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Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement für eine hydraulisch betätigte Reibkupplung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Reibkupplungen bekannt, die hydraulisch betätigt werden. Hierzu ist in einer Reibkupplung zumindest ein Kolben vorgesehen, der mittels einer Druckkammer (hin und her) bewegbar sind. In einer leistungsfähigen Reibkupplung sind eine zunehmende Anzahl von Komponenten vorzusehen, die verschiedene Funktionen in einer Reibkupplung erfüllen müssen. Hierdurch ist der Aufbau einer solchen Reibkupplung sehr komplex. Damit ist auch die Herstellung einer solchen Reibkupplung mit vielen einzelnen Schritten verbunden, wodurch die Herstellung aufwendig und teuer wird.
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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 ein Dichtungselement für eine hydraulisch betätigte Reibkupplung, wobei das Dichtungselement separat zwischen einem Betätigungskolben einer Reibkupplung und einer Druckkammer zum Betätigen des Betätigungskolbens anordbar ist und eine axial ausgerichtete Lauffläche für ein erstes axiales Dichtmittel aufweist.
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Das hier vorgeschlagene Dichtungselement ist dazu eingerichtet, eine axial ausgerichtete Lauffläche zu bilden, an welcher ein axiales Dichtmittel, zum Beispiel eine Dichtlippe aus einem Elastomer, anliegt und eine Druckkammer durch dieses Dichtmittel abdichtbar ist, wenn das Dichtmittel hin und her bewegt wird. Dieses Dichtungselement ist dabei ein separates Bauteil, welches zwischen einem Betätigungskolben einer Reibkupplung und einer Druckkammer angeordnet werden kann. Der Betätigungskolben ist dazu eingerichtet, ein Reibpaket der Reibkupplung zu verpressen. In der Druckkammer wird der notwendige Druck zur axialen Bewegung des Betätigungskolbens erzeugt. Aufgrund der Verwendung eines solchen Dichtungselements ist es vor allem möglich, den Betätigungskolben allein danach auszulegen, wie der Kraft- und Spannungsverlauf im Betätigungskolben optimiert werden kann. Es ist hingegen nicht notwendig, eine axial ausgerichtete Lauffläche integriert in dem Betätigungskolben zu bilden. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass der Betätigungskolben für die Schaffung einer geeigneten Lauffläche nicht entsprechend nachgearbeitet werden muss.
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Die Bereitstellung einer axialen Lauffläche wird vielmehr durch das Dichtungselement übernommen, was zum Beispiel durch eine geeignete Materialwahl erreicht wird. Wird zum Beispiel ein Material gewählt, welches von sich aus eine geeignete Oberfläche für ein axiales Dichtmittel aufweist, ist die Herstellung des Dichtungselements besonders einfach. Besonders vorteilhaft kann das Dichtungselement bei der Montage der Reibkupplung beziehungsweise des Betätigungskolbens in der Reibkupplung ohne weitere Fügeschritte eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungselements ist das Dichtungselement ein Blechteil und weist eine Schubfläche auf, die quer zur axialen Bewegungsrichtung ausgerichtet ist und sich, bevorzugt unmittelbar, an die axiale Lauffläche anschließt.
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Die Fertigung des Dichtungselements als Blechteil ist besonders vorteilhaft, weil ein solches Dichtungselement besonders kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere kann es durch einfache Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel Tiefziehen und/oder Rollen hergestellt werden. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, das Dichtungselement mit einer Schubfläche vorzusehen, die dazu eingerichtet ist, den steigenden Druck in der Druckkammer in eine axiale Bewegung auf dem Betätigungskolben zu übersetzen. Zu diesem Zweck ist die Schubfläche quer zur axialen Bewegungsrichtung ausgerichtet. Diese Schubfläche schließt sich an die axiale Lauffläche an, so dass die beiden Funktionsflächen miteinander fixiert sind. In einer solchen Konfiguration läuft das Dichtungselement mit dem Betätigungskolben hin und her. Ganz besonders bevorzugt schließt sich die axiale Lauffläche unmittelbar an die Schubfläche an, das heißt es sind keine weiteren Funktionselemente dazwischen angeordnet. Ein solches Dichtungselement ist besonders einfach zu fertigen und infolge des Drucks in der Druckkammer und der Bewegung des Betätigungskolbens infolge seiner Form und Anordnung axial fixiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungselements ist das Dichtungselement topfförmig mit einer Eintrittsöffnung ausgebildet, wobei die axiale Lauffläche die Topfwandung bildet und, bevorzugt unmittelbar, an die Eintrittsöffnung grenzt.
