DE102015212667A1

DE102015212667A1 - Reibelement für ein Reibschaltelement für ein Getriebe eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102015212667A1
Application number: DE102015212667.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Reisch; Christian SIBLA
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-01-12
Also published as: JP2018524530A; US10514072B2; JP7165581B2; JP2022000594A; US20180187726A1; KR102533635B1; CN107787416A; KR20180027548A; CN107787416B; JP7346509B2; WO2017005432A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reibelement (1, 3) für ein Reibschaltelement für ein Getriebe eines Fahrzeugs, umfassend einen ringförmigen Grundkörper, wobei der ringförmige Grundkörper mehrere über den Umfang verteilt angeordnete radial nach innen oder radial nach außen kragende Reibflächenelemente (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Reibelement (1, 3) als auch die jeweiligen Reibflächenelemente (5) jeweils einteilig ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reibelement für ein Reibschaltelement für ein Getriebe eines Fahrzeugs, umfassend einen ringförmigen Grundkörper, wobei der ringförmige Grundkörper mehrere über den Umfang verteilt angeordnete radial nach innen oder radial nach außen kragende Reibflächenelemente aufweist.
Das Reibelement, beispielsweise eine Innen- oder Außenlamelle oder dergleichen ist für ein Reibschaltelement für ein Getriebe, insbesondere ein Automatgetriebe eines Fahrzeuges vorgesehen. Das Reibelement kann einem ersten Träger, zum Beispiel einem Innenlamellenträger oder Außenlamellenträger, zugeordnet sein. Mehrere Reibelemente können ein Lamellenpaket bilden, wobei eine Innen- und Außenlamelle abwechselnd axial hintereinander angeordnet und über eine Betätigung im geschlossenen Zustand des Reibschaltelementes gegeneinander gepresst werden können, um die Drehmomentübertragung jeweils zwischen den Paketen von ersten und zweiten Reibelementen zu realisieren.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2009 001 101 A1 ist ein Getriebe mit mehreren reibschlüssigen Schaltelementen zur Darstellung verschiedener Übersetzungen bekannt. Die reibschlüssigen Schaltelemente sind als Lamellenschaltelemente ausgebildet, wobei die Innenlamellen und die Außenlamellen mit belaglosen Reibflächen ausgeführt sind, um die zulässige Flächenpressung zu erhöhen, so dass das Schaltelement bei gleicher Übertragungsfähigkeit kleiner dimensionierbar ist und im geöffneten Betriebszustand geringere Schleppmomente verursacht.
Ferner ist aus der Druckschrift DE 10 2009 027 017 A1 ein Lamellenpaket für eine Lamellenbremse oder eine Lamellenkupplung bekannt, bei der eine federnde Wirkung in die Lamellen integriert wird, so dass eine gewünschte Distanzierung zwischen den Lamellen auch im geöffneten Zustand des Lamellenpaketes vorgesehen ist. Somit ergibt sich ein Lüftspiel im gesamten Lamellenpaket.
Aus der DE10315169A1 ist eine Kupplungsanordnung bekannt, bei der reibbelagtragende und reibbelaglose Reibelemente zusammenwirken und bei der die reibbelagtragenden Reibelemente eine Fluidflächenanordnung zur Erzeugung einer die Reibelemente umströmenden Fluidzirkulation aufweisen, die überwiegend durch über den Umfang des Reibelementes verteilt angeordnete Reibflächenelemente realisiert wird.
Aus der GB814992A ist ein Reibelement bekannt, das eine Scheibe und beidseits der Scheibe Reibbeläge umfasst, wobei ein Teil des Reibbelags zumindest einer Seite der Scheibe mit einem Federelement verbunden ist, wobei die Reibbeläge mit einem Reibbelagträger des Reibelements mittels Klebeverbindung oder mittels Nietverbindung verbunden sind.
Ein Nachteil der in diesen Reibschaltelementen verwendeten Reibelemente liegt darin, dass weiterhin hohe Schleppmomente entstehen können. Die noch unveröffentlichte DE 10 2014 200 854 der Anmelderin zeigt ein schleppmomentarmes Reibschaltelement. Dies wird einerseits dadurch erreicht, dass auf Reibbeläge verzichtet wird und andererseits, dass das Reibflächenelement einteilig an das Reibelement angeformt ist, d.h. integral ausgebildet ist. Ein Nachteil liegt in dem immer noch recht hohen Materialverbrauch zur Herstellung von Reibelementen eines Reibschaltelements. Auch müssen die Reibelemente aus demselben Material sein wie die Reibflächenelemente.
Des Weiteren sind aus der EP1650454A1 Trägerbleche von Reiblamellen bekannt, welche zur Kostenreduktion aus mehreren Segmenten gefügt sind, wodurch weniger Stanzabfall anfällt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Reibelement für ein Getriebe eines Fahrzeuges vorzuschlagen, welches möglichst kostengünstig herstellbar ist, möglichst geringe Schleppmomente verursacht und zudem bei der Herstellung weniger Material verbraucht und somit die an sich schon vorteilhafte Erfindung aus der DE 10 2014 200 854 noch weiter verbessert. Darüber hinaus ist es ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur kostengünstigen und materialsparenden Herstellung für ein Reibelement bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird dies gelöst, in dem sowohl das Reibelement als auch die jeweiligen Reibflächenelemente jeweils einteilig ausgebildet sind.
