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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung, insbesondere eine nasslaufende Lamellenkupplung, mit einem ersten Lamellensatz, der drehfest mit einem ersten Lamellenträger verbunden ist, mit einem zweiten Lamellensatz, der drehfest mit einem zweiten Lamellenträger verbunden ist, wobei die Lamellen der beiden Lamellensätze in axialer Richtung wechselweise hintereinander angeordnet sind, wobei die Lamellen miteinander in Reibeingriff bringbar sind, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Lamellen eines Lamellensatzes eine Wellfeder vorgesehen ist und wobei die Wellfedern in Umfangsrichtung Wellenberge und Wellentäler aufweisen.
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Lamellenkupplungen werden zum Beispiel in Doppelkupplungsgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Mit Blick auf einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs ist es von besonderer Bedeutung, dass Kupplungen im unbetätigten Zustand geringe Schleppverluste aufweisen. Hierzu sind aus dem Stand der Technik Federelemente bekannt, die die Öffnung der Lamellenkupplung im geöffneten Zustand soweit unterstützen, dass die Lamellen im Idealfall keine Schleppverluste mehr erzeugen. Gleichzeitig muss eine moderne Lamellenkupplung höchsten Komfortansprüchen genügen und nahezu ruckfrei anfahren und möglichst unmerklich für den Fahrer die Gangstufenwechsel unterstützen.
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Eine entsprechende Lamellenkupplung ist aus
DE 10 2009 057 353 A1 bekannt. Die Lamellenkupplung weist einen Außenlamellenträger mit Stahllamellen und einen Innenlamellenträger mit Reiblamellen auf. Im radial äußeren Bereich der Lamellenkupplung ist zwischen den Fußbereichen der Stahllamellen jeweils eine Wellfeder angeordnet, um die Kupplungslamellen zu trennen, wenn die Kupplung nicht betätigt ist. Die Wellfedern sind so dimensioniert, dass sich im geöffneten Zustand der Kupplung zwischen den Stahl- und Reiblamellen ein Axialabstand ergibt. Die ringförmigen oder ringscheibenförmigen Wellfedern weisen eine elastische Verformbarkeit auf, die durch einen wellen- oder stufenartigen Verlauf in Umfangsrichtung oder/und in radialer Richtung erreicht wird.
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Die
EP 0 945 636 A2 und die
DE 2 316 571 A weisen vergleichbare Kupplungskonfigurationen auf, bei denen eine Lamellenkupplung einen Außenlamellenträger mit Reiblamellen und einen Innenlamellenträger mit Stahllamellen aufweist. Zur Trennung der Lamellen bei nicht betätigter Kupplung sind Wellfedern vorgesehen, die im radial inneren Bereich der Kupplung angeordnet sind. Die Wellfedern befinden sich jeweils zwischen den Fußbereichen der Stahllamellen nahe des Innenlamellenträgers.
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Sowohl bei der
DE 10 2009 057 353 A1 als auch bei der
EP 0 945 636 A2 und der
DE 2 316 571 A sind die Wellfedern jeweils mit identischer Orientierung in Umfangsrichtung angeordnet. Entsprechend der jeweiligen Darstellung sind die Wellfedern aus einem Federband ausgestanzt, was zu einem hohen Materialverschnitt führt.
