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Die Erfindung betrifft eine Nasskupplung zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Nasskupplung zur Überbrückung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers.
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In einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist ein Antriebsmotor mittels einer Kupplungseinrichtung mit einem Getriebe verbunden. Die Kupplungseinrichtung umfasst einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, der ein Drehmoment vom Antriebsmotor an das Getriebe übermittelt, so lange eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite des Drehmomentwandlers eine Drehzahldifferenz aufweisen. Somit ist der Drehmomentwandler insbesondere zum Anfahren des Kraftfahrzeugs hilfreich. Um Strömungsverluste innerhalb des Drehmomentwandlers zu minimieren, kann eine Reibungskupplung eingesetzt werden, um die Eingangsseite mit der Ausgangsseite drehmomentschlüssig zu verbinden, sobald die Drehzahldifferenz unter einen vorbestimmten Wert abgesunken ist, beispielsweise weil das Kraftfahrzeug angefahren ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Drehmomentübertragung vom Antriebsmotor an das Getriebe auch ohne einen hydrodynamischen Drehmomentwandler nur durch die Reibkupplung herstellbar sein.
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Die Kupplung ist vorzugsweise eine Reibscheibenkupplung, die in einem Fluidbad läuft, insbesondere in einem Ölbad. Ein äußerer Lamellenträger und ein innerer Lamellenträger, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, sind konzentrisch zueinander drehbar gelagert. Dabei ist einer der Lamellenträger mit der Eingangsseite und der andere mit der Ausgangsseite der Kupplungseinrichtung verbunden. In dem radialen Zwischenraum zwischen den Lamellenträgern befindet sich ein axialer Stapel mehrerer Lamellen. Die einzelnen Lamellen sind drehmomentschlüssig abwechselnd mit dem inneren und dem äußeren Lamellenträger verbunden. Wirkt eine axiale Kraft auf den Lamellenstapel, so steigt eine Reibungskraft zwischen den Lamellen an, so dass Drehmoment zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen werden kann.
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Befindet sich die Reibscheibenkupplung im geöffneten oder teilweise geöffneten Zustand, so können die Lamellenträger unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Einer der Lamellenträger kann bezüglich eines externen Referenzsystems wie eines Gehäuses still stehen oder sich nur langsam drehen. Das die Reibscheibenkupplung umgebende Öl wird von dem sich schneller drehenden Lamellenträger in Umfangsrichtung beschleunigt und unter dem Einfluss von Fliehkraft radial nach außen getrieben. Ein Öldurchsatz dieses Lamellenträgers zwecks Kühlung und Schmierung kann dadurch sichergestellt sein. Das sich auf einer Kreisbahn befindliche Öl wird jedoch an dem sich langsamer drehenden Lamellenträger abgebremst, so dass die Strömung dort in Umfangsrichtung oder in radialer Richtung praktisch zum Erliegen kommen kann. Der zweite Lamellenträger kann somit nur noch einem zu schwachen Ölstrom ausgesetzt sein um eine Kühlung oder eine Schmierung zu gewährleisten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Nasskupplung bereitzustellen, deren Lamellenträger unter allen Betriebszuständen ausreichend von dem sie umgebenden Fluid umspült werden. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Nasskupplung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine erfindungsgemäße Nasskupplung umfasst einen ersten Lamellenträger und einen zweiten Lamellenträger, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, sowie ein Ölbad, in dem die Lamellenträger konzentrisch und zueinander drehbar angeordnet sind. Dabei umfasst der erste Lamellenträger an seinem Umfang ein Umlenkelement, um Öl, das sich bezüglich des ersten Lamellenträgers tangential bewegt, radial in Richtung des zweiten Lamellenträgers umzulenken.
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Durch den Einsatz des Umlenkelements kann ein Ölstrom zum zweiten Lamellenträger sichergestellt sein. Bevorzugterweise ist das Umlenkelement an dem Lamellenträger angebracht, der sich bei ausgerückter Nasskupplung bezüglich eines externen Referenzsystems wie eines Gehäuses im Allgemeinen schneller als der andere Lamellenträger dreht. Der erste Lamellenträger kann in diesem Sinne insbesondere mit einer Abtriebswelle eines Antriebsmotors und der zweite Lamellenträger mit einer Eingangswelle eines Getriebes verbunden sein. Dabei kann es unerheblich sein, ob der erste Lamellenträger der innere und der zweite der äußere ist, oder umgekehrt. Das Umlenkelement kann in beiden Fällen zur verbesserten Ölversorgung des jeweils anderen Lamellenträgers verwendet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Lamellenträger eine radiale Öffnung auf, an dessen in Strömungsrichtung hinterer Seite das Umlenkelement angebracht ist, wobei sich das Umlenkelement tangential entgegen der Strömungsrichtung und radial vom zweiten Lamellenträger weg erstreckt.
