-
Die Erfindung betrifft ein Reibschaltelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Reibschaltelemente sind z. B. bekannt als Schaltelemente in Automatikgetrieben, d. h. als hydraulisch betätigbare Kupplungen oder Bremsen. Ein Reibschaltelement umfasst ein Lamellenpaket mit Innen- und Außenlamellen, welche über Mitnahmeverzahnungen mit einem Innen- bzw. Außenlamellenträger verbunden sind. Die Lamellen, welche in der Regel aus Stahl bestehen und einen beidseitigen Belag aufweisen, laufen insbesondere aus Gründen der Kühlung in Öl. Im geschlossenen Zustand des Reibschaltelements werden die Lamellen in axialer Richtung zusammengepresst, und das Drehmoment zwischen Innen- und Außenlamellenträger wird durch Reibung zwischen den Innen- und Außenlamellen übertragen. Im geöffneten Zustand des Reibschaltelements entfällt die Axialkraft, und die einzelnen Lamellen werden nicht mehr zusammengepresst, sie befinden sich jedoch mehr oder weniger, insbesondere durch das Öl in Reibkontakt miteinander. Infolge dessen tritt bei geöffnetem Reibschaltelement ein Schleppmoment auf, welches insbesondere in Automatgetrieben für Kraftfahrzeuge zu Verlusten führt. Auch bei Hybridgetrieben, welche einen elektromotorischen und einen verbrennungsmotorischen Antrieb aufweisen, treten derartige Verluste infolge einer als Reibschaltelement ausgebildeten Trennkupplung auf, welche sich zwischen dem Elektromotor und dem Antriebsstrang befindet.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige Verluste bei Reibschallelementen zu vermeiden bzw. zu minimieren.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben ich aus den Unteransprüchen.
-
Erfindungsgemäß ist bei einem Reibschaltelement der eingangs genannten Art vorgesehen, dass im Bereich der Mitnahmeverzahnungen auf dem Innen- oder Außenlamellenträger Ringnuten, d. h. umlaufende Radialnuten nebeneinander angeordnet sind, welche die Mitnahmeverzahnung in Umfangsrichtung durchsetzen. Die Zahl der nebeneinander angeordneten Radialnuten entspricht der Zahl der Innen- oder der Außenlamellen. Der Querschnitt der Radialnuten entspricht dem Querschnitt der Zähne der Mitnahmeverzahnung, d. h. im Wesentlichen der Breite der Lamellen. Damit ist es möglich, dass bei mit den Radialnuten fluchtenden Lamellen ein Freilauf für den Innen- oder Außenlamellenträger erreicht wird, während sich die Lamellen im offenen Zustand des Reibschaltelements noch in Reibkontakt miteinander befinden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein mit Verlusten behaftetes Schleppmoment entfällt. Insbesondere bei Automatgetrieben, in welchen sich eine Vielzahl derartiger Reibschaltelemente befindet, führt dies zu einer erheblichen Verringerung der Getriebeverluste.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwischen den Innenlamellen und den Außenlamellen, d. h. zwischen benachbarten Lamellen erste Federelemente angeordnet, welche als Abstandshalter bei geöffnetem Reibschaltelement wirken und somit eine axiale Separierung sowie eine Positionierung der Lamellen gegenüber den Radialnuten bewirken. Sofern sich die Radialnuten im Innenlamellenträger befinden, fluchten die Innenlamellen mit den Radialnuten, sodass sich der Innenlamellenträger bei stehendem Außenlamellenträger frei, d. h. ohne Reibverluste drehen kann. Alternativ ist vorgesehen, dass zweite und dritte Federelemente jeweils paarweise zwischen benachbarten Außenlamellen und benachbarten Innenlamellen angeordnet sind. