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GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine sinusförmig geformte Reibungsplatte für eine Nassreibungskupplung.
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HINTERGRUND
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Nassreibungskupplungen oder korrekter Nassreibungskupplungssätze, die mehrere erste Reibungsplatten oder -scheiben umfassen, die mit mehreren zweiten dickeren Reaktionsplatten oder -scheiben ineinandergreifen, die mit jeweiligen Eingangs- und Ausgangselementen verbunden sind, sind fast universelle Komponenten von modernen Mehrplanetengetriebe-Kraftfahrzeug-Automatikgetrieben. Die Aktivierung oder Lösung einer oder typischerweise mehr als einer solchen Kupplung in einer vorbestimmten Reihenfolge bringt das Getriebe in Stufen durch Hochschalt- und Herunterschaltvorgänge.
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Während eines solchen Vorgangs werden häufig Nassreibungskupplungen relativ hohen Differenzdrehzahlen, d. h. Eingangs- zu Ausgangsdrehzahlen, ausgesetzt. Bei bestimmten Kupplungen und bestimmten Anwendungen wurden drastisch erhöhte Drehverluste beobachtet, wenn die Differenzdrehzahl über einen bestimmten Betrag hinaus zunimmt. Diese nicht-lineare Drehverlusterhöhung wurde Instabilitäten der rotierenden Reibungsplatten zugeschrieben, die sich aus dem gyroskopischen Taumeln der Platten ergeben.
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Die Verwendung von Kernplatten mit einem flachen sinusförmigen Umfangsprofil ist der Stand der Technik für die Drehverlustverringerung bei niedrigen relativen Drehzahlen (Differenzdrehzahlen). Es wird jedoch angenommen, dass diese Methode bei hohen relativen Drehzahlen unzulänglich ist, da die sinusförmige Geometrie im Wesentlichen dem ersten Verformungsmodus der Platten entspricht.
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Es gab viele weitere vorgeschlagene Lösungen für dieses Problem, die alle zu anderen Ineffizienzen oder Schwierigkeiten führen.
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Die vorliegende Erfindung ist auf eine verbesserte Reibungskupplungskonfiguration gerichtet, die Instabilitäten und Drehverluste bei hoher Differenzdrehzahl verringert.
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Die Druckschriften
JP 2003-329 060 A und
DE 10 2012 013 171 A1 beschreiben herkömmliche sinusförmig geformte Reibungsplatten für Nassreibungskupplung. Die Druckschrift
DE 10 2012 013 171 A1 wurde erst nach dem Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung offengelegt.
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Die Druckschrift
US 2010/0 044 179 A1 offenbarten einen Reibungskupplungssatz, der mehrere Reaktionsplatten und mehrere Reibungsplatten aufweist. Die Reibungsplatten definieren mehrere Sinuswellen, die sich derart erstrecken, dass eine Wellenfront einer jeweiligen Sinuswelle mit einer die Wellenfront schneidenden Radiuslinie der jeweiligen Reibungsplatte einen Winkel bildet. Nachteilig an dem in der Druckschrift
US 2010/0 044 179 A1 offenbarten Reibungskupplungssatz ist, dass dieser Reibungskupplungssatz bei hohen Drehzahlen Drehzahlverluste aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein erfindungsgemäßer Reibungskupplungssatz mit einem verringerten Drehverlust bei hoher Drehzahl umfasst eine innere Nabe mit einer äußeren Oberfläche, die mehrere sich axial erstreckende Außenkeile definiert, ein äußeres Element mit einer inneren Oberfläche, die mehrere sich axial erstreckende Innenkeile definiert, mehrere Reaktionsplatten mit mehreren Innenkeilen, die zu den mehreren Außenkeilen komplementär sind und mit diesen in Eingriff stehen, und mehrere Reibungsplatten mit entgegengesetzten Oberflächen und mit einem Reibungsmaterial, das auf den Oberflächen angeordnet ist. Die Reibungsplatten definieren mehrere Sinuswellen, die sich derart erstrecken, dass eine Wellenfront einer jeweiligen Sinuswelle mit einer die Wellenfront schneidenden Radiuslinie der jeweiligen Reibungsplatte einen Winkel von 45° bildet. Ferner ist die innere Nabe ein Hohlrad einer Planetengetriebeanordnung und das äußere Element ist ein Planetenradträger der Planetengetriebeanordnung.
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Ein Reibungskupplungssatz gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine verbesserte Stabilität bei hoher Differenzdrehzahl und verringerte Drehverluste auf.
