DE102016200840A1

DE102016200840A1 - Kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016200840A1
Application number: DE102016200840.4A
Authority: DE
Inventors: Erik Orel; Ján Varga
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung umfasst einen Innenring (1) und einen Außenring (2) sowie mindestens zwei radial zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) angeordnete Lamellenscheiben (3a, 3b), wobei die mindestens zwei Lamellenscheiben (3a, 3b) mit einer Axialkraft beaufschlagbar sind, um an ihren Stirnflächen ein Reibmoment zu erzeugen, das die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) ermöglicht, wobei die mindestens eine erste Lamellenscheibe (3a) aus einem Federring (4) und einer Vielzahl von Reibklötzen (5) ausgebildet ist, wobei der Federring (4) eine Vielzahl von Taschen (6) zur Aufnahme und Führung eines jeweiligen Reibklotzes (5) aufweist, und wobei die mindestens eine erste Lamellenscheibe (3a) im Wesentlichen formschlüssig mit dem Innenring (1) verbunden ist und die mindestens eine zweite Lamellenscheibe (3b) drehfest mit dem Außenring (2) verbunden ist, wobei ferner die mindestens eine erste Lamellenscheibe (3a) aufgrund der Erzeugung des Reibmoments an den Stirnflächen eine Relativdrehung zum Innenring (1) erfährt, die zu einer radialen Aufweitung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe (3a) führt, so dass eine Außenumfangsfläche der mindestens einen ersten Lamellenscheibe (3a) an einer Innenumfangsfläche des Außenrings (2) zur Anlage kommt, um dort ein zusätzliches Reibmoment zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Eine Kupplungsvorrichtung, insbesondere eine Lamellenkupplung oder Reiblamellenkupplung weist mehrerer Reibbeläge auf, die axial in Reihe angeordnet sind. Dabei wirkt die gleiche Anpresskraft auf alle Reibpaare. Lamellenkupplungen sind unter Last schaltbar. Meistens sind diese in Öl laufend und überwiegend in Automatikgetrieben, in hochbelasteten Haupt- oder Anfahrkupplungen oder in Sperrdifferenzialen im Einsatz. In Baumaschinenachsen werden Lamellenkupplungen auch als Betriebs- und Parkbremsen verwendet. Im Gegensatz zu einer Trockenkupplung liegen die Vorteile der Nasskupplung in der höheren Leistungs- und Energieaufnahme, da mit Öl gekühlt wird. Nachteile sind niedrigere Reibwerte gegenüber Trockenkupplungen und ein höheres Schleppmoment im Leerlauf durch die Flüssigkeitsreibung zwischen den einzelnen Lamellen.
Beispielsweise geht aus der DE 10 2005 005 867 A1 eine Lamellenkupplung zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle hervor. Diese umfasst eine Betätigungseinrichtung mit einem axial beweglichen Anpresskolben, der einerseits mittels Druckmittel beaufschlagt wird und andererseits auf ein Lamellenpaket einwirkt. Das Lamellenpaket arbeitet mit Verzahnungen der Antriebswelle bzw. der Abtriebswelle zusammen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, dass bei gleichem Bauraum der Kupplungsvorrichtung ein erhöhtes Drehmoment übertragbar ist, und dass die Kupplungsvorrichtung eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung umfasst einen Innenring und einen Außenring sowie mindestens zwei radial zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Lamellenscheiben, wobei die mindestens zwei Lamellenscheiben mit einer Axialkraft beaufschlagbar sind, um an ihren Stirnflächen ein Reibmoment zu erzeugen, das die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Innenring und dem Außenring ermöglicht. Die mindestens eine erste Lamellenscheibe ist aus einem Federring und einer Vielzahl von Reibklötzen ausgebildet, wobei der Federring eine Vielzahl von Taschen zur Aufnahme und Führung eines jeweiligen Reibklotzes aufweist. Die mindestens eine erste Lamellenscheibe ist im Wesentlichen formschlüssig mit dem Innenring verbunden und die mindestens eine zweite Lamellenscheibe ist drehfest mit dem Außenring verbunden. Die mindestens eine erste Lamellenscheibe erfährt aufgrund der Erzeugung des Reibmoments an den Stirnflächen eine Relativdrehung zum Innenring, die zu einer radialen Aufweitung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe führt, so dass eine Außenumfangsfläche der mindestens einen ersten Lamellenscheibe an einer Innenumfangsfläche des Außenrings zur Anlage kommt, um dort ein zusätzliches Reibmoment zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring und dem Außenring zu erzeugen.
