DE102013212336A1

DE102013212336A1 - Reibscheibe

Info

Publication number: DE102013212336A1
Application number: DE102013212336.1A
Authority: DE
Inventors: Günther Grün; Johannes Quehenberger; Christian Spieler
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-12-31
Also published as: WO2014206832A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reibscheibe für eine nasslaufende Mehrscheiben-Lamellenkupplung eines Kraftfahrzeuges, wobei die Reibscheibe (RS) aus einer Scheibe (S) mit einer Innenverzahnung (IZ) zur drehfesten, axial verschieblichen Anlenkung an einer Kupplungsnabe aufweist, wobei die Stahlscheibe (S) auf wenigstens einer Seite Reibbeläge (R) aufweist, welche den Reibkontakt zu den anderen Kupplungsscheiben bewirken, wobei die Scheibe (S) an ihrem der Innenverzahnung (IZ) gegenüberliegenden Außenrand durch Einschnitte (E) gebildete Sammelbereiche für Öl aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reibscheibe für eine nasslaufende Reibungskupplung in einem 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 nasslaufende 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 DE 20 2005 017 525 U1 beschreibt eine Reibungskupplung mit einer Mehrscheiben-Lamellenkupplung sowie einer Aktuierungsvorrichtung. Die Aktuierunsvorrichtung 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. Dieses ist insbesondere durch einen zwischen den Scheiben, den Stahl- und den Reibscheiben verbleibenden Ölfilm verursacht, der auf Grund der Viskosität eine Momentenübertragung verursacht.
Das Restmoment lässt sich durch das Design der Lamellen, der Stahl- und/oder der Reibscheiben 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.
Kupplungsscheiben, bei denen in radialer Richtung verlaufende Schlitze angeordnet sind, zeigen die GB 1357106 A , die US 4,736,828 B , die DE 3721 623 A1 , DE 39 06 101 A1 , die EP 340 204 A1 , die US 5,975,267 B . Hier handelt es sich um Visko-Kupplungen, welche mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt sind und welche im Normalbetrieb nicht flüssigkeitsfrei betreibbar sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reibscheibe für eine Reibungskupplung in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Form zu schaffen.
Die Lösung der vorstehend genannten Aufgabe erfolgt durch eine Reibscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Scheibe, in Form einer Reibscheibe einer nasslaufenden Mehrscheiben-Lamellenkupplung weist Sammelbereiche für das Öl auf, an welchen sich Öl in Form von Ansammlungen, großen Öltropfen zu bilden vermag und dieses Öl durch die Wirkung der Fliehkraft abgeschleudert werden kann. Die Scheiben weisen Abtropf-, Abreißkanten auf, welche die Bildung größerer Ölansammlungen, Tropfen begünstigen und von denen das Öl dann leicht abgeschleudert wird. Unter einer nasslaufenden Mehrscheiben-Lamellenkupplung sei eine Kupplung verstanden, welche durch ein Ölsumpf, ein Ölbad geschmiert wird, entsprechend durch mitgerissenes Öl geschmiert wird.
Die vorzugsweise innenverzahne Reibscheibe – diese ist drehfest und axial verschieblich mit der Kupplungsnabe verbunden – hat üblicherweise einen kreisrunden Außendurchmesser. Bei Rotation drängt über die Fliehkraft Öl zwischen den einzelnen Reibbereichen, den Kanälen zwischen den Reibbereichen in Richtung Außendurchmesser. Erst bei höheren Drehzahlen wird das Öl in einzelnen Tropfen abgeschleudert. Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es, dass die Abschleuderdrehzahl durch die vorgesehenen Sammelbereiche reduziert wird. Der Drehzahlbereich mit geringem Restmoment wird vergrößert.