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Bei einer topfförmigen Ausgestaltung des Dichtungselements ist zum einen die Herstellung durch zum Beispiel Tiefziehen besonders einfach und zum anderen die Montage in einer Reibkupplung beziehungsweise einem Betätigungskolbens in einer Reibkupplung gut an die anderen Elemente angepasst, denn die übrigen Bauteile sind ebenfalls rotationssymmetrisch und zu einem gemeinsamen Zentrum zentriert. Das Dichtungselement weist eine Eintrittsöffnung auf, in die die Rückwand der Druckkammer eintreten kann und über die die axiale Lauffläche geführt wird. Bevorzugt wird das Dichtungselement demnach so betrieben, dass es zumindest einen Teil eines Laufzylinders bildet, wobei nicht der Kolben (also die Rückwand der Druckkammer) in dem Laufzylinder bewegt wird, sondern der Laufzylinder selbst bewegt wird. Besonders bevorzugt schließt sich die axiale Lauffläche an die Eintrittsöffnung an, so dass der Aufbau des Dichtungselements axial besonders kompakt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungselements ist die Eintrittsöffnung mit einem radial auskragenden Flansch versehen und mittels des Dichtungselements ein Teil der druckbelasteten Wandung der Druckkammer bildbar.
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Gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungselements ist ein radial auskragender Flansch an der Eintrittsöffnung vorgesehen, wodurch eine Aussteifung der Eintrittsöffnung erreicht werden kann. Hiermit wird erreicht, dass trotz einer Ausbildung des Dichtungselements zum Beispiel aus einem dünnen Blech, ein Teil der druckbelasteten Wandung der Druckkammer durch das Dichtungselement gebildet werden kann. Das heißt, das Dichtungselement benötigt keine weitere Unterstützung durch ein weiteres Bauteil, insbesondere nicht durch den Betätigungskolben.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungselements umfasst das Dichtungselement weiterhin eine Aufnahme für ein zweites axiales Dichtmittel, welches bevorzugt die Druckkammer am Innendurchmesser abdichtet.
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Durch die Aufnahme für ein zweites axiales Dichtmittel ist es möglich, mit diesem einen Dichtungselement die Druckkammer in der axialen Bewegungsrichtung vollständig abzudichten. Vorteilhafterweise ist das zweite axiale Dichtmittel dabei an dem Dichtungselement angeclipst beziehungsweise aufvulkanisiert und somit sicher am Dichtungselement positioniert. Bevorzugt bildet die Lauffläche die Dichtfläche am Außendurchmesser der Druckkammer und das zweite axiale Dichtmittel die Dichtung am Innendurchmesser. Dabei ist besonders bevorzugt der Kolben der Druckkammer, welcher bevorzugt axial fixiert ist, an einem Rotor untergebracht, durch den die hydraulische Flüssigkeit zugegeben wird und welcher am Innendurchmesser der Druckkammer eine Lauffläche für das zweite axiale Dichtmittel bildet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungselements umfasst das Dichtungselement einen axialen Anschlag, der dazu eingerichtet ist, im Einbau in eine Druckkammer eines Betätigungskolbens eine maximale Hubbewegung des Betätigungskolbens zu begrenzen.
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Um einen Squeeze-Film-Effekt zu vermeiden, welcher zu einer axialen Fixierung des Betätigungskolbens führen kann und/oder ein Mindestvolumen in der Druckkammer zu gewährleisten, so dass die hydraulische Flüssigkeit ausreichend schnell in die Druckkammer eingeleitet werden kann, ohne das Dichtungselement mit übermäßigen Scherkräften zu beanspruchen, ist es vorteilhaft, einen axialen Anschlag vorzusehen. Ganz besonders vorteilhaft wird dieser aus dem Material des Dichtungselements selbst gebildet. Bevorzugt ist das Dichtungselement als Blechteil ausgeführt und der axiale Anschlag wird durch eine Vertiefung beziehungsweise Erhebung erzeugt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungselements ist das Dichtungselement gemeinsam mit dem Betätigungselement am Innenumfang auf einer Welle der Reibkupplung zentrierbar.
