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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung, beispielsweise für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Mitnehmereinheit für eine Kupplungseinrichtung.
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Eine Kupplungseinrichtung ist dazu eingerichtet, einen Reibschluss zwischen ersten und zweiten Reibelementen selektiv herzustellen. Die Kupplungseinrichtung kann beispielsweise zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Die Kupplungseinrichtung weist eine Drehachse auf, um die ein radial innerer und ein radial äußerer Reibelementeträger drehbar gelagert sind. Erste Reibelemente sind drehmomentschlüssig und axial verschiebbar mit dem äußeren Reibelementeträger und zweite Reibelemente in entsprechender Weise mit dem inneren Reibelementeträger in Verbindung. Werden die Reibelement axial aneinandergepresst, entsteht ein Reibschluss, sodass Drehmoment zwischen dem äußeren und dem inneren Reibelementeträger übertragen werden kann.
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Insbesondere der äußere Reibelementeträger ist häufig topfförmig ausgebildet, wobei sich an einem im Wesentlichen zylindrischen axialen Abschnitt ein radialer Abschnitt anschließt. Auf der axialen Seite des axialen Abschnitts, der dem radialen Abschnitt gegenüberliegt, ist der äußere Reibelementeträger vermehrt Fliehkräften ausgesetzt, wenn sich der äußere Reibelementeträger um die Drehachse dreht. Dadurch kann der Reibelementeträger verformt werden, wodurch die Kupplungseinrichtung Schaden nehmen kann. Um dies zu verhindern, wird häufig ein sogenannter Fangring am äußeren Reibelementeträger angebracht, der auf der radialen Außenseite des axialen Abschnitts liegt und den Fliehkräften entgegenwirkt. Herstellung und Montage des Fangrings können jedoch aufwendig sein, was mit Kostennachteilen verbunden sein kann.
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EP 1 382 872 A1 schlägt vor, eine Mitnehmerscheibe, die den radialen Abschnitt bildet, formschlüssig mittels Schwalbenschwanz-förmigen Vorsprüngen mit dem axialen Abschnitt des äußeren Lamellenträgers zu verbinden, sodass die Vorsprünge radial nach außen wirkende Kräfte abstützen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine universellere Möglichkeit anzugeben, ein drehbar gelagertes Element einer Mitnehmereinheit für eine Lamellenkupplungseinrichtung gegen Fliehkräfte abzustützen. Die Erfindung löst diese Aufgab mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine Mitnehmereinheit für eine Lamellenkupplungseinrichtung umfasst eine Drehachse, ein um die Drehachse drehbar gelagertes Element mit einer radialen Verzahnung zur Übertragung von in Umfangsrichtung wirkenden Kräften, eine Mitnehmerscheibe, die im Bereich der Verzahnung kraftschlüssig mit dem Element verbunden ist, und ein Stützelement mit einem radialen Vorsprung. Im Bereich der Verzahnung ist eine radiale Aussparung vorgesehen, durch die sich der Vorsprung radial erstreckt. Der Vorsprung hintergreift die Aussparung radial außen, um die Verzahnung formschlüssig nach außen zu sichern.
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Durch die Funktionstrennung der Mitnehmerscheibe vom Stützelement besteht eine höhere Flexibilität bei der Anbringung der Mitnehmerscheibe. Insbesondere kann die Mitnehmerscheibe einstückig mit dem drehbaren Element ausgeführt sein. Außerdem lässt sich das Stützelement auch an anderen drehbaren Elementen der Lamellenkupplungseinrichtung vorteilhaft einsetzen. Ein Aufwand für die Bereitstellung eines Stützrings kann entfallen. Das Stützelement kann integriert mit einem weiteren Bauteil der Lamellenkupplungseinrichtung ausgeführt sein.
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Der Vorsprung ist bevorzugterweise dazu eingerichtet, radial und/oder tangential bzw. in Umfangsrichtung formschlüssig in die Aussparung der Verzahnung einzugreifen. Dadurch kann bei Bedarf das Stützelement drehmomentschlüssig mit dem drehbar gelagerten Element verbunden sein.
