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Die Erfindung betrifft eine Reibkupplung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine nass laufende Ein- oder Mehrscheiben-Reibkupplung zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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In einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs sind ein Antriebsmotor und ein Getriebe mittels einer Reibkupplung drehmomentschlüssig miteinander verbunden. Die Reibkupplung kann ein- und ausgerückt werden, um den Drehmomentschluss zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe herzustellen bzw. zu unterbrechen. Dazu umfasst die Reibkupplung einen Eingangsflansch und einen Ausgangsflansch, die mit dem Antriebsmotor bzw. mit dem Getriebe verbunden sind. Einer der Flansche umfasst einen Reibbelag, der auf einem Umfang um eine Drehachse der Flansche angebracht ist. Eine Einrückeinrichtung ist dazu eingerichtet, die Flansche in axialer Richtung aneinander zu pressen, sodass ein Reibschluss zwischen dem Reibbelag und dem gegenüberliegenden Flansch entsteht, um einen Drehmomentfluss zwischen dem Eingangsflansch und dem Ausgangsflansch herzustellen.
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Um eine Leistungsfähigkeit der Reibkupplung sicherzustellen, muss Wärme, die insbesondere als Reibungswärme im Bereich der beiden Flansche und des Reibbelags anfallen kann, geeignet verteilt bzw. abtransportiert werden. Dazu kann die Reibkupplung in einem Ölbad laufen, wobei das Öl gezielt in den Bereich des Reibbelags gefördert werden kann, um dort kühlend zu wirken.
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WO 2007 079 713 A2 zeigt einen hydrodynamischen Wandler mit einer Kupplung der beschriebenen Art und einer Zwangs-Ölführung. Ein Ölfluss im Bereich hydrodynamischer Elemente des Wandlers wird gezielt zum Bereich des Reibelements geleitet, um dort kühlend zu wirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kupplung der beschriebenen Art resistenter gegenüber einer Wärmebelastung zu machen, ohne viel axialen Bauraum zu beanspruchen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Kupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine erfindungsgemäße Kupplung zum Betrieb in einem Flüssigkeitsbad umfasst einen Flansch und einen Kolben, die um eine Drehachse drehbar gelagert sind. Die Kupplung umfasst ferner eine Einrückeinrichtung zum axialen Anpressen des Kolbens und des Flanschs aneinander, um einen Drehmomentschluss zwischen dem Flansch und dem Kolben herzustellen. Der Kolben umfasst ein erstes und ein zweites Blech, zwischen denen ein radialer Kanal zum Durchfluss von Flüssigkeit gebildet ist. Dabei sind die Bleche außerhalb des Kanals intermetallisch miteinander verbunden.
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Durch den im Flansch verlaufenden Kanal kann die Wärmekapazität des Kolbens erhöht sein. Der radial verlaufende Kanal kann auf die Flüssigkeit eine Förderwirkung ausüben, sodass ein Strom von Flüssigkeit durch den Kanal am Kolben spülen und Wärme von ihm aufnehmen kann. Durch die integrierte Ausführung des Kanals im Kolben kann die Kupplung insbesondere in axialer Richtung kompakt ausgeführt sein. Durch die Verwendung zweier Bleche zur Bildung des Kanals kann der Kolben kostengünstig herstellbar sein. Zudem können Fertigungswerkzeuge verwendet werden, die üblicher Weise für andere Bleche im Bereich der Kupplung bereits erforderlich sind. Außerdem kann so eine Führung des Kanals entlang beliebiger Kurven erleichtert sein. Die intermetallische Verbindung kann eine gute Wärmeleitfähigkeit sicherstellen. Die Bleche können beispielsweise flächig miteinander verlötet oder verschweißt werden. Dazu kann beispielsweise ein Reibschweiß- oder Widerstandsschweiß-Verfahren angewandt werden.
