäuseteils 240 mit der Abtriebsnabe 120 über die abtriebsseitige Lageranordnung 150 kann auch die Verformung des abtriebsseitigen Gehäuseteils 240 durch axiale Kräfte deutlich reduziert werden. Durch die Kombination von antriebsseitiger Lageranordnung 130 und abtriebsseitiger Lageranordnung 150 kann das Gehäuse in Achsnähe im Wesentlichen vollständig vor größeren Verformungen durch Axialkräfte geschützt werden.
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Wie bei der antriebsseitigen Lageranordnung 130 kann auch die abtriebsseitige Lageranordnung 150 durch Wahl der Art, Anzahl und Anordnung der Lager auf unterschiedliche Arten implementiert werden. So ist es wiederum möglich, dass die abtriebsseitige Lageranordnung 150 eine Wälzlageranordnung ist oder ein Radiallager, beispielsweise ein Kugellager oder Rollenlager, aufweist. Das Radiallager kann mit einem Innenring mit der Abtriebsnabe 120 und mit einem Außenring mit dem abtriebsseitigen Teil des Gehäuses 240 verbunden sein. Dabei sind der Innenring und der Außenring auf dem jeweiligen Bauteil in axialer Richtung fixiert, sodass eine um eine Drehachse der Abtriebsnabe 110 des abtriebsseitigen Teils des Gehäuses 240 drehbar und axial zu der Drehachse formschlüssige Verbindung zwischen dem abtriebsseitigen Teil des Gehäuses 240 und der Abtriebsnabe 120 gebildet wird und durch die axial zur Drehachse formschlüssige Verbindung in beiden Richtungen parallel zu der Drehachse auftretende Kräfte 140 von dem abtriebsseitigen Teil des Gehäuses 240 auf die Abtriebsnabe 120 übertragen werden. Alternativ kann auch der Innenring mit dem abtriebsseitigen Teil des Gehäuses 240 und der Außenring mit der Abtriebsnabe 120 verbunden sein.
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Die Fixierung der Wälzlagerringe der abtriebsseitigen Lageranordnung 150 kann ebenfalls durch Sicherungsringe 152 und/oder entsprechende Ausnehmungen in der Abtriebsnabe 120 oder dem abtriebsseitigen Gehäuseteil 240 erfolgen.
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Alternativ kann für die abtriebsseitige Lageranordnung 150 Axiallager verwendet werden. Dafür können Gleitlager oder Wälzlager verwendet werden, wobei Gleitlager gegebenenfalls günstiger sein können, jedoch bei der Aufnahme von Axialkräften erhöhte Reibungsverluste haben können. 1b zeigt eine abtriebsseitige Lageranordnung 150, die eine Wälzlageranordnung ist und zwei Axiallager aufweist. Die beiden Axiallager sind mit je einer Seitenscheibe auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines abtriebsseitigen Teils des Gehäuses 240 oder eines Teils der Abtriebsnabe 120 angeordnet und mit der jeweils anderen Seitenscheibe auf dem entsprechend anderen Teil in axialer Richtung fixiert, sodass eine axiale Bewegung des antriebsseitigen Teils des Gehäuses 240 relativ zur Antriebsnabe 120 durch die beiden Axiallager in beiden axialen Richtungen verhindert wird.
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Wie die beschriebenen Beispiele zeigen, kann basierend auf dem beschriebenen Konzept die Kraftübertragung von parallel zu der Drehachse auftretenden Kräften 140 von der Antriebsnabe 110 auf die Abtriebsnabe 120 sehr kurz gehalten werden, z. B. kürzer als über das Gehäuse 240 des Anfahrelements 100, also kürzer als entlang des Gehäuses 240 des Anfahrelements 100. Würden die Antriebsnabe 110 und die Abtriebsnabe 120 nicht über die antriebsseitige Lageranordnung 130 verbunden sein, würden Axialkräfte ihren Weg vom antriebsseitigen Teil des Gehäuses 240 über den abtriebsseitigen Teil des Gehäuses 240 hin zur Abtriebsnabe 120 nehmen und zu großen axialen Verformungen des Gehäuses 240 führen. Durch das beschriebene Konzept können die auf das Gehäuse wirkenden Axialkräfte deutlich reduziert werden, wodurch sich die Verformung des Gehäuses im Betrieb deutlich reduzieren kann. Je nach Größe des Gehäuses kann der Weg der Kraftübertragung beispielsweise maximal halb so lang wie ein Weg von der Antriebsnabe 110 über das Gehäuse 240 zu der Abtriebsnabe 120 sein (oder maximal 30 %, 20 % oder 10 % des Wegs über das Gehäuse sein). Anders ausgedrückt kann der Weg der Kraftübertragung von der Antriebsnabe 110 – von der Anschlussstelle der Antriebsnabe zu der antriebsseitigen Lageranordnung – zur Abtriebsnabe 120, also zur Anschlussstelle der Abtriebsnabe an die antriebsseitige Lageranordnung, kürzer als 20 cm (oder 10 cm, 5 cm oder 3 cm) sein.