Bei einer Kupplung mit herkömmlicher Scheibengestaltung zeigt sich im Disconnect-Modus, beim vollständigen Abkuppeln, dass die Restmomentwerte bei geringen Drehzahlen höher sind als bei höheren Drehzahlen. Sobald für eine gewisse Zeit eine höhere Drehzahl gefahren wurde, verringert sich dann auch bei geringen Drehzahlen das Restmoment. Grund dafür ist, dass bei herkömmlicher Scheibengestaltung erst bei hohen Drehzahlen das Öl abgeschleudert wird.
Die erfindungsgemäße Scheibengestaltung bewirkt im Unterschied dazu, dass Öl nicht nur bei geringerer Drehzahl abgeschleudert wird, sondern dass bei gegebener Drehzahl das Scheibensystem auch weitestgehend ölfrei wird, so dass bei Start des Disconnect-Mode – Auskuppeln – die geringen Restmomente schneller erreicht werden.
Durch die erfindungsgemäßen Sammelbereiche wird Öl in größeren Mengen gesammelt und an Kanten, Ecken oder Spitzen geleitet, von denen sie besser, leichter, bei geringeren Drehzahlen abfallen als von sonst üblichen ebenen Flächen.
Die erfindungsgemäße Maßnahme, in Form von Einschnitten zwischen den Reibbelägen verlaufende Sammelbereiche am Außenrand der Lamelle vorzusehen, bewirkt, dass Öl sich in diesen Bereichen ansammelt, ohne in Kontakt zur Gegenlamelle zu stehen. Dadurch, dass sich hier größere Tropfen bilden, sind Einflüsse aus Oberflächenspannungen geringer, das Öl wird weniger stark festgehalten und es verlässt die Scheibe schon bei geringeren Drehzahlen. Die Tropfen können entweder direkt abfallen oder sie werden auch durch ihre Größe vom Korb mitgenommen.
Des Weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
1 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe RS in Draufsicht. Gezeigt ist eine Reibscheibe RS mit einer Innenverzahnung IZ, über welche die Scheibe an einer nicht dargestellten Kupplungsnabe angelenkt ist. Die Reibscheibe RS wirkt beidseitig mit nicht dargestellten Stahlscheiben zusammen, welche über eine Außenverzahnung an einem Kupplungskorb angelenkt sind. In einer Mehrscheiben-Lamellenkupplung sind in an sich bekannter Weise abwechselnd innen an der Kupplungsnabe und außen am Kupplungskorb angelenkte Reibscheiben RS sowie Stahlscheiben angeordnet, die über einen zugeordneten Aktuierungsmechanismus betätigt, zusammengedrückt werden und so das Antriebsmoment übertragen. Zum Lösen – Disconnect-Modus – wird der Anpressdruck der Scheiben aufgehoben.
Die gezeigte Reibscheibe RS besteht aus einer ringförmigen Scheibe S aus Stahl als Träger, auf der beidseitig in Sektoren, über den Umfang gleichverteilt Reibbeläge, Reibbelagsflächen R angebracht sind. Diese Reibbeläge R weisen eine einheitliche Dicke auf und gelangen in Kontakt mit den nicht dargestellten und am Kupplungskorb angelenkten Stahlscheiben. Die Reibbeläge R sind voneinander beabstandet angeordnet, somit bilden die Reibbeläge R jeweils in Radialer Richtung verkaufende Kanäle, durch die Öl in den äußeren Scheibenbereich gelangen kann.
Die ringförmige Scheibe S weist im Bereich ihrer Außenkante zwischen den Reibbelägen R spaltförmige Einschnitte E auf, welche von in radialer Richtung verlaufenden Kanten K begrenzt sind. Die 2 und 3 zeigen die Einschnitte E in der Scheibe S zwischen den Reibbelägen R in vergrößerter Darstellung als Ausschnitt – 3 perspektivisch.
Die Kanten K der Einschnitte E in der Scheibe S verlaufen in radialer Richtung und somit V-förmig zueinander. Die Tiefe der Einschnitte E entspricht etwa einem Drittel bis zu der Hälfte der Breite der ringförmigen Scheibe S. Der untere Rand des Einschnittes E ist gerade bzw. kreisbogenförmig gestaltet und geht mit Verundungen in die Kanten K über. Im Wesentlichen parallel zu den Kanten K verlaufen die radialen Abschnitte der Kanten KR der Reibbeläge R und bilden somit eine Stufe von der Oberfläche des jeweiligen Reibbelages R zur Oberfläche der Scheibe S. Wie dargestellt, sind die Einschnitte E an der der Innenverzahnung IZ gegenüberliegenden Außenrand der Scheibe S angeordnet.