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Die
DE 20 2011 002 271 U1 beschreibt eine spezielle Variante einer Wellfeder, bei der die Wellfeder aus einem kreisringförmigen gewundenen Federband hergestellt ist, deren Enden verschweißt sind. Die Schweißnaht ist in einem spannungsarmen Bereich der Wellenlinie des Federbandes zwischen einem Wellenberg und einem Wellental angeordnet. Durch die Anordnung der Schweißnaht zwischen Wellenberg und Wellental, gelangt die Schweißnaht zu keinem Zeitpunkt in Kontakt mit den Auflageflächen der Anbauteile, zwischen denen die Wellfeder angeordnet ist. Einem unsymmetrischen Verhalten der Wellfeder wird so entgegengewirkt und die Federkennlinie der Wellfeder wird durch die Schweißnaht kaum beeinflusst.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Komfort eine Lamellenkupplung zu verbessern, insbesondere ein ruckarmes Anfahren zu ermöglichen und ein möglichst homogenes Lamellenpaket bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Lamellenkupplung, insbesondere einer nasslaufenden Lamellenkupplung, mit einem ersten Lamellensatz, der drehfest mit einem ersten Lamellenträger verbunden ist, mit einem zweiten Lamellensatz, der drehfest mit einem zweiten Lamellenträger verbunden ist, wobei die Lamellen der beiden Lamellensätze in axialer Richtung wechselweise hintereinander angeordnet sind, wobei die Lamellen miteinander in Reibeingriff bringbar sind, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Lamellen eines Lamellensatzes eine Wellfeder vorgesehen ist und wobei die Wellfedern in Umfangsrichtung Wellenberge und Wellentäler aufweisen, dadurch gelöst, dass die Orientierung der Wellfedern so gewählt ist, dass jeweils Wellenberge und Wellentäler von benachbarten Wellfedern zueinander ausgerichtet sind. Durch diese erfindungsgemäße Orientierung der Wellfedern wird zuverlässig ein Verkippen der Lamellen bei der Betätigung verhindert. Der Kraftangriffspunkt einer Wellfeder auf eine Lamelle stimmt dadurch jeweils mit dem Kraftangriffspunkt der Wellfeder auf der anderen Seite der Lamelle überein. Diese Konfiguration ermöglicht ein homogenes Lamellenpaket, mit dem ein komfortables und ruckarmes Anfahren erreicht wird. Die Beeinflussung des sogenannten Planschlags des Lamellenpakets durch die Wellfedern wird minimiert, so dass ein optimiertes Lamellenpaket erstellt werden kann. Entsprechende Verfahren zur Optimierung der einzelnen Lamellen sind aus dem Stand der Technik bekannt und können bevorzugt mit dem vorgestellten Lamellenpaket kombiniert werden.
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Die bevorzugte Weiterbildung der Lamellenkupplung sieht vor, dass die Wellfedern eine Schweißnaht aufweisen, wobei die Orientierung der Wellfedern so gewählt ist, dass die Position von wenigstens zwei Schweißnähten in Umfangsrichtung voneinander abweicht. Durch diese Ausgestaltung und Orientierung der Wellfedern werden zwei ganz wesentliche Vorteile erzielt: Einerseits können die Wellfedern materialsparend und kostengünstig aus einem Federstahl oder Federdraht als Drahtring gewickelt und an der Stoßstelle geschweißt werden. Hierdurch wird der sonst übliche Materialverschnitt vermieden, der beim konventionellen Ausstanzen von Wellfedern aus einem Metall-Coil bzw. einer Metallplatte anfällt. Andererseits wird durch die Abweichende Orientierung der Schweißnähte eine homogenere Kraftverteilung der Wellfedern erzielt. Auch wenn die Schweißstellen nur einen geringen Einfluss auf den Kraftverlauf der Wellfedern haben, so stellen diese eine Unstetigkeit der Federsteifigkeit der Wellfedern dar. Durch die abweichende Lage der Schweißstellen wird dieser negative Einfluss minimiert.
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Die besonders bevorzugte Ausgestaltung der Lamellenkupplung besteht darin, dass die Positionen der Schweißnähte im Wesentlichen gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sind. Durch diese Weiterbildung wird der zuvor schon beschriebene Unstetigkeitseinfluss der Schweißstellen gleichmäßig über den gesamten Umfang des Lamellenpakets, bestehend aus den beiden Lamellensätzen und den Wellfedern, verteilt und homogenisiert. Diese Maßnahme setzt eine entsprechende Abstimmung von Wellenbergen, Wellentälern, Schweißstellen und Anzahl von Wellfedern voraus. Ideal sind alle Schweißstellen gleichmäßig über den Umfang verteilt, was sich in der Praxis nicht immer umsetzen lässt, wenn die Aufteilung dies nicht ermöglicht.
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Eine alternative Ausgestaltung der Lamellenkupplung sieht vor, dass die Positionen der Schweißnähte auf wenige Positionen, vorzugsweise auf zwei Positionen beschränkt sind. Diese Alternative bietet sich beispielsweise an, wenn die Anzahl der Schweißstellen der Wellfedern sich nicht gleichmäßig über dem Umfang verteilen lässt. Durch die Anordnung der Schweißstellen an zwei gegenüberliegenden Positionen wird zumindest eine deutlich homogenere Kraftverteilung der Wellfedern erzielt aus bei einer Häufung aller Schweißstellen an einer Stelle der Kupplung oder als in solchen Fällen, bei denen die Lage der Schweißstellen bei der Herstellung der Lamellenkupplung nicht berücksichtigt wird.