Ein Nachteil im Stand der Technik ist, dass die Reibflächenelemente und der etwa ringförmige Grundkörper bei integral ausgebildeten Ausführungsformen zwangsläufig aus demselben Werkstoff bestehen. Wollte man den Materialanforderungen hinsichtlich optimaler Verschleiß-, Festigkeit-, Reibwertverlauf- und Schleppmomenteigenschaften genügen, so musste zwangsläufig die gesamte Lamelle aus einem hochwertigen Werkstoff hergestellt sein. Da die Lamelle im Vergleich zur Reibfläche eine sehr große Fläche hat, war ein großer Verbrauch an hochwertigem Werkstoff erforderlich. Mittels der „mehrteiligen“ Ausbildung von Reibelement und Reibflächenelement, wobei jedes Reibflächenelement etwa zahnförmig an den ringförmigen Grundkörper des Reibelementes angeformt ist, ist es möglich, unterschiedliche Materialien bzw. Werkstoffe zu verwenden, insbesondere kann der Werkstoff für das Reibelement von geringerer Materialgüte und wesentlich preiswerter als der Werkstoff für die reibenden Reibflächenelemente sein.
Es hat sich zudem herausgestellt, dass es gemäß der erfindungsgemäßen Lösung möglich ist, beispielsweise die Innenlamelle aus dem „Stanzabfall“ der Außenlamelle zu fertigen, da sich die Teile nicht radial überdecken, d.h. es gibt zwischen dem etwa ringförmigen Grundkörper der einen Lamelle und der Reiblamelle mit der ringförmigen Reibfläche keine radiale Überdeckung. Der Reibkontakt wird ausschließlich über die an den ringförmigen Körper angeordneten Reibflächenelemente verwirklicht. Somit kann der Stanzabfall erheblich reduziert werden, was zu großen Kosteneinsparungen führt.
Der Vorteil der radial in den Überdeckungsbereich kragenden Reibflächenelemente ist, dass auf diese Weise die Kontaktfläche bzw. die korrespondierenden Reibflächen zwischen den beiden Reibelementen reduziert wird bzw. werden, indem in Umfangsrichtung die Reibfläche durch das Vorsehen einzelner Reibnasen oder Reibzähne an dem Reibelement, also entweder an der Innen oder an der Außenlamelle, mehrfach unterbrochen wird. Die Unterbrechungen in Umfangsrichtung werden z.B. durch Aussparungen zwischen vorgesehenen Reibflächenelementen bzw. Reibnasen oder Reibzähne realisiert.
Das erfindungsgemäße Reibelement kann beispielsweise mit einem anderen Reibelement reibschlüssig zusammenwirken, wobei der ringförmige Grundkörper zu einem Grundkörper des anderen Reibelements, abgesehen von den jeweils vorkragenden Reibflächenelementen, in radialer Richtung zur Reduzierung des Überdeckungsbereiches bzw. zur Reduzierung der sich überdeckenden Reibflächen voneinander beabstandet sein kann. Hierdurch kann Kühl- und/oder Schmiermittel, zum Beispiel Öl oder dergleichen nahezu ungehindert radial durchströmen. Des Weiteren wird die Kontaktfläche, in der durch Scherung des Kühl- und Schmiermittels Schleppmomente erzeugt wird, auf ein Minimum begrenzt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Reibelements mit einem erfindungsgemäßen Reibflächenelement liegt darin, dass kein Reibbelag oder Reibkörper aufgeklebt, aufgenietet oder auf sonstige Weise an dem Reibflächenelement befestigt werden muss, wie dies z.B. bei Kupplungen aus dem Stand der Technik bekannt ist, da es einteilig ausgebildet ist.
So ist bekannt, sogenannte radial nach innen oder radial nach außen kragende Reibbelagträger beispielsweise mit aufklebbaren Reibbelägen oder mit einer Lochstanzung zur Aufnahme von Keramikplättchen zu versehen, wobei diese Reibbelagträger eine ähnliche Geometrie und Anordnung an das Reibelement aufweisen konnten, wie das Reibflächenelement des erfindungsgemäßen Reibelements. Hierbei wirkten jedoch ausschließlich die Reibbeläge bzw. die Keramikplättchen als Reibpartner mit einer Gegenlamelle, sodass ein im Stand der Technik bekanntes radial nach innen oder nach außen kragendes Reibflächenelement stets mehrteilig ausgebildet war, da es nämlich stets einen Reibbelagträger und zumindest einen Reibbelag aufwies.
Der Begriff der Einteiligkeit bedeutet nicht nur, dass das Reibflächenelement reibbelaglos ist. Er bedeutet zusätzlich, dass das Reibflächenelement einstückig ausgebildet ist. Ein erfindungsgemäßes Reibelement mit einem Reibflächenelement ist somit stets mehrteilig und nicht integral ausgebildet, wie dies z.B. in der DE 10 2014 200 854 der Fall ist, bei der die Reibelemente mit den jeweiligen Reibflächenelementen einstückig ausgebildet sind.
Bevorzugter Weise kann im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass das Reibelement für ein nasslaufendes Reibschaltelement vorgesehen ist, bei dem ein Fluid, vorzugsweise Öl zur Schmierung und Kühlung durch das Reibelementpaket bzw. Lamellenpaket im Bereich der Reibflächen geführt wird.
