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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kupplungseinrichtung zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Ein Personenkraftwagen umfasst einen Antriebsstrang mit einem Antriebsmotor und einem Getriebe. Zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe ist eine Kupplungseinrichtung vorgesehen. Die Kupplungseinrichtung umfasst eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind. Die Eingangsseite ist mit dem Antriebsmotor und die Ausgangsseite mit dem Getriebe verbunden. Zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite ist ein Reibpaket vorgesehen, das aus ersten und zweiten Reibelementen gebildet ist, die in axialer Richtung alternierend angeordnet sind. Die ersten Reibelemente greifen in eine Verzahnung an der Eingangsseite und die zweiten Reibelemente in eine Verzahnung an der Ausgangsseite ein. Dadurch sind die Reibelemente jeweils drehmomentschlüssig und axial verschiebbar an der ihr zugeordneten Seite der Kupplungseinrichtung angebracht. Wird das Reibpaket in axialer Richtung komprimiert, so kann ein Drehmoment zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen werden.
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Um einen möglichst gleichmäßigen und ruckfreien Übergang zwischen der geöffneten (Reibpaket nicht komprimiert) und der geschlossenen (Reibpaket ist komprimiert) Kupplungseinrichtung realisieren zu können, werden üblicherweise die ersten und/oder die zweiten Reibelemente mit speziellen Reibmaterialien versehen.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass selbst bei Einsatz fortgeschrittenster Reibmaterialien das Öffnungs- und insbesondere das Schließverhalten der Kupplungseinrichtung bezüglich Geräusche, Vibrationen und Rauheit (Noise, Vibration, Harshness, NVH) verbesserungsfähig sind. Insbesondere beim Einsatz der Kupplungseinrichtung in einem Personenkraftfahrzeug der Oberklasse wird viel Wert auf ein angenehmes Kupplungsverhalten gelegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungseinrichtung anzugeben, die ein verbessertes NVH-Verhalten aufweist. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels des Gegenstands des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine Kupplungseinrichtung umfasst einen ersten Reibelementeträger und einen zweiten Reibelementeträger, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind. In den ersten Reibelementeträger greifen erste Reibelemente in Umfangsrichtung formschlüssig ein, und in den zweiten Reibelementeträger greifen zweite Reibelemente in Umfangsrichtung formschlüssig ein. Dabei ist der Formschluss zwischen einem ersten Reibelement und dem ersten Reibelementeträger mittels eines elastischen Elements hergestellt, das im Kraftfluss zwischen dem ersten Reibelement und dem ersten Reibelementeträger liegt.
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Das elastische Element kann dazu beitragen, ein Öffnungs- oder Schließverhalten der Kupplungseinrichtung bezüglich NVH zu verbessern. Insbesondere können das Öffnen oder Schließen verbessert gleichmäßig oder verbessert ruckfrei erfolgen.
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In einer ersten Variante ist das elastische Element am Reibelement angebracht. Vorteilhafterweise kann das elastische Element bei Bedarf zusammen mit dem Reibelement ausgewechselt werden. Ein verschlissenes elastisches Element kann auf diese Weise leicht ausgewechselt werden.
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In einer anderen Variante, die mit der oben genannten Variante kombinierbar ist, ist das elastische Element am Reibelementeträger angebracht. Die Zahl der insgesamt an der Kupplungseinrichtung vorzusehenden elastischen Elemente kann dadurch reduziert sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das elastische Element in axialer Richtung, wobei mehrere Reibelemente am elastischen Element anliegen.
