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Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur selektiven Übertragung von Drehmoment bezüglich einer Drehachse. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Reibelementträger der Kupplung.
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In einem Antriebsstrang, beispielsweise zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, ist eine Kupplung vorgesehen, um die Übertragung von Drehmoment im Antriebsstrang unterbrechen zu können. Bevorzugterweise ist die Kupplung zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe des Antriebsstrangs vorgesehen. In einer Ausführungsform ist die Kupplung vom Mehrscheiben-Typ und dazu eingerichtet, in einem Flüssigkeitsbad zu laufen. Ein Innenträger und ein Außenträger der Kupplung sind um eine gemeinsame Drehachse drehbar angeordnet. In einem Bereich, der radial zwischen dem Innenträger und dem Außenträger liegt, sind zwei axial nebeneinander liegende Reibelemente angeordnet. Das erste Reibelement ist mittels einer Verzahnung drehmomentschlüssig mit dem Innenträger und das zweite Reibelement mittels einer weiteren Verzahnung drehmomentschlüssig mit dem Außenträger verbunden. Werden die Reibelemente axial aneinandergepresst, so kann ein Drehmoment bzw. eine Kraft zwischen dem Innenträger und dem Außenträger übertragen werden.
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Befinden sich die Reibelemente gegeneinander in Gleitreibung, so wird ein Teil des zu übertragenden Drehmoments in Wärme umgewandelt. Um die Reibelemente zu kühlen, kann ein Strom von umgebender Flüssigkeit in radialer Richtung an den Reibelementen vorbeigeleitet werden. Dazu weist der Innenträger an einem radial außen liegenden Bereich der Verzahnung einen Durchbruch auf. Um den Fluss von Flüssigkeit in radialer Richtung durch den Durchbruch zu verstärken, wird versucht, die Flüssigkeit an der radial inneren Seite des Durchbruchs anzustauen. In einer Ausführungsform kann ein Stauelement verwendet werden, gegenüber dem sich der Innenträger dreht. In einem axialen Spalt zwischen dem Stauelement und dem Innenträger kann ein signifikanter Teil der Flüssigkeit als Leckage verloren gehen. Außerdem kann ein solches Stauelement axialen Bauraum erfordern, der dann für andere Zwecke nicht mehr zur Verfügung steht. Darüber hinaus kann das separate Stauelement zusätzliche Kosten in Produktion und Montage einer Kupplung erfordern.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Träger und eine verbesserte Kupplung bereitzustellen, die ein verbessertes radiales Durchflussverhalten für die umgebende Flüssigkeit ermöglichen. Die Erfindung löst diese Aufgaben mittels eines Trägers und einer Kupplung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine Kupplung ist zur Übertragung von Drehmoment eingerichtet. Ein erfindungsgemäßer Träger für ein Reibelement der Kupplung umfasst eine Drehachse, einen radialen Abschnitt und einen radial außen daran angrenzenden axialen Abschnitt. Der axiale Abschnitt umfasst ein um die Drehachse umlaufendes Blechteil, das abwechselnd auf unterschiedlichen Radien um die Drehachse verläuft, um eine Außenverzahnung zum formschlüssigen Eingreifen in das Reibelement zu bilden. In einem Bereich, der auf dem größeren Radius liegt, weist das Blechteil einen Durchbruch zum radialen Durchtritt einer Umgebungsflüssigkeit auf und das Blechteil trägt radial innen ein Stauelement zum Anstauen der Umgebungsflüssigkeit, wobei das Stauelement dem radialen Abschnitt bezüglich des Durchbruchs gegenüberliegt.
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Befindet sich der Träger in Drehung, so ist die Umgebungsflüssigkeit im Bereich des Trägers einer Fliehkraft ausgesetzt. Erfindungsgemäß wirkt das Stauelement einem Abfließen der Flüssigkeit in axialer Richtung entgegen, sodass eine vergrößerte Flüssigkeitsmenge durch den Durchbruch treten kann. Flüssigkeit, die auf der radialen Innenseite des Blechteils liegt, kann so im Bereich des Durchbruchs in einer Art Wanne aufgefangen sein, die aus vier Seiten gebildet ist. Zwei gegenüberliegende Seiten sind durch radiale Flanken der Außenverzahnung gebildet. Eine dritte Seite ergibt sich aus dem radialen Abschnitt des Trägers. Die vierte Seite, die der dritten Seite bezüglich des Durchbruchs gegenüberliegt, ist durch das Stauelement gebildet.