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass alle Lamellen einfacher zu positionieren sind und eine Relativdrehzahl zwischen den Lamellen und den Federelementen vermieden wird.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Federelemente als Tellerfedern ausgebildet, welche die Lamellen derart positionieren, dass sie mit den Radialnuten fluchten.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Federelemente einstückig mit den Lamellen ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer umlaufenden Wellung oder als ausgestellte Federelemente, z. B. als Laschen oder Lappen.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Außenlamellenträger als Betätigungselement ausgebildet, welches axial verschiebbar in einem Gehäuse angeordnet, jedoch diesem gegenüber nicht verdrehbar ist. Vorzugsweise sind das Befestigungselement und das Gehäuse über eine Mitnahmeverzahnung miteinander verbunden. Das Lamellenpaket befindet sich zwischen Gehäuse und Betätigungselement respektive Außenlamellenträger, sodass sich bei geschlossenem Zustand des Reibschaltelements ein geschlossener Kraftfluss ergibt. Die Radialnuten befinden sich im Bereich der Innenmitnahmeverzahnung des Betätigungselements, sodass die Außenlamellen, die mit den Radialnuten fluchten, frei durchdrehen können – bei stehendem Gehäuse und stehendem Betätigungselement.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Betätigungselement über ein viertes Federelement, vorzugsweise eine Tellerfeder zwischen Betätigungselement und Gehäuse in Position gehalten.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die axiale Verschiebung des Betätigungselements durch einen Stellantrieb, welcher vorzugsweise selbsthemmend ausgebildet ist.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Stellantrieb einen Verstellring, welcher drehbar im Gehäuse angeordnet und über ein Bewegungsgewinde mit dem Betätigungselement verbunden ist. Durch Verdrehen des Verstellringes kann somit eine Axialverschiebung des Betätigungselements erreicht werden. Sofern das Bewegungsgewinde selbsthemmend ausgelegt ist, können die angesteuerten Endpositionen des Betätigungselements ohne Energieverbrauch für den Stellantrieb gehalten werden.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Stellantrieb einen Elektromotor mit Schneckengetriebe, welches den Verstellring antreibt. Hiermit wird eine hohe Untersetzung vom Elektromotor auf den Verstellring und eine Selbsthemmung für das Getriebe erreicht.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Verstellring elektromagnetisch oder hydraulisch verstellt werden, wobei vorzugsweise am Umfang des Verstellringes ein Mitnehmerelement angeordnet ist, über welches die Verstellbewegung mittels elektromagnetischer oder hydraulischer Betätigung eingeleitet wird.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Reibschaltelement im offenen Zustand mit separierten Lamellen,
-
2 das Reibschaltelement gemäß 1 im gefangenen, offenen Zustand,
-
3 das Reibschaltelement gemäß 1 und 2 im geschlossenen Zustand,
-
4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Reibschaltelement im offenen Zustand,
-
5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Reibschaltelement mit Betätigungselement im offenen Zustand,
-
6 das Reibschaltelement gemäß 5 im gefangenen, offenen Zustand,
-
7 das Reibschaltelement gemäß 6 im geschlossenen Zustand,
-
8 und 8a das Reibschaltelement gemäß 7 mit einem Stellantrieb,
-
9 eine alternative Form eines Stellantriebes und
-
10 eine weitere Alternative für einen Stellantrieb.
