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Die vorliegende Erfindung betrifft ein reibschlüssiges Schaltelement als Kupplung oder Bremse gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, dass neben reibschlüssigen Schaltelementen, wie zum Beispiel Lamellenkupplungen oder -bremsen auch formschlüssige Schaltelemente in Form von Klauenschaltelementen eingesetzt werden, um Schleppmomente der offenen Schaltelemente zu minimieren und um große Abstützmomente in kleinen Bauräumen zu realisieren. Jedoch können formschlüssige Schaltelemente nur kleine Drehzahldifferenzen komfortabel schalten. Ferner können mit formschlüssigen Schaltelementen nur Zug-Schaltungen ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt werden. Mit Lamellenkupplungen oder -bremsen können auch Schaltungen mit höheren Drehzahldifferenzen komfortabel durchgeführt werden, jedoch ist der benötigte Bauraumbedarf gegenüber Klauenschaltelementen wesentlich größer.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein reibschlüssiges Schaltelement vorzuschlagen, welches einen möglichst geringen Bauraum erfordert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Demzufolge wird ein reibschlüssiges Schaltelement vorgeschlagen, wobei zum Betätigen des Schaltelements eine Primärseite mit einer Sekundärseite des Schaltelements gekoppelt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Primärseite beispielsweise mit zumindest einem Innenkonus oder dergleichen mit zumindest einer äußeren Reibfläche und zumindest mit einem Außenkonus oder dergleichen mit zumindest einer inneren Reibfläche verbunden ist, wobei die innere Reibfläche und die äußere Reibfläche jeweils mit einer zugeordneten Reibfläche zumindest einer beispielsweise mit der Sekundärseite verbundenen Konuslamelle in Wirkverbindung bringbar sind. Es ist auch denkbar, dass die beschriebenen Verbindungen von Primär- und Sekundärseite miteinander vertauscht werden.
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Mit dem vorgeschlagenen reibschlüssigen Schaltelement beispielsweise als Bremse oder Kupplung kann beispielsweise ein formschlüssiges Schaltelement mit den Vorteilen eines reibschlüssigen Schaltelementes bauraumneutral ersetzt werden. Neben dem Vorteil, dass mit dem erfindungsgemäßen Schaltelement auch Schaltungen mit größeren Drehzahldifferenzen durchgeführt werden können, ist es auch möglich, so genannte Schwarz-Weißschaltungen mit dem vorgeschlagenen Schaltelement realisieren zu können. Ferner können nach abgeschlossener Schaltung große statische Momente übertragen werden. Das Problem der Zahn-auf-Zahnstellung, wie es üblicherweise bei formschlüssigen Schaltelementen auftritt, entfällt bei dem erfindungsgemäßen Schaltelement. Bei dem vorgeschlagenen Schaltelement ergeben sich aufgrund der Betriebsweise nur geringe thermische Belastungen, so dass nur geringe Schmierölmengen für die Kühlung der Reibflächen erforderlich sind. Dadurch werden die Schleppmomente im geöffneten Zustand des Schaltelementes deutlich gesenkt. Bei entsprechend thermischer Auslegung sind auch zugkraftunterbrechungsfreie Schubschaltungen möglich. Auch so genannte Ausrollschaltungen können mit dem erfindungsgemäßen Schaltelement wesentlich komfortabler aufgrund der möglichen Synchronisierung geschaltet werden.
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Wenn beispielsweise das vorgeschlagene Schaltelement als Bremse zum Abbremsen eines drehenden Elementes gegenüber einem feststehenden Element eingesetzt wird, können beispielsweise der Innenkonus und der Außenkonus mit dem feststehenden Element und die Konuslamelle beispielsweise mit dem drehenden Element verbunden sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Verbindung vertauscht wird, so dass die Konuslamelle mit dem feststehenden Element, zum Beispiel einem Gehäuse oder dergleichen verbunden ist, während der Innenkonus und der Außenkonus mit dem drehenden Element, beispielsweise einer Welle oder dergleichen verbunden sind.
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Bei dem vorgeschlagenen Schaltelement ist es vorteilhaft, dass der Innenkonus, der Außenkonus und die Konuslamelle als rotationsymmetrische Bauteile zumindest abschnittsweise kegelförmige Reibflächen aufweisen. Die Normalkraft auf die Reibflächen multipliziert mit dem Reibwert der entsprechenden Reibbelag-Paarung bestimmt das übertragbare Moment. Diese Normalkraft wird aufgrund des gewählten Kegelwinkels bei den Reibflächen relativ zur axial wirkenden Betätigungskraft zum Zusammenpressen des Außenkonus und des Innenkonus verstärkt. Durch diese Selbstverstärkung hat das erfindungsgemäße Schaltelement eine höhere Drehmomentdichte als zum Beispiel Lamellenkupplungen oder -bremsen.
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Zur Betätigung zum Beispiel des Außenkonus kann vorzugsweise eine hydraulisch, mechanisch, elektromechanisch oder elektrohydraulisch betätigbare Betätigungseinrichtung eingesetzt werden, mit der der Außenkonus auf die Konuslamelle gegen den zum Beispiel axial feststehenden Innenkonus gepresst wird, um eine entsprechende Abbremsung des drehenden Elementes über die Konuslamelle reibschlüssig zu realisieren.
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Gemäß einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei geöffnetem Schaltelement eine einfache Zwangstrennung der beiden Druckkonen nämlich dem Außenkonus und dem Innenkonus und damit der Reibflächen durch zumindest ein Federelement realisiert werden kann. Dadurch wird das Schleppmoment bei offenem Schaltelement weiter abgesenkt.