Vorzugsweise kann das vorgeschlagene Reibelement für ein ab schaltendes Schaltelement in Automatgetrieben verwendet werden, da mit derartigen Schaltelementen vollwertige Lastschaltungen möglich sind, ohne dieses Reibschaltelement thermisch zu belasten. Ein ab schaltendes Schaltelement ist dadurch gekennzeichnet, dass das Reibschaltelement im kleinsten Gang geschlossen ist, im höchsten Gang geöffnet ist und beim sequenziellen Durchschalten sämtlicher Gangstufen nur einmal den Schaltzustand ändert.
Somit erzeugt das vorgeschlagene Reibelement besonders geringe Schleppmomente, wodurch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges erheblich reduziert wird. Ferner ergibt sich aufgrund der reduzierten Reibflächen eine geringere Masse und ein geringer Bauraumbedarf sowie geringere Kosten bei der Herstellung. Ferner ergibt sich ein geringeres Massenträgheitsmoment, wodurch eine bessere Fahrdynamik bei einem mit dem erfindungsgemäßen Reibelement versehenen Reibschaltelement im Getriebe vorgesehenen Fahrzeug realisiert werden kann.
Darüber hinaus ist ein Reibelement bevorzugt, das Ausnehmungen zur Aufnahme der jeweiligen Reibflächenelemente aufweist. Die Ausnehmungen, auch Fügestellen genannt, können eine Hinterhakung bzw. Hinterschneidung aufweisen, wodurch das Reibflächenelement im Wesentlichen formschlüssig gehalten werden kann. Wie die hierzu erforderliche Hinterhakung bzw. Hinterschneidung gestaltet werden kann, ist z.B. von Puzzleteilen oder vom Stand der Technik bekannt. Bevorzugter Weise ist die jeweilige Ausnehmung als eine Übermaßpassung ausgeführt.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Ausnehmungen den etwa ringförmigen Grundkörper entlang seines Innenumfangs oder Außenumfangs teilweise unterbrechen.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Reibflächenelement über unterschiedliche hintereinanderliegende Radien an das ringförmige Reibelement angeformt ist. Besonders ist es bevorzugt, wenn die Ausnehmungen und ihre unmittelbare Umgebung Reibflächenelementzonen definieren und dass zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Reibflächenelementzonen jeweilige Zwischenzonen angeordnet sind, wobei die jeweilige Zwischenzone eine Mittelzone und zwei die Mittelzone einfassende Übergangszonen aufweist, wobei die Mittelzone mit einem ersten Radius R₃ ausgeführt ist und die jeweilige Übergangszone mit einem Radius R₄ ausgeführt ist und wobei die Übergangszonen jede in Tangente mit einer Mittelzone und einer Reibflächenelementzone kommen.
Der Radius kann beispielsweise im Bereich des äußeren Umfanges des ringförmigen Grundkörpers des Reibelementes größer sein als am Ende der zahnförmigen Reibfläche des Reibflächenelementes. Auf diese Weise ist der Übergang des auskragenden Reibflächenelementes zum Grundkörper bezüglich seines Spannungsverlaufes optimiert. Der Ringquerschnitt vergrößert sich in Richtung des Reibflächenelementes, wodurch sich das Lamellenpaket insgesamt radial kompakter bauen lässt. Demzufolge leitet das Reibflächenelement bei Kraftübertragung ein Biegemoment in die ringförmige Geometrie ein. Um den daraus resultierenden Spannungsverlauf an dem Reibelement günstig zu gestalten, ist es sinnvoll, die Krümmung ausgehend von der Ringgeometrie zunächst mit einem größeren Radius zu beginnen und mit einem kleineren Radius in Richtung Reibflächenelement weiterzuführen. Der Geometrieverlauf bzw. Radienverlauf an dem Reibflächenelement ist an den beiden Seiten des Reibzahnes bzw. des Reibflächenelementes 5 unterschiedlich darstellbar (Vorzugsdrehrichtung).
Bevorzugt ist es zudem, wenn die Reibflächenelemente mittels Fixiermittel an das Reibelement fixiert sind. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Reibflächenelemente mittels Umformen an das Reibelement fixiert sind. Somit kann das Reibflächenelement in der Lamelle insbesondere gegen seitliches, insbesondere axiales, Herausrutschen gesichert werden.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die Reibflächenelemente zumindest punktweise entlang einer Fügelinie an das Reibelement fixiert sind. Die Fügelinie ist diejenige Linie, die aus axialer Sicht betrachtet, die Ausdehnung der Ausnehmung oder der Fügestelle in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung begrenzt. Die Reibflächenelemente werden durch Umformen an dem etwa ringförmigen Grundkörper befestigt. Der Fügeprozess kann an einzelnen Bereichen, d.h. punktweise, der Fügelinie oder auch entlang der gesamten Fügelinie erfolgen. Beispielsweise lässt sich durch sogenanntes Verstemmen eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen dem Reibelement und dem Reibflächenelement durch plastisches Verformen eines Randbereiches zumindest eines der Teile, also des Reibelements oder Reibflächenelements, herstellen. Anders als beim Schweißen, lassen sich dadurch unterschiedliche Werkstoffe zusammenfügen. Über verstemmte Verbindungen können zudem höhere Drehmomente übertragen werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Reibflächenelemente entlang der Fügelinie Fasungen aufweisen. Eine Fase im Bereich der Fügelinie, am jeweils dünneren Teil, kann die Fixierung weiter vereinfachen.