-
1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Reibschaltelement 1, welches einen Innenlamellenträger 2, einen Außenlamellenträger 3, auch Gehäuse 3 genannt, sowie ein Lamellenpaket 4 umfasst und um eine Achse a rotiert. Das Lamellenpaket 4 besteht aus Innenlamellen 5 mit einer Mitnahmeverzahnung 5a sowie aus Außenlamellen 6 mit einer Mitnahmeverzahnung 6a. Der Innenlamellenträger 2 weist eine Außenmitnahmeverzahnung 2a, kurz Mitnahmeverzahnung 2a genannt, und der Außenlamellenträger 3 weist eine Innenmitnahmeverzahnung 3a, kurz Mitnahmeverzahnung 3a genannt, auf. Die Innenlamellen 5 greifen mit ihrer Mitnahmeverzahnung 5a in die Mitnahmeverzahnung 2a des Innenlamellenträgers 2 ein, und die Außenlamellen 6 greifen mit ihrer Mitnahmeverzahnung 6a in die Mitnahmeverzahnung 3a des Außenlamellenträgers 3 ein. Die Innen- und Außenlamellen 5, 6 sind gegenüber dem Innen- und Außenlamellenträger 2, 3 axial verschiebbar; gegenüber dem Außenlamellenträger 3 ist das Lamellenpaket 4 durch einen Sicherungsring 7 gesichert. Zwischen den Innen- und Außenlamellen 5,6 und zwischen dem Lamellenpaket 4 und dem Außenlamellenträger 3 sind erste Federelemente 8, ausgebildet als Tellerfedern 8, angeordnet. In der Außenmitnahmeverzahnung 2a des Innenlamellenträgers 2 sind über den Umfang durchgehende Radialnuten 9 angeordnet, auch als Ring- oder Umfangsnuten bezeichnet. Die Anzahl der Radialnuten 9 entspricht der Anzahl der Innenlamellen 5; beim dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt diese Anzahl drei. Die zwischen benachbarten Lamellen, d. h. jeweils zwischen einer Innenlamelle 5 und einer Außenlamelle 6 angeordneten ersten Federelemente 8 haben die Funktion von Abstandshaltern und dienen der Separierung der Lamellen 5, 6. Die Tellerfedern 8 richten die Innenlamellen 5 derart in ihrer axialen Position aus, dass sie mit den Radialnuten 9 fluchten.
-
Das Reibschaltelement 1 befindet sich in der dargestellten Position im offenen Zustand, wobei die Lamellen 5, 6 – wie erwähnt – bereits durch die Tellerfedern 8 separiert sind. Bei stehendem Außenlamellenträger 3 kann sich der Innenlamellenträger 2 aufgrund der Radialnuten 9 frei drehen, ohne die Innenlamellen 5 mitzunehmen, welche sich trotz Separierung noch in Reibkontakt mit den Außenlamellen 6 befinden. Damit wird erreicht, dass bei geöffnetem Reibschaltelement 1 kein Schleppmoment auf den rotierenden Innenlamellenträger 2, welcher z. B. auf einer Getriebewelle angeordnet ist, ausgeübt wird.
-
2 zeigt das Reibschaltelement 1 gemäß 1, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen verwendet werden. Der Innenlamellenträger 2 ist gegenüber seiner Position in 1 relativ zum feststehenden Gehäuse 3 in der Zeichnung nach rechts verschoben, sodass die Innenlamellen 5 nicht mehr mit den Radialnuten 9 fluchten, sondern sich in Zahneingriff mit der Mitnahmeverzahnung 2a des Innenlamellenträgers 2 befinden. Durch diese Axialverschiebung des Innenlamellenträgers 2 werden die Tellerfedern 8 komprimiert. Die Innen- und Außenlamellen 5, 6 befinden sich in Reibkontakt, sodass der Innenlamellenträger 2 an die Drehzahl des Außenlamellenträgers 3 angeglichen wird. Das Reibschaltelement 1 ist jedoch noch geöffnet.
-
Im Unterschied zu der Position in 1 ist der Innenlamellenträger 2 in 2 „gefangen“.
-
3 zeigt das Reibschaltelement 1 in einer Position, in welcher der Innenlamellenträger 2 in der Zeichnung weiter nach rechts, d. h. auf das Gehäuse 3 zu bewegt worden ist. Die Lamellen 5, 6 und die Tellerfedern 8 sind dicht aneinander gepresst, sodass ein kompaktes Lamellenpaket 4 gebildet wird, welches ein Reibmoment überträgt. Dies führt zu einer Annäherung der Drehzahlen von Innen- und Außenlamellenträger 2, 3. Dabei kann das Gehäuse 3 rotieren oder nicht rotieren – in diesem Falle fungiert das Reibschaltelement 1 als Kupplung. Das Reibschaltelement 1 ist jetzt geschlossen.
