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Eine Lamellenkupplung, beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfasst ein erstes und ein zweites Reibelement, die um eine Drehachse drehbar gelagert sind. Eines der Reibelemente ist mit einer Eingangsseite und das andere mit einer Ausgangsseite drehmomentfest verbunden. Werden die Reibelemente axial aneinander gepresst, so entsteht ein Reibschluss, über den ein Drehmoment zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen werden kann. Ist keine axiale Anpresskraft wirksam, so lösen sich die Reibelemente idealerweise wieder voneinander, sodass der Drehmomentfluss unterbrochen ist.
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Unter bestimmten Umständen kann der Drehmomentfluss jedoch nicht vollständig unterbrochen werden, sodass beispielsweise das Einlegen einer Gangstufe in einem mit der Lamellenkupplung verbundenen Getriebe problematisch sein kann. Um das vollständige Trennen der Lamellenkupplung sicherzustellen, können die einzelnen Reibelemente axial auf einen vorbestimmten Abstand gebracht werden. Bei einer Mehrscheiben-Lamellenkupplung sind beispielsweise erste und zweite Reibelemente axial abwechselnd angeordnet und die beiden axial am weitesten voneinander entfernten Reibelemente können beispielsweise mittels Federkraft auf einen vorbestimmten axialen Abstand gebracht werden, der ausreicht, zwischen den einzelnen Reibelementen jeweils ein axiales Spiel zu erlauben. Der eingestellte axiale Gesamtabstand wird jedoch nicht immer gleichmäßig auf alle Reibelemente verteilt, sodass manche axial benachbarte Reibelemente im Reibschluss bleiben können. Insbesondere bei einer nassen Lamellenkupplung, die in einem Ölbad läuft, können fluide Kräfte dafür sorgen, dass axial benachbarte Reibelemente aneinander haften bleiben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lamellenkupplung anzugeben, die ein verbessertes Trennen des Drehmomentflusses erlaubt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Lamellenkupplung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine Lamellenkupplung umfasst eine Drehachse, um die drei Reibelemente drehbar angeordnet sind, wobei das zweite Reibelement axial zwischen dem ersten und dem dritten Reibelement liegt und sich ein Abschnitt des ersten Reibelements axial bis zum dritten Reibelement erstreckt. Dabei ist der Abschnitt so bemessen, dass ein axialer Abstand zwischen dem ersten und dem dritten Reibelement um ein vorbestimmtes Lüftspiel größer ist als die axiale Dicke des zweiten Reibelements.
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Dadurch kann sichergestellt werden, dass das zweite Reibelement zwischen dem ersten und dem dritten Reibelement ausreichend axialen Platz hat, um sich vollständig von den anderen Reibelementen zu trennen, wenn die Reibelemente nicht axial aneinandergepresst sind. Ein Drehmoment, das beispielsweise zwischen dem zweiten Reibelement und den anderen beiden Reibelementen übertragen werden kann, kann so verbessert aufgetrennt werden. Dabei ist weiterhin bevorzugt, dass das erste und/oder das dritte Reibelement in axialer Richtung derart elastisch verformbar sind, dass das axiale Aneinanderpressen der Reibelemente einen vollflächigen Reibkontakt zwischen dem zweiten Reibelement und den anderen beiden Reibelementen erlaubt.
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Bevorzugterweise sind das erste und/oder das dritte Reibelement jeweils aus einem ebenen Blech herstellbar. Es ist üblich, insbesondere in einer Mehrscheiben-Lamellenkupplung, axial abwechselnd Reiblamellen und Stahllamellen anzuordnen. Dabei sind die Stahllamellen jeweils aus einem ebenen Blech herstellbar, während die Reiblamellen üblicherweise axial dicker sind und einen oder mehrere Reibbeläge auf einer, einer Stahllamelle zugeordneten axialen Seite tragen können. Durch das Ausformen des axialen Abschnitts an einer Stahllamelle kann auf einfache und kostensparende Weise das Lüftspiel beim Öffnen der Lamellenkupplungen sichergestellt werden.