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Bevorzugterweise ist der Vorsprung gegenüber der Verzahnung in radialer Richtung vorgespannt, sodass der Abschnitt radial außen an der Verzahnung anliegt, wenn sich die Mitnehmereinheit im Stillstand einer Drehung um die Drehachse befindet. Einer Verformung des drehbaren Elements unter Drehzahleinfluss kann dadurch besonders effizient vorgebeugt werden. Eine Unwucht oder eine Funktionsbeeinträchtigung der Lamellenkupplungseinrichtung können dadurch verbessert vermieden sein. In einer anderen Ausführungsform kann jedoch auch ein vorbestimmtes Radialspiel zwischen dem Vorsprung und der Verzahnung liegen.
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In einer Ausführungsform liegt ein Abschnitt des Vorsprungs in einer radial außen eingebrachten Nut, die um die Drehachse verläuft. Dadurch kann das Stützelement auch in axialer Richtung gesichert sein. Die Nut kann beispielsweise mittels Prägen oder Fräsen von radial außen in das drehbar gelagerte Element eingebracht sein.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Verzahnung aus einem Blech konstanter Stärke gebildet ist. Die Ausbildung der Aussparung und die Montage des Stützelements können dadurch besonders einfach durchgeführt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Element topfförmig mit einem hohlzylindrischen Abschnitt und einem sich axial einseitig anschließenden radialen Abschnitt ausgeführt, wobei das Stützelement vom radialen Abschnitt axial möglichst weit entfernt ist. Dadurch kann eine übliche Bauform eines Reibelementeträgers, insbesondere eines äußeren Reibelementeträgers, einfach mit dem Stützelement ausgestattet werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Stützelement eine Vielzahl Vorsprünge aufweist, die auf einem Umfang um die Drehachse angeordnet sind, wobei sich die Vorsprünge durch zugeordnete Aussparungen in der Verzahnung radial erstrecken und die Verzahnung hintergreifen. Insbesondere ist bevorzugt, dass das Stützelement scheibenförmig ausgebildet ist. Die radial auf das drehbare Element wirkenden Kräfte können so auf einfache Weise gegeneinander aufgehoben werden.
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Eine Kupplungseinrichtung umfasst die oben beschriebene Mitnehmereinheit, wobei das drehbare Element als Reibelementeträger ausgebildet ist. Außerdem umfasst die Kupplungseinrichtung mehrere erste Reibelemente zum formschlüssigen Eingriff in das drehbare Element in Umfangsrichtung, mehrere zweite Reibelemente, die in axialer Richtung abwechselnd mit den ersten Reibelementen angeordnet sind, und ein Eingriffselement zum formschlüssigen Eingriff der zweiten Reibelemente in Umfangsrichtung.
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Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Stützelement integriert mit einem der ersten Reibelemente ausgeführt ist. Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Stützelement an einem axialen Ende des Stapels alternierender Reibelemente liegt. Einerseits kann dadurch die Stützwirkung an einer axial vorteilhaften Stelle erfolgen, andererseits kann durch die durch den Abschnitt bedingte verbesserte thermische Anbindung des Stützelements an das drehbare Element entstehende Reibungswärme verbessert abgeführt werden.
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Die ersten Reibelemente können als Lamellen ausgebildet sein, wobei eine axiale Stärke des Stützelements geringer als axiale Stärken der restlichen Lamellen ist. Da das Stützelement üblicherweise mittels anderer Herstellungsverfahren gefertigt wird als die restlichen Lamellen, ist diese Ausführungsform leicht zu realisieren. Durch die verringerte axiale Stärke kann axialer Bauraum eingespart werden. Insbesondere dann, wenn das Stützelement an einem axialen Ende des Stapels von Reibelementen liegt, kann die verringerte mechanische bzw. thermische Belastung auf diese Weise konstruktiv ausgenutzt werden.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine Explosionsdarstellung einer Mitnehmereinheit einer Lamellenkupplungseinrichtung;
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2 ein Detail der montierten Mitnehmereinheit von 1;
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3 eine Schnittdarstellung eines Details der Mitnehmereinheit von 1;
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4 eine radiale Doppelkupplung mit Drehzahlsicherung durch einen Druckring; und
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5 eine axiale Doppelkupplung mit Drehzahlsicherung an einem Drucktopf
darstellt.
