DE102013015385B4

DE102013015385B4 - Lamellenkupplung mit Federeinrichtung

Info

Publication number: DE102013015385B4
Application number: DE102013015385.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Grossmann; Maximilian Wolf; Josef Baumann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: DE102013015385A1

Abstract

Lamellenkupplung für ein Antriebsaggregat (10) eines Kraftfahrzeuges, mit einem äußeren, trommelförmigen Kupplungsgehäuse (18) und einer zentralen Welle (14), zwischen denen alternierend geschichtete Reibringe (20) und Kupplungslamellen (22) axial verschieblich angeordnet, wobei die Reibringe (20) mit Außenverzahnungen in dem Kupplungsgehäuse (18) axial verschiebbar, in Umfangsrichtung jedoch formschlüssig geführt sind und die Kupplungslamellen (22) über Innenverzahnungen in die abtreibende Welle (14) des Antriebsaggregats (10) axial verschieblich, in Umfangsrichtung jedoch formschlüssig eingreifen, und die Kupplungslamellen (22) und die Reibringe (20) mit einer Anpresskraft (F) gegen einen über einen Sicherungsring (24) im Gehäuse (18) axial abgestützten Reibring (26) gespannt werden und mit steigendem Anpressdruck bis hin zur vollständigen Drehmomentübertragung beaufschlagbar sind, wobei mit beginnender Drehmomentübertragung ein Schlupfbereich definiert ist, und in das Kupplungspaket aus Reibringen (20) und Kupplungslamellen (22) eine Federeinrichtung (16) mit einem Stellweg (s) und nur im Schlupfbereich wirksamer Federkraft integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem im Kupplungsgehäuse (18) axial abgestützten Reibring (26) ein Reibring (20) unmittelbar benachbart angeordnet ist, und dass die Federeinrichtung (16) zwischen den beiden unmittelbar benachbarten Reibringen (20, 26) angeordnet ist und dass die Federeinrichtung (16) am Ende des Kupplungspakets (20, 22) am Momentenabtrieb (14) des Antriebsaggregats (10) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung, insbesondere eine hydraulisch betätigte Lamellenkupplung für Antriebsaggregate in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei in Kraftfahrzeugen, eingesetzten Lamellenkupplungen mit hydraulischer Betätigung (zum Beispiel bei Automatikgetrieben) können bei bestimmten Vorgängen bedingt durch Drehungleichförmigkeiten der Antriebsmaschine, durch Momentenschwankungen (Druckpulsationen) im Hydrauliksystem, etc. Triebstrangdrehschwingungen auftreten, die sich zumindest komfortvermindernd auswirken (Rütteln, Vibrationen oder dergleichen).
Aus der US 2007/0175725 A1 ist eine gattungsgemäße Lamellenkupplung mit einem äußeren Kupplungsgehäuse und einer zentralen Welle bekannt, zwischen denen alternierend geschichtete Reibringe und Kupplungslamellen axial verschieblich angeordnet sind. Die Reibscheiben sind dabei über Außenverzahnungen axial verschiebbar, jedoch in Umfangsrichtung formschlüssig geführt. Die Kupplungslamellen greifen über Innenverzahnungen axial verschieblich, jedoch formschlüssig in die abtreibende Welle ein.
Die JP 07-042757 A beschreibt eine Lamellenkupplung mit einer Federeinrichtung, die zwischen einer in die Welle eingreifende Kupplungslamelle und einer Ringschulter der Welle angeordnet ist.
Die US 6,116,397 A zeigt eine Lamellenkupplung mit Kupplungslamellen und Reibringen, die gegen einen im Gehäuse abgestützten Reibring gespannt werden. Zur Abstützung des Reibrings dient ein Schraubenbolzen mit einer Mutter.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lamellenkupplung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die mit konstruktiv einfachen Mitteln eine verbesserte, innere Dämpfung von Momenten- und Druckschwingungen aufweist.
Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in das Kupplungspaket (Reibringe und Kupplungslamellen) eine Federeinrichtung mit geringem Stellweg s und nur im Schlupfbereich wirksamer, innerer Federkraft integriert ist. Die Federeinrichtung kann exakt im Schlupfbereich der Kupplung mit dazu beitragen, dass in der Kupplung auftretende Schwingungen gedämpft bzw. eliminiert werden. Die Federeinrichtung, deren Stellweg s vordefiniert ist, beeinträchtigt weder das Lüftspiel zum ordnungsgemäßen Lösen der Kupplung, noch deren Momentenübertragung bei voll geschlossener Kupplung. Im letzteren Zustand ist die Federeinrichtung quasi blockiert und als innere Kraft ohne Wirkung.