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Der axiale Abschnitt kann auf unterschiedliche Weisen am ersten Abschnitt ausgeführt werden. In einer ersten Variante ist der axiale Abschnitt durch Umbiegen aus einem radialen Abschnitt herstellbar. Beispielsweise kann das erste Reibelement aus einem ebenen Blech ausgestanzt und anschließend gebogen werden. Dabei kann der umgebogene Abschnitt entweder eine Ausstellung aus dem Blech oder einen radialen Abschnitt umfassen. Die Ausstellung kann beispielsweise im Rahmen des Stanzvorgangs vorbereitet werden.
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In einer zweiten Variante ist der axiale Abschnitt durch Prägen eines radialen Abschnitts herstellbar. Das ebene Blech, aus dem das erste Reibelement herstellbar ist, kann durch das Prägen lediglich verformt werden, ohne einen Durchbruch im Material zu erfordern. Die Prägung kann das Übertragen hoher Kräfte in axialer Richtung erlauben. Außerdem kann das Prägen in einer Ausführungsform integriert mit einem Stanzvorgang durchgeführt werden, wodurch Produktionskosten weiter gesenkt sein können.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass auf einem Umfang um die Drehachse wenigstens drei gleich geformte Abschnitte in regelmäßigen Abständen zueinander liegen. Das Lüftspiel kann so auf dem Umfang um die Drehachse verbessert verteilt werden. Das Trennen der Reibelemente kann dadurch weiter unterstützt sein.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das dritte Reibelement ebenfalls einen axialen Abschnitt. In einer ersten Ausführungsform erstrecken sich die axialen Abschnitte des ersten und des dritten Reibelements aufeinander zu und liegen aneinander an. In einer zweiten Ausführungsform sind die axialen Abschnitte des ersten und des dritten Elemente axial gleichgerichtet. Im gleichgerichteten Fall kann das erste bezüglich des dritten Reibelements um die Drehachse versetzt sein, sodass der axiale Abschnitt auf einem Umkreis um die Drehachse zwischen zwei axialen Abschnitten des dritten Reibelements eingreift. Durch das Verwenden von gleichen Teilen für das erste und das dritte Reibelement können Kosten bei der Herstellung gespart werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind noch wenigstens ein viertes und ein fünftes Reibelement vorgesehen, sodass gerade und ungerade Reibelemente axial abwechselnd angeordnet sind und wenigstens zwei der ungeraden Reibelemente gleichgeformt sind.
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Der axiale Abschnitt kann auf der radialen Außenseite eines Eingriffsbereichs zwischen dem zweiten und den beiden anderen Reibelementen liegen. Eine axiale Verformbarkeit des ersten Reibelements kann dabei besonders gut ausgenutzt sein. In einer anderen Ausführungsform kann der axiale Abschnitt auch auf der radialen Innenseite des Eingriffsbereichs vorgesehen sein. In einer Ausführungsform, in der am ersten Reibelement ein erster und ein zweiter axialer Abschnitt vorgesehen sind, die in unterschiedliche axiale Richtungen weisen, können beide Abschnitte radial innerhalb, beide radial außerhalb oder einer innerhalb und einer außerhalb des Eingriffsbereichs liegen.