Zudem ist es bevorzugt, dass die Reibflächenelemente an das Reibelement angeschweißt sind. Ein Vorteil des Schweißens liegt darin, dass auf das Fixieren mittels Umformen bei den formschlüssig verbundenen Reibflächenelementen verzichtet werden kann. In diesem Falle kann auch auf eine Hinterhakung bzw. Hinterschneidung verzichtet werden.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das Reibelement in axialer Richtung zumindest eine erste Dicke aufweist und dass das jeweilige Reibflächenelement in axialer Richtung zumindest eine zweite Dicke aufweist, wobei die zumindest erste und die zumindest zweite Dicke ungleich sind. Besonders bevorzugt ist es, dass die zweite Dicke, also die Dicke des Reibflächenelements, kleiner ist als die erste Dicke, also die Dicke des Reibelements. Hierdurch lässt sich jede der Komponenten speziell auf ihre Anforderungen hin optimieren. Z.B. vereinfacht dies die Fixierung des etwas dünneren Reibflächenelements durch den Umformprozess.
Bevorzugt ist es weiterhin, dass die Reibflächenelemente in Umlaufrichtung an einem Einlauf- und/oder an einem Auslaufbereich Fasungen aufweisen. Sind die Fasungen bzw. Fasen an denjenigen Stellen angebracht, wo ein Gegenreibelement, beispielsweise eine Gegenlamelle, in die Reibzone einläuft und/oder ausläuft, können die Schleppmomente weiter reduziert werden. Gegenlamelle ist dasjenige
Weiterhin bevorzugt ist es, wenn die Reibflächenelemente Nuten aufweisen. Durch eine geeignete Nutung, zum Beispiel eine Parallelnut, Waffelnut, Flaschenhalsnut analog zu Papierbelägen, lässt sich das Schleppmoment weiter deutlich verringern und gleichzeitig die Belastbarkeit erhöhen.
Weiterhin bevorzugt ist es, wenn die Reibflächenelemente aus Stahl sind. Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn die Reibflächenelemente gesintert sind. Bevorzugt ist es zudem, wenn die Reibflächenelemente aus Keramik sind.
Ebenfalls bevorzugt ist es, wenn das Reibflächenelement im Querschnitt bzw. in axialer Richtung abgeschrägt oder konisch ausgeführt ist. Dadurch, dass zum Beispiel die inneren und/oder die äußeren Reibelemente abgeflacht oder dergleichen ausgeführt sind, ergibt sich eine axiale Bauraumeinsparung. Ferner wird gleichzeitig eine höhere Festigkeit erzielt, da die Lamelle bzw. das Reibelement in den hoch belasteten Bereichen dicker beziehungsweise stärker ausgeführt sind. Als hoch belastete Bereiche werden insbesondere Bereiche bezeichnet, wo die Mitnahmeverzahnung an dem Reibelement vorgesehen ist. Zudem ergibt sich eine bessere Wärmeableitung, da die Reibflächenelemente eine großflächigere Anbindung an den Ringquerschnitt jedes Reibelements haben. Somit ergibt sich eine höhere thermische Belastbarkeit. Durch die Abflachung bzw. Konuswirkung sind in vorteilhafter Weise zudem geringere axiale Anpresskräfte erforderlich, um das Reibschaltelement zu schließen. Ferner ist ein geringerer Umformgrad bei der Herstellung des Reibelementes erforderlich.
Gemäß eines weiteren Aspekts dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Reibelements für ein Getriebe eines Fahrzeugs, wobei das Reibschaltelement einen etwa ringförmigen Grundkörper aufweist, wobei der ringförmige Grundkörper mehrere über den Umfang verteilt angeordnete radial nach innen oder radial nach außen kragende Reibflächenelemente aufweist, umfassend die folgenden Schritte:

– Fertigen des etwa ringförmigen Grundkörpers aus einem ersten Material in einem ersten Schritt,
– Fertigen mehrerer den ringförmigen Grundkörper entlang seines Innenumfangs oder Außenumfangs jeweils unterbrechende Ausnehmungen in einem zweiten Schritt (120), wobei die Ausnehmungen (16) zur Aufnahme von einteilig ausgebildeten Reibflächenelementen (5) dienen,
– Fertigen der einteilig ausgebildeten Reibflächenelemente (5) aus dem ersten Material oder einem zweiten Material in einem dritten Schritt.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass das Reibelement, beispielsweise eine Innenlamelle oder eine Außenlamelle, gefertigt werden kann, die bei erheblicher Gewichtsreduzierung geringe Schleppmomente verursacht und hohe Drehmomente übertragen kann.
Zudem lassen sich dadurch in Abgrenzung zum Stand der Technik entsprechende koaxial zueinander angeordnete Lamellen/-paare „ineinander“ fertigen., d.h. es wird nicht zweimal ein Innenteil, was bei gewöhnlicher Lamellenherstellung entsteht, verschrottet.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem die Reibflächenelemente an die Ausnehmungen gefügt werden.
Weiterhin ist ein Verfahren mit dem Schritt Fixieren der Reibflächenelemente an dem etwa ringförmigen Grundkörper mittels eines Umformprozesses, wobei der Umformprozess an dem Reibflächenelement und/oder an dem etwa ringförmigen Grundkörper zumindest punktweises entlang einer Fügelinie durchgeführt wird, bevorzugt.
Zudem ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem die Reibflächenelemente an den etwa ringförmigen Grundkörper angeschweißt werden. Der Vorteil bei diesem Verfahren ist, dass auf eine Hinterschneidung bzw. Hinterhakung der Fügestelle und der Reibflächenelemente verzichtete werden kann.