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Eine besonders wichtige Weiterbildung für den zuverlässigen Praxiseinsatz der Lamellenkupplung besteht darin, dass die Wellfedern eine Lagesicherung aufweisen. Diese Maßnahme stellt sicher, dass die zuvor gewählten Orientierungen der Schweißstellen auch im praktischen Betrieb beibehalten werden und es zu keinem Verdrehen der Wellfedern kommt. Bevorzugt ist die Lagesicherung wenigstens als eine Ausklinkung am Innen- oder Außenumfang der jeweiligen Wellfeder ausgeführt. Mittels der Ausklinkung kann eine formschlüssige Lagesicherung realisiert werden, die gegenüber einer rein kraftschlüssigen Lagesicherung zuverlässiger ist. Die Ausklinkung liegt erfindungsgemäß – wie die Schweißstellen – jeweils in einem Wendepunkt zwischen einem Wellenberg und einem Wellental. Durch diese Position ist, analog zu den Schweißstellen, ein Einfluss auf die Federsteifigkeit minimiert. Durch eine gleichmäßige Verteilung der Ausklinkungen über den Umfang der Wellfeder wird der Einfluss auf die Federsteifigkeit des gesamten Lamellenpakets homogenisiert. Besonders günstig wird die Ausklinkung im ungespannten Zustand der Wellfeder durch einen Stanzprozess hergestellt.
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Die bevorzugte Ausgestaltung der Lagesicherung sieht vor, dass die Ausklinkung jeweils in eine entsprechende Ausformung des jeweiligen Lamellenträgers eingreift. Hierzu sind am Lamellenträger einzelne Bereiche vorgesehen, die so ausgeformt sind, dass die Ausklinkungen formschlüssig erfasst werden. Im Fall von radial außen liegenden Ausklinkungen ist dies ein verringerter Kopfkreis des entsprechenden Außenlamellenträgers.
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Die bevorzugte Konfiguration der Lamellenkupplung besteht darin, dass der erste oder der zweite Lamellensatz aus Lamellen mit einem Reibbelag besteht, dass der jeweils andere Lamellensatz aus Stahllamellen ohne Reibbelag besteht, dass die Wellfedern im Bereich des Lamellenträgers angeordnet sind, der die Reiblamellen trägt und dass die Reiblamellen in dem radialen Bereich, in dem die Wellfedern angeordnet sind, keinen Reibbelag aufweisen. Damit greifen die Wellfedern nicht im Bereich des Reibbelages an, sondern in einem Bereich ohne Reibbelag, wodurch eine definiertere Kraftwirkung zwischen Wellfeder und angrenzenden Lamellen erzielt wird. Bevorzugt sind die Wellfedern im Bereich des ersten Lamellenträgers zwischen jeweils zwei Reiblamellen angeordnet, wobei der erste Lamellenträger der Außenlamellenträger ist. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die radiale Erstreckung der Stahllamellen gegenüber der radialen Erstreckung der Reiblamellen wenigstens um die radiale Erstreckung der Wellfedern verkürzt ist. Hiermit kann eine ideale Schachtelung der einzelnen Komponenten erreicht werden.
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Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand von sieben Figuren beschrieben.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Lamellenkupplung in einer Schnittansicht,
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Lamellenkupplung in einer Schrägansicht ohne die umgebenden Lamellenträger,
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3 zeigt ein Wellfederpaket entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Lamellenkupplung,
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4 zeigt ein Wellfederpaket entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Lamellenkupplung,
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5 zeigt eine Wellfeder in einer vollständigen Ansicht,
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6 zeigt die Wellfeder aus 5 in einer Schrägansicht und
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7 zeigt in einem Diagramm eine Abwicklung der Wellfeder nach den 5 und 6, die die Lage der Schweißnaht, der Wellenberge, der Wellentäler und der Ausklinkungen zeigt.
