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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung, beispielsweise zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Reibelement an der Kupplungseinrichtung.
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Eine Kupplungseinrichtung umfasst eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite, die um eine Drehachse drehbar gelagert sind. Zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite ist ein Reibpaket vorgesehen, das Lamellen umfasst, die mit der Eingangsseite verbunden sind, und Reibscheiben, die mit der Ausgangsseite verbunden sind. Die Lamellen und Reibscheiben sind abwechselnd in axialer Richtung versetzt angeordnet. Werden die Lamellen und die Reibscheiben axial zusammengepresst, so kann ein Drehmoment zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen werden. Üblicherweise sind mehrere Lamellen und Reibscheiben vorgesehen und die Kupplungseinrichtung ist dazu eingerichtet, in einem Fluidbad zu laufen. Diese Ausführungsform wird auch nasslaufende Mehrscheibenkupplung genannt.
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Entfällt eine axiale Anpresskraft auf das Reibpaket, so soll der Drehmomentschluss zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite möglichst vollständig aufgehoben werden. Hierzu kann versucht werden, die Lamellen und Reibscheiben axial voneinander abzuheben, was auch Lüften genannt wird. Üblicherweise werden hierfür wellenförmige Lamellen oder zusätzliche elastische Elemente eingesetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik zum axialen Abheben der Reibscheiben und der Lamellen voneinander anzugeben. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Reibelement für eine nasslaufende Kupplung ist dazu eingerichtet, einen radial gerichteten Strom von Fluid zu nutzen, um eine Axialkraft auf das Reibelement zu bewirken, um das Reibelement von einem axial benachbarten Element abzuheben.
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Das axiale Abheben kann dazu beitragen, ein Schleppmoment zu reduzieren, das zwischen dem Reibelement und einem axial benachbarten Element übertragen wird, obwohl die beiden Reibelemente axial nicht aneinandergepresst werden. Durch das verringerte Schleppmoment kann eine exakter dosierbare oder steuerbare Kupplung aufgebaut werden. Durch das Bewirken der axialen Abhebekraft allein durch strömungstechnische Elemente kann das Reibelement einfach und robust ausgeführt sein. Dabei kann eine strömungsformende Struktur sowohl an einem ersten Reibelement (z. B. einer Lamelle) als auch an einem zweiten Reibelement (z. B. einer Reibscheibe) vorgesehen sein. Herstellungskosten für das Reibelement können gering sein. Durch das Fehlen zusätzlicher Bauteile können eine Funktionssicherheit und eine Lebensdauer erhöht sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Reibelement dazu eingerichtet, Fluid radial zu beschleunigen. Wird das Reibelement in einem Fluidbad eingesetzt, so kann es den radial gerichteten Strom von Fluid durch Fliehkräfte selbst aufbauen, wenn es um eine Drehachse gedreht wird. Eine zusätzliche Fluidpumpe ist dann nicht erforderlich. Andererseits kann auch ein mittels einer Fluidpumpe bewirkter, radial gerichteter Fluidstrom zur Erzeugung der axialen Spreizkraft verwendet werden.