Darüber hinaus ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem das Fertigen gleich einem Stanzen, beispielsweise Kombistanzen, ist.
Das Reibelement kann für ein Reibschaltelement vorgesehen sein, das hydraulisch, pneumatische, elektromechanisch oder mechanisch betätigt werden kann. Vorzugsweise wird das nasslaufende Reibschaltelement hydraulisch betätigt, da als Hydraulikmittel das vorhandene Kühl- und Schmiermittel verwendet werden kann. Das Reibelement kann aus Blech, Stahl oder dergleichen gefertigt sein. Der Stahl kann Kohlenstoff beinhalten, zum Beispiel C15, C60, C75. Das Reibelement kann gehärtet ausgeführt sein, z.B. nitrocarburiert oder gasnitriert sein. Als Beschichtung des Reibelements kann analog zu Synchronisierungen, z.B. Sinter, Molybdän, Carbon oder dergleichen vorgesehen sein.
Das vorgeschlagene Reibelement kann in einem Reibschaltelement eines Lastschaltgetriebes eingesetzt werden. Es ist auch denkbar, dass das Reibelement in einem Reibschaltelement eines stufenlosen Mehrbereichsgetriebes oder eines elektrischen Fahrzeugantriebs eingesetzt wird. Weitere mögliche Anwendungen sind als Allradabkopplung, Retarderabkopplungen, Wendegruppe und als Bereichsgruppe.
Die vorliegende Erfindung beansprucht neben dem vorbeschriebenen Reibelement ebenso auch ein Automatikgetriebe für ein Fahrzeug mit einem derartig gestalteten Reibelement.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 und 2: Eine erste bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Reibelements mit mehreren angeschweißten radial nach außen vorstehenden Reibflächenelementen in einer Vorderansicht und einer Seitenansicht;
3 und 4: eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Reibelements mit mehreren angeschweißten radial nach innen vorstehenden Reibflächenelementen in einer Vorderansicht und einer Seitenansicht;
5: zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Reibelements mit eingefügten radial nach innen kragenden Reibflächenelementen aus einer axialen Vorderansicht;
6: zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Reibelements mit eingefügten Reibflächenelement aus 5;
7: zeigt das Reibelement und das Reibflächenelement der 6 in nicht eingefügtem Zustand;
8: zeigt das eingefügte Reibflächenelement aus 6, das zusätzlich mittels Fixiermittel entlang einer Fügestelle fixiert ist;
9: zeigt das eingefügte Reibflächenelement aus 8 mit in einer perspektivischen Ansicht.
10: zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Reibelements in einer weiteren bevorzugten Ausführung mit angeschweißtem Reibflächenelement;
11: zeigt das Reibelement der 5 in einer rückwärtigen Ansicht;
12: zeigt einen vergrößerten Ausschnitt einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Reibelements mit am Reibflächenelement angeordneten Fasungen;
13: zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Reibelements mit radial nach außen kragenden eingefügten Reibflächenelementen;
14: zeigt das erfindungsgemäße Reibelement der 13 in einer koaxialen Anordnung zu einem als Außenlamelle ausgeführten Reibelement;
15: zeigt eine bevorzugte Geometrie des erfindungsgemäßen Reibelements der 5;
16: zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante in einer Seitenansicht;
17: zeigt einen beispielhaften Prozess des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Reibelements mit eingefügten Reibflächenelementen;
18: zeigt einen beispielhaften Prozess des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Reibelements mit angeschweißten Reibflächenelementen.
In 1 bis 16 sind verschiedene Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Reibelementes für ein Reibschaltelement eines Getriebes eines Fahrzeuges beispielhaft als Lamellenschaltelement dargestellt.
In den 17 und 18 sind beispielhafte Prozesse zur Herstellung besagter Reibelemente dargestellt.
Mehrere Reibelemente 1, die drehfest an einem ersten Träger 2 befestigt sind und mehrere Reibelemente 3, die an einem zweiten Träger 4 drehfest befestigt sind, bilden ein Reibschaltelement.
Die Reibelemente 1, 3 sind abwechselnd hintereinander als Lamellenpaket angeordnet, so dass sich jeweils zwischen einem Reibelement 1 und einem Reibelement 3 überdeckende Reibflächen ergeben. Zur Drehmomentübertragung werden die Reibelemente 1 und 3 axial zusammen gepresst. Die Reibelemente 1, 3 weisen jeweils eine etwa ringförmig ausgeführte Reibfläche auf, wobei die jeweils anderen Reibelemente 1, 3 als korrespondierende Reibfläche mehrere radiale in Überdeckungsbereich kragende Reibflächenelemente 5 aufweisen.
In den 1 und 2 ist eine erste bevorzugte Ausführungsvariante vorgesehen, bei der das Reibelement 1 als Außenlamelle und das erfindungsgemäße Reibelement 3 als Innenlamelle ausgeführt sind, wobei die jeweils etwa ringförmig ausgeführte Außenlamelle eine äußere Mitnahmeverzahnung 6 zum Verbinden mit dem Außenlamellenträger 2 und eine etwa ringförmige Reibfläche 7 aufweist. Die Innenlamelle, also das Reibelement 3, weist eine innere Mitnahmeverzahnung 8 zum Verbinden mit dem Innenlamellenträger 4 und mehrere über den Umfang verteilt radial nach außen kragende und in Überdeckung mit der ringförmigen Reibfläche 7 der Außenlamelle stehende Reibflächenelemente 5 auf. Das erfindungsgemäße Reibelement 3 weist 5 Ausnehmungen 16 auf, an die jeweils ein Reibflächenelement 5 angeschweißt ist, was anhand einer Schweißnaht 20 dargestellt ist.