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Das erste und das dritte Reibelement sind bevorzugterweise drehmomentfest miteinander gekoppelt. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei einer Mehrscheiben-Lamellenkupplung üblich. Dabei kann wenigstens eines der Reibelemente axial verschiebbar gegenüber dem anderen Reibelement ausgeführt sein, um das Öffnen und Schließen der Lamellenkupplung zu unterstützen. Da in der vorgeschlagenen Ausführungsform ein axiales elastisches Verformen des ersten Reibelements und/oder des dritten Reibelements für das Schließen der Kupplung erforderlich ist, kann jedoch auf die axiale Verschiebbarkeit, beispielsweise gegenüber einem Innen- oder Außenkorb, verzichtet werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Lamellenkupplung dazu eingerichtet ist, in einem Flüssigkeitsbad zu laufen. Die Flüssigkeit kann insbesondere ein Öl umfassen. Thermische Belastungen von Elementen der Lamellenkupplung können so verringert beziehungsweise aneinander angeglichen werden. Eine Wärmeabführung, eine Reinigung und eine Schmierung der Elemente der Lamellenkupplung können durch das Flüssigkeitsbad begünstigt sein. Außerdem können die Reibeigenschaften der Reibelemente aneinander mittels des Ölbads besser kontrollierbar sein. Ein Verschleiß der Reibelemente, insbesondere bei Einsatz eines Reibbelags, kann verringert sein.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine Lamellenkupplung in einer ersten Ausführungsform; und
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2 eine Lamellenkupplung in einer zweiten Ausführungsform
darstellt.
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1 zeigt eine Lamellenkupplung 100 mit einer Drehachse 105 in einer ersten Ausführungsform. Die Darstellung ist schematisch und nicht maßstabstreu. Rein exemplarisch wird im Folgenden auf eine Mehrscheiben-Lamellenkupplung abgestellt, obwohl auch andere Konzepte mit der hier vorgestellten Technik vereinbar sind, beispielsweise eine Einscheiben-Lamellenkupplung. Es ist bevorzugt, dass die Lamellenkupplung 100 vom nasslaufenden Typ ist, der in einem Ölbad eingesetzt wird.
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Die Lamellenkupplung 100 umfasst ein erstes Reibelement 115, ein zweites Reibelement 120 und ein drittes Reibelement 125. Es können auch noch eines oder mehrere weitere Reibelemente vorgesehen sein, in der dargestellten Ausführungsform sind noch ein viertes Reibelement 130 und ein fünftes Reibelement 135 vorgesehen. Ungerade Reibelemente, hier die Reibelemente 115, 125 und 135 sind üblicherweise drehmomentschlüssig mit einer Eingangsseite und gerade Reibelemente, hier die Reibelemente 120 und 130, üblicherweise mit einer Ausgangsseite der Lamellenkupplung 100 verbunden oder umgekehrt. Nicht dargestellt sind Eingriffselemente für die Eingangsseite und die Ausgangsseite, in die die Reibelemente 115 bis 135 üblicherweise mittels einer Verzahnung drehmomentschlüssig und axial verschiebbar eingreifen. Die Eingriffselemente sind üblicherweise korbförmig ausgeführt, wobei ein Eingriffsbereich eines der Körbe radial außerhalb und der Eingriffsbereich des anderen Korbs radial innerhalb der dargestellten Anordnung vorgesehen ist.
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In der dargestellten Ausführungsform sind Reibbeläge 140 vorgesehen, die im Bereich zwischen einem ungeraden Reibelement 115, 125, 135 und einem geraden Reibelement 120, 130 vorgesehen sind. Diese Reibbeläge 140 sind optional und in der dargestellten Ausführungsform exemplarisch jeweils am geraden Reibelement 120, 130 befestigt.
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Werden die Reibelemente 115 bis 135 axial zusammengepresst, so geraten sie in gegenseitigen Reibschluss, sodass ein Drehmoment zwischen den ungeraden Reibelementen 115, 125, 135 und den geraden Reibelementen 120, 130 übertragen werden kann. Lässt die axiale Anpresskraft nach, so sollen gerade und ungerade Reibelemente 115 bis 135 jeweils gegenseitig soweit axial voneinander entfernt werden, dass der Reibschluss zwischen ihnen vollständig aufgehoben ist. Am Beispiel der Reibelemente 115, 120 und 125 soll ein axialer Abstand 145 zwischen dem ersten Reibelement 115 und dem dritten Reibelement 125 – im Eingriffsbereich zum zweiten Reibelement 120 – um ein vorbestimmtes Lüftspiel 150 größer als eine axiale Dicke des zweiten Reibelements 120 sein. Der einfacheren Darstellung halber wird in 1 davon ausgegangen, dass sich das Lüftspiel 150 zu beiden axialen Seiten des zweiten Reibelements 120 zu gleichen Teilen einstellt.