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In beiden Varianten kann das elastische Element nur einseitig im Formschluss liegen, sodass es nur belastet wird, wenn Drehmoment mit einem vorbestimmten Vorzeichen über die Kupplungseinrichtung übertragen werden soll. Dieses Vorzeichen kann alternativ positiv oder negativ sein. Wird Drehmoment mit dem anderen Vorzeichen übertragen, so kann ein üblicher Formschluss ohne dazwischenliegendem elastischem Element erfolgen. Alternativ dazu können zwei elastische Elemente vorgesehen sein, um unabhängig vom Vorzeichen des zu übertragenden Drehmoments stets im Formschluss zwischen dem ersten Reibelement und dem ersten Reibelementeträger anzuliegen. Die beiden elastischen Elemente können auch miteinander integriert ausgeführt sein, insbesondere einstückig.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auch der Formschluss zwischen einem zweiten Reibelement und dem zweiten Reibelementeträger mittels eines elastischen Elements hergestellt, das im Kraftfluss zwischen dem zweiten Reibelement und dem zweiten Reibelementeträger liegt. Im Kraftfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Reibelementeträger können so zwei elastische Elemente liegen, die zusammen für ein weiter verbessertes Kupplungsverhalten sorgen können.
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Es ist insbesondere bevorzugt, dass das elastische Element dämpfend wirkt. Dazu kann insbesondere ein Material mit einer hohen Eigendämpfung verwendet werden.
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Beispielsweise kann das Material Gummi, einen Kunststoff oder ein Kunstharz umfassen. Material und Form können so aufeinander abgestimmt werden, dass insbesondere Schwingungen eines vorbestimmten Frequenzbereichs verstärkt gedämpft werden. Dieser Frequenzbereich kann auf die Kupplungseinrichtung abgestimmt werden, um das NVH-Verhalten der Kupplungseinrichtung insgesamt zu verbessern.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten Reibelemente axiale Reiboberflächen aus Stahl und die zweiten Reibelemente axiale Reiboberflächen aus einem anderen Material auf. Eine umgekehrte Anordnung ist ebenfalls möglich.
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In unterschiedlichen Ausführungsformen kann die Kupplungseinrichtung weiterhin alternativ dazu eingerichtet sein, trocken oder in einem Flüssigkeitsbad, insbesondere einem Ölbad, zu laufen.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Darstellung einer Kupplungseinrichtung;
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2 Axialansichten auf beispielhafte Reibelemente der Kupplungseinrichtung von 1;
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3 Seitenansichten der Reibelemente von 2;
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4 Verläufe an der Kupplungseinrichtung von 1; und
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5 einen Kraftfluss durch die Kupplungseinrichtung von 1
darstellt.
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1 zeigt eine Kupplungseinrichtung 100 im Längsschnitt. Die Kupplungseinrichtung 100 umfasst eine Drehachse 105, um die ein erster Reibelementeträger 110 und ein zweiter Reibelementeträger 115 drehbar gelagert sind. Der erste Reibelementeträger 110 liegt beispielhaft radial außen und kann als Eingangsseite der Kupplungseinrichtung 100 beispielsweise mit einem Antriebsmotor verbunden werden. Der zweite Reibelementeträger 115 liegt beispielhaft radial innen und kann als Ausgangsseite der Kupplungseinrichtung 100 beispielsweise mit einem Getriebe verbunden werden.
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Radial zwischen den Reibelementeträgern 110, 115 liegt ein Reibpaket 120, das eines oder mehrere erste Reibelemente 125 und eines oder mehrere zweite Reibelemente 130 umfasst, die in axialer Richtung abwechselnd angeordnet sind. Die ersten Reibelemente 125 sind, beispielsweise mittels einer Verzahnung, drehmomentschlüssig und axial verschiebbar am ersten Reibelementeträger 110 angebracht. In entsprechender Weise sind die zweiten Reibelemente 130 bevorzugterweise drehmomentschlüssig und axial verschiebbar, etwa mittels einer weiteren Verzahnung, am zweiten Reibelementeträger 115 angebracht. Wird das Reibpaket 120 axial komprimiert, so entsteht ein Reibschluss zwischen den ersten Reibelementen 125 und den zweiten Reibelementen 130, sodass ein Drehmoment zwischen den Reibelementeträgern 110, 115 übertragen werden kann. Eine entsprechende axiale Betätigungsvorrichtung zur Bereitstellung einer axialen Anpresskraft ist in 1 nicht dargestellt.