Allgemeiner ausgedrückt kann die Federeinrichtung jedoch nicht nur im Schlupfbereich, sondern auch im Arbeitsbereich der Kupplung dazu beitragen, dass Axialschwingungen des Lamellenpakets sowie Schwingungen aufgrund von Druckpulsation gedämpft oder eliminiert werden.
Erfindungsgemäß ist die Federeinrichtung zwischen zwei unmittelbar benachbarten Reibringen angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Federeinrichtung durch zumindest eine zwischen zwei unmittelbar benachbarten Reibringen angeordnete Tellerfeder gebildet. Tellerfedern ermöglichen bei geringem Bauteilgewicht kurze, gezielt einstellbare Stellwege mit steil ansteigender Kraft-Weg-Kennlinie, wodurch eine kompakte, axial kurz bauende Konstruktion der Federeinrichtung möglich ist.
Eine besonders vorteilhafte Anpassung der Federeinrichtung an gegebene Momentenverhältnisse an der Lamellenkupplung wird erreicht, indem die Federeinrichtung aus mehreren, über den Umfang zweier unmittelbar benachbarter Reibringe angeordneter Tellerfedern kleineren Durchmessers besteht. Durch Abstimmung der Federkennzahl, der Geometrie und der Anzahl der Tellerfedern kann gezielt der erforderliche Wirkbereich eingestellt werden.
Dabei können die Tellerfedern in korrespondierende Ausnehmungen eines oder beider Reibringe der Lamellenkupplung eingesetzt und diese in axialer Richtung um den Stellweg s beabstandet halten. Dies vermeidet innere Anschläge in der Federeinrichtung und sichert zudem deren exakte Positionierung innerhalb der Reibscheiben.
Erfindungsgemäß ist einer der mit der Federeinrichtung zusammenwirkenden Reibringe in dem Kupplungsgehäuse axial abgestützt, womit neben einer günstigen, gut zugänglichen Montage eine steife Anbindung der Federeinrichtung an das Kupplungsgehäuse gegeben ist.
In einer vorteilhaften Auslegung der Federeinrichtung kann ferner der definierte Schlupfbereich bzw. die wirksame Federkraft der Federeinrichtung bei etwa der Hälfte der Anpresskraft bei vollständiger Drehmomentübertragung liegen. Zudem kann der Stellweg s der Federeinrichtung von deren Wirksamkeit bis zu deren Blockierung ca. 1/3 bis 1/2 des Kupplungsbetätigungswegs (ohne Lüftspiel) betragen.
Schließlich ist erfindungsgemäß die Federeinrichtung am Ende des Kupplungspakets am Momentenabtrieb des Antriebsaggregats angeordnet, um somit eine maximale Dämpfungswirkung gegenüber auftretenden Dreh- und Druckschwingungen im Antriebsstrang über die gesamte Lamellenkupplung zu bewirken.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 in skizzenhafter Darstellung die Anordnung einer Lamellenkupplung mit integrierter Federeinrichtung in einem Antriebsaggregat;
1a einen vergrößerten Ausschnitt aus der 1;
2 eine Grafik mit über den Kupplungsbetätigungsweg a aufgetragener Anpresskraft F der Lamellenkupplung bei deren Betätigung und den Wirkbereich der Federeinrichtung über den Stellweg s; und
3 einen teilweisen Längsschnitt durch die Lamellenkupplung mit integrierter Federeinrichtung, die sich aus mehreren, umfangsverteilten Tellerfedern zusammensetzt.
Die 1 zeigt in einer Übersichtsskizze ein Antriebsaggregat 10 für ein Kraftfahrzeug, das zum Beispiel durch ein automatisches Getriebe gebildet sein kann und das in einen nicht weiter dargestellten Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges in bekannter Weise eingeschaltet ist.
In dem Antriebsaggregat 10 ist eine hydraulisch betätigte Anfahrkupplung bzw. Lamellenkupplung 12 angeordnet, in die an der Momentenabtriebsseite 14 eine noch zu beschreibende Federeinrichtung 16 integriert ist, wie es in der 1a angedeutet ist.
Die 3 zeigt in einem Schnitt abschnittsweise die Lamellenkupplung 12, die, soweit nicht beschrieben, bekannter Bauart sein kann.