Bei der in den 3 und 4 dargestellten zweiten bevorzugten Ausführungsvariante sind im Gegensatz zu der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsvariante die Reibflächenelemente 5 an dem als Außenlamelle vorgesehenen erfindungsgemäßen Reibelement 1 und die ringförmige Reibfläche 7 an der als Innenlamelle ausgeführten Reibelement 3 vorgesehen. Die Reibflächenelemente 5 sind über den Umfang verteilt radial nach innen kragende und in Überdeckung mit der ringförmigen Reibfläche 7 angeordnet. Die in 2 und 4 dargestellten Pfeile an den Lamellenpakten verdeutlichen die wirkenden Axialkräfte zum Schließen des Reibschaltelementes. Das erfindungsgemäße Reibelement 1 weist 5 Ausnehmungen oder Fügestellen 16 auf, an die jeweils ein Reibflächenelement 5 angeschweißt ist, was anhand einer Schweißnaht 20 dargestellt ist.
Unabhängig von den beiden Ausführungsvarianten gemäß 1 bis 4 ist vorgesehen, dass die miteinander in Reibschluss bringbaren Reibelemente 1, 3, abgesehen von den vorkragenden Reibflächenelementen 5, in radialer Richtung voneinander beabstandet sind.
Die in den 1 bis 4 gezeigten Reibflächenelemente 5 sind an Reibelemente 1 bzw. 3 angeschweißt, so dass in Umfangsrichtung mehrere separate zahnförmige Reib- bzw. Kontaktflächen vorgesehen sind, die im geschlossenen Zustand des Reibschaltelementes mit der etwa ringförmigen Reibfläche 7 in Kontakt bringbar sind. Die Reibflächenelemente 5 sind bezüglich Längen- und Breitenverhältnis, Winkel, Kantenform und Oberflächenstruktur optimierbar, um ein möglichst kostengünstig herstellbares und ein geringes Schleppmoment verursachendes Reibelement zu schaffen.
Innerhalb der Mitnahmeverzahnung 6, 8 sind unterschiedliche Geometrien, wie zum Beispiel unterschiedliche Zahnbreiten und/oder unterschiedliche Zahnlückenbreiten und/oder unterschiedliche Zahnwinkel vorgesehen sind, um in Kombination mit einem korrespondierenden Träger 2, 4 eine Montage mit in axialer Richtung deckungsgleich übereinander angeordneten Reibflächenelementen 5 zu erzwingen.
5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Reibelements 1 mit eingefügten radial nach innen kragenden Reibflächenelementen. Anders als in den 1 bis 4 sind neun Reibflächenelemente 5 in dafür vorgesehene Fügestellen 16 entlang einer Fügelinie 17 gefügt. Die Fügelinie 17 begrenzt in Umfangs- und Radialrichtung die Fügestelle 16. Die Fügestellen 16 der 5 unterscheiden sich von den Fügestellen 16 der 1 bis 4 dadurch, dass sie Hinterhakungen 18 aufweisen, wodurch die Reibflächenelemente 5 im Wesentlichen formschlüssig gehalten werden. Die Fügelinie 17 begrenzt in Umfangs- und Radialrichtung die Fügestelle 16.
Selbstverständlich ist auch jede andere Anzahl von Reibflächenelementen möglich. Außerdem ist die Form der Reibflächenelemente (Längen-/Breitenverhältnis, Winkel, Kantenform, Oberflächenstruktur) frei optimierbar.
6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Reibelements 1 mit eingefügtem Reibflächenelement 5. Durch die Hinterhakung 18 wird das Reibflächenelement entlang der Fügelinie 17 im Wesentlichen formschlüssig gehalten, so wie das beispielsweise von Puzzleteilen bekannt ist.
7 zeigt das Reibelement und Reibflächenelement der 6 in nicht eingefügtem Zustand.
8 zeigt das eingefügte Reibflächenelement 5 aus 6, das zusätzlich mittels vier Fixiermittel 19 an der Fügestelle 16 fixiert ist. Hierbei ist an vier Punkten, also punktweise, entlang der Fügelinie 17 entweder an dem Reibelement 1 und/oder an dem Reibflächenelement 5 ein Umformprozess durchgeführt worden, um die Reibflächenelemente 5 gegen seitliches Herausfallen zu sichern.
9 zeigt das eingefügte Reibflächenelement 5 aus 8 in einer perspektivischen Ansicht. Das Reibflächenelement 5 weist eine dünnere Dicke D2 auf, als die Außenlamelle 1 mit einer Dicke D1. Dies vereinfacht die Fixierung durch den Umformprozess. Die Umformung ist hier nur punktweise dargestellt, könnte aber ebenso entlang der gesamten Fügelinie 17 erfolgen.
10 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Reibelements 1 mit angeschweißten Reibflächenelement 5 aus 3 bis 4. Auf die Hinterhakung 18 kann dann verzichtet werden.