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Eines der Bleche kann eine radiale Sicke tragen, wobei der Kanal einseitig durch die Sicke begrenzt ist. Die Sicke kann einfach und kostengünstig in eines der Bleche eingebracht werden. Dabei kann die Sicke alternativ in das Blech, welches dem Reibelement zugewandt ist, oder in das Blech, welches dem Reibelement abgewandt ist, eingebracht sein. Es können auch beide Bleche mit Sicken versehen sein, um den Kanal zu bilden.
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Es ist bevorzugt, dass nur eines der Bleche eine Sicke trägt und das andere im Bereich des Kanals eben ist. Ein Herstellungsaufwand für das ebene Blech kann dadurch verringert sein. Außerdem kann es dadurch einfacher sein, die Bleche so zu formen, dass das dem Reibelement zugewandte Blech im Bereich des Reibelements eine glatte Oberfläche aufweist.
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In einer Ausführungsform ist axial zwischen dem ersten Blech und dem zweiten Blech ein drittes Blech angeordnet und das dritte Blech ist in axialer Richtung uneben, so dass der Kanal zwischen dem ersten Blech und dem dritten Blech und/oder zwischen dem zweiten Blech und dem dritten Blech gebildet ist. Dabei können sowohl das erste als auch das zweite Blech uneben sein, um die Bildung des Kanals zu unterstützen, oder nicht.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist der Kanal entlang seiner Erstreckungsrichtung einen konstanten Querschnitt auf. Eine Förderwirkung des Kanals auf die Flüssigkeit aufgrund von Fliehkräften kann dadurch unterstützt sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Einrückeinrichtung einen hydraulischen Druckraum, in welchem der Kolben beweglich aufgenommen ist. So können die Vorteile einer hydraulischen Kupplungsbetätigung mit denen des Kanals im Kolben kombiniert werden. Die hydraulische Flüssigkeit zur Betätigung der Einrückeinrichtung kann mit der des Flüssigkeitsbads identisch sein, so dass eine integrierte Verteilung der Flüssigkeit unterstützt werden und Leckagen zwischen einem Druckkanal und einem Kühlkanal beabsichtigt sein können.
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In einer Ausführungsform umfasst die Kupplung eine Eingangsseite zur Verbindung mit einem Antriebsmotor, wobei der Kolben mit der Eingangsseite verbunden ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Kolben sich auch dann in Drehung befindet, wenn der Drehmomentschluss durch die Kupplung unterbrochen ist. Die Pumpwirkung des radial verlaufenden Kanals auf die Flüssigkeit kann dadurch aufrecht erhalten werden, sodass auch in diesem Betriebszustand der Kolben ausreichend gekühlt wird.
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Bevorzugter Weise ist eine radiale Außenseite des Kanals dazu eingerichtet, einen Übertritt der Flüssigkeit in den Bereich des Reibelements zu erlauben. Dazu können beispielsweise eine Spritzdüse oder ein Leitelement im Bereich des Kanalendes ausgebildet sein. Dadurch können auch das Reibelement und gegebenenfalls der Flansch durch den Flüssigkeitsstrom gekühlt werden. Insbesondere dann, wenn in axialer Richtung mehrere Reibpartner angeordnet sind, die abwechselnd mit dem Flansch und dem Kolben verbunden sind, kann so auch eine Kühlung von axial weiter entfernt liegenden Reibpartnern unterstützt werden.
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Bevorzugter Weise umfasst der Kolben eine Vielzahl radial verlaufender Kanäle, die über einen Umfang um die Drehachse gleichmäßig verteilt sind. Dadurch kann der Kolben verbessert gleichmäßig gekühlt werden, sodass beispielsweise ein Temperaturverzug minimiert werden kann.
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Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genau beschrieben werden, in denen:
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1 einen schematischen Halbschnitt durch eine Kupplung;
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2 einen Abschnitt der Kupplung von 1;
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3 eine Seitenansicht eines Abschnitts der Kupplung von 1;
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4 den Abschnitt von 3 in einer weiteren Ausführungsform;
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5 eine Draufsicht auf ein erstes Blech, und
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6 eine Draufsicht auf ein zweites Blech für die Kupplung von 1 darstellt.