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In einer Variante ist ein in radialer Richtung verlaufender Fluidkanal vorgesehen, wobei der Fluidkanal radial innen einen ersten und radial außen einen zweiten Querschnitt aufweist und der erste Querschnitt kleiner als der zweite Querschnitt ist. Der Fluidkanal kann insbesondere in einem Reibbelag vorgesehen sein, das axial am Reibelement angebracht ist. Bevorzugterweise ist der Fluidkanal als axiale Nut ausgeführt, die an ihrer offenen Seite mittels eines axial benachbarten Reibelements abgedichtet wird, wenn die Reibelemente axial aneinandergepresst werden. Fällt die axiale Anpresskraft weg, so besteht der Fluidkanal so lange, wie die beiden Reibelemente axial einen vorbestimmten Maximalabstand einhalten. Insbesondere wenn beispielsweise Adhäsionskräfte des Fluids die beiden Reibelemente axial aneinander festhalten, kann die Dichtigkeit des radialen Fluidkanals aufrechterhalten sein. Durch die Änderung des Querschnitts des Fluidkanals in radialer Richtung kann ein Staudruck erzeugt werden, der auch in axialer Richtung wirkt und so die beiden Reibelemente axial auseinandertreibt. Sind die Reibelemente weit genug axial voneinander entfernt, so ist die Dichtigkeit des radialen Fluidkanals nicht mehr gegeben und die axiale Spreizkraft zwischen den Reibelementen bricht ein. In einer weiteren Ausführungsform, die unten noch genauer beschrieben wird, kann der sich ändernde Querschnitt entlang des radialen Fluidkanals auch dazu verwendet werden, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids gezielt anzuheben oder eine Strömungsrichtung des Fluids genau zu bestimmen. Der radiale Fluidkanal kann dabei wie eine Düse für das Fluid wirken.
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In einer weiteren Variante ist eine Prallfläche für den Strom von Fluid vorgesehen, wobei die Prallfläche dazu eingerichtet ist, den radial gerichteten Fluidstrom in axialer Richtung umzulenken. Die kinetische Energie des strömenden Fluids kann hierbei dazu verwendet werden, die axiale Spreizkraft zu erzeugen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Prallfläche auch an einem axial benachbarten Reibelement ausgebildet sein.
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Bevorzugterweise ist ein in radialer Richtung verlaufender Fluidkanal vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, den Fluidstrom auf die Prallfläche zu lenken. Insbesondere dann, wenn die Prallfläche am gleichen Reibelement wie der Fluidkanal ausgebildet ist, kann so ein ausreichender Fluidstrom auf die Prallfläche sichergestellt sein.
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In noch einer weiteren Ausführungsform ist ein in radialer Richtung verlaufender Fluidkanal vorgesehen, wobei der Fluidkanal gegenüber einem Radius auf die Drehachse in Umfangsrichtung angestellt ist, um den Fluidstrom auf die Prallfläche zu lenken. Insbesondere können mehrere Fluidkanäle in unterschiedlichen Anstellwinkeln vorgesehen sein, um aus einem vorbestimmten Winkelbereich bezüglich der Drehachse Fluid zu sammeln und auf die Prallfläche zu lenken. Der auf die Prallfläche auftreffende Massenstrom kann dadurch vergrößert sein, sodass auch die axiale Spreizkraft vergrößert sein kann.
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Bevorzugterweise umfasst das Reibelement einen Reibabschnitt, der dazu eingerichtet ist, einen Reibschuss mit einem axial benachbarten Element, insbesondere einem weiteren Reibelement, einzugehen. In unterschiedlichen Ausführungsformen kann die Prallfläche radial innerhalb oder radial außerhalb des Reibabschnitts angeordnet sein.
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Eine nasslaufende Kupplungseinrichtung umfasst ein erstes Reibelement und ein zweites Reibelement, die um eine Drehachse drehbar gelagert sind. Dabei ist eines der Reibelemente axial verschiebbar gelagert und eines der Reibelemente ist dazu eingerichtet, einen radial gerichteten Strom von Fluid zu nutzen, um eine axiale Kraft auf das Reibelement zu bewirken, um das Reibelement von einem axial benachbarten Element abzuheben. Insbesondere kann die nasslaufende Kupplung das oben beschriebene Reibelement umfassen. Die Kupplung kann in verbesserter Weise die Übertragung von Drehmoment zwischen den beiden Reibelementen unterbinden, wenn eine axiale Anpresskraft auf die Reibelemente zurückgenommen wird. Ein Schleppmoment über die Kupplung kann verringert sein.