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Optional kann die antriebsseitige Lageranordnung 130 unmittelbar mit der Antriebsnabe 110 und der Abtriebsnabe 120 in Kontakt sein. In diesem Beispiel befinden sich keine weiteren Bauteile außer die antriebsseitige Lageranordnung 130 zwischen der Antriebsnabe 110 und der Abtriebsnabe 120, sodass der Kraftübertragungsweg zwischen der Antriebsnabe 110 und der Abtriebsnabe 120 möglichst kurz gehalten werden kann. Entsprechendes kann auch optional für die abtriebsseitige Lageranordnung 150 gelten.
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Die antriebsseitige Lageranordnung 130 und auch die abtriebsseitige Lageranordnung weisen zumindest ein Lager auf. Wie in den 1a und 1b gezeigt ist, kann die antriebsseitige Lageranordnung 130 eine Wälzlageranordnung sein, die genau ein Kugellager oder genau zwei Axiallager aufweist.
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Das Anfahrelement 100 kann beispielsweise ein Wandler (Getriebe) oder eine Kupplung, insbesondere eine nasslaufende Anfahrkupplung, oder allgemeiner ein ölgefülltes Anfahrelement sein.
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Die 2 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele, die das in den 1a und 1b allgemeine Konzept für eine nasslaufende Anfahrkupplung genauer beschreiben. Die entsprechenden Ausführungen können jedoch genauso in Wandlern, Getrieben oder anderen Anfahrelementen implementiert werden.
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2 zeigt einen Querschnitt durch ein Anfahrelement 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Anfahrelement 200 umfasst die Antriebsnabe (oder auch Deckelnabe genannt) 110, die Abtriebsnabe 120, die auch Dämpfernabe genannt wird, und eine antriebsseitige Lageranordnung 130 in Form eines Kugellagers. Ferner umfasst das Anfahrelement 200 eine abtriebsseitige Lageranordnung 150 mit einem Sicherungsring 152, die das Gehäuse 240 mit der Abtriebsnabe 120 (Abtrieb) verbindet.
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In diesem Beispiel handelt es sich um ein flüssigkeitsgekühltes Anfahrelement 200, wie beispielsweise eine nasslaufende Anfahrkupplung (z. B. mit Ölfüllung) durch die im Betrieb zur Kühlung eine Flüssigkeit (z. B. Öl) gepumpt wird. Dazu weist das Gehäuse 240 des Anfahrelements 200 optional abtriebsseitig eine Pumpennabe 250 auf. Die abtriebsseitige Lageranordnung 150 ist zwischen der Pumpennabe 250 und der Abtriebsnabe 120 angeordnet sodass die abtriebsseitige Lageranordnung 150 einem Bereich zur Zuführung von Kühlflüssigkeit für das Anfahrelement 200 von einen Bereich zur Abführung von Kühlflüssigkeit zumindest teilweise (z. B. bis auf einen Verlust durch den Spalt zwischen Innen- und Außenring und über die Wälzkörper des Kugellagers) abdichtet.
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Zusätzlich ist zur Veranschaulichung einer möglichen Integration des Anfahrelements 200 in einem Fahrzeug ein Zapfen 260 am antriebsseitigen Gehäuseteil 240 zur Montage an einem elastischen Überbrückungselement, der sogenannten Flex-Plate, und ein Wuchtgewicht 280 gezeigt. Das weitere Innenleben der Anfahrkupplung 200 ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
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3 zeigt einen Querschnitt eines Anfahrelements 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen jenem aus 2 entspricht, lediglich der Abstand zwischen antriebsseitiger Lageranordnung 130 und abtriebsseitiger Lageranordnung 150 ist reduziert, um Platz für eine Kolbenrückseite 310 zu bieten, die mit der Antriebsnabe 110 verbunden ist. Ergänzend gelten auch hier die Ausführungen zu den 1a, 1b und 2.