In 4 ist die Wirkung der durch die zwischen den Reibbelägen R der Scheibe S angeordneten Einschnitte E als Sammelbereich für das Öl Ö angedeutet. Die Drehrichtung der Scheibe S ist mit dem Pfeil angegeben.
Die Kanten KR der Reibbeläge R ergeben bereits bei geschlossener Kupplung einen keilförmig sich nach außen erweiternden Kanal, in welchem Öl durch die Fliehkraft nach außen gelangt. Eine Ölmenge Ö wird so im Einschnitt E der Scheibe S gefangen – bedingt durch die Haftung an den Flächen der Kanten K der Scheibe S vermag sich eine größere Ölmenge Ö anzusammeln. Dies ist in 4 in dem oberen Einschnitt E gezeigt. Ab einer bestimmten Drehzahl erfolgt ein Abschleudern der Ölmenge Ö in Form kleinerer Tropfen, was insbesondere durch ein Abreißen des Öls Ö im Bereich der Ecken zwischen Kanten K und dem Außenrand der Scheibe S ausgelöst wird. Dies ist in 4 im unteren Einschnitt E dargestellt. Durch den Einschnitt E und die Haftwirkung an den Kanten K vermag sich eine große Ölmenge Ö anzusammeln, welche dann bei einer relativ niedrigen – im Vergleich zu einer Scheibe ohne Einschnitte – Drehzahl abgeschleudert wird.
Die 5 zeigt die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Sammelbereiche in Verbindung mit dem Kupplungskorb KK der Mehrscheiben-Lamellenkupplung. Durch die Fliehkraft erfährt die sich in den Einschnitten E sammelnde Ölmenge eine Deformation, bis diese zum Kontakt mit der Struktur des Innenbereiches des Kupplungskorbes KK führt und dadurch die Ölmenge Ö aus dem Sammelbereich, dem Einschnitt E herausgelöst wird.
In den 6–8 ist eine weitere Ausführung der Erfindung dargestellt. Die Kanten K der Einschnitte E in der Scheibe S verlaufen V-förmig. Die Kanten der Reibbeläge KR verlaufen ebenfalls V-förmig – unter einem geringeren Winkel. Der Übergang der Kanten K der Einschnitte E zu dem Außenrand der Scheibe S ist in Form einer Spitze SP gestaltet. Diese Spitze SP ist im Wesentlichen in eine Richtung zwischen der Kante K und dem Außenrand der Scheibe S gerichtet. Die Spitze SP, die Formgebung, der konkave Übergangsbereich von Kante K zur Spitze SP bewirkt eine Verbesserung der Haftung für das ÖL, es kann eine größere Menge angesammelt werden. Dadurch erfolgt ein Abschleudern bereits bei geringeren Drehzahlen.
Eine weitere Erfindungsgestaltung zeigen die 9–11. Hier ist der konkave Übergangsbereich in den Einschnitten E zwischen den Kanten K und dem Außenrand der Scheibe derartig erweitert, dass sich eine deutliche Erweiterung W unterhalb der Spitzen SP ergibt.
Bei der Ausgestaltung gemäß den 12–14 sind die Einschnitte E mit gebogenen Kanten K innerhalb der Scheibe S ausgeführt. Die gebogen ausgeführten Kanten K gehen in sich eng gegenüberliegenden Spitzen SP in die Außenkante der Scheibe S über. Die so begrenzten Einschnitte E haben eine im Wesentlichen elliptische Form.
Eine ähnliche Ausgestaltung zeigen die 15–17. Hier sind die Kanten K der Einschnitte E ebenfalls gekrümmt ausgeführt, insgesamt weisen die Einschnitte E eine tropfenförmige Gestalt auf. Die durch die Spitzen SP definierte Weite W der Öffnung im Randbereich der Scheibe S ist als der größte Abstand zwischen den Kanten K innerhalb der Einschnitte E.
Die gezeigten Ausführungsvarianten sind an den Scheiben S in der Weise dargestellt, dass die am Außenumfang angebrachten Sammelbereiche zwischen den Reibbereichen RB alle die gleiche Gestalt und Größe haben, die Einschnitte E also gleich sind. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass über den Umfang verteilt unterschiedliche Einschnitte E in unterschiedlicher Formgebung und/oder Größe angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

