DE102013212089C5

DE102013212089C5 - Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102013212089C5
Application number: DE102013212089.3A
Authority: DE
Inventors: Hannes Puck; Johannes Quehenberger
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: JP2016526644A; CN105393012A; CN105393012B; DE102013212089A1; JP6324500B2; US20160146267A1; DE102013212089B4; KR20160021882A; WO2014206677A1; KR101782753B1; US9702414B2

Abstract

Reibungskupplung mit einer Ölfangeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, zur reibschlüssigen Kopplung zwischen einer ersten und einer zweiten Welle (W1, W2), mit mehreren, wechselseitig an einem Kupplungskorb (KK) sowie einer Kupplungsnabe (KN) angelenkten Kupplungslamellen (KL), wobei die eine Welle (W1) mit dem Kupplungskorb (KK), die zweite Welle (W2) mit der Kupplungsnabe (KN) verbunden ist, die Kupplungslamellen (KL) über eine zugeordnete Aktuierungseinheit (A1, A2) gekuppelt werden, wobei dem Kupplungskorb (KK) eine Ölfang- und Leiteinrichtung (ÖF) zugeordnet ist, durch den vom Kupplungskorb (KK) abgeschleuderetes Öl aufgefangen und in einen Sammelbereich (ÖT) außerhalb des Kupplungskorbes (KK), der Kupplungslamellen (KL) gefördert wird, so dass im gelösten Zustand der Kupplungsbereich schnellstmöglich ölfrei ist und der Sammelbereich (ÖT) die gesamte der Kupplung (K) zugeordnete Ölmenge aufzunehmen vermag, wobei eine mit der Aktuierungseinheit (A1, A2) gekoppelte Schaltvorrichtung (ÖSE) den Rückfluss des Öls vom Sammelbereich (ÖT) außerhalb des Kupplungskorbes (KK) in Richtung der Kupplungslamellen (KL) steuert, wobei die dem Kupplungskorb (KK) zugeordnete Ölfang- und Leiteinrichtung (ÖF) als ein radial außerhalb des Kupplungskorbes (KK) angeordnetes Blechteil, nämlich als ein Blechstreifen, ausgebildet ist, das einen Teil des vom Kupplungskorb (KK) abgeschleuderten Öls aufnimmt und dieses entsprechend der Neigung in Richtung des Sammelbereichs (ÖT) leitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reibungskupplung für ein Kraftfahrzeug der Art von Anspruch 1.
Reibungskupplungen der genannten Art finden bei Kraftfahrzeugen mit zuschaltbarem Vierradantrieb Anwendung, in denen ein Antriebsmoment einer zweiten, zuschaltbaren Achse zuführbar ist. Die als Mehrscheiben-Lamellenkupplung ausgebildete Kupplung ist über einen Aktuator betätigbar, d.h. das Antriebsmoment kann zu- und abgeschaltet werden. Die DE 10 2010 033 865 A1 zeigt ein derartiges Antriebssystem.
Die Druckschrift US 4 544 055 A beschreibt beispielsweise eine Ölabschaltvorrichtung für eine nasslaufende Kupplung. Das Schriftstück offenbart einen ringförmigen Kanal bzw. einen Ölsammelring zur Aufnahme von Öl, das durch Zentrifugalkräfte von den Kupplungslamellen der Kupplung abgeschleudert wird. Weiterhin offenbart die US 4 544 055 A einen Ölsumpf, der unterhalb des Ölsammelrings angeordnet ist und dessen Ölniveau aktiv angehoben wird, damit der Ölsammelring in Öl eintauchen kann. Ein stationäres Rohr taucht einen Ends in dem Ölsammelring ein um Öl von dem Ölsammelring zu einem Schlauch zu leiten, der mit einem Aktuatorkragen einer Aktuatoreinheit der Kupplung, genauer einem umlaufenden Kanal im Aktuatorkragen, fluidverbunden ist. der Aktuatorkragen ist an einem Rohr bewegbar angeordnet und über den umlaufenden Kanal wird eine um das Rohr bewegbare Ölzufuhrpassage ausgebildet. Das Rohr wiederum ist beabstandet von einer Welle um diese Welle angeordnet, wobei zwischen der Welle und dem Rohr eine umlaufende Leitung ausgebildet ist. Weiterhin weist das Rohr mehrere radiale Öffnungen auf über die die Leitung mit der Ölzufuhrpassage fluidverbindbar sind. Die radialen Öffnungen sind relativ zu der Ölzufuhrpassage derart positioniert, dass bei gelöster Kupplung der Ölzufluss in die Leitung und somit zur Welle und den Lamellen unterbrochen ist.