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4 zeigt einen Querschnitt eines Anfahrelements 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen den Beispielen in 2 und 3 entspricht. Im Vergleich zu dem in 3 gezeigten Beispiel ist die abtriebsseitige Lageranordnung 150 von der antriebsseitigen Lageranordnung 130 weiter entfernt, sodass im Bereich der Pumpennabe 250 zwischen der abtriebsseitigen Lageranordnung 150 und dem restlichen Gehäuse 240 eine Öffnung 452 zur Zuführung oder Abführung von Kühlflüssigkeit in den Gehäuseinnenraum Platz findet. Das Lager erfüllt, wie bereits bei 2 beschrieben, zusätzlich zu seiner Funktion zur Übertragung von axialen Kräften eine Dichtfunktion zwischen dem Bereich zur Zuführung und zur Abführung von Kühlflüssigkeit. Ergänzend gelten die Ausführungen zu 1a, 1b, 2 und 3.
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5 zeigt einen Querschnitt eines Anfahrelements 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen dem Beispiel aus 3 entspricht, jedoch weist die Abtriebsnabe 120 einen Blechkäfig 510 auf, der eine Schnappkante 512 umfasst, die bei einem Zusammenbau des Anfahrelements axial über den Innenring oder den Außenring des Radiallagers 130 geschoben wird und auf der der restlichen Abtriebsnabe 120 gegenüberliegenden Seite des Radiallagers 130 einschnappt und das Radiallager 130 in axialer Richtung fixiert.
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In anderen Worten kann die Abtriebsnabe 120 ein Profilblech aufweisen, das mit einer Seite an der restlichen Abtriebsnabe 120 fixiert ist (z. B. angeschweißt, angeschraubt oder angenietet) und sich von diesem Anschlussbereich über den Innenring oder den Außenring des Radiallagers 130 zur gegenüberliegenden Seite des Radiallagers erstreckt, wo das Profilblech eine im Wesentlichen L-förmige Kante bildet, in der der Innenring oder der Außenring des Radiallagers 130 eingeschnappt ist, sodass eine Bewegung des Radiallagers 130 von der Abtriebsnabe 120 weg durch die Schnappkante 512 verhindert wird.
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Alternativ kann der Blechkäfig 510 (das Profilblech) auch von der Antriebsnabe 110 umfasst sein. Die restlichen Ausführungen gelten entsprechend.
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Der Blechkäfig 510 (das Profilblech) kann im Wesentlichen einen Z-förmigen, U-förmigen oder L-förmigen Querschnitt aufweisen. Eine Kante des Z, des U oder des L bildet dann die Schnappkante 512. Mit der anderen Seite ist das Blechprofil an der restlichen Abtriebsnabe 120 oder der restlichen Antriebsnabe 110 fixiert. Der im Wesentlichen Z-förmige, U-förmige oder L-förmige Querschnitt kann durch eine in Richtung Radiallager 130 gerichtete Ausbuchtung verformt sein, um einen zuverlässigen Kontakt des Profilblechs mit dem Innenring oder dem Außenring des Radiallagers 130 in radialer Richtung zu gewährleisten. In seiner Längsausdehnung kann sich der Blechkäfig 510 um den kompletten Umfang des Innenrings oder des Außenrings des Radiallagers 130 erstrecken.
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Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Maßnahmen zur Redaktion des Fliehkrafteinflusses auf Maßänderungen bei ölgefüllten Anfahrelementen. Ein solches Ausführungsbeispiel kann so beispielsweise eine nasslaufende Anfahrkupplung vom HCN-Typ darstellen, beispielsweise für ein 9-Stufen-Getriebe, das für mehrere 100 Nm Drehmoment, also beispielsweise für mehr als 400 Nm oder mehr als 450 Nm ausgelegt sein kann. Der Aufbau kann als geschlossenes Gehäuse, vergleichbar mit Wandlerkonstruktionen, ausgeführt werden. Das Motordrehmoment wird auf das Gehäuse eingeleitet und über mindestens eine Reibfläche auf ein Abtriebselement (z. B. in Verbindung mit Torsionsdämpfern) durch Anpressen der Reibflächen übertragen. Von dort kann das Drehmoment auf die Getriebeeingangswelle ausgeleitet werden.