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1 zeigt eine Kupplung 100 in einem schematischen Halbschnitt. Um eine Drehachse 105 sind eine Eingangsseite 110 und eine Ausgangsseite 115 drehbar angeordnet. Die Eingangsseite 110 ist zur Verbindung mit einem Antriebsmotor und die Ausgangsseite 115 zur Verbindung mit einem Getriebe oder einem anderen Kraft übertragenden Bauteil eingerichtet. In exemplarischer Weise ist die dargestellte Eingangsseite 110 als Gehäuse ausgebildet, welches weitere Komponenten der Kupplung 100 sowie eine hydraulische Flüssigkeit 120 aufnimmt. Ebenfalls in exemplarischer Weise umfasst die Ausgangsseite 115 einen optionalen Schwingungsdämpfer 125.
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Ferner umfasst die Kupplung 100 einen Flansch 130 und einen Kolben 135. Der Flansch 130 und der Kolben 135 ist mit je einer der Seiten 110 und 115 drehstabil verbunden, wobei in der Darstellung von 1 der Flansch 130 mit der Ausgangsseite 115 und der Kolben 135 mit der Eingangsseite 110 verbunden ist. Der Flansch 130 und der Kolben 135 sind axial bezüglich der Drehachse 105 versetzt angeordnet. Auf einem Umfang um die Drehachse 105 ist zwischen dem Flansch 130 und dem Kolben 135 optional ein Reibelement 140 angeordnet, das mit dem Flansch 130 oder dem Kolben 135 fest verbunden ist und als Verschleißteil ausgebildet sein kann. Es können auch zwei Reibelemente 140 vorgesehen sein, von denen eines am Flansch 130 und das andere am Kolben 135 angebracht ist. In einer weiteren Ausführungsform können der Flansch 130 und der Kolben 135 noch weitere Elemente umfassen, die in einem Stapel in axialer Richtung abwechselnd angeordnet sind. Dabei ist zwischen zwei Elementen, die nicht mit dem gleichen Element verbunden sind, bevorzugterweise jeweils wenigstens ein Reibelement 140 angeordnet, das fest an einem der Elemente angebracht ist. In der Darstellung von 1 ist ein optionales, weiteres Reibelement 140 zwischen dem Kolben 130 und dem Gehäuse der Eingangsseite 110 vorgesehen.
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Um zwischen der Eingangsseite 110 und der Ausgangsseite 115 bzw. zwischen dem Flansch 130 und dem Kolben 135 ein Drehmoment zu übermitteln, ist eine Einrückeinrichtung 145 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, den Flansch 130 und den Kolben 135 im Bereich des Reibelements 140 axial aneinander zu pressen. In exemplarischer Weise erfolgt in der Darstellung von 1 die Betätigung der Einrückeinrichtung 145 auf hydraulische Weise. Dazu ist ein hydraulischer Druckraum 150 vorgesehen, in welchem der Kolben 135 axial beweglich aufgenommen ist. Wird der hydraulische Druck im Druckraum 150 erhöht, so wird der Kolben 135 axial nach links gepresst, sodass das Reibelement 140 axial zwischen dem Flansch 130 und dem Kolben 135 zusammengepresst wird. Eine umgekehrte Anordnung, bei der der Reibschluss aufgehoben ist, wenn der hydraulische Druck erhöht ist, ist ebenfalls möglich.