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1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Mitnehmereinheit 100 einer Lamellenkupplung. Um eine Drehachse 105 ist ein Element 110 mit einer radialen Verzahnung 115 drehbar gelagert. Das dargestellte Element 110 ist beispielhaft als Außenlamellenträger der Lamellenkupplungseinrichtung ausgebildet. Dabei umfasst das Element 110 beispielhaft einen axialen Abschnitt 120, der die Verzahnung 115 trägt und bevorzugterweise aus einem Blech konstanter Stärke ausgebildet ist, und einen radialen Abschnitt 125, der sich an einem axialen Ende des Abschnitts 120 insbesondere einstückig anschließt und sich von dort aus radial nach innen erstreckt. Das Element 110 hat daher eine topfähnliche Grundform. Der radiale Abschnitt 125 kann in einer anderen Ausführungsform auch weggelassen sein. Die Verzahnung 115 ist dazu eingerichtet, ein Element, insbesondere ein Reibelement, in axialer Richtung verschiebbar und in Umfangsrichtung formschlüssig mit dem Element 110 zu verbinden.
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Ein Stützelement 130 ist bevorzugterweise scheibenförmig um die Drehachse 105 ausgeführt und umfasst einen oder mehrere Vorsprünge 135, die sich in radialer Richtung nach außen erstrecken. Am Element 110 bzw. dem axialen Abschnitt 120 bzw. der Verzahnung 115 ist für jeden der Vorsprünge 135 eine zugeordnete Aussparung 140 vorgesehen, die zu Montagezwecken bevorzugterweise in axialer Richtung einseitig offen sind. Die Vorsprünge 135 weisen jeweils mindestens einen Abschnitt 145 auf, der seine zugeordnete Aussparung 140 radial außen hintergreift. In exemplarischer Weise sind die Vorsprünge 135 V-förmig bzw. in der Form eines Schwalbenschwanzes ausgeführt. Bezüglich der Formgebung der Vorsprünge 135 besteht eine relativ große Freiheit. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann durch die Vorsprünge 135 in den Aussparungen 140 gleichzeitig ein Formschluss bzw. Kraftschluss in Umfangsrichtung realisiert sein. Bevorzugt ist die Ausbildung des Stützelements 130 als flaches Element, das beispielsweise aus einem ebenen Blech ausgestanzt werden kann. Durch das Hintergreifen der Abschnitte 145 hinter die Aussparungen 140 wird das Element 110 in diesem Bereich radial nach außen abgestützt. Sind ausreichend viele Vorsprünge 135 auf einem Umfang um die Drehachse 105 verteilt angeordnet, so können auf das drehbare Element 110 radial nach außen wirkende Kräfte auf das Stützelement 130 übertragen und dort gegenseitig kompensiert werden.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die Vorsprünge 135 in radialer Richtung vorgespannt sind, indem sie beispielsweise radial außen am drehbar gelagerten Element 110 anliegen, wenn sich dieses noch nicht in einer Drehung um die Drehachse 105 befindet. Im Bereich der Abschnitte 145 können radiale Vertiefungen am drehbaren Element 110 vorgesehen sein, um eine axiale Position des Stützelements 130 zu fixieren. Durch die einseitig offene Ausführung der Aussparungen 140 ist bevorzugt, dass das Stützelement 130 im Bereich eines axialen Endes des drehbaren Elements 110 angebracht ist. Sind die Aussparungen 140 axial ausreichend tief, kann das Stützelement 130 jedoch auch in einem mittleren Bereich der axialen Erstreckung des drehbar gelagerten Elements 110 angebracht sein. Bei der dargestellten, topfförmigen Ausführung des Elements 110 mit dem radialen Abschnitt 125 ist weiterhin bevorzugt, dass ein axialer Abstand des Stützelements 130 vom radialen Abschnitt 125 möglichst groß ist, um die radiale Stützwirkung zu maximieren.
