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Die Erfindung betrifft einen Kupplungssteg mit einem Rotationszentrum für eine Reibkupplung, sowie einen Lamellenträger und eine Reibkupplung für ein Kraftfahrzeug.
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Es werden heutzutage vermehrt hydraulisch betätigte Reibkupplungen eingesetzt, was zum Beispiel dadurch begründet ist, dass erhöhte Anpresskräfte zur Übertragung höherer Drehmomente mit kleineren Durchmessern der Reibbeläge vonnöten sind. Solche hydraulischen Aggregate sind jedoch sehr groß und schränken daher die Reduzierung der Baugröße einer Reibkupplung ein. In vielen Kraftfahrzeugen, insbesondere mit quer angeordneten Verbrennungskraftmaschinen vor der Fahrerkabine, ist das Raumangebot durch die steigende Anzahl an Aggregaten im Motorraum beschränkt. Es ist daher erforderlich, die bekannten Reibkupplungen weiter zu verkleinern und zugleich die Kosten zu senken.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft einen Kupplungssteg mit einem Rotationszentrum für eine Reibkupplung, welcher zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – eine Scheibe, die sich in radialer Richtung erstreckt und um das Rotationszentrum rotierbar ist;
- – zumindest einen Kolbenbereich, der dazu eingerichtet ist, einen Betätigungskolben für ein Reibpaket einer Reibkupplung aufzunehmen; und
- – zumindest eine Zuleitung für ein Betätigungsfluid zum Betätigen des Betätigungskolbens.
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Der Kupplungssteg umfasst eine Scheibe, die sich in radialer Richtung erstreckt und eine Krafteinleitung ist über die Scheibe möglich, zum Beispiel die Anpresskraft der Reibkupplung. Der Kupplungssteg kann in einer Mehrfachkupplung als Zentralsteg genutzt werden, besonders bevorzugt wird aber eine Mehrzahl von Reibpaketen auf einer Seite des Kupplungsstegs angeordnet und der Kupplungssteg schließt den Kupplungsraum zusammen mit dem Kupplungskorb ab. Der Kupplungssteg bildet einen rotierenden Bestandteil der Reibkupplung, insbesondere zur Aufnahme des Eingangsdrehmoments von der Antriebseinheit. Zu diesem Zweck ist der Kupplungssteg um ein Rotationszentrum rotierbar, welches in der Regel deckungsgleich mit dem Rotationszentrum der Reibkupplung und deren rotierbaren Komponenten ist. Der Kupplungssteg umfasst dabei einen Kolbenbereich, das heißt einen Abschnitt, in dem ein Betätigungskolben zur Einleitung der Anpresskraft auf ein Reibpaket der Reibkupplung anordbar ist. Zur Betätigung des Betätigungskolbens ist zudem eine Zuleitung in dem Kupplungssteg vorgesehen, durch den ein Betätigungsfluid, zum Beispiel eine hydraulische Flüssigkeit oder ein pneumatisches Gas, zum Betätigungskolben geleitet werden kann.
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In dem Kupplungssteg werden somit in die Funktion der Aufnahme eines Betätigungskolbens und die dazugehörige axiale Krafteinleitung und die Zuleitung des Betätigungsfluids integriert. Hierdurch wird ein enormer Raumgewinn erreicht. Ganz besonders bevorzugt wird der Betätigungskolben an einem Durchmesser der Scheibe angeordnet, in der die Krafteinleitung auf ein jeweiliges Reibpaket notwendig ist. Zum Beispiel wird der Betätigungskolben auf dem (in etwa) gleichen Radius wie ein Reibpaket angeordnet. Hierdurch wird vermieden, dass der Betätigungskolben wie im Stand der Technik üblich vom Innendurchmesser der Reibkupplung zum Krafteinleitungsort weit auskragt und dabei einer Belastung nach Art einer Tellerfeder unterliegt. Gerade gegenüber Konfigurationen als Mehrfachkupplung wird dadurch erheblicher Bauraum eingespart und zugleich eine günstigere Krafteinleitung erreicht.