11 zeigt das als Außenlamelle ausgebildete erfindungsgemäße Reibelement der 5 in einer rückwärtigen Ansicht. Gut zu erkennen ist, wie die ringförmigen Grundkörper der beiden Lamellen 1, 3 radial voneinander beabstandet sind. Dies zeigt auch, wie die Innenlamelle 3 koaxial zur erfindungsgemäßen Außenlamelle 1 gefertigt werden kann. Somit muss nicht zweimal ein Innenteil verschrottet werden.
12 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Reibflächenelements 5 aus 6 mit Fasungen 21. Diese sind in Bereiche einer Einlauf- und/oder Auslaufzone gefräst. Dadurch werden die Schleppmomente noch weiter reduziert.
13 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des als Innenlamelle ausgebildeten erfindungsgemäßen Reibelements 3 mit radial nach außen kragenden Reibflächenelementen 5, wobei diese im Gegensatz zu 1 bis 2 eingefügt und nicht angeschweißt sind.
14 zeigt die erfindungsgemäße Innenlamelle 3 der 13 in einer koaxialen Anordnung zu einer entsprechenden Außenlamelle 1. Im Unterschied zu 1 bis 2 sind die Reibflächenelemente 5 eingefügt und nicht angeschweißt.
Im Unterschied zu 5 nimmt die Innenlamelle 3 die Reibflächenelemente 5 auf, nicht die Außenlamelle 1.
In 15 ist eine Geometrie einer bevorzugten Ausführungsvariante dargestellt. Hierbei definieren die Ausnehmungen, also die Fügestellen 16, und ihre unmittelbare Umgebung Reibflächenelementzonen 25. Zwischen in Umfangsrichtung benachbarter Reibflächenelementzonen 25 sind jeweilige Zwischenzonen 22 angeordnet, wobei die jeweilige Zwischenzone 22 eine Mittelzone 24 und zwei die Mittelzone 24 einfassende Übergangszonen 23 aufweist, wobei die Mittelzone 24 mit einem Radius R3 ausgeführt ist und die jeweilige Übergangszone 23 mit einem Radius R4 ausgeführt ist und wobei die Übergangszonen 23 jede in Tangente mit einer Mittelzone 24 und einer Reibflächenelementzone 25 kommen.
Auf diese Weise ist der Übergang des auskragenden Reibflächenelementes 5 zum Grundkörper bezüglich seines Spannungsverlaufes optimiert.
16 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante mit einem konisch ausgeführten Reibelement in einer Seitenansicht. Hierbei sind sowohl die als Innenlamelle ausgeführten erfindungsgemäßen Reibelemente 3 als auch benachbarte Gegenlamellen an den einander zugewandten Reibflächen im Querschnitt abgeschrägt oder konisch ausgeführt sind. Insbesondere durch die Konuswirkung sind geringere axiale Anpresskräfte erforderlich. Bei dieser Ausführung ist die axiale Verjüngung der Reibflächenelemente 5 und der Reibflächen 7 symmetrisch ausgeführt. Es ist auch eine unsymmetrische oder einseitige Abflachung möglich.
Die 17 (mit eingefügten Reibflächenelementen 5) und 18 (mit angeschweißten Reibflächenelementen 5) zeigen einen beispielhaften Prozess des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Reibelements.
In 17 wird zunächst in einem ersten Schritt 110 ein als Innenlamelle ausgebildetes Reibelement 3 aus einem Blechband gestanzt. In einem anschließenden Schritt 120 werden die als Fügestellen ausgebildeten Ausnehmungen 16 mit Hinterhakungen in die Innenlamelle 3 gestanzt. In einem daran anschließenden Schritt 130 werden die als Reibzähne ausgebildeten Reibflächenelemente 5 hergestellt. Die Reibzähne 5 können dabei aus demselben Material wie die Innenlamelle 3 oder einem anderen Material sein. In einem nächsten Schritt werden 131 werden die Reibzähne 5 in die Fügestellen 16 eingefügt. In einem daran anschließenden Schritt 132 werden die Reibzähne mittels eines Verstemmens an der Innenlamelle 3 im Bereich der Fügelinie 17 fixiert, sodass eine unlösbare kraft- und formschlüssige Verbindung entsteht.
Für den Fachmann ist klar, dass das in 17 gezeigte Verfahren nur ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren darstellt. Selbstverständlich sind weitere Schritte oder auch weniger Schritte zur Herstellung denkbar, beispielsweise Schritte zur Fertigung der Mitnahmeverzahnung oder beispielsweise weil bestimmte Schritte zeitgleich stattfinden können. So ist insbesondere vorstellbar Schritt 110 und 120, das Stanzen der Lamelle und der Fügestellen, zeitgleich durchzuführen. Auch können die Ausnehmungen 16 in die Außenlamelle 1 gestanzt werden. Entsprechend würden dann die Reibzähne 5 radial nach innen kragen.
Der Schritte 110 der 18 ist identisch mit dem in 17. In einem an den Schritt 110 anschließenden Schritt 140 werden Ausnehmungen 16 ohne Hinterhakungen 18 in die Innenlamelle 3 gestanzt. In einem daran anschließenden Schritt 141 werden die Reibzähne 5 hergestellt. Anschließend werden in einem Schritt 142 die Reibzähne 5 an die dafür vorgesehenen Fügestellen 16 angeschweißt.
Auch hier ist für den Fachmann klar, dass das in 18 gezeigte Verfahren nur ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren darstellt. Selbstverständlich sind weitere Schritte, beispielsweise Schritte zur Fertigung der Mitnahmeverzahnung, oder auch weniger Schritte zur Herstellung denkbar. Auch können die Reibzähne an in die Außenlamelle 1 gestanzte Fügestellen 16 geschweißt werden, sodass sie dann radial nach innen kragen.