Die DE 20 2005 017 525 U1 beschreibt eine Reibungskupplung mit einer Mehrscheiben-Lamellenkupplung sowie einer Aktuierungsvorrichtung. Die Aktuierungsvorrichtung besteht aus zwei Aktuatorringen, zwischen denen auf rampenförmigen Strukturen Kugeln laufen. Bei Verdrehung der Aktuatorringe gegeneinander wirkt diese Aktuierungsvorrichtung schließend, d.h. die Lamellen werden zusammengedrückt. Die Kraft der Aktuierungsvorrichtung wirkt über ein Axiallager auf die Lamellenkupplung. Zum Lösen der Druckkraft ist ein als Tellerfederpaket ausgebildetes Federsystem vorgesehen.
Im freigeschalteten Betrieb, wenn über die Kupplung getrennt ist, erfolgt bei den Einrichtungen gemäß Stand der Technik die Übertragung eines Restmomentes.
Eine Verbesserung der Stelldynamik bei einer Mehrscheiben-Lamellenkupplung schafft die DE 10 2008 021 418 A1 . Vorgesehen ist insbesondere eine den Luftweg begrenzende Anschlageinrichtung. Der Luftweg der Kupplung wird in Abhängigkeit der Temperatur eingestellt.
Das Restmoment lässt sich auch durch das Design der Lamellen reduzieren. Beispiele hierzu zeigen die US 2005/0224310 A1 , die US 2,968,381 , die GB578289A , die EP 1 128 081 A2 , die US 7,234,580 B2 .
Eine Mehrscheiben-Lamellenkupplung mit einer bedarfsweisen Schmierung zeigt die EP 1 445 506 A1 . Die Schmierstoffzufuhr wird über ein Schaltventil gesteuert.
Eine Reduktion des Restmomentes einer Mehrscheiben-Lamellenkupplung versucht die DE 101 24 583 A1 mittels einer Koppeleinrichtung, welche wenigstens einige der Lamellen unabhängig vom Lamellenträger koppelt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reibungskupplung in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Form zu schaffen.
Die Lösung der vorstehend genannten Aufgabe erfolgt durch eine Kupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Reibungskupplung weist eine Ölfangeinrichtung mit mehreren, wechselseitig an einem Kupplungskorb sowie einer Kupplungsnabe angelenkten, ölgeschmierte Kupplungslamellen auf, wobei eine Welle mit dem Kupplungskorb, eine zweite Welle mit der Kupplungsnabe verbunden ist, die Kupplungslamellen über eine zugeordnete Aktuierungseinheit gekuppelt werden, wobei dem Kupplungskorb eine Einrichtung zugeordnet ist, durch die das vom Kupplungskorb abgeschleuderte Öl aufgefangen und in einen Sammelbereich außerhalb des Kupplungskorbes, der Kupplungslamellen gefördert wird, so dass im gelösten Zustand der Kupplungsbereich schnellstmöglich ölfrei ist und der Sammelbereich die gesamte der Kupplung zugeordnete Ölmenge aufzunehmen vermag, wobei eine mit der Aktuierungseinheit gekoppelte Schaltvorrichtung den Rückfluss des Öls vom Sammelbereich außerhalb des Kupplungskorbes, der Kupplungslamellen Richtung Kupplungslamellen steuert.