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Besonders bevorzugt ist das Dichtungselement durch einen Flansch am Innendurchmesser gebildet, welcher in den Betätigungskolben eingeführt werden kann und zwischen einer Welle der Reibkupplung, besonders bevorzugt dem Eingangsrotor der Reibkupplung, angeordnet ist, und somit gemeinsam mit dem Betätigungskolben zentrierbar ist. Ganz besonders bevorzugt wird hier das zweite axiale Dichtmittel vorgesehen, so dass die Eigenschaft des zweiten axialen Dichtmittels, welches bevorzugt aus einem Elastomer gefertigt ist, zur Fixierung des Betätigungskolbens verwendet werden kann. Ein solches Dichtungselement hat den Vorteil, dass es viele verschiedene Aufgaben übernimmt und zugleich einfach zu fertigen und einfach zu montieren ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reibkupplung mit einer Rotationsachse 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 ein hydraulischer Betätigungskolben zum Anpressen oder Lösen des zumindest einen Reibpakets;
- – zumindest eine Druckkammer zur hydraulischen Betätigung des Betätigungskolbens;
- – zumindest ein Dichtungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zwischen dem Betätigungskolben und der Druckkammer angeordnet ist.
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Die Abtriebswelle ist in der Regel eine Welle, die ein Moment von einer Antriebseinheit, zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine oder einem Elektromotor, lösbar auf einen Antriebsstrang, zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs, übertragen soll. Hierzu ist die Reibkupplung zwischengeschaltet, bei der zumindest ein Reibpaket mittels zumindest einer Anpressplatte und zumindest einer korrespondierenden Reibscheibe infolge der Reibkraft zwischen der Anpressplatte und der Reibscheibe im angepressten Zustand ein Drehmoment übertragen kann. Werden die Anpressplatte und die korrespondierende Reibescheibe voneinander gelöst, so wird kein Drehmoment beziehungsweise nur ein geringes Drehmoment übertragen.
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Mittels des zumindest einen Betätigungskolbens wird ein das Reibpaket voneinander getrennt, wenn die Reibkupplung normal geschlossen, das heißt eingerückt, ist, oder das Reibpaket wird verpresst, wenn die Reibkupplung normal offen, das heißt ausgerückt, ist. Der Betätigungskolben wird mittels einer zugehörigen Druckkammer betätigt, wobei der Betätigungskolben durch Flüssigkeitsdruck in Einrückrichtung bewegbar ist. In der Zurückbewegung wird der Betätigungskolben oftmals durch ein Federelement bei abnehmendem Flüssigkeitsdruck bewegt. Das Federelement kann dabei ein zusätzliches Bauteil sein oder der Gegenaktor des Reibpakets.
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Mittels des Dichtungselements wird die Lauffläche für ein erstes axiales Dichtmittel gebildet. so dass der Betätigungskolben allein auf den Kraftverlauf und Spannungsverlauf im Kolben ausgelegt werden kann. Dadurch kann der Betätigungskolben optimaler, das heißt leichter, konstruiert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Reibkupplung ist diese eine Doppelkupplung.
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Eine Doppelkupplung umfasst zwei Reibpakete, die versetzt zueinander beziehungsweise überschneidend geschaltet, das heißt eingerückt, werden. Hierdurch ist eine lückenlose Kraftübersetzung möglich. Solche Doppelkupplungen sind jedoch sehr komplex und daher ist es vorteilhaft das oben beschriebene Dichtungselement einzusetzen und somit die Anzahl der Bauteile zu reduzieren beziehungsweise die vorhandenen Bauteile angepasst an ihre Aufgaben optimaler und damit leichter und/oder kostengünstiger herzustellen und die Gesamtkosten zu senken.
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Ganz besonders bevorzugt ist die Reibkupplung nass ausgeführt, das heißt das zumindest eine Reibpaket befindet sich in einem Bad aus Kühlflüssigkeit. Dabei müssen verschiedene Flüssigkeitskammern voneinander getrennt werden, wofür das Dichtungselement besonders geeignet ist.