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Eine Doppelkupplung umfasst die oben beschriebene Kupplungseinrichtung mit dem wenigstens einen Reibelement, das zur fluiden Erzeugung einer axialen Spreizkraft ausgebildet ist.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Darstellung einer Kupplungseinrichtung;
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2 ein Reibelement für die Kupplungseinrichtung von 1 in einer ersten Ausführungsform;
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3 die Kupplungseinrichtung von 1 mit einem Reibelement in einer zweiten Ausführungsform;
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4 das Reibelement von 3 in einer weiteren Ansicht;
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5 eine axiale Ansicht des Reibelements von 3;
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6 eine axiale Ansicht einer Weiterbildung eines Reibelements nach 2;
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7 ein Reibelement für die Kupplungseinrichtung von 1 in einer dritten Ausführungsform;
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8 eine axiale Ansicht des Reibelements von 7; und
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9 eine Doppelkupplung mit einem Reibelement darstellt.
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1 zeigt eine Kupplungseinrichtung 100 in einer schematischen Darstellung. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit sei die Kupplungseinrichtung 100 von einer Kupplung, insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfasst. In 1 sind zur besseren Verständlichkeit nicht alle für eine reale Kupplungseinrichtung 100 erforderlichen Komponenten wiedergegeben.
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Um eine Drehachse 105 sind eine Eingangsseite 110 und eine Ausgangsseite 115 drehbar gelagert. In einem hohlzylindrischen Bereich, der radial zwischen der Eingangsseite 110 und der Ausgangsseite 115 liegt, ist ein Reibpaket 120 mit einem oder mehreren ersten Reibelementen 125 und einem oder mehreren zweiten Reibelementen 130 angeordnet. Erste und zweite Reibelemente 125, 130 sind in axialer Richtung abwechselnd angeordnet. Die ersten Reibelemente 125 greifen drehmomentschlüssig und bevorzugterweise axial verschiebbar in einen axialen Abschnitt der Eingangsseite 110 ein. In entsprechender Weise greifen die zweiten Reibelemente 130 drehmomentschlüssig und bevorzugterweise axial verschiebbar in einen axialen Abschnitt der Ausgangsseite 115 ein.
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In der dargestellten Ausführungsform liegen die Eingangsseite 110 radial außen und die Ausgangsseite 115 radial innen bezüglich des Reibpakets 120, in einer anderen Ausführungsform kann jedoch auch eine umgekehrte Zuordnung getroffen sein. Außerdem können auch die ersten Reibelemente 125 in die Ausgangsseite 115 und die zweiten Reibelemente 130 in die Eingangsseite 110 eingreifen. Ferner sind in der dargestellten Ausführungsform die ersten Reibelemente 125 als Lamellen und die zweiten Reibelemente 130 als Reibscheiben mit axial aufgebrachten Reibbelägen 135 ausgeführt. In anderen Ausführungsformen können auch an beiden oder keinem der Reibelemente 125, 130 Reibbeläge 135 vorgesehen sein.
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Bevorzugterweise ist ferner ein Anpresselement 140 vorgesehen, das beispielsweise als Drucktopf ausgeführt sein kann und dazu eingerichtet ist, eine axiale Anpresskraft möglichst radialsymmetrisch zur Drehachse 105 auf das Reibpaket 120 auszuüben. Auf einer axialen Seite, die dem Anpresselement 140 axial gegenüberliegt, ist das Reibpaket 120 bevorzugterweise mit einem axialen Anschlag ausgestattet, der beispielsweise an der Eingangsseite 110 oder der Ausgangsseite 115 befestigt sein kann.
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Die Kupplungseinrichtung 100 ist bevorzugterweise vom nasslaufenden Typ, indem sie dazu eingerichtet ist, von Fluid 145 umspült zu werden. Das Fluid 145 kann insbesondere ein Öl umfassen. In einer Ausführungsform ist die Kupplungseinrichtung 100 teilweise in ein Bad des Fluids 145 eingetaucht, wobei das Fluid 145 verteilt wird, wenn sich die Kupplungseinrichtung 100 um die Drehachse 105 dreht. In einer anderen Ausführungsform wird die Kupplungseinrichtung 100, insbesondere in einem Bereich des Reibpakets 120, mit einem Strom von Fluid 145 versorgt, der beispielsweise mittels einer hydraulischen Pumpe bereitgestellt sein kann.