Durch die erfindungsgemäße Einrichtung ist es bei einfachem Kupplungsaufbau möglich, die Kupplung im gelösten Zustand, also bei betätigter Aktuierungseinheit ölfrei zu schalten. Durch eine radial außerhalb des Kupplungskorbes angeordnete Ölfang- und Leiteinrichtung wird das von der Kupplung, den Lamellen innerhalb des Kupplungskorbes radial weggeschleuderte Öl aufgefangen und in Richtung eines Sammelbereiches gefördert. Bei getätigter Aktuierungseinheit, also bei gelöster Kupplung - Lamellen getrennt - wird das Öl aus dem Kupplungsbereich gefördert und der Ölrückfluss gestoppt. In diesem gelösten Zustand wird der Kupplungsbereich schnellstmöglich ölfrei, so dass das Restmoment minimiert ist. Wird eingekuppelt, so gibt die den Druck auf die Lamellen aufbringende Aktuierungseinheit den Rückfluss vom Sammelbereich zur Kupplung, den Lamellen wieder frei, so dass der Lamellenbereich wieder mit Öl gefüllt ist.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung ist der Sammelbereich für das Öl außerhalb des Bereiches der Kupplungslamellen als ein Öltank ausgebildet. Dieser ist bevorzugt in einem Teil des die Kupplung aufnehmenden Gehäuses angeordnet.
Der weitestgehend ölfreie Zustand des Lamellensystems im gelösten Zustand reduziert das Restschleppmoment, ohne dass es zu einer erhöhten Abnutzung oder Schädigung des Kupplungssystems kommt. Wird wieder eingekuppelt, so gibt die Aktuierungseinheit den Ölfluss aus dem Sammelbereich, nämlich dem Öltank, Richtung Lamellensystem wieder frei - bereits in der Einkuppelphase ist eine Schmierung wieder gewährleistet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Sammelbereich, nämlich der Öltank, im Gehäuse der Kupplung angeordnet, und zwar in einem Bereich etwa radial auf Höhe der Lamellen des Kupplungsbereiches. Die Größe des Öltanks ist erfindungsgemäß so bemessen, dass die gesamte Ölmenge aufgenommen werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Ölfang- und Leiteinrichtung als ein radial außerhalb des Kupplungskorbes angeordnetes Blechteil, nämlich als ein Blechstreifen, ausgebildet ist. Der Blechstreifen verläuft dabei von der Kupplung in Richtung Öltank radial aufsteigend. Das von der Kupplung, dem Kupplungskorb radial abgeschleuderte Öl wird so aufgefangen und durch die Fliehkraftwirkung in Richtung Öltank weitergeleitet.
Als weiterbildende Maßnahme ist vorgesehen, dass der Kupplungskorb, an den ein Teil der Lamellen drehfest und axial verschieblich gekoppelt ist, Öffnungen aufweist, durch welche das Öl radial zur Außenseite des Kupplungskorbes abfließen kann. Von der Außenseite des Kupplungskorbes wird das Öl sodann abgeschleudert und über die Ölfang- und Leiteinrichtung in Richtung Öltank geleitet.
Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Aktuierungseinheit als ein Kugelrampenmechanismus mit einem axial feststehenden und einem axial verschieb- und drehbaren Aktuatorring ausgebildet ist. Der verdrehbare Aktuatorring wird per Schrauben- bzw. Schneckentrieb über einen zugeordneten Elektromotor betätigt. Dazu weist der Aktuatorring in seinem Außenbereich eine Verzahnung auf, in die eine motorisch angetriebene Schnecke eingreift. Der Aktuatorring wirkt über ein Axiallager und eine Druckplatte auf das Lamellenpaket und drückt die Lamellen gegen den axial abgestützten Kupplungskorb. Ein Federsystem bewirkt das Lösen der Lamellen, wenn die Aktuierungseinheit Richtung Lösen betätigt wird. Die auf die Lamellen einwirkende Druckplatte, welche von dem sich drehenden Aktuatorring axial bewegt wird, erfährt so eine Bewegung von den Lamellen weg - diese sind nun lose und übertragen kein Moment mehr.