In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck im Wesentlichen formschlüssig, dass die mindestens eine erste Lamellenscheibe zumindest in einem unbelasteten Zustand formschlüssig und somit drehfest mit dem Innenring zusammenwirkt. Mithin weist der Innenring an seinem Außenumfang eine komplementär zum Innenumfang der mindestens einen ersten Lamellenscheibe ausgebildete Kontur auf. Aufgrund des zwischen den Stirnflächen der mindestens zwei Lamellenscheiben erzeugten Reibmoments, kommt es bei einer Überschreitung einer vordefinierten Kraft zu einer Relativdrehung zwischen dem Innenring und der im Wesentlichen formschlüssig mit dem Innenring verbundenen mindestens einen ersten Lamellenscheibe. Diese Relativdrehung beträgt im Wesentlichen wenige Grad und führt zu einer radialen Aufweitung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe, wobei die radiale Aufweitung mit zunehmender Relativdrehung größer wird. Unter einer radialen Aufweitung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe ist zu verstehen, dass der Federring seinen Durchmesser vergrößert und die darin befindlichen Reibklötze somit radial nach außen bewegt werden. Durch die radiale Aufweitung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe, kommt diese auch am Innenring zur Anlage und erzeugt dort ein zusätzliches Reibmoment. Dieses zusätzlich zum Reibmoment an den Stirnflächen der mindestens zwei Lamellenscheiben erzeugte Reibmoment an der Außenumfangsfläche der mindestens einen ersten Lamellenscheibe dient auch zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring und dem Außenring.
Vorzugsweise ist der jeweilige Reibklotz aus einem verschleißbeständigen Sintermaterial hergestellt. Vorteilhafterweise werden besonders verschleißbeständige Hartpartikel im Sintermaterial verwendet Des Weiteren bevorzugt ist der jeweilige Reibklotz aus einem organischen oder keramischen Werkstoff hergestellt.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der jeweilige Reibklotz zumindest teilweise radial aus der jeweiligen Tasche am Federring herausragt. Dadurch kommen bei einer radialen Aufweitung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe lediglich die Reibklötze an der Innenumfangsfläche des Außenrings zur Anlage.
Vorzugsweise ragt der jeweilige Reibklotz zumindest teilweise axial aus der jeweiligen Tasche am Federring heraus. Dadurch kommen bei einer Beaufschlagung der mindestens zwei Lamellenscheiben mit einer Axialkraft lediglich die Reibklötze an der Stirnfläche der jeweiligen zweiten Lamellenscheibe zur Anlage.
Ferner bevorzugt ist der Federring aus einem Blechmaterial ausgebildet. Insbesondere ist der Federring aus einem Blechmaterial ausgestanzt oder mittels Laser ausgetrennt.
Des Weiteren bevorzugt weist der Federring zur radialen Aufweitung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe eine Rampenkontur an einer Innenumfangsfläche auf, die mit einer komplementär dazu ausgebildeten Rampenkontur an einer Außenumfangsfläche des Innenrings zusammenwirkt. Die Rampenkontur kann sowohl linear, als auch kurvenförmig oder basierend auf einer anderen mathematischen Funktion ausgebildet sein. Aufgrund der Rampenkontur erfolgt bei einer Relativdrehung zwischen dem Außenring und der mindestens einen ersten Lamellenscheibe eine radiale Aufweitung des Federrings.
Besonders bevorzugt bilden zwei in Umfangsrichtung benachbarte Rampenkonturen an der Außenumfangsfläche des Außenrings zusammen eine Teilkreiskontur. Mit anderen Worten ist die Rampenkontur zunächst radial zunehmend und danach radial abnehmend ausgebildet. Zusammen bilden die beiden Rampenkonturen somit die Teilkreiskontur. Dadurch wird ein drehrichtungunabhängiges radiales Aufweiten der mindestens einen ersten Lamellenscheibe realisiert.
Des Weiteren bevorzugt weist der Federring in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei Taschen einen Federungsbereich auf. Dieser Federungsbereich ist insbesondere zur radialen Aufweitung des Federrings vorgesehen. Ferner bevorzugt ist der Federungsbereich mäanderförmig ausgebildet.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß einer offenen Schaltstellung,
2 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung nach 1 gemäß einer geschlossenen Schaltstellung, und
3 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung nach 1.
Gemäß den 1 und 2 weist eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug einen Innenring 1 und einen Außenring 2 sowie fünf radial zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 angeordnete Lamellenscheiben 3a, 3b auf. Dabei sind zwei unterschiedliche Typen von Lamellenscheiben 3a, 3b axial in Reihe abwechselnd angeordnet, wobei die erste, dritte und fünfte Lamellenscheibe 3b vom gleichen Typ sind, und drehfest mit dem Außenring 2 verbunden sind. Demgegenüber sind die zweite und vierte Lamellenscheibe 3a von einem anderen Typ und im Wesentlichen formschlüssig mit dem Innenring 1 verbunden. Die Lamellenscheiben 3a bestehen aus einem jeweiligen Federring 4 und einer Vielzahl von Reibklötzen 5.