In dem topfförmigen, äußeren Gehäuse 18 der Lamellenkupplung 12 sind als Kupplungspaket mehrere, alternierend geschichtete Reibscheiben 20 und Kupplungslamellen 22 angeordnet, wobei die Reibscheiben 20 mit Außenverzahnungen in dem Gehäuse 18 axial verschiebbar, in Umfangsrichtung jedoch formschlüssig geführt sind. Die Kupplungslamellen 22 greifen über Innenverzahnungen in die abtreibende Welle 14 des Antriebsaggregats 10 axial verschieblich, in Umfangsrichtung jedoch formschlüssig ein.
Das angetriebene äußere Gehäuse 18 und die abtreibende Welle 14 der Lamellenkupplung 12 sind in dem Gehäuse des Antriebsaggregats 10 drehbar gelagert (nicht dargestellt).
Über ein Hydrauliksystem (nicht dargestellt) können die Kupplungslamellen 22 und die Reibscheiben 20 mit einer Anpresskraft F gegen eine über einen Sicherungsring 24 im Gehäuse 18 axial abgestützte Reibscheibe 26 gespannt werden.
Zwischen der abtriebsseitig letzten Reibscheibe 20 und der über den Sicherungsring 24 festgesetzten Reibscheibe 26 ist die Federeinrichtung 16 angeordnet, die sich aus mehreren, über den Umfang der Reibscheibe 26 verteilten, ringförmigen Tellerfedern 28 zusammensetzt.
Die Tellerfedern 28 sind dabei in durch Sacklochbohrungen gebildete Ausnehmungen 26a der Reibscheibe 26 eingesetzt, wobei sie im entspannten Zustand die Reibscheibe 26 um das Maß s überragen bzw. die axial benachbarte Reibscheibe 20 in definierter Lage halten. Gegebenenfalls können auch in die korrespondierende Reibscheibe 20 Ausnehmungen 26a eingearbeitet sein.
Bei Beaufschlagung des Kupplungspakets 20, 22 mit der Anpresskraft F werden die Tellerfedern 28 verformt, bis die Reibscheibe 20 an der festgesetzten Reibscheibe 26 anliegt. Mit weiter steigendem Anpressdruck F ist die Federeinrichtung 16 blockiert bzw. bildet nur noch eine innere Kraft ohne Dämpfungswirkung.
Die 2 zeigt in einer Kraft-Weg-Kennlinie 30 eine bevorzugte Auslegung der Federeinrichtung 16 bzw. einen durch die Anzahl, Geometrie und Federkennlinien bestimmten Wirkbereich, in dem die Federeinrichtung 16 Momenten- und Druckschwingungen dämpft.
Zum Beispiel beim Anfahren des Kraftfahrzeugs wird über die hydraulische Kupplungsbetätigung nach Überfahren des Lüftspiels (F = 0) eine Anpresskraft F (in kN) entsprechend der Kennlinie 30 ausgeübt.
Mit dem Ansteigen der Anpresskraft F kommt im Schlupfbereich (schräg schraffierter Bereich) die Federeinrichtung 16 zur Wirkung, die in der Lamellenkupplung 12 gegebenenfalls auftretende Momentenschwankungen ausgleicht bzw. dämpft und somit in diesem Bereich Triebstrangvibrationen, etc. vermeidet.
Die Auslegung ist dabei bevorzugt so, dass der definierte Schlupfbereich s bzw. die wirksame Federkraft der Federeinrichtung 16 bei etwa der Hälfte der Anpresskraft F bei vollständiger Drehmomentübertragung (Spitze der Kennlinie 30) liegt. Des Weiteren ist der Stellweg s der Federeinrichtung 16 von deren Wirksamkeit bis zu deren Blockierung ca. 1/3 bis 1/2 des Kupplungsbetätigungswegs a (ohne Lüftspiel).
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann anstelle der im Durchmesser relativ kleinen Tellerfedern 28 mit definierter Anzahl auch eine einzige, zentral angeordnete Tellerfeder vorgesehen sein, die ebenfalls zwischen der in der 2 rechten Reibscheibe 20 und der axial festgesetzten Reibscheibe 26 angeordnet ist.
Die Tellerfedern 28 können gegebenenfalls auch an anderer Stelle in der Lamellenkupplung 12 angeordnet sein.
Es sei bemerkt, dass die Reibscheibe 26 in ihrer Funktion eigentlich keine Reibscheibe (wie die Reibscheiben 20) ist, da sie nicht in direktem Kontakt mit einer Kupplungslamelle 22 ist. Dennoch kann sie nahezu baugleich zu den Reibscheiben 20 ausgeführt sein, zum Beispiel mit entsprechender Außenverzahnung.
Hervorzuheben ist, dass die axial festgesetzte Reibscheibe 26 und die benachbarte Reibscheibe 20 ohne Drehzahldifferenz nur in Axialrichtung verlagerbar sind. Dadurch wird die zwischengeordnete Federeinrichtung 16 nicht mit einer Differenzdrehzahl beaufschlagt. In Abgrenzung dazu würde bei einer Anordnung im Lamellenpaket 20, 22 die Federeinrichtung 16 mit Differenzdrehzahlen beaufschlagt, wodurch es zu einem Verschleiß der Federeinrichtung 16 kommt.