Die Erfindung gestaltet sich besonders vorteilhaft, wenn die Lamellen des Kupplungssystem in einer Weise gestaltet sind, so dass ein möglichst schnelles und effektives Lösen der Momentenübertragung gewährleistet ist. Dies kann durch Verwendung von an sich bekannten Lamellen mit einem Wellendesign erfolgen.
Die drehfest mit dem Kupplungskorb verbundenen Lamellen sind in ihrer Ebene gewellt und wirken in abwechselnder Anordnung mit ebenen, flachen Lamellen zusammen, die drehfest mit der Kupplungsnabe gekoppelt sind. Das Wellendesign ergibt ein schnelles Lösen der Lamellen voneinander und das im Kupplungssystem gebundene Öl kann so durch die Fliehkräfte schnell abfließen.
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der erfindungsgemäßen Wirkung ergibt sich bei Verwendung von Kupplungsscheiben mit radial über die Kupplungsfläche verlaufenden Kanälen. Diese Kupplungsscheiben sind drehfest mit der Kupplungsnabe gekoppelt - durch die Kanäle, nämlich die radialen Nuten, kann das zwischen den Lamellen befindliche Öl gut abfließen.
Des Weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
1 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Reibungskupplung im Schnitt. Die Kupplung K verbindet eine erste Welle W1 mit einer zweiten Welle W2, wobei die erste Welle W1 mit der Hinterachse/dem Triebsatz bzw. dem Hauptgetriebe des Fahrzeuges gekoppelt ist und die Welle W2 mit einem Rad bzw. der Kardanelle des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist. Die beiden Wellen W1, W2 verlaufen koaxial und sind relativ zueinander drehbeweglich.
Drehfest mit der Welle W1 ist ein Kupplungskorb KK verbunden. Drehfest mit der Welle W2 ist eine Kupplungsnabe verbunden. Die beiden Wellen W1, W2 sind mittels eines Wälzlagers relativ zueinander drehbeweglich in einem Gehäuse GH aufgenommen.
In dem Kupplungskorb KK sind Kupplungslamellen KL angeordnet, welche abwechselnd über eine entsprechende Außenverzahnung mit dem Kupplungskorb KK bzw. über eine entsprechende Innenverzahnung mit der Kupplungsnabe KN drehfest und axial verschiebbar gekoppelt sind. Die den Lamellen KL zugeordnete Aktuierungseinheit besteht aus zwei Aktuatorringen A1, A2 zwischen denen nicht dargestellte Kugeln angeordnet sind, die in rampenförmigen Strukturen der Aktuatorringe A1, A2 laufen und einen Kugelrampenmechanismus bilden. Der zweite Aktuatorring A2 ist gehäusefest, d.h. dieser ist in dem Gehäuse GH der Kupplung K fest angeordnet und in einem entsprechendem Sitz eingepresst. Die Welle W2 ist über ein Wälzlager WL gegenüber dem Gehäuse GH gelagert und zur axialen Abstützung ist ein kleines Axialnadellager AL vorgesehen, welches zwischen dem Gehäuse GH und einer Abstützscheibe der Welle W2 angeordnet ist.
Der verdrehbare erste Aktuatorring A1 wirkt über ein großes Axiallager AL1 auf die Kupplungslamellen KL und bewirkt den zur Momentenübertragung erforderlichen Anpressdruck auf das Lamellensystem. Die Anpressbewegung des ersten Aktuatorringes A1 wirkt dabei der Kraft von Federn F entgegen, welche innerhalb der Kupplungsnabe angeordnet und das Lüften der Kupplung K, genauer der Kupplungslamellen KL, bewirken.