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Um das vorbestimmte Lüftspiel 150 sicherzustellen, wird vorgeschlagen, am ersten Reibelement 115 einen axialen Abschnitt 155 auszubilden, der sich bis zum dritten Reibelement 125 erstreckt. Umfasst die Lamellenkupplung 100 mehr als drei Reibelemente 115 bis 125, so ist bevorzugt, dass axiale Abschnitte 155 derart an zumindest einigen der ungeraden Reibelemente 115, 125, 135 ausgebildet werden, dass sich das Lüftspiel 120 zu jedem der geraden Reibelemente 120, 130 einstellen kann.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist der axiale Abschnitt 155 durch axiales Umbiegen eines zuvor radialen Abschnitts entstanden. Dazu ist bevorzugt, dass die ungeraden Reibelemente 115, 125, 135 jeweils aus einem ebenen Material, insbesondere einem Stahlblech, herstellbar sind. Die ungeraden Reibelemente 115, 125, 135 können daher auch Stahllamellen genannt werden, während die mit den Reibbelägen 140 versehenen geraden Reibelemente 120, 130 auch Reiblamellen genannt werden. Es ist weiterhin bevorzugt, dass am ersten Reibelement 115 mehrere axiale Abschnitte 155 auf einem Umkreis um die Drehachse 105 ausgebildet und bevorzugterweise gleichmäßig verteilt sind. Vorzugsweise werden wenigstens drei axiale Abschnitte 155 verwendet. Es ist weiterhin bevorzugt, eine ungerade Anzahl axialer Abschnitte 155 am ersten Reibelement 115 auszubilden.
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In der dargestellten Ausführungsform ist am dritten Reibelement 125, das dem ersten Reibelement 115 bezüglich des zweiten Reibelements 120 axial gegenüberliegt, kein axialer Abschnitt 155 ausgebildet. In anderen als der dargestellten Ausführungsform kann jedoch auch am dritten Reibelement 125 ein axialer Abstand 155 ausgeformt sein, der sich in Richtung des ersten Reibelements 115 oder in die entgegengesetzte axiale Richtung erstrecken kann. In der erstgenannten Variante können die Abschnitte 155 der ungeraden Reibelemente 115, 125 axial aneinander anliegen oder um die Drehachse 105 versetzt sein, um jeweils an einem radialen Abschnitt des jeweils anderen ungeraden Reibelements 115, 125 axial anzuliegen. Andernfalls können sich die Abschnitte 155 jeweils in die gleiche axiale Richtung erstrecken, sodass die Verteilung des Lüftspiels 150 kaskadenartig über alle vorgesehenen geraden Reibelemente 120, 130 erfolgt. In beiden Fällen ist bevorzugt, dass für die ungeraden Reibelemente 115, 125, 135 möglichst gleiche Teile verwendet werden können.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die axialen Abschnitte 155 auf einer radialen Außenseite eines Eingriffsbereichs 160 vorgesehen, der ringförmig um die Drehachse 105 gebildet ist und in dem ein Reibschluss zwischen ungeraden Reibelementen 115, 125, 135 und geraden Reibelementen 120, 130 vorgesehen ist, wenn die Reibelemente 115 bis 135 axial zusammengepresst werden. In einer anderen Ausführungsform können die axialen Abschnitte 155 jedoch auch radial innerhalb des Eingriffsbereichs 160 vorgesehen sein. In beiden Fällen ist zu beachten, dass ein radialer Abstand zwischen den axialen Abschnitten 155 und dem Eingriffsbereich 160 möglichst ausreichend groß ist, um eine axiale Verformung der ungeraden Reibelemente 115, 125, 135 während des axialen Komprimierens der Reibelemente 115 bis 135 zu erlauben. In einer Ausführungsform, in der ein ungerades Reibelement 115, 125, 135 mehrere in unterschiedliche axiale Richtungen weisende axiale Abschnitte 155 aufweist, können beispielsweise die axial nach rechts weisenden radial außerhalb und die axial nach links weisenden axial innerhalb des Eingriffsbereichs 160 angeordnet sein oder umgekehrt.