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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. Das oben beschriebene Dichtungselement vereinfacht den Aufbau der Reibkupplung, wodurch diese kostengünstiger hergestellt werden kann. Zudem kann der Betätigungskolben besser an seine Aufgabe, die Kraftübertragung von der Druckkammer auf das zumindest eine Reibpaket, angepasst werden. 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 Dichtungselement, und
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2: ein Kraftfahrzeug mit einer Reibkupplung.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer Reibkupplung 2, in der ein separates Dichtungselement 1 separat neben dem Betätigungskolben 3, welcher in axialer Bewegungsrichtung 8 dazu eingerichtet ist, ein Reibpaket 20 zu verpressen. Das Dichtungselement 1 ist hier topfförmig ausgebildet und umschließt auf zwei Seiten eine Druckkammer 4 mit ihrer Topfwandung 10, die zugleich als Lauffläche 5 ausgebildet ist, und ihrer Schubfläche 7. Die Rückwand 26 der Druckkammer 4 ist starr auf einem Rotor 16 angeordnet und begrenzt somit die Druckkammer 4. Um einen Mindestabstand zwischen dem Betätigungskolben 3 beziehungsweise dem Dichtungselement 1 und der Rückwand 26 zu gewährleisten, weist das Dichtungselement 1 eine axialen Anschlag 14 auf, der in der Schubfläche 7 integriert ist. An der Rückwand 26 ist ein erstes axiales Dichtmittel 6 vorgesehen, welches über die Lauffläche 5 läuft. Um die Lauffläche 5 beziehungsweise die Topfwandung 10 stabil zu halten, ist ein Flansch 11 vorgesehen, der unmittelbar an der Eintrittsöffnung 9 des Dichtungselements 1 vorgesehen ist. Weiterhin weist das Dichtungselement 1 eine Aufnahme 12 auf, auf der ein zweites axiales Dichtmittel 13 zum Beispiel aufgeclipst ist. Über diese Aufnahme 12 beziehungsweise das zweite axiale Dichtmittel 13 ist sowohl das Dichtungselement 1 als auch der Betätigungskolben 3 auf dem Rotor 16 zur Rotationsachse 17 zentrierbar. Die Fläche, die axial zum Anliegen an dem Betätigungskolben 3 kommt, ist die Schubfläche 7, die die axiale Bewegung des Dichtungselements 1 auf den Betätigungskolben 3 überträgt. Die Schubfläche erstreckt sich dabei in etwa bis zum Innenumfang 15 des Dichtungselements 1. Im Rotor 16 ist ein Zulass 27 für eine hydraulische Flüssigkeit für die Druckkammer 4 vorgesehen.
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In 2 ist ein Kraftfahrzeug 21 gezeigt, welches eine Antriebseinheit 22 vor der Fahrerkabine 23 mit seiner Motorachse 25 quer zur Längsachse 24 des Kraftfahrzeugs 21 aufweist. Die Antriebseinheit 22, die hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt ist, ist über eine Abtriebswelle 18 lösbar mittels einer Reibkupplung 2 mit einem hier nur rein schematisch dargestellten Antriebsstrang 19 verbindbar. Die Reibkupplung 2 ist dabei mit ihrer Rotationsachse 17 kongruent zur Motorachse 25 angeordnet.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Dichtungselement ist es möglich, mit einfachen Mitteln die Funktionen in einer komplexen Reibkupplung, insbesondere einer Doppelkupplung, mit einfachen Mitteln und kostengünstig umzusetzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dichtungselement
- 2
- Reibkupplung
- 3
- Betätigungskolben
- 4
- Druckkammer
- 5
- Lauffläche
- 6
- erstes axiales Dichtmittel
- 7
- Schubfläche
- 8
- axiale Bewegungsrichtung
- 9
- Eintrittsöffnung
- 10
- Topfwandung
- 11
- Flansch
- 12
- Aufnahme
- 13
- zweites axiales Dichtmittel
- 14
- axialer Anschlag
- 15
- Innenumfang
- 16
- Rotor
- 17
- Rotationsachse
- 18
- Abtriebswelle
- 19
- Antriebsstrang
- 20
- Reibpaket
- 21
- Kraftfahrzeug
- 22
- Antriebseinheit
- 23
- Fahrerkabine
- 24
- Längsachse
- 25
- Motorachse
- 26
- Rückwand
- 27
- Zulass