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Wird das Reibpaket 120 axial zusammengepresst, so entsteht ein Reibschluss zwischen den ersten Reibelementen 125 und den zweiten Reibelementen 130 und es kann ein Drehmoment zwischen der Eingangsseite 110 und der Ausgangsseite 115 übertragen werden. Wird das Reibpaket 120 axial wieder entlastet, insbesondere indem die Anpresskraft mittels des Anpresselements 140 nachlässt oder weggenommen wird, so soll das über die Kupplungseinrichtung 100 übertragbare Drehmoment möglichst bis auf null abgesenkt werden. Dies wird bevorzugterweise dadurch bewirkt, dass jedes der Reibelemente 125, 130 von den benachbarten Reibelementen 125, 130 minimal entfernt wird, sodass insbesondere eine Adhäsionskraft des Fluids 145 zwischen benachbarten Reibelementen 125, 130 möglichst eliminiert wird. Dazu ist bevorzugt, dass wenigstens eines der Reibelemente 125, 130 dazu eingerichtet ist, eine axiale Spreizkraft 150 zu wenigstens einem axial benachbarten Reibelement 125, 130 auf der Basis eines radial verlaufenden Stroms des Fluids 145 bereitzustellen.
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2 zeigt ein zweites Reibelement 130 für die Kupplungseinrichtung 100 von 1 in einer ersten Ausführungsform. Die dargestellte Ausführungsform ist auch in Verbindung mit einem ersten Reibelement 125 möglich, wenn dieses, wie oben beschrieben ist, über einen Reibbelag 135 verfügt. Der verbesserten Darstellung halber ist eine Verzahnung zum drehmomentschlüssigen und axial verschiebbaren Eingriff mit der Eingangsseite 110 oder der Ausgangsseite 115 in 2 nicht dargestellt.
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Zwischen zwei in Umfangsrichtung um die Drehachse 105 benachbarten Reibbelägen 135 ist ein in radialer Richtung verlaufender Fluidkanal 205 gebildet. Alternativ kann der Fluidkanal 205 auch durch eine Nut im Reibbelag 135 realisiert sein. An der Kupplungseinrichtung 100 wird der Fluidkanal 205 in einer axialen Richtung mittels eines benachbarten Reibelements 125 abgedichtet, solange dieses eng genug anliegt. Der Fluidkanal 205 umfasst einen radial inneren Abschnitt 210 und einen radial äußeren Abschnitt 215. Zumindest solange der Fluidkanal 205 in axialer Richtung abgedichtet ist, ist ein Querschnitt im radial inneren Abschnitt 210 kleiner als im radial äußeren Abschnitt 215. Bevorzugterweise verläuft der innere Abschnitt 210 auf einem Radius durch die Drehachse 105, also rein in radialer Richtung, und hat einen konstanten Querschnitt. Der radial äußere Abschnitt 215 kann insbesondere wie dargestellt trichterförmig nach radial außen aufgeweitet sein.
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Befindet sich das zweite Reibelement 130 in Drehung um die Drehachse 105, so wird der Strom von Fluid 145 in radialer Richtung durch den Fluidkanal 205 bewirkt. Der Druckverlauf des Fluids 145 entlang des Fluidkanals 205 ist dabei vom jeweils geltenden Querschnitt abhängig. Aufgrund des sich nach radial außen vergrößernden Querschnitts des Fluidkanals 205 kann durch das Fluid 145 die Spreizkraft 150 bereitgestellt werden.