-
4 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Reibschaltelement 11 mit einem Innenlamellenträger 12, einem Außenlamellenträger 13 sowie einem Innen- und Außenlamellen 15,16 aufweisenden Lamellenpaket 14, welches durch einen Sicherungsring 17 gegenüber dem Gehäuse 13 axial fixiert ist. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind beim zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zweite Federelemente 18, ausgebildet als zweite Tellerfedern 18, jeweils zwischen zwei Innenlamellen 15 und dritte Federelemente 20, ausgebildet als dritte Tellerfedern 20, jeweils zwischen zwei Außenlamellen 16 angeordnet. Die zweiten und dritten Tellerfedern 18, 20 bewirken bei offenem Reibschaltelement 11 eine Separierung der Lamellen 15, 16 und ihre Positionierung in axialer Richtung. Aufgrund dieser Anordnung tritt zwischen den Tellerfedern 18, 20 und den Innen- und Außenlamellen 15, 16 keine Relativbewegung auf. Bei der dargestellten Position fluchten die Innenlamellen 15 mit den Radialnuten 19, d. h. der Innenlamellenträger 12 kann sich frei drehen, ohne durch ein Schleppmoment gebremst zu werden. 4 entspricht insoweit 1, d. h. die Reibschaltelemente 1, 11 sind „innen gefangen“.
-
5 zeigt ein Reibschaltelement 21 als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, d. h. ein „außen gefangenes“ Reibschaltelement. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist der Außenlamellenträger 23 als Betätigungselement 23 ausgebildet, welches axial gleitend gegenüber einem Gehäuse 24 geführt ist. Hierzu weist das Betätigungselement 23 eine Außenmitnahmeverzahnung 23b und das Gehäuse 24 eine Innenmitnahmeverzahnung 24a auf. Der Außenlamellenträger 23 weist ferner eine Innenmitnahmeverzahnung 23a auf, in welcher umlaufende Radialnuten 29 angeordnet sind, welche – in der dargestellten Position – mit den Außenlamellen 26 fluchten. Der Innenlamellenträger 22 weist eine Außenmitnahmeverzahnung 22a auf, mit welcher die Innenlamellen 25 in Eingriff stehen. Das Betätigungselement 23 wird gegenüber dem Gehäuse 24 durch ein viertes Federelement 27, ausgebildet als Tellerfeder 27, in Position gehalten. Weitere Tellerfedern 28 sind zwischen benachbarten Lamellen 25, 26 zu deren Separierung und Abstandshaltung angeordnet. Das Reibschaltelement 21 ist im offenen Zustand dargestellt. Ausgehend davon, dass das Gehäuse 24 mit dem Betätigungselement 23 steht, kann der Innenlamellenträger 22 zusammen mit den Innen- und Außenlamellen 25, 26 frei um die Achse a rotieren, ohne mit einem Schleppmoment belastet zu sein.
-
6 zeigt das Reibschaltelement 21 ebenfalls im offenen, jedoch „gefangenen“ Zustand, d. h. die Außenlamellen 26 befinden sich in Eingriff mit der Mitnahmeverzahnung 23a des Betätigungselements 23. Das Betätigungselement 23 wurde – bezogen auf die Position in 5 – in der Zeichnung nach rechts verschoben, wobei die Tellerfeder 27 gespannt wurde. Die Tellerfedern 28 zwischen den Lamellen 25, 26 wurden komprimiert, sodass Reibkontakt zwischen den Lamellen 25, 26 besteht.