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Durch das Anstauen der Umgebungsflüssigkeit auf der radialen Innenseite des Durchbruchs kann der radiale Strom von Umgebungsflüssigkeit in Richtung des Reibelements stärker oder gleichmäßiger sein. Das Reibelement kann so in verbesserter Weise durch die Umgebungsflüssigkeit geschmiert, gekühlt oder gereinigt werden. Eine Standfestigkeit oder eine Belastbarkeit des Reibelements kann so erhöht sein.
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Bevorzugterweise ist das Stauelement aus dem Blechteil ausgebildet. Ein Anbringen des Stauelements am Blechteil oder separat von dem Träger kann so entfallen. Dadurch können Herstellungskosten eingespart werden. Der Träger kann insbesondere in axialer Richtung kompakt aufgebaut sein.
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In einer ersten Variante umfasst das Stauelement einen Abschnitt des Blechteils, der an den Durchbruch angrenzt. Dynamische Effekte beim Umlenken eines axialen Flüssigkeitsstroms in einen radialen Flüssigkeitsstrom können durch das unmittelbar neben dem Durchbruch liegende Stauelement begünstigt sein.
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Das Stauelement kann eine Lasche umfassen, die aus dem Blechteil ausgestellt ist, wobei ein freies Ende der Lasche in Richtung des radialen Abschnitts weist. So kann das Stauelement auf einfache Weise am Träger ausgebildet werden. Das Ausstellen der Lasche kann gleichzeitig mit dem Einbringen des Durchbruchs in das Blechteil erfolgen. Beispielsweise können der Durchbruch ausgestanzt und die Lasche gleichzeitig radial nach innen gebogen werden.
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Bevorzugterweise schließt eine Erstreckungsrichtung der Lasche mit der Drehachse einen spitzen Winkel ein. Bevorzugterweise liegt dieser Winkel im Bereich zwischen ca. 20 bis 80°, weiter bevorzugt ca. 30 bis 60°. Dadurch kann ein Umlenken eines axialen Flüssigkeitsstroms radial durch den Durchbruch durch das Stauelement gefördert sein.
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In einer Ausführungsform sind mehrere Durchbrüche in auf dem größeren Radius liegenden Bereichen des axialen Abschnitts vorgesehen, wobei sich axiale Positionen der Durchbrüche voneinander unterscheiden. Eine axiale Verteilung des Stroms von Umgebungsflüssigkeit kann so verbessert sein. Insbesondere dann, wenn eine axiale Anordnung mehrerer Reibelemente am Träger vorgesehen ist, kann eine gleichmäßigere Versorgung der Anordnung mit Flüssigkeit bewirkt werden.
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In einer zweiten Variante umfasst das Stauelement einen radial nach innen gebogenen Abschnitt des axialen Abschnitts. Das Stauelement kann insbesondere in Form einer Einscherung ausgeführt sein, wobei Begrenzungen der Einscherung keine neuen freien Oberflächen am Träger schaffen können. Anders ausgedrückt kann das Stauelement radial außen als Delle und radial innen als Beule in das Blechteil eingebracht werden. Dadurch kann beim Ausbilden des Stauelements das Bilden einer Kerbe vermieden werden, an der sich unter Belastung ein Riss entwickeln kann. Der Träger kann so für eine hohe oder lang andauernde Belastung verbessert geeignet sein.
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In einer Ausführungsform ist das Stauelement an einem axialen Ende des axialen Abschnitts angebracht, das vom radialen Abschnitt abgewandt ist. Die Verformung des Blechteils, um das Stauelement auszubilden, kann so leichter durchführbar sein.
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In Bereichen des axialen Abschnitts, die auf dem größeren Radius liegen, können mehrere Stauelemente vorgesehen sein, wobei die Stauelemente an gleichen axialen Positionen liegen. Das Ausbilden der Stauelemente am Träger kann so auf vereinfachte Weise erfolgen, beispielsweise während der Träger um seine Drehachse gedreht wird. Die vereinfachte Herstellung kann zu Kostenvorteilen des Trägers beitragen.
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Eine erfindungsgemäße Kupplung zur Übertragung von Drehmoment bezüglich einer Drehachse umfasst einen Innenträger, ein erstes Reibelement, das mittels einer Verzahnung drehmomentschlüssig mit dem Innenträger verbunden ist, einen Außenträger und ein zweites Reibelement, das mittels einer Verzahnung drehmomentschlüssig mit dem Außenträger verbunden ist. Dabei liegen die Reibelemente in axialer Richtung nebeneinander und der Innenträger umfasst den oben beschriebenen Träger.
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Die Kupplung ist insbesondere zum Einsatz in einer Doppelkupplung, insbesondere mit radial versetzten Kupplungen, eingerichtet.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine Kupplung zur Übertragung von Drehmoment;
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2 einen Innenträger für die Kupplung von 1 in einer ersten Variante;
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3 ein Detail des Innenträgers von 2;
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4 einen Innenträger für die Kupplung von 1 in einer zweiten Variante;
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5 ein Detail des Innenträgers von 4 und
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6 eine weitere Ansicht des Innenträgers der 4 und 5
darstellt.