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3 zeigt die Kupplungseinrichtung 100 von 1 mit einem ersten Reibelement 125 in einer zweiten Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass die dargestellte Ausführungsform prinzipiell auch am zweiten Reibelement 130 angebracht werden kann.
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Werden die Reibelemente 125, 130 in axialer Richtung aneinandergepresst, so besteht ein Reibschluss üblicherweise nur in einem radialen Reibabschnitt 305, der insbesondere durch die radiale Ausdehnung des Reibbelags 135 definiert sein kann. Auf der radialen Außenseite des Reibabschnitts 305 liegt bevorzugterweise ein äußerer Eingriffsabschnitt 310, auf dem ein üblicherweise formschlüssiger Eingriff zwischen dem ersten Reibelement 125 und der Eingangsseite 110 gebildet ist, und auf der radialen Innenseite des Reibabschnitts 305 liegt ein radial innerer Eingriffsabschnitt 315, auf dem ein üblicherweise formschlüssiger Eingriff zwischen dem zweiten Reibelement 130 und der Ausgangsseite 115 erfolgen kann.
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Ein radialer Strom von Fluid 145 verläuft bevorzugterweise durch einen Fluidkanal 205, der bevorzugterweise im Reibbelag 135 ausgebildet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist auf der radialen Außenseite des Fluidkanals 205 eine Prallfläche 320 an wenigstens einem der ersten Reibelemente 125 ausgebildet. Dazu kann beispielsweise ein Zahn einer Außenverzahnung am ersten Reibelement 125 in axialer Richtung ausgestellt werden. Die Prallfläche 320 ist dazu eingerichtet, den radialen Strom von Fluid 145 in axialer Richtung umzulenken, um dabei eine axiale Kraft auf das erste Reibelement 125 zu bewirken, die der Bewegungsrichtung des dann axial strömenden Fluids 145 entgegengesetzt ist. Bevorzugterweise sind mehrere Prallflächen 320 an einem der ersten Reibelemente 125 vorgesehen und die Prallflächen 320 sind auf einem Umfang um die Drehachse 105 bevorzugterweise gleichmäßig verteilt. Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Prallflächen 320 in Größe, Art, Position und Reflektionsrichtung derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein möglichst gleichmäßiges Auffächern der ersten Reibelemente 125 in axialer Richtung ergibt, wenn die axiale Kompressionskraft auf das Reibpaket 120 weggenommen wird.
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4 zeigt das erste Reibelement 125 von 3 in einer weiteren Ansicht. Es ist zu sehen, dass die Prallfläche 320 axial ausgestellt ist, wobei sich in Umfangsrichtung eine Sichelform ergibt. 5 zeigt eine axiale Ansicht des ersten Reibelements 125 von 3. Die in Umfangsrichtung sichelförmig ausgebildete Prallfläche 320 ist klar erkennbar.
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6 zeigt eine axiale Ansicht einer Weiterbildung des zweiten Reibelements 130 nach 2. Diese Ausführungsform ist insbesondere in Kombination mit dem ersten Reibelement 125 der 3 bis 5 verwendbar, bei der am ersten Reibelement 125 die Prallfläche 320 im äußeren Eingriffsabschnitt 310 ausgebildet ist. Bevorzugterweise ist wenigstens ein radialer Fluidkanal 205 am zweiten Reibelement 130 vorgesehen, um das Fluid 145 möglichst gezielt auf die Prallfläche 320 des axial benachbarten ersten Reibelements 125 zu lenken. Weiterhin ist bevorzugt, dass am zweiten Reibelement 130 ein weiterer Fluidkanal 605 ausgebildet ist, der gegenüber einem Radius auf die Drehachse 105 in Umfangsrichtung angestellt ist. Der weitere Fluidkanal 605 kann insbesondere als weitere Nut im Reibbelag 135 vorgesehen sein. Dadurch kann Fluid 145 aus einem größeren Umfangswinkel um die Drehachse 105 gesammelt und auf die Prallfläche 320 geleitet werden. Insbesondere können mehrere weitere Fluidkanäle 605 vorgesehen sein, die zueinander parallel verlaufen oder mit einem Radius auf die Drehachse 105 unterschiedlich große Winkel mit gleichem Vorzeichen einschließen. Symmetrisch dazu können einer oder mehrere weitere Fluidkanäle 605 vorgesehen sein, deren Winkel mit dem Radius auf die Drehachse 105 ein umgekehrtes Vorzeichen haben. Insbesondere kann sich eine fächerartige Anordnung von weiteren Fluidkanälen 605 ergeben, die Fluid 145 aus einem möglichst großen Bereich von radial innen an die Prallfläche 320 führen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Prallfläche 320 auf dem inneren Eingriffsabschnitt 315, radial innerhalb des Reibabschnitts 305, am ersten Reibelement 125 ausgebildet.