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Es ist erfindungsgemäß auch denkbar, dass der Kegelwinkel der Konen derart reduziert wird, dass eine Selbsthemmung im Schaltelement auftritt und dadurch das Drehmoment teilweise oder vollständig übertragen wird. Dadurch können die Betätigungskräfte weiter abgesenkt werden und die Pumpenleistung bei hydraulisch betätigten Systemen reduziert werden. Das Schaltelement kann dadurch gelöst werden, indem eine entsprechende Axialkraft die Selbsthemmung durch axiales Auseinanderdrücken der Reibflächen aufhebt. Es ist auch denkbar, dass dazu der Öldruck verwendet wird, der bei dem Schaltelement radial zwischen den Reibflächen wirkt und somit die Selbsthemmung aufhebt.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Schaltelement kann vorzugsweise in einem Getriebe, insbesondere in einem lastschaltbaren Automatikgetriebe eingesetzt werden, um beispielsweise Planetengetriebeelemente, wie zum Beispiel ein Sonnenrad, Hohlrad oder einen Planetenradträger entsprechend abzubremsen. Es ist auch denkbar, dass das Schaltelement Wellen oder andere Getriebeelemente abbremst. Im Rahmen einer weiteren Ausführung ist es denkbar, dass mit dem vorgeschlagenen Schaltelement ein Fahrzeugrad oder dergleichen abgebremst wird. Es sind auch andere Anwendungsmöglichkeiten denkbar.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Die einzige Figur der Erfindung zeigt eine mögliche Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Schaltelementes, beispielhaft als Bremse, bei dem zum Abbremsen eines drehenden Elementes 1 gegenüber einem feststehenden Element 2 das feststehende Element mit einem Innenkonus 3 und einem Außenkonus 4 und das drehende Element 1 mit einer Konuslamelle 5 verbunden sind. Jedoch ist die Ausführung als Kupplung ohne weiteres möglich, in dem das feststehende Element 2 ebenfalls als drehendes Element 1 ausgeführt wird, so dass zwei drehende Elemente miteinander reibschlüssig verbunden werden.
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Bei der in der Figur gezeigten Ausführungsvariante ist als feststehendes Element 2 zum Beispiel ein Gehäuse vorgesehen, welches über Lager 6, 6A auf einer Welle 7 gelagert ist. An der Welle ist das drehende bzw. abzubremsen der Element 1 befestigt, welches zum Beispiel als Planetengetriebeelement ausgeführt ist. Die Konuslamelle 5 ist über eine Drehmomentmitnahme 11 mit dem drehenden Element 1 verbunden.
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Der Innenkonus 3 und der Außenkonus 4 sowie die Konuslamelle 5 sind jeweils als rotationssymmetrische Bauteile mit kegelförmigen Reibflächen ausgeführt. Der Innenkonus 3 weist eine äußere Reibfläche und der Außenkonus 4 weist eine innere Reibfläche auf, wobei die innere Reibfläche und die äußere Reibfläche jeweils mit einer zugeordneten Reibfläche der Konuslamelle 5 in Wirkverbindung bringbar sind. Da die Konuslamelle 5 zwei Reibflächen, nämlich eine innere und eine äußere aufweist, wird diese auch als Doppelkonuslamelle bezeichnet.
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Die Konuslamelle 5 ist zwischen dem Innenkonus 3 und dem Außenkonus 4 angeordnet, wobei die innere Reibfläche der Konuslamelle 5 der äußeren Reibfläche des Innenkonus 3 und die äußere Reibfläche der Konuslamelle 5 der inneren Reibfläche des Außenkonus 4 zugeordnet ist. Der Innenkonus 3 und der Außenkonus 4 sind drehfest mit dem feststehenden Element 2 verbunden. Sowohl der Innenkonus 3 als auch der Außenkonus 4 sind axial verschiebbar, wobei der Innenkonus 3 einem axialen Endanschlag 8 zugeordnet ist. Der Außenkonus 4 ist über eine Betätigungseinrichtung 9 in axialer Richtung bewegbar, wobei in der Figur durch einen Pfeil die Betätigungskraftrichtung 10 angedeutet ist. Die Betätigungskraft ist zum Beispiel hydraulisch, mechanisch, elektromechanisch oder elektrohydraulisch aufbringbar.
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Zum Schließen des Schaltelements bzw. der Bremse wird mithilfe der Betätigungseinrichtung 9 der Außenkonus 4 axial in Betätigungskraftrichtung 10 bewegt, so dass die Konuslamelle 5 zwischen dem Außenkonus 4 und dem Innenkonus 3 reibschlüssig verbunden wird, da der Innenkonus 3 an dem axialen Endanschlag 8 anliegt. Aufgrund der kegelförmigen Reibflächen der Konen wird die auf die Reibflächen wirkende Normalkraft in Abhängigkeit des gewählten Kegelwinkels relativ zur axial wirkenden Betätigungskraft verstärkt.
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Gemäß einer nicht weiter dargestellten Ausführungsvariante kann als drehendes bzw. abzubremsendes Element 1 ein Planetenradträger eines Planetenradsatzes in einem Automatikgetriebe vorgesehen sein, der gleichzeitig einen Außenlamellenträger eines weiteren Schaltelements in dem Getriebe bildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- drehendes bzw. abzubremsendes Element
- 2
- feststehendes Element bzw. Gehäuse
- 3
- Innenkonus
- 4
- Außenkonus
- 5
- Konuslamelle bzw. Doppelkonus
- 6, 6A
- Lager
- 7
- Welle
- 8
- axialer Anschlag
- 9
- Betätigungseinrichtung
- 10
- Betätigungskraftrichtung
- 11
- Drehmomentmitnahme