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Solchermaßen kann das Umlenkelement eine Art Schaufel bilden, welche durch das tangential fließende Öl angeströmt wird und es in eine radiale Richtung umlenkt oder wenigstens einen Staudruck des Öls ausnutzt, um einen Teil des Öls in radialer Richtung zu befördern. Das Öl kann die Öffnung durchtreten und weiter in Richtung des zweiten Lamellenträgers befördert werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Lamellenträger aus einem Blech herstellbar und das Umlenkelement ist durch einseitiges Aufklappen des Blechs im Bereich der Öffnung herstellbar. Dadurch kann eine einfache, kostengünstige Herstellung des ersten Lamellenträgers, und damit der Nasskupplung, ermöglicht sein.
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In einer Variante der Erfindung weist der erste Lamellenträger eine radiale Verzahnung zur drehmomentschlüssigen Verbindung mit einer Lamelle auf, wobei das Umlenkelement im Bereich der Verzahnung angeordnet ist. Dabei kann die Verzahnung zusätzlich genutzt werden, um den radialen Ölfluss mittels des Umlenkelements zu bewirken.
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Insbesondere kann das Umlenkelement durch eine Zahnflanke der Verzahnung gebildet sein. Das konstruktive Element der Verzahnung kann so einem weiteren Zweck dienen. Eine Komplexität der Nasskupplung kann so durch das Umlenkelement nur gering oder gar nicht gesteigert sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Zahnflanke tangential entgegen der Strömungsrichtung und radial vom zweiten Lamellenträger weg, wobei eine Öffnung zum Durchtritt von Öl in die Zahnflanke eingebracht ist. Das Öl kann so an einer tragenden Zahnflanke, an der das Drehmoment des Lamellenträgers an eine Lamelle übergeben wird, in tangentialer Richtung durch den Lamellenträger treten. Die Zahnflanke kann dadurch in einem hoch belasteten Bereich verbessert von Öl durchströmt und somit vor Übertemperatur und erhöhtem Verschleiß geschützt sein.
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In einer Ausführungsform liegt die Öffnung an einem radial dem zweiten Lamellenträger abgewandten Radius der Verzahnung. Anders ausgedrückt kann die Öffnung an einem Fußkreis der Verzahnung liegen, falls der erste Lamellenträger der innere Lamellenträger ist, und an einem Kopfkreis der Verzahnung, falls der erste Lamellenträger der äußere Lamellenträger ist. Es sind jedoch auch Varianten möglich, in denen die Öffnung am radial dem zweiten Lamellenträger zugewandten Radius der Verzahnung liegt.
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Die Verzahnung kann eine Vielzahl von Zahnflanken umfassen, die sich radial unterschiedlich weit vom zweiten Lamellenträger weg erstrecken. Beispielsweise kann sich jede in Umfangsrichtung zweite, dritte oder allgemein n-te (für n ≥ 2) Zahnflanke der Verzahnung weiter als die anderen Zahnflanken in radialer Richtung erstrecken. Die anderen Zahnflanken können somit ein relativ geringes Strömungshindernis für in Umfangsrichtung strömendes Öl darstellen, währen die längere Zahnflanke in verbesserter Weise als Umlenkelement fungieren kann.
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Die Nasskupplung kann ferner eine Lamelle umfassen, wobei die Lamelle eine Verzahnung aufweist, die zu der Verzahnung des ersten Lamellenträgers korrespondiert und wobei die Verzahnung der Lamelle eine radiale Aussparung im Bereich der Öffnung aufweist. Die Zähne der Verzahnung der Lamelle können also in radialer Richtung so kurz sein, dass sie eine Strömung im Bereich der Öffnung nicht behindern. Die Förderwirkung des Umlenkelements kann dadurch verbessert sein.