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ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Schnittansicht eines Abschnitts eines Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes mit einem Nassreibungskupplungssatz und einem Operator, das die vorliegende Erfindung beinhaltet;
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2 ist eine Draufsicht einer Reibungsplatte des Standes der Technik mit Sinuswellen, die auf geometrische Achsen, d. h. Radiuslinien, der Platte ausgerichtet sind;
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3 ist eine Seitenaufrissansicht der vorderen Hälfte einer Reibungsplatte des Standes der Technik mit Sinuswellen, die auf geometrische Achsen, d. h. Radiuslinien, der Platte ausgerichtet sind;
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4 ist eine vergrößerte, vollständige Schnittansicht einer Reibungsplatte des Standes der Technik mit Sinuswellen, die auf geometrische Achsen, d. h. Radiuslinien, der Platte ausgerichtet sind, entlang der Linie 4-4 von 2;
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5 ist eine Draufsicht einer Reibungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung mit im Winkel versetzten oder schräg orientierten Sinuswellen;
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6 ist eine Seitenaufrissansicht einer Reibungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung mit im Winkel versetzten oder schräg orientierten Sinuswellen; und
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7 ist eine vergrößerte, vollständige Schnittansicht einer Reibungsplatte gemäß der vorliegenden Erfindung mit im Winkel versetzten oder schräg orientierten Sinuswellen entlang der Linie 7-7 von 5.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In 1 ist ein Abschnitt eines Kraftfahrzeug-Automatikgetriebes dargestellt und im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Automatikgetriebe 10 umfasst typischerweise mehrere verschachtelte, konzentrische Wellen und Hohlwellen, von denen eine, eine erste Hohlwelle 12, in 1 dargestellt ist, mehrere Planetengetriebeanordnungen, von denen eine, eine erste Planetengetriebeanordnung 20, in 1 dargestellt ist, und mehrere Reibungskupplungssatzanordnungen, von denen eine, eine erste Reibungskupplungssatzanordnung 40, auch in 1 dargestellt ist. Die erste Hohlwelle 12 ist durch miteinander in Eingriff stehende Außen- und Innenkeile 14 mit einer stationären oder rotierenden Antriebsplatte oder -scheibe 16 gekoppelt und definiert ein Sonnenrad 22 der ersten Planetengetriebeanordnung 20. Die erste Planetengetriebeanordnung 20 umfasst auch einen Planetenradträger 24, der eine Vielzahl von Wellen 26 (von denen eine in 1 dargestellt ist) abstützt, die wiederum eine gleiche Vielzahl von Nadellageranordnungen 28 und eine jeweilige Vielzahl von Planetenrädern 32 (wobei eines von beiden in 1 dargestellt ist) abstützen. Die Planetenräder 32 stehen in ständiger Verzahnung mit dem Sonnenrad 22 und einem Hohlrad 34. Das Hohlrad 34 ist an einem benachbarten kreisförmigen Element 36 des Getriebes 10 befestigt, das ein Antriebselement, ein Abtriebselement oder ein stationäres Element sein kann.
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Die eben beschriebene Planetengetriebeanordnung 20 ist eine einfache Planetengetriebeanordnung (mit einem einzelnen Planetenrad 32 zwischen dem Sonnenrad 22 und dem Hohlrad 34). Es sollte erkannt werden, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung damit begrenzt ist und dass eine Verbund-Planetengetriebeanordnung (mit Paaren von Planetenrädern zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad) auch gänzlich für die Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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Die Reibungskupplungssatzanordnung 40 ist außerhalb und im Allgemeinen in radialer Ausrichtung auf die erste Planetengetriebeanordnung 20 angeordnet. Die äußere Oberfläche des Hohlrades 34 umfasst Außenkeile 42, die mit komplementären Innenkeilen 44 an mehreren Reaktionsplatten 46 in Eingriff stehen. Die Reaktionsplatten 46 und mehrere Reibungsplatten oder -scheiben 48 greifen ineinander. Die Reibungsplatten oder -scheiben 48, die häufig als Kern bezeichnet werden, da ein Reibungsmaterial im Allgemeinen an einer oder beiden Oberflächen oder Flächen davon befestigt ist, umfassen Außenkeile 52, die mit komplementären Innenkeilen 54 an der inneren Oberfläche eines sich axial erstreckenden Flanschs oder Absatzes 56 des Planetenradträgers 24 in Eingriff stehen. Wie in 5 am besten dargestellt, umfassen die Reibungsplatten oder -scheiben 48 einen Ring oder ein Band aus Reibungsmaterial 58 auf jeder Fläche oder Oberfläche.
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Selbstverständlich können im Hinblick auf die mehreren Reaktionsplatten 46 mit einem kleineren Durchmesser und inneren Keilen (Innenkeilen) 44 und die mehreren ineinandergreifenden Reibungsplatten oder -scheiben 48 mit einem etwas größeren Durchmesser mit äußeren Keilen (Außenkeilen) 52, die direkt vorstehend beschrieben sind, die relativen Durchmesser und Stellen der Keile vertauscht werden, so dass die Reaktionsplatten einen größeren Durchmesser und äußere Keile (Außenkeile) aufweisen, die mit einem Absatz oder einem Gehäuse in Eingriff stehen, und die Reibungsplatten oder -scheiben einen kleineren Durchmesser und innere Keile (Innenkeile) aufweisen, die mit einem Zahnrad, einer Welle oder einer Nabe in Eingriff stehen.