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In der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele sind gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Lamellenkupplung 1 gezeigt, die einen ersten Lamellensatz 2 mit insgesamt sechs Reiblamellen 2‘ aufweist, der in einem ersten Lamellenträger 3 gehalten ist. Der Lamellenträger 3 ist in diesem Fall ein Außenlamellenträger 3. Die beiden in axialer Richtung 6 außen liegenden Reiblamellen 2‘ sind nur einseitig mit einem Reibbelag 17 versehen. Die weiteren innen liegenden Reiblamellen 2‘ weisen beidseitig Reibbeläge 17 auf. Die beiden axial außen liegenden Reiblamellen 2‘ sind dabei deutlich dicker ausgeführt als die innen liegenden Reiblamellen 2‘, um das Lamellenpaket insgesamt homogener mit einer Kraft beaufschlagen zu können. In radialer Richtung 18 weiter innen liegend ist ein zweiter Lamellenträger 4 als Innenlamellenträger 4 angeordnet, der einen zweiten Lamellensatz 4 mit insgesamt fünf Stahllamellen 4‘ trägt. Die Stahllamellen 4‘ sind im Gegensatz zu den Reiblamellen 2‘ alle gleich ausgeführt und weisen die gleiche Lamellendicke auf. Die Lamellensätze 3 und 4 stützen sich an einem Anschlag 19 mit zwei Anschlagstellen ab, der im Außenlamellenträger 3 geführt und mit einem Sicherungsring 21 gesichert ist. Um die Lamellenkupplung 1 zu betätigen und die Lamellen miteinander in einen Reibeingriff zu bringen ist ein Druckkolben 20 vorgesehen, der einseitig auf das Lamellenpaket einwirkt. Der Druckkolben 20 wird von einer nicht gezeigten hydraulischen Anlage angesteuert.
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Zwischen den Reiblamellen 2‘ ist jeweils eine Wellfeder 7 angeordnet, die bei nicht betätigtem Druckkolben 20 eine Trennung der Lamellen 2‘ und 4‘ unterstützt. In der gezeigten Ausführung sind insgesamt fünf Wellfedern 7 vorgesehen. Bei einer in axialer Richtung 6 längeren Kupplung 1 mit entsprechend mehr Lamellen 2‘ und 4‘ erhöht sich die Anzahl der Wellfedern 7 entsprechend. In 1 ist erkennbar, dass die Wellfedern 7 jeweils so von der Lage her orientiert sind, dass benachbarte Wellfedern 7 zueinander ausgerichtet sind. Mit anderen Worten, die Wellfedern 7 wirken an der gleichen jeweils gegenüberliegenden Stelle auf die Reiblamellen 2‘ ein. Einzige Ausnahme ist die in der 1 ganz links gezeigte Wellfeder 7, die keine korrespondierende Feder aufweist. Dies liegt an der ungeraden Anzahl von fünf Wellfedern 7 in diesem Beispiel. In den nachfolgenden 3 und 4 sind Beispiele mit insgesamt sechs Wellfedern 7 gezeigt, die eine noch homogenere Kraftverteilung ermöglichen.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Lamellenkupplung 1 in einer Schrägansicht ohne die umgebenden Lamellenträger 3 und 5. Zwischen den Reiblamellen 2‘ und den Stahllamellen 4‘ ist jeweils eine Wellfeder 7 angeordnet. Gut erkennbar sind die in axialer Richtung 6 außen liegenden Reiblamellen 2‘, die dicker ausgeführt sind, als die innen liegenden Reiblamellen 2‘. Die Wellfedern 7 weisen Wellenberge 9 und Wellentäler 10 auf, die in Umfangsrichtung 8 der Lamellenkupplung jeweils so orientiert sind, dass ein jeweiliger Wellenberg 9 an ein Wellental 10 einer benachbarten Wellfeder 7 ausgerichtet ist.
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3 zeigt ein Wellfederpaket 7 entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Lamellenkupplung 1. In dieser Darstellung sind die Schweißnähte 11 der jeweiligen Wellfedern 7 gezeigt, die gleichmäßig über den Umfang 8 verteilt sind. Die Schweißnähte 11 sind dabei jeweils in einem Wendepunkt der Wellfeder 7 zwischen einem Wellenberg 9 und einem Wellental 10 angeordnet. In der gezeigten Lageorientierung sind somit zwei Bedingungen gleichzeitig erfüllt: Die Wellfedern 7 sind mit den Wellenbergen 9 und Wellentälern 10 zueinander orientiert und gleichzeitig sind die Schweißstellen 11 in Umfangsrichtung 8 gleichmäßig verteilt.