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7 zeigt ein erstes Reibelement 125 für die Kupplungseinrichtung 100 von 1 in einer dritten Ausführungsform. Die Prallfläche 320 ist in axialer Richtung aus dem ersten Reibelement 125 ausgestellt, wobei bevorzugterweise eine ähnliche Form angestrebt wird wie oben mit Bezug auf 4 beschrieben ist. Da die Prallfläche 320 nicht am radial äußeren Ende eines Fluidkanals 205 oder 605 liegt, kann die dargestellte Ausführungsform auch leicht an einem zweiten Reibelement 130 ausgebildet werden.
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8 zeigt eine axiale Ansicht des ersten Reibelements 125 von 7.
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9 zeigt eine Doppelkupplung 900 als beispielhafte praktische Ausführungsform für die Verwendung der oben beschriebenen Technik. Die Doppelkupplung 900 umfasst eine erste Kupplung 905 und eine zweite Kupplung 910, die radial versetzt angeordnet sind und von denen jede im Sinne der oben beschriebenen Kupplungseinrichtung 100 ausgeführt sein kann. Die Eingangsseite 110 ist an beide Kupplungen 905, 910 geführt. Die erste Kupplung 905 umfasst eine erste Ausgangsseite 915 und die zweite Kupplung 910 eine zweite Ausgangsseite 920. Die Ausgangsseiten 915 und 920 sind konzentrisch um die Drehachse 105 ausgeführt. Ein erstes Anpresselement 925 der ersten Kupplung 905 und ein zweites Anpresselement 930 der zweiten Kupplung 910 sind bevorzugterweise jeweils mittels Lüftfedern 935 axial vorbelastet, um die Anpresselemente 925, 930 axial von den Reibpaketen 120 zu entfernen, wenn eine Betätigungskraft nachlässt bzw. nicht aufgewandt wird. Die Betätigungskräfte sind unabhängig voneinander steuerbar und werden bevorzugterweise hydraulisch aufgebracht.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kupplungseinrichtung
- 105
- Drehachse
- 110
- Eingangsseite
- 115
- Ausgangsseite
- 120
- Reibpaket
- 125
- erstes Reibelement (Lamelle)
- 130
- zweites Reibelement (Reibscheibe)
- 135
- Reibbelag
- 140
- Anpresselement
- 145
- Fluid
- 150
- Spreizkraft
- 205
- Fluidkanal
- 210
- radial innerer Abschnitt
- 215
- radial äußerer Abschnitt
- 305
- Reibabschnitt
- 310
- äußerer Eingriffsabschnitt
- 315
- innerer Eingriffsabschnitt
- 320
- Prallfläche
- 605
- weiterer Fluidkanal
- 900
- Doppelkupplung
- 905
- erste Kupplung
- 910
- zweite Kupplung
- 915
- erste Ausgangsseite
- 920
- zweite Ausgangsseite
- 925
- erstes Anpresselement
- 930
- zweites Anpresselement
- 935
- Lüftfeder