Der verdrehbare erste Aktuatorring A1 wird nach dem Kugelrampenprinzip über die in einem Käfig geführten Kugeln (nicht dargestellt) axial in Richtung Kupplungslamellen KL bewegt. Der erste Aktuatorring A1 weist dazu an einem Teil seines Außenumfanges eine Verzahnung auf, in welche das Gewinde einer drehbaren Spindel eingreift, welche von einem Elektromotor getrieben wird.
Der vordere Teil des Gehäuses GH, der radial im Wesentlichen auf der Höhe der Kupplungslamellen KL liegt, bildet einen Sammelbereich ÖT, nämlich einen Öltank,, in dem das Öl der Kupplung K aufgenommen werden kann. Die Größe des Öltanks ÖT, der in Form eines Ringes den als Einzug geformten Teil des Gehäuses GH umgibt, ist dergestalt, dass die gesamte Ölmenge der Kupplung K aufgenommen werden kann.
Befindet sich die gesamte Ölmenge der Kupplung K im Öltank ÖT, so wird der Ölfluss durch eine durch Verdrehen des ersten Aktuatorringes A1 geöffnete Ölschalteinheit ÖSE in Richtung Kupplungslamellen KL freigegeben. Wenn der erste Aktuatorring A1 im verdrehten und axial vorgerückten Zustand die Kupplungslamellen KL schließt, also eine Momentenübertragung erfolgt, dann ist der Ölfluss in Richtung Kupplungslamellen KL freigegeben. Wird die Kupplung K geöffnet und so die Kupplungslamellen KL durch zurückdrehen und axiales Zurückweichen des ersten Aktuatorringes A1 gelüftet, so ist die Ölschalteinheit ÖSE geschlossen, das heißt der Ölfluss gestoppt.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Kupplung, und zwar ohne das Gehäuse GH. Der Kupplungskorb KK weist in seinem Außenbereich - neben den erkennbaren Öffnungen an der Stirnseite, die die insbesondere dem Ölzufluss dienen - Öffnungen Ö auf, durch welche durch die Fliehkraft Öl aus dem Bereich der Kupplungslamellen KL nach außen fließen kann. Eine als geformtes Blech, nämlich als ein Blechstreifen gestaltete Ölfang- und Leiteinrichtung ÖF nimmt einen Teil des vom Kupplungskorb abgeschleuderten Öls auf und leitet dies entsprechend der Neigung in Richtung des Öltanks ÖT, der bei der gezeigten Darstellung in 2 im hinteren Bereich liegt. Das Öl wird hierbei durch die Schleuderwirkung auf dem in Richtung Öltank nach außen verlaufenden Blech getrieben.
Bei geschlossener Kupplung K - Kupplungslamellen KL durch den ersten Aktuatorring A1 zur Momentenübertragung zusammengedrückt - ist die Ölschalteinheit ÖSE geöffnet, das Öl aus dem Öltank ÖT kann in den Kupplungsraum fließen, von wo es über die Ölfang- und Leiteinrichtung ÖF wieder in Richtung Öltank ÖT gefördert wird. Es bildet sich so ein Gleichgewicht der Ölmenge zwischen Kupplungsraum KL und Öltank ÖT.
Ist die Kupplung K durch entsprechende Verdrehung des ersten Aktuatorringes A1 gelüftet, das heißt die Kupplungslamellen KL getrennt, so ist die Ölschalteinheit ÖSE geschlossen. Das vom rotierenden Kupplungskorb KK abgeschleuderte Öl wird über die Ölfang- und Leiteinrichtung ÖF in Richtung Öltank ÖT gefördert und durch die geschlossene Ölschalteinheit ÖSE am Rückfluss in Richtung Kupplungsraum KL gehindert. Die Kupplungslamellen KL laufen so im gelüfteten Zustand trocken, so dass ein weitestgehend restmomentenfreier Betrieb gegeben ist.