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Der Kolben 135 umfasst einen radial verlaufenden Kanal 155, der dazu eingerichtet ist, einen Strom hydraulischer Flüssigkeit 120 von einem radialen inneren zu einem radialen äußeren Bereich der Kupplung 100 zu ermöglichen. Bevorzugter Weise endet der radiale Kanal 155 radial außen im Bereich des Reibelements 140. An dieser Stelle können eine Düse oder ein Leitelement zur kontrollierten Verteilung austretender Flüssigkeit angeordnet sein. Wird der Kolben 135 um die Drehachse 105 gedreht, so wird hydraulische Flüssigkeit 120, die sich im Bereich des radial inneren Endes des Kanals 155 befindet, durch die Fliehkraft durch den Kanal 155 bis radialen äußeren Ende beschleunigt. Von dort gelangt die hydraulische Flüssigkeit 120 am Reibelement 140 entlang in radialer Richtung zurück. Auf diese Weise kann ein Kreislauf von Flüssigkeit 120 bewirkt sein, der den Flansch 130 und den Kolben 135 sowie das Reibelement 140 kühlt. In einer anderen Ausführungsform kann einer Pumpe zur Unterstützung des Stroms der hydraulischen Flüssigkeit 120 durch den Kanal 155 radial nach außen bereitgestellt sein. Der hydraulische Kreislauf kann ein Element zur Abführung von Wärme aus der Flüssigkeit 120 umfassen, insbesondere einen Wärmetauscher.
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Der beschriebene Flüssigkeitskreislauf kann anhand der Darstellung von 2 noch besser nachvollzogen werden. 2 zeigt einen Abschnitt der Kupplung 100 aus 1, wobei lediglich der Kolben 135 dargestellt ist. In einer Ausführungsform ist der Kolben 135 einstückig ausgeführt und der radiale Kanal 155 beispielsweise durch eine radiale Bohrung in den Kolben 135 eingebracht. Dabei kann der Kolben 135 beispielsweise aus Vollmaterial gearbeitet sein, oder aus Sinter- oder Gussteil hergestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Kolben 135 jedoch ein erstes Blech 205 und ein zweites Blech 210, die axial versetzt angeordnet und miteinander verbunden sind. Eine solche Anordnung, in welcher der Kanal 155 zwischen den Blechen 205 und 210 gebildet ist, wird auch Sandwich-Anordnung genannt. Der Kanal 155 zwischen den Blechen 205 und 210 ist dadurch gebildet, dass wenigstens eines der Bleche 205, 210 eine entsprechende Vertiefung aufweist. Bevorzugter Weise ist die Vertiefung in Form einer Sicke 220 gebildet. Dabei sind unterschiedliche Kombinationen möglich. Der Kanal 155 kann durch zwei Sicken 220 in den Blechen 205 und 210 oder durch eine Sicke 220 und ein gerades Blech 205, 210 begrenzt sein. In der dargestellten Ausführungsform ist die Vertiefung bzw. Sicke 220 im zweiten Blech 210 eingebracht, während das erste Blech 205 im Bereich des Kanals 155 eben ist. Bevorzugter Weise ist das erste Blech 205 auch außerhalb eines Bereichs des Kanals 155 eben. Insbesondere ins bevorzugt, dass das Blech 205 dem Reibelement 140 zugewandt ist und zumindest im Bereich des Reibelements 140 eben ist. In einer Ausführungsform kann das erste Blech 205 radial innerhalb des Reibelements 140 trotzdem eine Vertiefung bzw. Sicke 220 tragen.
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Die beiden Bleche 205, 210 sind bevorzugter Weise intermetallisch miteinander verbunden, um eine hohe Festigkeit und eine hohe Wärmeleitfähigkeit sicherzustellen. Die Bleche 205, 210 können beispielsweise miteinander verlötet oder verschweißt sein. Das Schweißen kann beispielsweise durch Reibschweißen oder Widerstandsschweißen erfolgen. Bevorzugter Weise ist die Verbindung zwischen den Blechen 205 und 210 flächig. Das heißt, dass die Bleche 205 und 210 außerhalb eines Bereichs des Kanals 155 an möglichst großen Oberflächen miteinander verbunden sind.