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Die Wellfedern 7 weisen einen Innenumfang 15 und einen Außenumfang 16 auf. Am Außenumfang 16 sind dabei Ausklinkungen 14 vorgesehen, die zu einer Lagesicherung genutzt werden. Die Ausklinkungen 14 sind in axialer Richtung 6 jeweils an der gleichen Stelle angeordnet und an insgesamt sechs Stellen über den Umfang der Wellfeder 7 verteilt. Die Ausklinkungen 14 greifen im montierten Zustand in einen verringerten Kopfkreis des Außenlamellenträgers 3 ein, wodurch die Lage der Wellfedern 7 in Umfangsrichtung 8 fixiert wird. Durch die über den Umfang gleichmäßig verteilte Lage der Schweißstellen 11 wird in Bezug auf die Federkraft des gesamten Federpakets eine sehr homogene Kraftverteilung erreicht. Wenn die Lamellen 2‘ und 4‘ so montiert werden, dass diese insgesamt eine homogene Lamellendickenverteilung aufweisen, wird auch die Lamellenkupplung insgesamt ein sehr homogenes Ansprechverhalten aufweisen, was zu einem ruckfreien Anfahren führt.
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4 zeigt ein Wellfederpaket 7 entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Lamellenkupplung 1, wobei die Schweißstellen 11 an zwei Positionen 12 und 13 konzentriert sind. Diese Lageorientierung der Wellfedern 7 stellt eine Alternative zur vorhergehenden Ausführung nach 3 dar. Die Lage der Wellfedern 7 wird ebenfalls durch entsprechende Ausklinkungen 14 gesichert.
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5 zeigt eine Wellfeder 7 in einer vollständigen Ansicht und 6 in einer Schrägansicht. Gut erkennbar sind jeweils die sechs Ausklinkungen 14, die in Umfangsrichtung 8 am Außenumfang 16 verteilt sind. Die Schweißnaht 11 befindet sich ebenfalls wie die Ausklinkungen 14 in einem Wendepunkt zwischen den Wellenbergen 9 und den Wellentälern 10. 7 zeigt in einem Diagramm eine Abwicklung der Wellfeder 7 nach den 5 und 6, die die Lage der Schweißnaht 11, der Wellenberge 9, der Wellentäler 10 und der Ausklinkungen 14 zeigt. Über den gesamten Umfang von 360 Grad sind insgesamt sechs Ausklinkungen 14 verteilt, wobei die Wellfeder 7 insgesamt je neun Wellenberge 9 und Wellentäler 10 aufweist.
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Je nach erforderlicher Federkennlinie der Wellfedern 7 kann die Anzahl der Wellenberge 9 und Wellentäler 10 angepasst werden. Die Anzahl der eingesetzten Wellfedern 7 hängt von der Anzahl der Lamellen 2‘ und 4‘ ab, die wiederum von der Drehmomentanforderung der Lamellenkupplung 1 abhängt. Entsprechende Anpassungen liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lamellenkupplung
- 2
- Erster Lamellensatz (Reiblamellen)
- 2‘
- Lamelle aus erstem Lamellensatz (Reiblamelle)
- 3
- Erster Lamellenträger (Außenlamellenträger)
- 4
- Zweiter Lamellensatz (Stahllamellen)
- 4‘
- Lamelle aus zweitem Lamellensatz (Stahllamelle)
- 5
- Zweiter Lamellenträger (Innenlamellenträger)
- 6
- Axiale Richtung
- 7
- Wellfeder
- 8
- Umfangsrichtung
- 9
- Wellenberg
- 10
- Wellental
- 11
- Schweißnaht
- 12, 13
- Positionen der Schweißnähte
- 14
- Lagesicherung, Ausklinkung
- 15
- Innenumfang einer Wellfeder
- 16
- Außenumfang einer Wellfeder
- 17
- Reibbelag
- 18
- Radiale Richtung
- 19
- Anschlag
- 20
- Druckkolben
- 21
- Sicherungsring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009057353 A1 [0003, 0005]
- EP 0945636 A2 [0004, 0005]
- DE 2316571 A [0004, 0005]
- DE 202011002271 U1 [0006]