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Insbesondere kann die radiale Aussparung zwischen der Verzahnung der Lamelle und der Verzahnung des ersten Lamellenträgers im Bereich der Öffnung einen trapezförmigen oder dreieckigen Querschnitt aufweisen.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 schematische Darstellung einer Nasskupplung;
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2 ein Detail einer der Nasskupplungen aus 1 in einer ersten Ausführungsform; und
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3 bis 8 das Detail aus 2 in weiteren Ausführungsformen
darstellen.
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1A zeigt eine erste schematische Darstellung einer Nasskupplung 100. In einem Gehäuse 105 sind um eine Drehachse 110 drehbar ein radial äußerer Lamellenträger 115 und ein radial innerer Lamellenträger 120 angebracht. Der innere Lamellenträger 120 weist einen kleineren Radius als der äußere Lamellenträger 115 auf. Einer der Lamellenträger 115, 120 dient als Eingangsseite, der andere als Ausgangsseite der Nasskupplung 100.
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Im radialen Spalt zwischen dem inneren Lamellenträger 120 und dem äußeren Lamellenträger 115 sind eine Anzahl ringförmiger Lamellen 125 in einem axialen Stapel angeordnet. Innerhalb des Stapels ist eine der Lamellen 125 mit dem äußeren Lamellenträger 115 und eine axial benachbarte Lamelle 125 mit dem inneren Lamellenträger 120 drehmomentschlüssig verbunden.
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Ein Einrückelement 130, beispielsweise in Gestalt eines hydraulischen Kolbens oder eines Federelements, ist bereitgestellt, um den Stapel von Lamellen 125 bei Bedarf in axialer Richtung zusammen zu pressen. Dabei steigt eine Reibungskraft zwischen den Lamellen 125 an, so dass ein vergrößertes Drehmoment zwischen dem äußeren Lamellenträger 115 und dem inneren Lamellenträger 120 übermittelt werden kann.
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Die Nasskupplung 100 läuft in einem Ölbad 135, welches wenigstens teilweise einer Strömung unterworfen ist, die durch Pfeile dargestellt ist. An einem radialen Außenbereich des inneren Lamellenträgers 120 befindet sich ein Umlenkelement 140, um Öl, welches tangential am inneren Lamellenträger 120 entlang strömt, in radialer Richtung umzuleiten und in Richtung des äußeren Lamellenträgers 115 zu beschleunigen.
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Die Darstellung von 1B zeigt eine andere Ausführungsform der Nasskupplung 100 aus 1A. Hier ist das Umlenkelement 140 am äußeren Lamellenträger 115 angebracht und so gestaltet, dass der Strom von Öl des Ölbads 135, welcher eine Mantelfläche des äußeren Lamellenträgers 115 streift, radial nach innen zum inneren Lamellenträger 120 umgelenkt wird. In der dargestellten Ausführungsform ist der innere Lamellenträger 120 mit dem Gehäuse 105 verbunden bzw. mit diesem integriert ausgeführt.
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Das Umlenkelement 140 kann also wahlweise am inneren Lamellenträger 120 oder am äußeren Lamellenträger 115 eingesetzt werden, um tangential fließendes Öl jeweils in Richtung des anderen Lamellenträgers 115 bzw. 120 umzulenken. Mit Bezug auf die 2 bis 8 werden im Folgenden unterschiedliche Ausführungsformen der Nasskupplung 100 genauer vorgestellt, wobei rein beispielhaft vom inneren Lamellenträger 120 ausgegangen wird, dessen Umlenkelemente 140 das Öl radial nach außen umlenken. In entsprechender Weise können die gezeigten und beschriebenen Merkmale jedoch auch dazu verwendet werden, ein Umlenkelement 140 am äußeren Lamellenträger 115 vorzusehen, um das tangential vorbei strömende Öl radial nach innen zum inneren Lamellenträger 120 abzulenken.
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2 zeigt ein Detail einer der Nasskupplungen 100 aus 1 in einer ersten Ausführungsform. Die Darstellung erfolgt als Schnitt senkrecht zur Drehachse 110.