Claims

Lamellenkupplung für ein Antriebsaggregat (10) eines Kraftfahrzeuges, mit einem äußeren, trommelförmigen Kupplungsgehäuse (18) und einer zentralen Welle (14), zwischen denen alternierend geschichtete Reibringe (20) und Kupplungslamellen (22) axial verschieblich angeordnet, wobei die Reibringe (20) mit Außenverzahnungen in dem Kupplungsgehäuse (18) axial verschiebbar, in Umfangsrichtung jedoch formschlüssig geführt sind und die Kupplungslamellen (22) über Innenverzahnungen in die abtreibende Welle (14) des Antriebsaggregats (10) axial verschieblich, in Umfangsrichtung jedoch formschlüssig eingreifen, und die Kupplungslamellen (22) und die Reibringe (20) mit einer Anpresskraft (F) gegen einen über einen Sicherungsring (24) im Gehäuse (18) axial abgestützten Reibring (26) gespannt werden und mit steigendem Anpressdruck bis hin zur vollständigen Drehmomentübertragung beaufschlagbar sind, wobei mit beginnender Drehmomentübertragung ein Schlupfbereich definiert ist, und in das Kupplungspaket aus Reibringen (20) und Kupplungslamellen (22) eine Federeinrichtung (16) mit einem Stellweg (s) und nur im Schlupfbereich wirksamer Federkraft integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem im Kupplungsgehäuse (18) axial abgestützten Reibring (26) ein Reibring (20) unmittelbar benachbart angeordnet ist, und dass die Federeinrichtung (16) zwischen den beiden unmittelbar benachbarten Reibringen (20, 26) angeordnet ist und dass die Federeinrichtung (16) am Ende des Kupplungspakets (20, 22) am Momentenabtrieb (14) des Antriebsaggregats (10) angeordnet ist.
Lamellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (16) durch zumindest eine Tellerfeder (28) gebildet ist.
Lamellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (16) aus mehreren, über den Umfang der beiden unmittelbar benachbarten Reibringe (20, 26) angeordneter Tellerfedern (28) kleineren Durchmessers besteht.
Lamellenkupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Tellerfeder (28) in eine korrespondierende Ausnehmung (26a) eines oder beider Reibringe (20, 26) eingesetzt ist und/oder die Federeinrichtung (16) die Reibringe in axialer Richtung in Position hält.
Lamellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Federkraft der Federeinrichtung (16) bei der Hälfte der Anpresskraft (F) bei vollständiger Drehmomentübertragung liegt.
Lamellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellweg (s) der Federeinrichtung (16) von deren Wirksamkeit bis zu deren Blockierung ca. 1/3 bis 1/2 des Kupplungsbetätigungswegs (a) (ohne Lüftspiel) beträgt.
Lamellenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Beaufschlagung des Kupplungspakets (20, 22) mit der Anpresskraft (F) die Federeinrichtung (16) verformbar ist, bis die Reibscheibe (20) in Anlage mit der axial festgesetzten Reibscheibe (26) kommt.