Bezugszeichenliste

1: erstes Reibelement bzw. Lamelle, Außenlamelle
2: erster Träger
3: zweites Reibelement bzw. Lamelle, Innenlamelle
4: zweiter Träger
5: Reibflächenelement, Reibzahn
6: Mitnahmeverzahnung erstes Reibelement
7: ringförmige Reibfläche
8: Mitnahmeverzahnung zweites Reibelement
16: Ausnehmung, Fügestelle
17: Fügelinie
18: Hinterhakung, Hinterschneidung
19: Fixiermittel
20: Schweißnaht
21: Fasen
22: Zwischenzone
23: Übergangszone
24: Mittelzone
25: Reibflächenelementzone
D1: erste Dicke, Reibelement
D2: zweite Dicke, Reibflächenelement
R3: Radius Mittelzone
R4: Radius Übergangszone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009001101 A1 [0003]
DE 102009027017 A1 [0004]
DE 10315169 A1 [0005]
GB 814992 A [0006]
DE 102014200854 [0007, 0009, 0017]
EP 1650454 A1 [0008]

Claims

Reibelement (1, 3) für ein Reibschaltelement für ein Getriebe eines Fahrzeugs, umfassend einen ringförmigen Grundkörper, wobei der ringförmige Grundkörper mehrere über den Umfang verteilt angeordnete radial nach innen oder radial nach außen kragende Reibflächenelemente (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Reibelement (1, 3) als auch die jeweiligen Reibflächenelemente (5) jeweils einteilig ausgebildet sind.
Reibelement (1, 3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (1, 3) Ausnehmungen (16) zur Aufnahme der jeweiligen Reibflächenelemente (5) aufweist.
Reibelement (1, 3) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (16) den ringförmigen Grundkörper entlang seines Innenumfangs oder Außenumfangs teilweise unterbrechen.
Reibelement (1, 3) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ausnehmungen (16) und ihre unmittelbare Umgebung Reibflächenelementzonen (25) definieren und dass – zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Reibflächenelementzonen (25) jeweilige Zwischenzonen (22) angeordnet sind, wobei die jeweilige Zwischenzone (22) eine Mittelzone (24) und zwei die Mittelzone (24) einfassende Übergangszonen (23) aufweist, wobei die Mittelzone (24) mit einem ersten Radius R3 ausgeführt ist und die jeweilige Übergangszone (23) mit einem Radius R4 ausgeführt ist und wobei die Übergangszonen (23) jede in Tangente mit einer Mittelzone (24) und einer Reibflächenelementzone (25) kommen.
Reibelement (1, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächenelemente (5) mittels Fixiermittel an das Reibelement (1, 3) fixiert sind.
Reibelement (1, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächenelemente (5) mittels eines Umformprozesses zumindest punktweise entlang einer Fügelinie (17) an das Reibelement (1, 3) fixiert sind.
Reibelement (1, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächenelemente (5) an das Reibelement (1, 3) angeschweißt sind.
Reibelement (1, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibelement (1, 3) in axialer Richtung zumindest eine erste Dicke D1 aufweist und dass das jeweilige Reibflächenelement (5) in axialer Richtung zumindest eine zweite Dicke D2 aufweist, wobei die zumindest erste und die zumindest zweite Dicke D1 bzw. D2 ungleich sind.
Reibelement (1, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächenelemente (5) Fasungen aufweisen.
Reibelement (1, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächenelemente (5) Nuten aufweisen.
Reibelement (1, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibflächenelement in axialer Richtung abgeschrägt oder konisch ausgeführt ist.
Reibflächenelement (5) für ein Reibelement (1, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines Reibelements (1, 3) für ein Reibschaltelement für ein Getriebe eines Fahrzeugs, wobei das Reibelement (1, 3) einen etwa ringförmigen Grundkörper aufweist, wobei der ringförmige Grundkörper mehrere über den Umfang verteilt angeordnete radial nach innen oder radial nach außen kragende Reibflächenelemente (5) aufweist, umfassend die folgenden Schritte: – Fertigen des etwa ringförmigen Grundkörpers aus einem ersten Material in einem ersten Schritt (110), – Fertigen mehrerer den ringförmigen Grundkörper entlang seines Innenumfangs oder Außenumfangs jeweils unterbrechende Ausnehmungen (16) in einem zweiten Schritt (120), wobei die Ausnehmungen (16) zur Aufnahme von einteilig ausgebildeten Reibflächenelementen (5) dienen, – Fertigen der einteilig ausgebildeten Reibflächenelemente (5) aus dem ersten Material oder einem zweiten Material in einem dritten Schritt (130).
Verfahren nach Anspruch 13, umfassend den weiteren Schritt: Fügen der Reibflächenelemente (5) an die Ausnehmungen (16).
Verfahren nach Anspruch 14, umfassend den weiteren Schritt: Fixieren der Reibflächenelemente (5) an dem etwa ringförmigen Grundkörper mittels eines Umformprozesses, wobei der Umformprozess an dem Reibflächenelement (5) und/oder an dem etwa ringförmigen Grundkörper zumindest punktweises entlang einer Fügelinie (17) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, umfassend den weiteren Schritt: Schweißen der Reibflächenelemente (5) an den etwa ringförmigen Grundkörper.