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Separat vom Stützelement 130 ist eine Mitnehmerscheibe 150 vorgesehen, die kraftschlüssig mit dem drehbaren Element 110 verbunden werden kann. Dazu kann die Mitnehmerscheibe 150 einstückig mit dem Element 110 ausgebildet sein, mit ihm beispielsweise stoffschlüssig verbunden werden, etwa durch Schweißen, oder, wie in 1 dargestellt ist, eine Verzahnung 155 aufweisen, die dazu eingerichtet ist, in die Verzahnung 115 oder die Aussparungen 140 formschlüssig einzugreifen. Optional kann ein Sicherungsring 160 zur axialen Fixierung der Mitnehmerscheibe 150 am drehbaren Element 110 vorgesehen sein.
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2 zeigt ein Detail der montierten Mitnehmereinheit 100 von 1. Das Stützelement 130 liegt in der dargestellten Ausführungsform axial an der Mitnehmerscheibe 150 an, auf deren entgegengesetzter axialer Seite der Sicherungsring 160 liegt. Das Stützelement 130 ist daher axial weit vom radialen Abschnitt 125 entfernt.
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In der dargestellten Ausführungsform, in der das drehbare Element 110 einen Reibelementeträger, insbesondere einen Lamellenträger, repräsentiert, kann das Stützelement 130 in einer ersten Ausführungsform eigenständig und in einer zweiten Ausführungsform als Lamelle eingesetzt werden, die in axialer Richtung einen Reibschluss mit einem anderen Reibpartner eingehen kann, wie unten mit Bezug auf die 4 und 5 noch genauer beschrieben wird. Die axiale Position des Stützelements 130 ist unabhängig davon, ob die Reibpartner in axialer Richtung komprimiert werden oder nicht. Durch die Anlage des Stützelements 130 am drehbaren Element 110 im Bereich der Vorsprünge 135 bzw. der Abschnitte 145 kann eine gute thermische Anbindung erzielt werden, die es erlauben kann, das Stützelement 130 in axialer Richtung anders als andere Reibelemente zu dimensionieren, die mit dem drehbaren Element 110 in axial verschiebbarem Eingriff stehen. Insbesondere kann das Stützelement 130 dünner ausgeführt sein.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Details der Mitnehmereinheit 100 von 1.
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4 zeigt eine radiale Doppelkupplung 400 mit Drehzahlsicherung. Die Doppelkupplung 400 umfasst eine radial innen liegende erste Kupplung 405 und eine radial außen liegende zweite Kupplung 410. Für das vorgeschlagene Prinzip der Abstützung des drehbaren Elements 110 radial nach außen kann jedoch auch ein anderer Aufbau gewählt werden und es kann auch nur eine Kupplung 405, 410 vorgesehen sein. Jede der Kupplungen 405, 410 ist als Lamellenkupplungseinrichtung ausgeführt.
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Bezug nehmend auf die radial innere Kupplung 405 ist das drehbare Element 110 als Außenlamellenträger ausgeführt. Mehrere erste Reibelemente 415 greifen drehmomentschlüssig und axial verschiebbar in das erste Element 110 ein. Die ersten Reibelemente 415 sind in axialer Richtung alternierend mit zweiten Reibelementen 420 angeordnet, die auf ihrer radialen Innenseite drehmomentschlüssig und axial verschiebbar in einen Reibelementeträger 425 eingreifen. Wird das Kupplungspaket aus ersten und zweiten Reibelementen 415, 420 axial komprimiert, kann ein Drehmoment zwischen dem drehbaren Element 110 – dem äußeren Reibelementeträger – und dem inneren Reibelementeträger 425 übertragen werden. Eine korrespondierende axiale Betätigungseinrichtung 430 ist exemplarisch hydraulisch ausgeführt.