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Sowohl die ersten Reibelemente 125 als auch die zweiten Reibelemente 130 können an ihren axialen Oberflächen jeweils einen Reibbelag 135 tragen. Eine Variante ganz ohne Reibbeläge 135 ist ebenfalls möglich. Der Reibbelag 135 ist idealerweise verschleißfest, hochgradig belastbar, langlebig und realisiert ein möglichst gleichmäßiges Herstellen bzw. Trennen eines Reibschlusses.
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Es wird vorgeschlagen, zur weiteren Verbesserung des Öffnungs- bzw. Schließverhaltens der Kupplungseinrichtung 100 elastische Elemente 140 vorzusehen, die jeweils im Bereich eines ersten Reibelements 125 und dem ersten Reibelementeträger 110 oder zwischen einem zweiten Reibelement 130 und dem zweiten Reibelementeträger 115 im Kraftfluss zwischen dem ersten Reibelementeträger 110 und dem zweiten Reibelementeträger 115 liegen.
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2 zeigt Axialansichten auf beispielhafte Reibelemente 125, 130 der Kupplungseinrichtung 100 von 1. In Anlehnung an die Darstellung von 1 weist das erste Reibelement 125 radial nach außen abstehende Laschen 205 auf, die dazu eingerichtet sind, in entsprechende Aussparungen des ersten Reibelementeträgers 110 einzugreifen. Diese Aussparungen erstrecken sich im Reibelementeträger 110 in axialer Richtung, sodass während des axialen Komprimierens des Reibpakets 120 das erste Reibelement 125 gegenüber dem ersten Reibelementeträger 110 axial bewegt werden kann. In entsprechender Weise umfasst das zweite Reibelement 130 eine sich radial nach innen erstreckende Lasche 205 zur formschlüssigen Anlage in einer axialen Nut des zweiten Reibelementeträgers 115. Bevorzugterweise sind die Laschen 205 am ersten Reibelement 125 und/oder am zweiten Reibelement 130 auf einem Umfang um die Drehachse 105 regelmäßig verteilt.
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Es wird vorgeschlagen, dass elastische Elemente 140 an den Laschen 205 des ersten Reibelements 125 und/oder des zweiten Reibelements 130 angebracht werden. Die elastischen Elemente 140 können beispielsweise ringförmig sein, sodass sie aufgrund einer Vorspannung selbsttätig an den Laschen 205 gehalten sein können.
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In einer anderen Ausführungsform ist ein elastisches Element 140 am ersten Reibelementeträger 110 und/oder am zweiten Reibelementeträger 115 vorgesehen. Ein solches elastisches Element 140 erstreckt sich bevorzugterweise in axialer Richtung, sodass mehrere Reibelemente 125 bzw. 130 durch ein einziges elastisches Element 140 am jeweiligen Reibelementeträger 110, 115 elastisch bzw. vibrationsdämpfend gehalten sein können. Es ist auch möglich, sowohl an einer Lasche 205 als auch an dem korrespondierenden Reibelementeträger 110, 115 jeweils ein elastisches Element 140 vorzusehen.
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3 zeigt Seitenansichten der Reibelemente 125, 130 von 2.
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4 zeigt Verläufe an der Kupplungseinrichtung 100 von 1. Im oberen Bereich ist ein Rückverhalten der Kupplungseinrichtung 100 bei Verwendung eines ersten Reibbelags 135 und im unteren Bereich bei Verwendung eines alternativen, zweiten Reibbelags 135 dargestellt. Auf der linken Seite ist jeweils die Charakteristik einer bekannten Kupplungseinrichtung 100 dargestellt, auf der rechten Seite korrespondierend dazu jeweils die Charakteristik einer Kupplungseinrichtung 100 mit einem oder mehren elastischen Elementen 140.