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Der innere Lamellenträger 120 weist eine Verzahnung 205 auf, in welche drehmomentschlüssig eine Verzahnung 210 der sich radial außen anschließenden Lamelle 125 eingreift. Die einzelnen Zähne der Verzahnungen 205 und 210 sind trapezförmig. Im Fußkreis der Verzahnung 205 befinden sich zwischen den Zähnen der Verzahnung 205 radiale Öffnungen 215, um einen Strom von Öl des Ölbads 135 in radialer Richtung zu erlauben.
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An einem in Strömungsrichtung hinteren Ende jeder Öffnung 215 ist ein Umlenkelement 140 angebracht, das sich radial nach innen und tangential entgegen der Strömungsrichtung des Öls des Ölbads 135 erstreckt. In einer anderen als der dargestellten Ausführungsform kann dieser sich radial nach innen erstreckende Abschnitt des Umlenkelements 140 auch beispielsweise S-förmig bzw. Z-förmig geschwungen anstatt gerade ausgeführt sein. In der dargestellten Ausführungsform ist an jedem der Umlenkelemente 140 ein optionaler, tangentialer Fortsatz vorgesehen, um einen Zahn der Verzahnung 205 des inneren Lamellenträgers 120 gegenüber dem Öl des Ölbads 135 zu verschließen und so einen Strömungswiderstand des inneren Lamellenträgers 120 zu verringern.
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3 zeigt eine Variation der in 2 gezeigten Ausführungsform. Die Öffnungen 215 und die Umlenkelemente 140 befinden sich an den gleichen Positionen wie in der in 2 gezeigten Ausführungsform, jedoch sind die Umlenkelemente 140 integriert mit dem inneren Lamellenträger 120 ausgeführt, indem die Umlenkelemente 140 einseitig aus dem Blechmaterial des inneren Lamellenträgers 120 herausgeklappt oder herausgebogen sind. Dies kann beispielsweise mittels eines Stanz- und Biegevorgangs bewirkt werden.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Nasskupplung 100 entsprechend der Darstellungen der 2 und 3. Hier sind die zueinander korrespondierenden Verzahnungen 205 und 210 des inneren Lamellenträgers 120 bzw. der Lamelle 125 so ausgeführt, dass sich eine Zahnflanke 405 in radialer Richtung entgegen der Strömungsrichtung des Öls aus dem Ölbad 135 erstreckt. Bevorzugterweise handelt es sich dabei um die tragende Zahnflanke 405, d.h. bezogen auf 4, dass entweder der innere Lamellenträger 120 die Lamelle 125 im Uhrzeigersinn, oder die Lamelle 125 den inneren Lamellenträger 120 entgegen des Uhrzeigersinns antreibt. Die Öffnung 215 ist dabei in die entgegen der Strömungsrichtung geneigte Zahnflanke 405 eingebracht. Eine gegenüberliegende Zahnflanke 405 erstreckt sich in radialer Richtung und kann in unterschiedlichen Ausführungsformen in oder entgegen der Strömungsrichtung des Öls aus dem Ölbad 135 in Umfangsrichtung geneigt sein. Der durch die benachbarten Zahnflanken 405 gebildete Zahn der Verzahnung 205, 210 kann dadurch im Querschnitt eine trapezoide oder rechteckige Form einnehmen.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Nasskupplung 100 entsprechend der Darstellungen der 2 bis 4. Hier weisen die Zähne der Verzahnungen 205, 210 die beschriebene trapezoide Form auf, wobei der Abstand benachbarter Zahnflanken 405 eines Zahns mit steigendem Radius abnimmt. Die entgegen der Strömungsrichtung des Öls aus dem Ölbad 135 geneigte Zahnflanke 405 erfüllt wieder die Funktion des Umlenkelements 140. Die Öffnung 215 liegt im Bereich des Kopfkreises der Verzahnung 205 des inneren Lamellenträgers 120 bzw. im Bereich des Fußkreises der Verzahnung 210 der Lamelle 125 und bildet einen Durchlass für das Öl in radialer Richtung.