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Der Kupplungssteg kann neben den genannten Aufgaben zugleich eine Schwungmasse der Reibkupplung bilden, die aufgrund ihrer Trägheit Ungleichmäßigkeiten der Drehmomentübertragung ausgleicht. Der Kupplungssteg kann dabei abhängig von den erforderlichen Eigenschaften insbesondere im Hinblick auf die Kraftübertragung geschmiedet oder gegossen sein. Es sei dabei darauf hingewiesen, dass der Kupplungssteg ein vollkommen neues Bauteil ist, welches lediglich bekannte Bauteile wie zum Beispiel einen Zentralsteg ersetzen kann. Insbesondere erlaubt der Kupplungssteg eine gänzlich neue Anordnung insbesondere für Mehrfachkupplungen, insbesondere in Hinsicht auf die Anordnung eines Betätigungskolbens.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kupplungsstegs erstreckt sich zumindest eine Zuleitung durch die Scheibe und die Zuleitung ist im Rotationszentrum mit einem externen Anschluss für das Betätigungsfluid verbindbar.
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Gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform des Kupplungsstegs beinhaltet die Scheibe zudem zumindest eine Zuleitung zu dem Kolbenbereich von dem externen Anschluss, über den das unter Druck stehende Fluid zugeleitet werden kann. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, das Betätigungsfluid ohne weitere Bauteile zu jedem Durchmesser zu transportieren, soweit sich die Scheibe radial erstreckt. Vorteilhafterweise wird ein solcher Kupplungssteg durch Gießen hergestellt, so dass die Zuleitungen in einem Fertigungsschritt erzeugt werden können. Der Kupplungssteg kann jedoch auch mehrteilig ausgebildet sein, so dass die Einzelteile mit verschiedenen Fertigungsverfahren, bevorzugt ohne spanende Nachbearbeitung, hergestellt werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kupplungsstegs ist die Scheibe am Außenumfang mit einem Kupplungskorb verbindbar, bevorzugt über die Lamellenverzahnung des Kupplungskorbs.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist eine Drehmomentübertragung von Kupplungskorb auf den Kupplungssteg einfach möglich; denn der Kupplungskorb und der Kupplungssteg sind vorteilhafterweise derart eingerichtet, dass sie gemeinsam den Kupplungsraum vollständig umschließen und somit ein weiteres Bauteil eingespart wird. Insbesondere bei einer Mehrfachkupplung kann aufgrund der Konfiguration des Kupplungsstegs die Mehrzahl der Reibpakete einseitig in Bezug auf den Kupplungssteg angeordnet werden, so dass der Abschluss des Kupplungsraums besonders einfach ist. Ganz besonders bevorzugt ist der Kupplungskorb über seine Lamellenverzahnung mit dem Kupplungssteg verbindbar, über welche die Reiblamellen rotatorisch fixiert werden und axial verschieblich aufgehängt sind. Zur axialen Positionierung des Kupplungsstegs ist beispielsweise ein Sicherungsring vorgesehen werden, welcher in die Lamellenverzahnung eingebracht ist. Es ist aber auch möglich, den Kupplungskorb mit dem Kupplungssteg durch Verstemmen des Kupplungskorbs zu verbinden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kupplungsstegs bildet der zumindest eine Kolbenbereich einstückig mit der Scheibe einen Druckzylinder für einen Betätigungskolben.
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Der Druckzylinder ist dazu eingerichtet, einen Betätigungskolben aufzunehmen und den Druck des Betätigungsfluids in eine Bewegung des Betätigungskolbens umzusetzen. Besonders vorteilhaft ist der Druckzylinder einstückig mit der Scheibe gebildet, so dass keine zusätzlichen Bauelemente notwendig sind. Insbesondere ist dadurch die Zuleitung des Betätigungsfluids, welches sich durch die Scheibe erstreckt, besonders einfach zu gestalten. Insbesondere sind in dem Druckzylinder Aufnahmeelemente für Dichtungen vorgesehen, so dass ein solcher Druckzylinder ohne weitere Montageschritte und ohne weitere Komponenten vollständig ist und ein Betätigungskolben lediglich eingeführt werden muss.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kupplungsstegs bildet der Kupplungssteg ein axiales Widerlager für zumindest ein Kupplungselement der Reibkupplung.