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1 zeigt eine Kupplung 100 zur Übertragung von Drehmoment bezüglich einer Drehachse 105. Die Kupplung 100 ist bevorzugterweise als nasse Kupplung ausgelegt, d.h., sie ist zum Betrieb in Umgebungsflüssigkeit 110 eingerichtet. Die Umgebungsflüssigkeit 110 umfasst bevorzugterweise Öl.
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Die Kupplung 100 umfasst einen Innenträger 115, einen Außenträger 120, ein erstes Reibelement 125 und ein zweites Reibelement 130. Die Reibelemente 125 und 130 sind axial nebeneinander angeordnet. Bevorzugterweise sind mehrere erste Reibelemente 125 und/oder mehrere zweite Reibelemente 130 vorgesehen, die axial alternierend angeordnet sind. Die ersten Reibelemente 125 sind mittels einer Verzahnung drehmomentschlüssig mit dem Innenträger 115 und die zweiten Reibelemente 130 mittels einer weiteren Verzahnung drehmomentschlüssig mit dem Außenträger 120 verbunden. In axialer Richtung sind die Reibelemente 125, 130 entlang der Verzahnungen beweglich. Werden die Reibelemente 125, 130 axial aneinandergepresst, so kann ein Drehmoment zwischen dem Innenträger 115 und dem Außenträger 120 übermittelt werden.
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Der Innenträger 115 umfasst einen radialen Abschnitt 135 und einen axialen Abschnitt 140, der radial außen an den radialen Abschnitt 135 angrenzt. Bevorzugterweise sind die Abschnitte 135 und 140 einstückig ausgeführt. Dabei ist weiter bevorzugt, dass die Abschnitte 135, 140 aus einem Blechteil geformt werden können, beispielsweise mittels Tiefziehen, Stanzen, Biegen oder Prägen. In einer Ausführungsform umfasst der Innenträger 115 zusätzlich eine Nabe 145 oder ein anderes Element zum Einleiten von Drehmoment, das am radialen Abschnitt 135 befestigt ist, beispielsweise mittels Verkeilen, Schrumpfen oder Schweißen.
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Umgebungsflüssigkeit 110, die sich radial innerhalb des Innenträgers 115 befindet, wird durch eine Drehbewegung des Innenträgers 115 ebenfalls in Drehung versetzt und einer Fliehkraft ausgesetzt, die die Umgebungsflüssigkeit 110 am radialen Abschnitt 135 entlang radial nach außen presst. Der axiale Abschnitt 140 lenkt den Strom von Umgebungsflüssigkeit 110 in axiale Richtung um. Am axialen Abschnitt 140 ist ein Durchbruch 150 vorgesehen, durch den ein Teil des Flüssigkeitsstroms radial nach außen in Richtung der Reibelemente 125 und 130 durchtritt. Ein weiterer Teil des Flüssigkeitsstroms schließt jedoch in axialer Richtung ab, wodurch ein Staudruck der Umgebungsflüssigkeit 110 vor dem Durchtritt durch den Durchbruch 150 gesenkt wird. Es wird daher vorgeschlagen, am axialen Abschnitt 140 jenseits des Durchbruchs 150 ein Stauelement 155 vorzusehen, das dem axialen Abfließen des Flüssigkeitsstroms nach dem Passieren des Durchbruchs 150 entgegenwirkt.
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Der axiale Abschnitt 140 des Innenträgers 115 umfasst ein Blechteil, welches abwechselnd auf unterschiedlichen Radien um die Drehachse 105 verläuft, um eine Außenverzahnung 160 und eine Innenverzahnung 165 zu bilden. Die Außenverzahnung 160 ist zum formschlüssigen Eingriff des ersten Reibelements 125 eingerichtet. Der Durchbruch 150 liegt in einem Bereich des axialen Abschnitts 140, der auf dem größeren Radius um die Drehachse 105 liegt. Unter dem Einfluss der Fliehkraft fließt der Flüssigkeitsstrom von dem Bereich, in dem der Radialabschnitt 135 an den axialen Abschnitt 140 des Innenträgers 115 angrenzt, durch eine Rinne, deren Boden durch den auf dem größeren Radius verlaufenden Bereich des axialen Abschnitts 140 und dessen seitliche Wände durch Übergänge des axialen Abschnitts 140 zwischen dem größeren und dem kleineren Radius gebildet sind. Im Boden dieser Rinne liegt der Durchbruch 150 und das entfernte Ende der Rinne ist durch das Stauelement 155 versperrt.