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In der in 5 dargestellten Ausführungsform sind Zähne der Verzahnungen 205, 210 abwechselnd unterschiedlich hoch in radialer Richtung. In anderen Ausführungsformen kann allgemein jeder n-te Zahn (für n ≥ 2) der Verzahnungen 205, 210 länger bzw. kürzer als die anderen Zähne ausgeführt sein.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Nasskupplung 100 entsprechend den Darstellungen der 2 bis 5. Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Ausführungsform liegen die Öffnungen 215 wieder in den entgegen der Strömungsrichtung des Öls aus dem Ölbad 135 geneigten Zahnflanken 405 der Verzahnungen 205, 210. Dabei sind die Öffnungen 205 nur an den Zahnflanken 405 der in radialer Richtung verlängert ausgeführten Zähne der Verzahnungen 205, 210 eingebracht. Eine Zahnflanke 405, die der Zahnflanke 405 mit der Öffnung 215 am radial verlängerten Zahn gegenüber liegt, ist bezüglich eines Radius zur Drehachse 110 in die gleiche Richtung wie die Zahnflanke 405 mit der Öffnung 215 geneigt. Der durch die beiden Zahnflanken 405 begrenzte Zahn weist somit eine Trapezform auf, wobei die Breite des Zahns in Umfangsrichtung mit steigendem Radius zunimmt.
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7 zeigt ein Detail entsprechend der 2 bis 6 einer weiteren Ausführungsform der Nasskupplung 100. Hier sind die Verzahnungen 205, 210 entsprechend der radial verlängerten Zähne der in 6 gezeigten Ausführungsform ausgeprägt. Dabei ist auf eine alternierende radiale Länge der Zähne verzichtet worden, jedoch weisen die Zähne alternierend unterschiedliche Breiten in Umfangsrichtung auf. Im Bereich einer Öffnung 215 ist eine radiale Aussparung 705 in die Verzahnung 210 der Lamelle 125 eingebracht, so dass sich der Zahn der Verzahnung 210 der Lamelle 125 effektiv weniger weit in radialer Richtung erstreckt als die Verzahnung 205 des inneren Lamellenträgers 120 dies erlauben würde. Die Aussparung 705 bzw. der frei bleibende Raum zwischen den Verzahnungen 205 und 210 weist eine Trapezform auf. In der dargestellten Ausführungsform öffnet sich das Trapez mit steigendem Radius von der Drehachse 110, eine umgekehrte Ausführung ist ebenfalls möglich.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Nasskupplung 100 entsprechend der Darstellung der 2 bis 7. Insbesondere ist eine Variante der in 7 gezeigten Ausführungsform dargestellt. Hier weisen die Aussparungen 705 bzw. ein frei bleibender Raum zwischen der Verzahnung 210 der Lamelle 125 und der Verzahnung 205 des inneren Lamellenträgers 120 an jedem Zahn jeweils eine Dreiecksform auf.
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Die unterschiedlichen Merkmale der in den 2 bis 8 gezeigten bzw. oben beschriebenen Ausführungsformen sind frei miteinander kombinierbar. Insbesondere können die Formen der Zähne der Verzahnungen 205, 210 ihre alternierenden bzw. zyklisch wiederkehrenden radialen Längen und tangentialen Breiten, die unterschiedlich geformten Aussparungen 705 sowie die Neigungen der Zahnflanken 405 frei miteinander kombiniert werden. Dabei ist entscheidend, dass ein Umlenkelement 140 besteht, welches dazu eingerichtet ist, Öl des Ölbads 135 aus einer tangentialen Bewegungsrichtung in eine radiale Richtung zum äußeren Lamellenträger 115 umzulenken.
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Wie bereits eingangs beschrieben wurde, können die gezeigten bzw. beschriebenen Merkmale auch am äußeren Lamellenträger 115 statt am inneren Lamellenträger 120 eingesetzt werden. Dabei vertauschen sich die radialen Beziehungen, indem eine Umlenkung des Öls aus dem Ölbad 135 in Richtung des inneren Lamellenträgers 120 radial nach innen statt wie oben beschrieben radial nach außen erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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Fig. 1 schematische Darstellungen einer NasskupplungFig. 2 ein Detail einer der Nasskupplungen aus Fig. 1 in einer ersten AFFig. 3–Fig. 8 das Detail aus Fig. 2 in weiteren AF
- 100
- Nasskupplung
- 105
- Gehäuse
- 110
- Drehachse
- 115
- äußerer Lamellenträger
- 120
- innerer Lamellenträger
- 125
- Lamelle
- 130
- Einrückelement
- 135
- Ölbad
- 140
- Umlenkelement
- 205
- Verzahnung des Lamellenträgers
- 210
- Verzahnung der Lamelle
- 215
- Öffnung
- 405
- Zahnflanke
- 705
- Aussparung