Gemäß 2 wird bei einer Betätigung der Kupplungsvorrichtung durch eine – durch Pfeilen angedeutete – Axialkraft 7a, 7b, beispielsweise durch einen – hier nicht dargestellten – Kolben, an den Stirnflächen der Lamellenscheiben 3a, 3b ein Reibmoment erzeugt, das die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 ermöglicht. Ferner erfahren die mit dem Innenring 1 verbundenen Lamellenscheiben 3a aufgrund des Reibmoments an den Stirnflächen eine Relativdrehung zum Innenring 1, die zu einer radialen Aufweitung der mit dem Innenring 2 verbundenen Lamellenscheiben 3a führt. Aufgrund dieser radialen Aufweitung kommt eine Außenumfangsfläche der mit dem Innenring 1 verbundenen Lamellenscheiben 3a an einer Innenumfangsfläche des Außenrings 2 zur Anlage, so dass dort ein zusätzliches Reibmoment zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 erzeugt wird.
Wie aus 3 besser hervorgeht, sind die beiden mit dem Innenring 1 verbundenen Lamellenscheiben 3a – von denen nur eine erste Lamellenscheibe dargestellt ist – aus dem Federring 4 und der Vielzahl von Reibklötzen 5 ausgebildet. Der Federring 4 weist dabei eine Vielzahl von Taschen 6 zur Aufnahme und Führung eines jeweiligen Reibklotzes 5 auf. Der jeweilige Reibklotz 5 ist aus einem verschleißbeständigen Sintermaterial hergestellt und umfasst einen keramischen Werkstoff. Ferner ragt der jeweilige Reibklotz 5 zumindest teilweise sowohl radial als auch axial aus der jeweiligen Tasche 6 am Federring 4 heraus. Mithin weisen die Reibklötze 5 eine größere Wandstärke auf als der Federring 4. Demgegenüber ist der Federring 4 aus einem Blechmaterial ausgebildet. Ferner weist der Federring 4 in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei Taschen 6 einen Federungsbereich 10 auf, wobei der Federungsbereich 10 mäanderförmig ausgebildet ist. Zur radialen Aufweitung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe 3a weist der Federring 4 eine Rampenkontur 8 an einer Innenumfangsfläche auf, die mit einer komplementär dazu ausgebildeten Rampenkontur 9 an einer Außenumfangsfläche des Innenrings 1 zusammenwirkt. Dabei bilden zwei in Umfangsrichtung benachbarte Rampenkonturen 9a, 9b an der Außenumfangsfläche des Außenrings 2 zusammen eine Teilkreiskontur.
Bezugszeichenliste

1: Innenring
2: Außenring
3a, 3b: Lamellenscheibe
4: Federring
5: Reibklotz
6: Tasche
7a, 7b: Axialkraft
8: Rampenkontur am Segment
9, 9a, 9b: Rampenkontur am Außenring
10: Federungsbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005005867 A1 [0002]

Claims

Kupplungsvorrichtung, umfassend einen Innenring (1) und einen Außenring (2) sowie mindestens zwei radial zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) angeordnete Lamellenscheiben (3a, 3b), wobei die mindestens zwei Lamellenscheiben (3a, 3b) mit einer Axialkraft beaufschlagbar sind, um an ihren Stirnflächen ein Reibmoment zu erzeugen, das die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) ermöglicht, wobei die mindestens eine erste Lamellenscheibe (3a) aus einem Federring (4) und einer Vielzahl von Reibklötzen (5) ausgebildet ist, wobei der Federring (4) eine Vielzahl von Taschen (6) zur Aufnahme und Führung eines jeweiligen Reibklotzes (5) aufweist, und wobei die mindestens eine erste Lamellenscheibe (3a) im Wesentlichen formschlüssig mit dem Innenring (1) verbunden ist und die mindestens eine zweite Lamellenscheibe (3b) drehfest mit dem Außenring (2) verbunden ist, wobei ferner die mindestens eine erste Lamellenscheibe (3a) aufgrund der Erzeugung des Reibmoments an den Stirnflächen eine Relativdrehung zum Innenring (1) erfährt, die zu einer radialen Aufweitung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe (3a) führt, so dass eine Außenumfangsfläche der mindestens einen ersten Lamellenscheibe (3a) an einer Innenumfangsfläche des Außenrings (2) zur Anlage kommt, um dort ein zusätzliches Reibmoment zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) zu erzeugen.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Reibklotz (5) aus einem verschleißbeständigen Sintermaterial hergestellt ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Reibklotz (5) aus einem organischen oder keramischen Werkstoff hergestellt ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Reibklotz (5) zumindest teilweise radial aus der jeweiligen Tasche (6) am Federring (4) herausragt.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Reibklotz (5) zumindest teilweise axial aus der jeweiligen Tasche (6) am Federring (4) herausragt.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (4) aus einem Blechmaterial ausgebildet ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (4) zur radialen Aufweitung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe (3a) eine Rampenkontur (8) an einer Innenumfangsfläche aufweist, die mit einer komplementär dazu ausgebildeten Rampenkontur (9) an einer Außenumfangsfläche des Innenrings (1) zusammenwirkt.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei in Umfangsrichtung benachbarte Rampenkonturen (9a, 9b) an der Außenumfangsfläche des Außenrings (2) zusammen eine Teilkreiskontur bilden.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (4) in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei Taschen (6) einen Federungsbereich (10) aufweist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Federungsbereich (10) mäanderförmig ausgebildet ist.