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Als axiales Widerlager gegen Anpresskräfte, die durch die Betätigungseinrichtung 430 ausgeübt werden, ist ein Druckring vorgesehen, der integriert mit dem Stützelement 130 ausgeführt ist. Der Sicherungsring 160 sorgt hier für die axiale Abstützung des Stützelements 130. Am Stützelement 130 sind – nicht sichtbar – Vorsprünge 135 ausgebildet, die für eine Abstützung des drehbaren Elements 110 radial nach außen sorgen, wie oben mit Bezug auf die 1 bis 3 genauer beschrieben ist.
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5 zeigt eine axiale Doppelkupplung 500 als weiteres Beispiel der vorgeschlagenen radialen Abstützung eines drehbaren Elements 110 an einer Lamellenkupplungseinrichtung. Hier sind exemplarisch die Kupplungen 405 und 410 axial versetzt angeordnet.
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Damit die Betätigungseinrichtung 430 eine axiale Anpresskraft auf das Kupplungspaket der ersten und zweiten Reibelemente 415, 420 ausüben kann, ist ein Drucktopf 505 vorgesehen, der üblicherweise mehrere, sich in axialer Richtung erstreckende Finger 510 aufweist, die sich durch Aussparungen im Kupplungspaket der zweiten Kupplung 410 hindurch bis zur ersten Kupplung 405 erstrecken. Ein Übertragungselement 515 nimmt die übertragene Betätigungskraft auf und leitet sie an das Kupplungspaket aus ersten und zweiten Reibelementen 415, 420 der ersten Kupplung 405 weiter. Dabei wird ein Angriffspunkt für die Betätigungskraft optional radial nach innen versetzt. Das Übertragungselement 515 ist als Stützelement 130 ausgebildet und der Drucktopf 505 repräsentiert das drehbare Element 110 aus den vorangehenden Figuren. Es wird vorgeschlagen, die oben beschriebene radiale Abstützung des Drucktopfs 505 durch das Übertragungselement 515 mittels der Vorsprünge 135 zu realisieren. Die Mitnehmerscheibe 150 ist in der dargestellten Ausführungsform einstückig mit einem Außenlamellenträger 520 ausgeführt.
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Die vorgeschlagene radiale Abstützung eines drehbaren Elements 110 kann an unterschiedlichen Stellen einer Lamellenkupplungseinrichtung 400, 500 vorteilhaft eingesetzt werden. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform eine Doppelfunktion des Stützelements 130 als erstes Reibelement 415 vorsieht (vgl. 1 bis 3), kann die vorgeschlagene Kombination von Aussparungen 140 und Vorsprüngen 135 unabhängig von der Mitnehmerscheibe 150 auch an anderen, ganz unterschiedlichen Stellen einer Lamellenkupplungseinrichtung 400, 500 eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Mitnehmereinheit
- 105
- Drehachse
- 110
- Element
- 115
- Verzahnung
- 120
- axialer Abschnitt
- 125
- radialer Abschnitt
- 130
- Stützelement
- 135
- Vorsprung
- 140
- Aussparung
- 145
- Abschnitt
- 150
- Mitnehmerscheibe
- 155
- Verzahnung
- 160
- Sicherungsring
- 400
- radiale Doppelkupplung
- 405
- erste Kupplung
- 410
- zweite Kupplung
- 415
- erste Reibelemente
- 420
- zweite Reibelemente
- 425
- Reibelementeträger
- 430
- Betätigungseinrichtung
- 500
- axiale Doppelkupplung
- 505
- Drucktopf
- 510
- Finger
- 515
- Übertragungselement
- 520
- Außenlamellenträger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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