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Kupplungsausgangselemente sind zum Beispiel eine Gegenplatte, Innenlamellen und/oder Außen- beziehungsweise Innenlamellenträger. Durch das Bilden eines axialen Widerlagers für Kupplungselmente wird über den Kupplungssteg insbesondere bei der Einhängung des Kupplungskorbs eingeschlossener Kraftkreis erreicht. Die Anpresskraft, die über den Betätigungskolben eingeleitet wird und für den der Kupplungssteg das Widerlager bildet, wird auf die Lamellen übertragen und somit auf zumindest eines der Kupplungselemente übertragen und wiederum über das axiale Widerlager zurück in den Kupplungssteg eingeleitet. Hierdurch wird ein günstiger Kraftkreis erreicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kupplungsstegs ist der Kupplungssteg für eine Doppelkupplung eingerichtet, und eine Aufnahme für einen Lamellenträger bildet, bevorzugt über die Lamellenverzahnung des Lamellenträgers.
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Bei einer Konfiguration der Reibkupplung als Doppelkupplung, in die der Kupplungssteg einsetzbar ist, ist es besonders vorteilhaft, auch den Lamellenträger, welcher das zweite Reibpaket umfasst, in den Kupplungssteg aufzunehmen, so dass eine Übertragung des Drehmoments von dem Kupplungssteg auf den Lamellenträger bewerkstelligt wird. Ganz besonders bevorzugt wird dabei die Lamellenverzahnung des Lamellenträgers zur rotatorischen Fixierung des Lamellenträgers mit dem Kupplungssteg verwendet. Dabei kann der Lamellenträger mit einem Sicherungsring axial fixiert werden oder verstemmt werden. Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass die Verzahnung, die für die Aufnahme der Reiblamellen in dem Lamellenträger notwendig sind, zugleich auch zur rotatorischen Fixierung des Lamellenträgers verwendet werden kann und somit die Herstellung des Lamellenträgers besonders einfach ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kupplungsstegs umfasst der Kupplungssteg zumindest eine Ausgleichsleitung, die beim Kolbenbereich das Betätigungsfluid rückseitig auf den Betätigungskolben lässt, so dass Druckschwankungen infolge von Beschleunigungen der Reibkupplung ausgeglichen werden.
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Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung des Kupplungsstegs wird durch die Einbringung der Ausgleichsleitung erreicht, dass Druckschwankungen des Betätigungsfluids im Kolbenbereich ausgeglichen werden, indem das Betätigungsfluid beidseitig auf den Betätigungskolben gegeben wird. Hierbei wird über die Ausgleichsleitung kein Betätigungsdruck ausgeübt, so dass der Betätigungskolben in Einrückrichtung bewegt werden kann. Über die Ausgleichsleitung wird lediglich die Druckschwankung infolge der Beschleunigung der Reibkupplung auf den Betätigungskolben rückseitig aufgegeben, so dass die Druckschwankungen in dem Druckzylinder selbsttägig ausgeglichen werden. Zum Beispiel bei einer rotatorischen Beschleunigung wird das Betätigungsfluid infolge der Fliehkraft nach außen beschleunigt und wird somit einen höheren Druck auf den Betätigungskolben erzeugen, aber durch die Ausgleichsleitung wird eben diese Druckdifferenz zeitgleich in entgegengesetzter Richtung auf den Betätigungskolben ausgeübt, so dass der Betätigungskolben (nahezu) in seiner Position und seiner Kraftausübung verbleibt. Die Ausgleichsleitungen sind jedoch in einer vorteilhaften Ausführungsform so ausgeführt, dass zumindest eine leichte Druckausübung möglich ist, um ein Lösen der Reiblamellen voneinander durch Rückstellung des Betätigungskolbens unterstützt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Lamellenträger mit einem Rotationszentrum für eine Reibkupplung vorgeschlagen, welcher zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – eine Lamellenverzahnung zum Aufnehmen von Reiblamellen, so dass die Reiblamellen rotatorisch mit dem Lamellenträger fixiert sind und zugleich axial verschieblich sind; und
- – eine Außenverzahnung zum rotatorisch fixierten Verbinden des Lamellenträgers mit einem rotierenden Bauteil der Reibkupplung, bevorzugt mit einem Kupplungssteg gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Außenverzahnung mit der Lamellenverzahnung korreliert.