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3 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts der Kupplung von 1. Die Ansicht erfolgt aus einer Ansicht, die bezüglich der von 2 um 90 Grad um die Drehachse 105 versetzt ist. Dem Betrachter zugewandt ist ein radial äußeres Ende eines Kanals 155. Der Kanal 155 ist zwischen dem ersten Blech 205 und dem zweiten Blech 210 gebildet. Dabei ist in der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform das erste Blech 205 im Bereich des Kanals 155 eben, während das zweite Blech 210 eine Sicke 220 trägt. Die Strömungsrichtung des Kanals 155 verläuft radial nach außen, das heißt, auf den Betrachter zu.
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4 zeigt den Abschnitt von 3 in einer weiteren Ausführungsform. Hier sind die Bleche 205 und 210 beide plan und zwischen ihnen ist ein drittes Blech 215 angeordnet, welches einseitig oder bevorzugt zweiseitig Sicken 220 trägt, um den Kanal 155 zwischen dem ersten Blech und dem dritten Blech 215 bzw. zwischen dem dritten Blech 215 und dem zweiten Blech 210 zu bilden. Das dritte Blech 215 kann beispielsweise in axialer Richtung gewellt sein. Dabei können die Wellen beliebig geformt sein, beispielsweise radial gerade oder spiralförmig. Bei Verwendung des dritten Blechs 215 erfolgt die Verbindung des dritten Blechs 215 mit dem ersten Blech 205 und dem zweiten Blech 210 bevorzugt ebenfalls intermetallisch, wie oben beschrieben wurde. In einer weiteren Ausführungsform können auch eines oder beide Bleche 205, 210 eine axiale Vertiefung bzw. Sicke 220 im Bereich des Kanals 155 tragen.
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5 zeigt eine Draufsicht auf das erste Blech 205 der 2 und 3 entlang der Drehachse 105. In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Blech 205 eben, in anderen Ausführungsformen kann es jedoch auch eine oder mehrere radiale Vertiefungen bzw. Sicken 220 aufweisen, wie oben beschrieben wurde. Bevorzugterweise bleibt zumindest ein Bereich des ersten Blechs 205 eben, der dazu vorgesehen ist, mit dem Reibelement 140 in Reibschluss zu gelangen. Dieser Bereich liegt üblicherweise radial außen.
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6 zeigt eine Darstellung des zweiten Blechs 210 der 2 und 3, das mit der Ausführungsform des ersten Blechs 205 aus 5 korrespondiert. Das zweite Blech 210 trägt mehrere radial verlaufende Sicken 220, die eine korrespondierende Vielzahl radial verlaufender Kanäle 155 definieren. Dabei kann die Anzahl der Sicken 220 in Abhängigkeit von vorliegenden Anforderungen frei gewählt werden. Bevorzugter Weise sind die Vertiefungen bzw. Sicken 220 so geformt, dass ein Querschnitt der Kanäle 155 jeweils auf voller radialer Länge konstant ist. Die radialen Kanäle 155 müssen nicht zwingender Weise gerade auf die Drehachse 105 zu verlaufen. In anderen Ausführungsformen können die Kanäle 155 beispielsweise auch sichel- oder spiralförmig gebogen sein.
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Radial innen liegende Aussparungen der Bleche 205 und 210 können unterschiedliche Durchmesser haben, um einen radial inneren Eintrittsbereich für hydraulische Flüssigkeit 120 in die Kanäle 155 entsprechend zu formen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kupplung
- 105
- Drehachse
- 110
- Eingangsseite
- 115
- Ausgangsseite
- 120
- hydraulische Flüssigkeit
- 125
- Schwingungsdämpfer
- 130
- Flansch
- 135
- Kolben
- 140
- Reibelement
- 145
- Einrückeinrichtung
- 150
- hydraulischer Druckraum
- 155
- Kanal
- 205
- erstes Blech
- 210
- zweites Blech
- 215
- drittes Blech
- 220
- Sicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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