In 2 ist der Antrieb des drehbaren und axial verschiebbaren ersten Aktuatorringes A1 dargestellt. Eine axial fix gelagerte Stellspindel SP wirkt mit einer am Außenumfang des ersten Aktuatorringes A1 angebrachten Verzahnung zusammen. Die Stellspindel SP wird von einem Aktuatorantrieb AA, nämlich einem Elektromotor angetrieben, dem in einem Gehäuse eine elektronische Steuereinheit zugeordnet ist.
Die Verzahnung des ersten Aktuatorringes A1 ist in Achsrichtung derartig breit ausgeführt, so dass dieser über den axialen Verschiebeweg mit der Stellspindel SP in Eingriff bleibt.
Bezugszeichenliste

W1: erste Welle
W2: zweite Welle
K: Kupplung
KK: Kupplungskorb
KN: Kupplungsnabe
WL: Wälzlager
AL: Axiallager, Axialnadellager
GH: Gehäuse
A1: erster Aktuatorring
A2: zweiter Aktuatorring
F: Federelement
AL1: Axiallager, Axialnadellager
ÖT: Sammelbereich (Öltank)
ÖSE: Ölschalteinheit
ÖF: Ölfang- und Leiteinrichtung
Ö: Öffnung Kupplungskorb
SP: Stellspindel
AA: Aktuierungsantrieb

Claims

Reibungskupplung mit einer Ölfangeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, zur reibschlüssigen Kopplung zwischen einer ersten und einer zweiten Welle (W1, W2), mit mehreren, wechselseitig an einem Kupplungskorb (KK) sowie einer Kupplungsnabe (KN) angelenkten Kupplungslamellen (KL), wobei die eine Welle (W1) mit dem Kupplungskorb (KK), die zweite Welle (W2) mit der Kupplungsnabe (KN) verbunden ist, die Kupplungslamellen (KL) über eine zugeordnete Aktuierungseinheit (A1, A2) gekuppelt werden, wobei dem Kupplungskorb (KK) eine Ölfang- und Leiteinrichtung (ÖF) zugeordnet ist, durch den vom Kupplungskorb (KK) abgeschleuderetes Öl aufgefangen und in einen Sammelbereich (ÖT) außerhalb des Kupplungskorbes (KK), der Kupplungslamellen (KL) gefördert wird, so dass im gelösten Zustand der Kupplungsbereich schnellstmöglich ölfrei ist und der Sammelbereich (ÖT) die gesamte der Kupplung (K) zugeordnete Ölmenge aufzunehmen vermag, wobei eine mit der Aktuierungseinheit (A1, A2) gekoppelte Schaltvorrichtung (ÖSE) den Rückfluss des Öls vom Sammelbereich (ÖT) außerhalb des Kupplungskorbes (KK) in Richtung der Kupplungslamellen (KL) steuert, wobei die dem Kupplungskorb (KK) zugeordnete Ölfang- und Leiteinrichtung (ÖF) als ein radial außerhalb des Kupplungskorbes (KK) angeordnetes Blechteil, nämlich als ein Blechstreifen, ausgebildet ist, das einen Teil des vom Kupplungskorb (KK) abgeschleuderten Öls aufnimmt und dieses entsprechend der Neigung in Richtung des Sammelbereichs (ÖT) leitet.
Reibungskupplung nach Anspruch 1, wobei die Kupplung (K) nebst der Aktuierungseinheit (A1, A2) in einem Gehäuse (GH) angeordnet ist und der Sammelbereich (ÖT) als ein Teil des Gehäuses (GH) ausgebildet ist.
Reibungskupplung wenigstens nach Anspruch 1, wobei die Aktuierungseinheit (A1, A2) aus einem feststehenden Aktuierungsring (A2) und einem dreh- und axialbeweglichen Aktuierungsring (A1) besteht, zwischen denen in rampenförmigen Strukturen Kugeln laufen.
Reibungskupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung (ÖSE) durch den dreh- und axialbeweglichen Aktuierungsring (A1) betätigbar ist.
Reibungskupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kupplungskorb (KK) im Außenbereich dem Ölaustritt dienende Öffnungen (Ö) aufweist.