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Die Lamellenverzahnung des Lamellenträgers ist derart eingerichtet, dass die Lamellen, zum Beispiel die Außenlamellen, einfach eingeschoben werden können, durch die Lamellenverzahnung rotatorisch fixiert sind und zugleich axial verschieblich bleiben. Der Lamellenträger ist dabei um ein Rotationszentrum rotierbar, so dass ein Drehmoment von einer Antriebseinheit über die Reiblamellen lösbar übertragbar ist. Weiterhin weist der Lamellenträger eine Außenverzahnung auf, über die der Lamellenträger mit einem Kupplungssteg gemäß der obigen Beschreibung verbindbar ist. Die Außenverzahnung ist dabei bevorzugt mit der Lamellenverzahnung korreliert. Das heißt, eine Erhebung in der Außenverzahnung ist eine Vertiefung der Lamellenverzahnung und eine Vertiefung der Außenverzahnung ist eine Erhebung der Lamellenverzahnung. Insbesondere bei der Herstellung des Lamellenträgers aus einem Blechteil, welches insbesondere tiefgezogen und/oder gerollt ist, kann somit in einem Fertigungsschritt zugleich die Lamellenverzahnung und die Außenverzahnung erzeugt werden. Hierdurch wird die Herstellung des Lamellenträgers besonders kostengünstig und zugleich wird die Anbindung mit dem oben beschriebenen Kupplungssteg besonders einfach.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reibkupplung mit einem Rotationszentrum zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – zumindest ein Reibpaket, über das im angepressten Zustand ein Drehmoment übertragbar ist;
- – zumindest einen Lamellenträger zur Aufnahme eines Reibpakets, bevorzugt gemäß der obigen Beschreibung; und
- – einen Kupplungssteg gemäß der obigen Beschreibung, wobei der zumindest eine Lamellenträger mit dem Kupplungssteg verbindbar ist.
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Die Reibkupplung ist dazu eingerichtet, eine Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang derart zu verbinden, dass eine Drehmomentübertragung gelöst werden kann. Hierzu weist sie zumindest ein Reibpaket auf, in welchem zwei Reibpartner vorgesehen sind, die miteinander verpressbar sind, zum Beispiel eine Mehrzahl von Reiblamellen, die abwechselnd mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle verbunden sind. Der Lamellenträger nimmt ein solches Reibpaket halbseitig auf und stellt die Verbindung zur Eingangswelle beziehungsweise zur Ausgangswelle her. Die Reiblamellen in der Regel mit einer Betätigungskolben miteinander verpresst. Die Kraft wird hierbei über einen Druckzylinder, der hydraulisch oder pneumatisch betreibbar ist, auf den Betätigungskolben übertragen. Hier wird vorgeschlagen, den Kolbenbereich in einem Kupplungssteg vorzusehen, welcher zugleich mit einem Lamellenträger verbindbar ist. Hierdurch ist ein sehr kompakter Aufbau und eine günstige Kraftleitung möglich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle, einen Antriebsstrang und eine Reibkupplung gemäß der obigen Beschreibung zum lösbaren Verbinden der Abtriebswelle mit dem Antriebsstrang aufweist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Reibkupplung kleiner Baugröße zu verwenden.
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Verschärft wird die Bauraumsituation bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Die oben beschriebene Reibkupplung kann sehr kompakt aufgebaut werden und weist eine reduzierte Anzahl an Komponenten auf. Insbesondere können die Betätigungskolben weniger groß und weniger stabil ausgelegt werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden und die rotierende Masse reduziert wird.
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Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht, Leistung eingeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beispielsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen Fox oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
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1: eine Reibkupplung mit einem Kupplungssteg,
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2: einen Kupplungssteg mit einem Lamellenträger,
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3: einen Kupplungssteg im Schnitt,
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4: ein Kraftfahrzeug mit Reibkupplung.