-
7 zeigt das Reibschaltelement 21 in geschlossenem Zustand, d. h. das Betätigungselement 23 wurde in der Zeichnung weiter nach rechts verschoben, sodass die Innen- und Außenlamellen 25, 26 zusammengepresst sind und das Nenn-Drehmoment zwischen Innenlamellenträger 22 und Außenlamellenträger 23 bzw. Gehäuse 24 übertragen werden kann. Das Gehäuse 24 kann dabei feststehen – dann liegt eine Bremse vor, oder das Gehäuse 24 kann mit dem Innenlamellenträger 22 rotieren – dann liegt eine Kupplung vor. Das Öffnen des Reibschaltelementes 21 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
-
8 zeigt das Reibschaltelement 21, wie in den 5 bis 6 dargestellt, jedoch erweitert um einen Stellantrieb 30, welcher das Betätigungselement 23 in axialer Richtung verstellt. Der Stellantrieb 30 umfasst einen Elektromotor 31, einen Schneckentrieb 32 sowie einen Verstellring 33, welcher drehbar in dem Gehäuse 24 angeordnet ist. Der Verstellring 33 ist über ein Bewegungsgewinde 34 mit dem Betätigungselement 23 verbunden. Damit kann die Drehbewegung des Elektromotors 31 in eine Axialbewegung des Betätigungselements 23 umgesetzt werden. Das Schneckengetriebe 32 besteht aus einer mit der Motorwelle verbundenen Schnecke 32a und einem am Verstellring 33 angeordneten Schneckenrad 32b, wie in dem Teilschnitt 8a dargestellt ist. Der Schneckentrieb 32 ist selbsthemmend, sodass die jeweils angesteuerten Positionen des Betätigungselements 23 bzw. des Verstellringes 33 gehalten werden können, ohne dass vom Elektromotor 31 Energie verbraucht wird. Zusätzlich kann auch das Bewegungsgewinde 34 selbsthemmend ausgelegt werden.
-
9 zeigt eine Alternative zum Antrieb eines Verstellringes 35, welcher ein als Nase ausgebildetes, am Umfang angeordnetes Mitnehmerelement 35a aufweist. Beiderseits des Mitnehmerelements 35a sind Elektromagnete 36, 37 angeordnet, welche eine Verschwenkung des Mitnehmerelementes 35a und damit des Verstellringes 35 erlauben. Der Verstellring 35 ist analog zu dem Ausführungsbeispiel in 8 über ein Bewegungsgewinde mit dem hier nicht dargestellten Betätigungselement 23 verbunden.
-
10 zeigt eine weitere Alternative für den Antrieb eines Verstellringes 38, welcher als Mitnehmer einen Drehkolben 38a aufweist, welcher in einer Druckkammer 39 schwenkbar angeordnet ist. Der Drehkolben 38a kann beiderseits mit einem Druckmedium beaufschlagt werden, sodass eine Schwenkbewegung für den Verstellring 38 erzeugt wird, welche über das nicht dargestellte Bewegungsgewinde auf das Betätigungselement übertragen wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Reibschaltelement
- 2
- Innenlamellenträger
- 2a
- Mitnahmeverzahnung
- 3
- Außenlamellenträger/Gehäuse
- 3a
- Mitnahmeverzahnung
- 4
- Lamellenpaket
- 5
- Innenlamelle
- 5a
- Mitnahmeverzahnung
- 6
- Außenlamelle
- 6a
- Mitnahmeverzahnung
- 7
- Sicherungsring
- 8
- erstes Federelement/Tellerfeder
- 9
- Radialnut
- 11
- Reibschaltelement
- 12
- Innenlamellenträger
- 12a
- Mitnahmeverzahnung
- 13
- Außenlamellenträger
- 13a
- Mitnahmeverzahnung
- 14
- Lamellenpaket
- 15
- Innenlamelle
- 16
- Außenlamelle
- 17
- Sicherungsring
- 18
- zweites Federelement/Tellerfeder
- 19
- Radialnut
- 20
- drittes Federelement/Tellerfeder
- 21
- Reibschaltelement
- 22
- Innenlamellenträger
- 22a
- Mitnahmeverzahnung
- 23
- Außenlamellenträger/Betätigungselement
- 23a
- Mitnahmeverzahnung
- 23b
- Mitnahmeverzahnung
- 24
- Gehäuse
- 24a
- Mitnahmeverzahnung
- 25
- Innenlamelle
- 26
- Außenlamelle
- 27
- viertes Federelement/Tellerfeder
- 28
- Tellerfeder
- 29
- Radialnut
- 30
- Stellantrieb
- 31
- Elektromotor
- 32
- Schneckengetriebe
- 32a
- Schnecke
- 32b
- Schneckenrad
- 33
- Verstellring
- 34
- Bewegungsgewinde
- 35
- Verstellring
- 35a
- Mitnehmerelement
- 36
- Elektromagnet
- 37
- Elektromagnet
- 38
- Verstellring
- 38a
- Drehkolben
- 39
- Druckkammer
- a
- Rotationsachse