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2 zeigt einen Innenträger 115 für die Kupplung 100 von 1 in einer ersten Variante. Der Durchbruch 150 ist integriert mit dem Stauelement 155 ausgeführt. Das Stauelement 155 umfasst eine Lasche 205, die aus dem Blechteil des axialen Abschnitts 140 des Innenträgers 115 radial nach innen ausgestellt ist. In einer Ausführungsform kann die Lasche 205 zusätzlich gekürzt sein, sodass der Durchbruch 150 größer als die Fläche der Lasche 205 ist.
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3 zeigt ein Detail des Innenträgers 115 von 2. Die Lasche 205 umfasst ein festes Ende 305 und ein freies Ende 310. Dazwischen erstreckt sich die Lasche 205 in einer Erstreckungsrichtung 315. Das feste Ende 305 liegt dem radialen Abschnitt 135 des Innenträgers 115 bezüglich des Durchbruchs 150 gegenüber und das freie Ende 310 weist radial nach innen auf den radialen Abschnitt 135 und die Drehachse 105 zu. Bevorzugterweise schließt die Erstreckungsrichtung 315 mit der Drehachse 105 einen spitzen Winkel ein.
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Sind mehrere Durchbrüche 150 am Innenträger 115 vorgesehen, so können deren axiale Positionen unterschiedlich sein, wie in den 2 und 3 beispielhaft erkennbar ist. Da die Laschen 205 unmittelbar an die Durchbrüche 150 angrenzen, variieren somit auch axiale Positionen der Laschen 205.
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4 zeigt einen Innenträger 115 für die Kupplung 100 von 1 in einer zweiten Variante. Dabei ist die Nabe 145 nicht dargestellt. In dieser Variante ist das Stauelement 155 durch einen radial nach innen gebogenen Abschnitt 405 des axialen Abschnitts 140 des Innenträgers 115 gebildet. Bevorzugterweise ist der Abschnitt 405 derart radial nach innen gebogen, dass kein Material des axialen Abschnitts 140 aufgetrennt werden muss. Scherkräfte auf das Blechteil des axialen Abschnitts 140 während des Einbringens des radial nach innen gebogenen Abschnitts 405 zerstören dabei die Struktur des Blechteils im Übergang zwischen dem Abschnitt 405 und der Außenverzahnung 160 bevorzugterweise nicht.
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Sind mehrere Durchbrüche 150 vorgesehen, so ist es bevorzugt, jedem Durchbruch 150 einen nach innen gebogenen Abschnitt 405 zuzuordnen, wie in 4 beispielhaft dargestellt ist. Unabhängig davon, ob sich axiale Positionen der Durchbrüche 150 über den Umfang um die Drehachse 105 ändern oder nicht, ist bevorzugt, die Abschnitte 405 in gleichen axialen Positionen vorzusehen. Insbesondere ist bevorzugt, die Abschnitte 405 an ein axiales Ende des axialen Abschnitts 140 angrenzen zu lassen, das dem axialen Ende, das in den radialen Abschnitt 135 übergeht, gegenüberliegt.
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5 zeigt ein Detail des Innenträgers 115 von 4. Es hat sich gezeigt, dass der Abschnitt 405 nur relativ schwach radial nach innen gebogen werden muss, um einen ausreichenden Strömungswiderstand zu erzeugen, um einen Durchtritt von Umgebungsflüssigkeit 110 durch den Durchbruch 150 zu fördern. Bevorzugterweise erstreckt sich der Abschnitt 405 über die volle Breite desjenigen Bereichs, an dem der axiale Abschnitt 140 auf dem größeren der beiden Radien entlangläuft. Eine axiale Breite des Abschnitts 405 kann gering sein, bereits ca. 1 bis 2 mm haben sich als ausreichend erwiesen. Durch Variieren der Größe des Abschnitts 405 in radialer und in Umfangsrichtung kann der Strömungswiderstand verändert werden, um ein angepasstes Strömungsverhalten von Umgebungsflüssigkeit 110 zu erzielen.
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6 zeigt eine weitere Ansicht des Innenträgers 115 der 4 und 5.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kupplung
- 105
- Drehachse
- 110
- Umgebungsflüssigkeit
- 115
- Innenträger
- 120
- Außenträger
- 125
- erstes Reibelement
- 130
- zweites Reibelement
- 135
- radialer Abschnitt
- 140
- axialer Abschnitt
- 145
- Nabe
- 150
- Durchbruch
- 155
- Stauelement
- 160
- Außenverzahnung
- 165
- Innenverzahnung
- 205
- Lasche
- 305
- festes Ende
- 310
- freies Ende
- 315
- Erstreckungsrichtung
- 405
- radial nach innen gebogener Abschnitt