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Nach dem beschriebenen Konzept können die Axialkräfte, die zu einer axialen Verformung des Gehäuses führen, mittels eines geschlossenen Kraftflusses abgefangen werden, indem durch geeignete Anordnung von z. B. Wälzlagern, Zugkräfte über die Naben abgestützt werden können und somit der Verformungsrichtung entgegengewirkt werden kann. Hierzu kann die Deckelnabe/motorseitiger Deckel (Antriebsnabe) mittels eines Wälzlagers drehbar, aber axial fest (im Rahmen der Lagerluft und elastischer Verformung) mit der Dämpfernabe (Abtriebsnabe) verbunden werden. Die Dämpfernabe ihrerseits kann mittels eines weiteren Wälzlagers in gleicher Weise mit der Pumpennabe respektive mit dem getriebeseitigen Deckel verbunden werden. Dadurch können die Axialkräfte aus den Massenkräften des Öls bei Drehzahlsteigerung als Zugkräfte zwischen den beiden Gehäusehälften (antriebsseitiger Gehäuseteil und abtriebsseitiger Gehäuseteil) direkt übertragen werden, indem ein geschlossener Kraftfluss sichergestellt wird.
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Die Steifigkeit des Gehäuses ist dann beispielsweise nur noch für die Verformung der Gehäusekontur relevant, aber nicht mehr (oder nur unwesentlich) für die axiale Ausdehnung. Damit kann eine wesentliche Reduktion der Wandstärke möglich sein. Ferner kann eine Kosten- und/oder Gewichtsreduktion, beispielsweise von einigen 100 g bis hin zu mehreren Kilogramm, also beispielsweise von ca. 500 g bis 1500 g, erzielbar sein und/oder zusätzlicher Bauraumgewinn ermöglicht werden.
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Neben beispielsweise Rillenkugellagern können bei entsprechender Ausbildung der Lagersitze auch Axiallager/Nadellager einsetzbar sein, jedoch sind zum Ersatz der Rillenkugellager z. B. vier Axiallager erforderlich, was den Aufwand entsprechend steigert. Die Verwendung von Gleitlagern ist bei entsprechender Auslegung ebenfalls möglich, jedoch kann sich dort der Zusammenhang zwischen Axialkraft und Reibungswiderstand dahin gehend auswirken, dass die Reibungsverluste über Drehzahl entsprechend zunehmen würden. Auch andere Abwandlungen und Anordnungen der erforderlichen Komponenten und deren Kombination sind möglich.
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Auch können Sicherungsringe, wie auch spezielle geformte Blechkäfige verwendet werden, die mit einer Art Schnapphaken die Montage erleichtern und/oder eine Blindmontage ermöglichen. Letztere Ausführungen können vorteilhaft hinsichtlich Kosten und Gewicht sein, da diese häufig ein geringes Gewicht aufweisen und einfach in die Bauteile eingeklipst werden können. Naben könnten hierbei in einfacherer Form ausgeführt werden, was noch zusätzlich zu der einfachen und sicheren Montage und/oder der Möglichkeit der Blindmontage hinzukommen kann. Ein Anfahrelement 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel kann so gegebenenfalls eine höhere Gestaltfestigkeit aufweisen.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und in den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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Obwohl manche Aspekte der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschritts, beispielsweise einem Verfahren zum Herstellen oder Betreiben einer Filterkassette, zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details bzw. Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele präsentiert wurden, beschränkt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Anfahrelement
- 110
- Antriebsnabe
- 120
- Abtriebsnabe
- 130
- antriebsseitige Lageranordnung
- 132
- Sicherungsring
- 140
- parallel zu der Drehachse auftretende Kräfte
- 150
- abtriebsseitige Lageranordnung
- 152
- Sicherungsring
- 200
- Anfahrelement
- 240
- Gehäuse
- 250
- Pumpennabe
- 260
- Zapfen
- 270
- Flex-Plate
- 280
- Wuchtgewicht
- 300
- Anfahrelement
- 310
- Kolbenrückseite
- 400
- Anfahrelement
- 452
- Öffnung
- 500
- Anfahrelement
- 510
- Blechkäfig
- 512
- Schnappkante