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An einem Ende der ineinandergreifenden Reaktionsplatten 46 und Kupplungsplatten 48, am linken Ende in 1 (benachbart zur Wand des Planetenradträgers 24), befindet sich eine kreisförmige Unterstützungsplatte 62, gegen die die Platten 46 und 48 gepresst werden. Am entgegengesetzten Ende der ineinandergreifenden Platten 46 und 48 rechts in 1 befindet sich eine Anwendungsplatte 64, die in der Position durch einen Sicherungsring 66 oder eine ähnliche Komponente festgehalten wird. Die Anwendungsplatte 64 bringt gleichmäßig eine Druckkraft auf die ineinandergreifenden Kupplungsplatten 46 und 48 auf, die beispielsweise durch einen hydraulischen oder elektrischen Operator 68 erzeugt wird, die durch ein Axiallager 69 auf die Anwendungsplatte 64 übertragen wird.
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In den 2, 3 und 4 ist eine Reibungsplatte oder -scheibe 70 des Standes der Technik dargestellt. Die Reibungsplatte oder -scheibe 70 gemäß der vorherigen Praxis umfasst Sinuskurven oder -wellen 72, die sich auf die geometrischen Achsen der Scheibe, das heißt auf Radiuslinien, ausrichten. Die Reibungsplatte oder -scheibe 70 des Standes der Technik umfasst typischerweise ein Reibungsmaterial 74 auf beiden Flächen und Außenkeile 76 um ihren Umfang. Die Ansicht auf die Kante von 3 verdeutlicht, dass die Anordnung der Sinuswellen oder -kurven 72 der Reibungsplatte oder -scheibe 70 des Standes der Technik wie jene einer herkömmlichen Wellenscheibe ist. 4 stellt auch diese Orientierung der Wellen 72 in der Reibungsplatte oder -scheibe 70 des Standes der Technik dar, wobei eine radiale Schnittebene, die Linie 4-4 von 2, aufzeigt, dass die verlagerte oder versetzte Welle 72 in einem im Wesentlichen konstanten axialen Versatz von der nominalen Ebene 78 der Platte oder Scheibe 70 entlang einer Radiuslinie liegt.
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Es sollte erkannt werden, dass der Umfang des axialen Versatzes, das heißt die Höhe der Sinuswellen oder -kurven 72, für Zwecke der Erläuterung in den vorangehenden Zeichnungsfiguren übertrieben wurde.
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Wie vorstehend angegeben, entspricht leider diese herkömmliche Anordnung des Standes der Technik der Sinuswellen oder -kurven 72 im Wesentlichen der ersten Mode einer strukturelle Vibration und Verformung in der Platte oder Scheibe 70 des Standes der Technik, wobei die Resonanzfrequenz erster Ordnung der Platte oder Scheibe 70 angeregt wird, und dies folglich das Problem der Reibungsplattenverformung und des erhöhten Widerstandes bei hohen Differenzdrehzahlen vielmehr verschlimmert als behebt oder verringert.
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In den 5, 6 und 7 ist die Reibungsplatte oder -scheibe 48 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier sind die Sinuswellen oder -kurven 82 relativ zu Radiuslinien im Winkel versetzt oder schräg orientiert. Wie in 6 dargestellt, richten sich folglich die Wellen oder Kurven 82 nicht auf radiale Linien aus. Im Hinblick auf 7 ist die schräge oder Winkelorientierung der Schnittebene 7-7 in 5 zu beachten, die in einer Weise ähnlich zu 4 die axial verlagerte oder versetzte Welle 82 in einem im Wesentlichen konstanten Abstand von der nominalen Ebene 84 der Platte oder Scheibe 48 darstellt. Wiederum sollte erkannt werden, dass der Umfang des axialen Versatzes, das heißt die Höhe der Sinuswellen oder -kurven 82 für Erläuterungszwecke in 6 und 7 übertrieben wurde.
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Der Winkel des Versatzes der Sinuswellen oder -kurven 82 in 5, 6 und 7 ist 45°. Die Anzahl von Sinuswellen oder -kurven 82 kann größer oder geringer als die in 5, 6 und 7 dargestellten vier sein. Drei, fünf, sechs, acht, zehn oder zwölf Wellen oder Kurven 82 können beispielsweise in einer Platte oder Scheibe 48 ausgebildet werden. Typischerweise werden kleinere Zahlen von Wellen oder Kurven 82 bei Platten oder Scheiben 48 mit relativ kleinerem Durchmesser verwendet und größere Zahlen oder Kurven 82 werden bei Platten oder Scheiben 48 mit relativ größerem Durchmesser verwendet.