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Ein erster Verlauf 405 zeigt eine relative Drehzahl zwischen dem ersten Reibelementeträger 110 und dem zweiten Reibelementeträger 115, ein zweiter Verlauf 410 zeigt ein relatives Drehmoment zwischen den Reibelementeträgern 110, 115 und ein dritter Verlauf 415 zeigt einen axialen Anpressdruck auf das Reibpaket 120. In horizontaler Richtung ist beispielhaft ein Zeitverlauf angegeben, in vertikaler Richtung sind die angegebenen Verläufe jeweils qualitativ angetragen.
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In allen vier Darstellungen wird zum Zeitpunkt 0,5 Sekunden der Anpressdruck 415 erhöht und bis zum Ende der Darstellung konstant gehalten. Mit dem Erhöhen des Anpressdrucks 415 fällt die relative Drehzahl 405 linear bis auf 0 ab.
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Das relative Drehmoment 410 in der oberen linken Darstellung weist eine kurzzeitige Spitze kurz vor dem vollständigen Schließen der Kupplungseinrichtung 100 auf, wobei das Schließen daran erkennbar ist, dass die relative Drehzahl 405 auf 0 abgesunken ist. Diese Drehmomentspitze kann unangenehm als Ruck für einen Passagier eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsstrang sein, der die Kupplungseinrichtung 100 umfasst. Durch den Einsatz von elastischen Elementen 140 lässt sich diese Drehmomentspitze fast vollständig abbauen, wie in der oberen rechten Darstellung zu sehen ist.
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In der unteren linken Darstellung verhält sich die Kupplungseinrichtung 100 dahingehend besser, dass kein großer Ruck beim Schließen auftritt. Andererseits ist das übertragene Drehmoment über die Zeit nicht linear, was ein Passagier des oben genannten Kraftfahrzeugs als Vibrieren oder Rattern wahrnehmen kann. Auch hier kann durch den Einsatz von elastischen Elementen 140 für eine fast vollständige Beruhigung des relativen Drehmomentverlaufs 410 gesorgt werden.
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Insbesondere in Verbindung mit hochwertigen Reibbelägen 135 können die elastischen Elemente 140 signifikant zur Beruhigung der Kupplungseinrichtung 100 beitragen.
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5 zeigt einen Kraftfluss 500 durch die Kupplungseinrichtung 100 von 1. Der Übersichtlichkeit halber sind die Reibelementeträger 110, 115 nicht dargestellt (vgl. 1). Ein durch die Kupplungseinrichtung 100 zu übertragendes Drehmoment 505 wird durch das elastische Element 140 auf das zweite Reibelement 130 übertragen. Von dort erfolgt ein Reibschluss entweder direkt an das erste Reibelement 125 oder vermittelt durch den Reibbelag 135. Vom ersten Reibelement 125 wird das übertragene Drehmoment (505?) mittels eines weiteren elastischen Elements 140 an den zugeordneten ersten Reibelementeträger 110 weitergegeben. In einer anderen Ausführungsform ist auch ein umgekehrter Drehmomentfluss möglich. Ferner kann eines der elastischen Elemente 140 auch weggelassen werden. Die Darstellung von 5 ist nicht darauf festgelegt, ob das elastische Element 140 am jeweiligen Reibelement 125, 130 oder am zugeordneten Reibelementeträger 110, 115 oder an beiden angebracht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kupplungseinrichtung
- 105
- Drehachse
- 110
- erster Reibelementeträger
- 115
- zweiter Reibelementeträger
- 120
- Reibpaket
- 125
- erstes Reibelement
- 130
- zweites Reibelement
- 135
- Reibbelag
- 140
- elastisches Element
- 205
- Lasche
- 405
- relative Drehzahl
- 410
- relatives Drehmoment
- 415
- Anpressdruck
- 500
- Kraftfluss
- 505
- Drehmoment