RS

Reibscheibe, Kupplungsscheibe

S

Scheibe, Stahlscheibe

R

Reibbelag, Reibbelagsfläche

IZ

Innenverzahnung

E

Einschnitt, Sammelstelle, Sammelbereich

K

Kante

R

Reibbelag

KR

Kante Reibbelag

Ö

Öl, Öltropfen, Ölmenge

KK

Kupplungskorb

SP

Spitze, Übergang Kante K – Außenrand Scheibe S

W

Weite, Öffnungsweite Einschnitt E

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010033865 [0002]
DE 202005017525 U1 [0003]
US 2005/0224310 A1 [0005]
US 2968381 [0005]
GB 578289 A [0005]
EP 1128081 A2 [0005]
US 7234580 B2 [0005]
EP 1445506 A1 [0006]
DE 10124583 A1 [0007]
GB 1357106 A [0008]
US 4736828 B [0008]
DE 3721623 A1 [0008]
DE 3906101 A1 [0008]
EP 340204 A1 [0008]
US 5975267 B [0008]

Claims

Reibscheibe für eine nasslaufende Mehrscheiben-Lamellenkupplung eines Kraftfahrzeuges, wobei die Reibscheibe (RS) aus einer ringförmigen Scheibe (S) besteht, wobei die Scheibe (S) auf wenigstens einer Seite Reibbeläge (R) aufweist, welche den Reibkontakt zu den anderen Kupplungsscheiben bewirken, wobei die Scheibe (S) an ihrem Außenrand durch Einschnitte (E) gebildete Sammelbereiche für Öl (Ö) aufweist.
Reibscheibe nach Anspruch 1, wobei die Reibbeläge (R) über den Umfang der Scheibe (S) gleichverteilt und mit radiale Kanäle bildenden Abständen zueinander angeordnet sind und die die Sammelstellen für das Öl (Ö) bildenden Einschnitte (E) in diesen Abstandsbereichen angeordnet sind.
Reibscheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Einschnitt (E ) durch zwei im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Kanten (K) begrenzt ist.
Reibscheibe wenigstens nach Anspruch 1, wobei ein Einschnitt (E ) durch gekrümmt verlaufende Kanten (K) begrenzt ist.
Reibscheibe wenigstens nach Anspruch 1, wobei der Einschnitt (E) eine im Wesentlichen elliptische Form aufweist.
Reibscheibe wenigstens nach Anspruch 1, wobei der Einschnitt (E) eine im Wesentlichen tropfenförmige Form aufweist.
Reibscheibe wenigstens nach Anspruch 1, wobei im Übergangsbereich der Kante (K) zum Außenrand der Scheibe (S) eine Spitze (SP) geformt ist.
Reibscheibe wenigstens nach Anspruch 7, wobei die Spitze (SP) im Übergangsbereich der Kante (K) zum Außenrand der Scheibe (S) an wenigstens einer Seite von einem konkaven Verlauf umgeben ist bzw. einen solchen Verlauf bildet.
Reibscheibe wenigstens nach Anspruch 1, wobei die Kanten (KR) der Reibbeläge (R) einen Abstand zu den Kanten (K) eines Einschnittes (E) aufweisen.
Reibscheibe wenigstens nach Anspruch 1, wobei die Tiefe eines Einschnittes (E) etwa einem Drittel bis zur Hälfte der Breite der ringförmigen Scheibe (S) entspricht.
Reibscheibe wenigstens nach Anspruch 7, wobei die Spitzen (SP) im Übergangsbereich der Kanten (K) zum Außenrand der Scheibe (S) eine Weite (W), einen Abstand, eine Öffnungsweite des Einschnittes (E) aufweisen, die kleiner ist als der größte Abstand der Kanten (K) unterhalb der Spitzen (SP).
Reibscheibe wenigstens nach Anspruch 1, wobei die Scheibe (S) an ihrem Innenrand eine Verzahnung zur drehfesten, axial beweglichen Anlenkung an einer Kupplungsnabe (KN) aufweist.