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In 1 ist eine Reibkupplung 3 mit einem Kupplungssteg 1 gezeigt, der um ein gemeinsames Rotationszentrum 2 rotierbar ist. Der Kupplungssteg 1 ist über seinen Außenumfang 13 mit der ersten Lamellenverzahnung 15 des Kupplungskorbs 14 rotatorisch fixiert. Die erste Lamellenverzahnung 15 ist zugleich die rotatorische Fixierung für die ersten Reiblamellen 22 des ersten Reibpakets 9, die über den Betätigungskolben 7 miteinander verpresst werden können. Der Druckzylinder 17 für den Betätigungskolben 7 ist an dem Kupplungssteg 1 beziehungsweise an der Scheibe 4 im ersten Kolbenbereich 5 angeordnet und einstückig mit der Scheibe 4 des Kupplungsstegs 1 ausgebildet. Ebenso ist der Lamellenträger 19 mit seiner Außenverzahnung 24 mit dem Kupplungssteg 1 verbunden und mittels einer Verstemmung 32 fest verbunden, die hier mit einem Kreis gekennzeichnet ist und gestrichelt dargestellt ist. Der Lamellenträger 19 weist ebenso eine zweite Lamellenverzahnung 16 auf, in die die zweiten Reiblamellen 23 des zweiten Reibpakets 10 eingehängt sind. Die zweiten Reiblamellen 23 werden über den zweiten Betätigungskolben 8 miteinander verpresst, wobei der zweite Betätigungskolben 8 über den zweiten Druckzylinder 18 betätigt wird. Auch hier ist der zweite Druckzylinder 18 im zweiten Kolbenbereich 6 der Scheibe 4 gebildet. Zur Versorgung der Druckzylinder 17, 18 ist eine Zuleitung 11 vorgesehen, die sich durch die Scheibe 4 erstreckt und über den externen Anschluss 12 versorgt wird. Weiterhin sind eine erste Ausgleichsleitung 20 und eine zweite Ausgleichsleitung 21 vorgesehen, die für ein Betätigungsfluid eine rückseitige Ausgleichsbelastung des ersten Betätigungskolbens 7 und des zweiten Betätigungskolbens 8 ermöglichen. Im Rotationszentrum 2 des Kupplungsstegs 1 bildet der Kupplungssteg 1 ein axiales Widerlager 34, an dem die Aufnahme der Gegenkraft ermöglicht ist.
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In 2 ist ausschnittsweise ein Kupplungssteg 1 gezeigt, in dessen Scheibe 4 ein Lamellenträger 19 mit der Außenverzahnung 24 eingebracht ist und über einen Sicherungsring 33 axial fixiert ist.
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In 3 ist ein aufgeschnittener Kupplungssteg 1 dargestellt, durch dessen Scheibe 4 sich eine Zuleitung 11 für ein Betätigungsfluid erstreckt, und der einen externen Anschluss 12 aufweist. Die zweite Lamellenverzahnung 16 korreliert hierbei mit der Außenverzahnung 24, indem eine Vertiefung der Innenverzahnung 16 eine Erhebung der Außenverzahnung 24 ist.
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In 4 ist ein Kraftfahrzeug 27 mit einer Antriebseinheit 28 gezeigt, welche mit ihrer Motorachse 31 quer zur Längsachse 30 vor der Fahrerkabine 29 angeordnet ist. Die Antriebseinheit 28 ist hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt, welche über eine Abtriebswelle 25 mittels einer Reibkupplung 3 mit einem hier rein schematisch dargestellten Antriebsstrang 26 verbunden ist.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Kupplungssteg ist ein sehr kompakter Aufbau einer Reibkupplung mit günstigem Kraftfluss möglich, wobei insbesondere eine einfache Herstellungsweise möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungssteg
- 2
- Rotationszentrum
- 3
- Reibkupplung
- 4
- Scheibe
- 5
- erster Kolbenbereich
- 6
- zweiter Kolbenbereich
- 7
- erster Betätigungskolben
- 8
- zweiter Betätigungskolben
- 9
- erstes Reibpaket
- 10
- zweites Reibpaket
- 11
- Zuleitung
- 12
- externer Anschluss
- 13
- Außenumfang
- 14
- Kupplungskorb
- 15
- erste Lamellenverzahnung
- 16
- zweite Lamellenverzahnung
- 17
- erster Druckzylinder
- 18
- zweiter Druckzylinder
- 19
- Lamellenträger
- 20
- erste Ausgleichsleitung
- 21
- zweite Ausgleichsleitung
- 22
- erste Reiblamellen
- 23
- zweite Reiblamellen
- 24
- Außenverzahnung
- 25
- Abtriebswelle
- 26
- Antriebsstrang
- 27
- Kraftfahrzeug
- 28
- Antriebseinheit
- 29
- Fahrerkabine
- 30
- Längsachse
- 31
- Motorachse
- 32
- Verstemmung
- 33
- Sicherungsring
- 34
- axiales Widerlager