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2 zeigt eine Lamellenkupplung 100 in einer zweiten Ausführungsform. Dabei unterscheidet sich die dargestellte Ausführungsform von der von 1 lediglich darin, wie der axiale Abschnitt 155 umgesetzt wurde. Die oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Variationen oder Merkmale können auf die in 2 gezeigte Ausführungsform übertragen werden; umgekehrt ist auch ein Übertragen von Variationen oder Merkmalen der folgenden Ausführungsform auf die von 1 möglich.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die axialen Abschnitte 155 an den ungeraden Reibelementen 115, 125, 135 jeweils durch eine Prägung in axialer Richtung realisiert. Die Prägung kann beispielsweise als eine Sicke ausgeführt sein, die um die Drehachse 105 umläuft, oder es können längliche oder punktförmige Abschnitte der Reibelemente 115, 125, 135 axial geprägt sein. Dabei wird wieder bevorzugt davon ausgegangen, dass die ungeraden Reibelemente 115, 125, 135 jeweils aus einem ebenen Material, insbesondere einem Stahlblech, herstellbar sind. Es ist besonders bevorzugt, dass der Abschnitt 155 unmittelbar am Reibelement 115, 125, 135 ausgeführt ist.
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Zusätzlich zu der in 1 dargestellten Variante, in der das dritte Reibelement 125 vollständig eben ist, ist in der in 2 dargestellten Ausführungsform das zweite Reibelement 125 alternativ einseitig oder zweiseitig mit axialen Abschnitten 155 versehen. Auch hier können die axialen Abschnitte 155 in beliebigen Zusammensetzungen radial innerhalb und/oder radial außerhalb des Eingriffsbereichs 160 vorgesehen sein.
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Die Erfindung kann es ermöglichen, ein sicheres Lüften einer Lamellenkupplung 100 zwischen individuellen Reibelementen 115 bis 135 zu realisieren, wenn eine axiale Kompressionskraft auf die Reibelemente 115 bis 135 nachlässt. Dabei wird das Lüftspiel 150 bevorzugterweise zwischen allen axial nebeneinander liegenden Paaren ungerader Reibelemente 115, 125, 135 einzeln sichergestellt. Insbesondere kann die beschriebene Ausführungsform an mehreren Reibelementen 115 bis 135 vorgesehen sein, sodass alle Reibelemente 115 bis 135 sicher voneinander abgehoben werden können. Die Lamellenkupplung 100 kann durch das verbesserte Abheben exakter oder sicherer trennen, wodurch insbesondere ein Einsatz in einem automatisch schaltbaren Getriebe, beispielsweise einem Doppelkupplungsgetriebe, vorteilhaft möglich ist.
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In den dargestellten Ausführungsformen der 1 und 2 kann sich das Lüftspiel 150 vergrößern, wenn die Reibbeläge 140 verschleißen. Bei einer beispielhaften Lamellenkupplung 100, die zum Einsatz in einem Personenkraftwagen der mittleren Leistungsklasse vorgesehen ist, wird über die Lebensdauer der Lamellenkupplung 100 nur von einem Verschleiß von ca. einem 1/10 mm pro Reibbelag 140 ausgegangen. Eine Vergrößerung des Lüftspiels 150 um diesen Betrag kann hingenommen oder, insbesondere bei Verwendung einer automatisierten Betätigung der Lamellenkupplung 100, geeignet kompensiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Lamellenkupplung
- 105
- Drehachse
- 115
- erstes Reibelement
- 120
- zweites Reibelement
- 125
- drittes Reibelement
- 130
- viertes Reibelement
- 135
- fünftes Reibelement
- 140
- Reibbelag
- 145
- axialer Abstand
- 150
- Lüftspiel
- 155
- axialer Abschnitt
- 160
- Eingriffsbereich
