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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.
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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.
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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.
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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 einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter sowie durch ein erstes und zweites Federelement miteinander verbundener Segmente ausgebildet und im Wesentlichen formschlüssig mit dem Außenring verbunden. Die mindestens eine zweite Lamellenscheibe ist formschlüssig mit dem Innenring verbunden. Ferner erfährt die mindestens eine erste Lamellenscheibe aufgrund der Erzeugung des Reibmoments an den Stirnflächen eine Relativdrehung zum Außenring, die zu einer radialen Einschnürung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe führt, so dass eine Innenumfangsfläche der mindestens einen ersten Lamellenscheibe an einer Außenumfangsfläche des Innenrings zur Anlage kommt, um dort ein zusätzliches Reibmoment zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring und dem Außenring zu erzeugen.
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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 Außenring zusammenwirkt. Mithin weist der Außenring an seinem Innenumfang eine komplementär zum Außenumfang 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 Außenring und der im Wesentlichen formschlüssig mit dem Außenring verbundenen mindestens einen ersten Lamellenscheibe. Diese Relativdrehung beträgt im Wesentlichen wenige Grad und führt zu einer radialen Einschnürung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe, wobei die radiale Einschnürung mit zunehmender Relativdrehung größer wird. Unter einer radialen Einschnürung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe ist zu verstehen, dass die jeweiligen Segmente radial nach innen verschoben werden. Die jeweiligen Federelemente sorgen für eine ausreichende Elastizität zwischen den Segmenten. Durch die radiale Einschnürung 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 Innenumfangsfläche der mindestens einen ersten Lamellenscheibe dient auch zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring und dem Außenring.
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Vorzugsweise ist das jeweilige Segment aus einem gehärteten Stahlwerkstoff oder einem verschleißbeständigen Sintermaterial hergestellt. Insbesondere wird das jeweilige Segment aus einem besonders verschleißfesten Stahlwerkstoff hergestellt. Dabei kann das jeweilige Segment entweder aus dem Metallblech ausgestanzt werden oder bei besonders hochfesten Stählen mittels Laser getrennt werden. Alternativ kann das jeweilige Segment aus einem verschleißbeständigen Sintermaterial hergestellt werden, wobei das Sintermaterial organisch, keramisch oder metallisch sein kann. Vorteilhafterweise werden besonders verschleißbeständige Hartpartikel im Sintermaterial eingebaut.
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Des Weiteren bevorzugt ist das jeweilige Federelement umformtechnisch aus einem Federstahldraht hergestellt und im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet, wobei das erste Federelement einen größeren Durchmesser aufweist als das zweite Federelement. Mit anderen Worten wird ein Federstahldraht vorzugsweise durch Biegen in die vorgesehene Form des Federelements gebracht. Des Weiteren bevorzugt werden die beiden freien Enden des jeweiligen im Wesentlichen kreisförmig gebogenen Federelements stoffschlüssig miteinander verbunden.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das jeweilige Segment eine stirnseitige Einbuchtung zur teilweisen Aufnahme der beiden Federelemente aufweist. Die stirnseitige Einbuchtung erstreckt sich somit in Umfangsrichtung durchgehend über einen radial begrenzten Bereich an der Stirnfläche des jeweiligen Segments. Vorzugsweise ist die Einbuchtung derart komplementär zum jeweiligen Federelement ausgebildet, dass das jeweilige Federelement sowohl axial als auch radial in der Einbuchtung zur Anlage kommt. Insbesondere wird das jeweilige Federelement axial in die jeweilige Einbuchtung am jeweiligen Segment eingeschoben und rastet radial ein. Dazu weist die jeweilige Einbuchtung eine dafür vorgesehene Vertiefung auf, in der das Federelement axial fixiert wird. Die beiden Federelemente verbinden die jeweiligen Segmente zumindest in Umfangsrichtung miteinander, und sind somit als elastisches Bindeglied zwischen den jeweiligen Segmenten vorgesehen.
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Vorzugsweise sind die beiden Federelemente derart ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung abwechselnd radial aneinander zur Anlage kommen und radial voneinander beabstandet sind, wobei die beiden Federelemente in einem Randbereich zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Segmenten radial voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten weist das jeweilige Federelement in regelmäßigen Abständen eine radiale Ausbauchung auf. Die radiale Ausbauchung verbessert eine radiale elastische Federung an dieser Stelle.
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Des Weiteren bevorzugt weist das jeweilige Segment zur radialen Einschnürung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe eine Rampenkontur an einer Außenumfangsfläche auf, die mit einer komplementär dazu ausgebildeten Rampenkontur an einer Innenumfangsfläche des Außenrings zusammenwirkt. Mithin ändert sich in Umfangsrichtung ein Außendurchmesser des jeweiligen Segments. 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 Verschiebung der jeweiligen Segmente nach innen, wodurch ein radiales Einschnüren der mindestens einen ersten Lamellenscheibe realisiert wird.
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Besonders bevorzugt bilden zwei Rampenkonturen an jeweils zwei tangential benachbarten Segmenten zusammen eine Teilkreiskontur. Mit anderen Worten ist die Rampenkontur des einen Segments radial zunehmend ausgebildet, wobei die Rampenkontur des anderen Segments radial abnehmend ausgebildet ist. Zusammen bilden die beiden Rampenkonturen somit die Teilkreiskontur. Dadurch wird ein drehrichtungunabhängiges radiales Einschnüren der mindestens einen ersten Lamellenscheibe realisiert.
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Des Weiteren bevorzugt weist die mindestens eine zweite Lamellenscheibe mehrere über ihren Innenumfang verteilte, radial nach innen gerichtete Vorsprünge auf, die in komplementär dazu ausgebildeten Nuten am Außenumfang des Innenrings drehfest angeordnet sind. Dies ermöglicht zum Einen eine einfache Montage der Kupplungsvorrichtung durch axiales Einschieben der mindestens einen zweiten Lamellenscheibe auf den Innenring, und zum Anderen eine zuverlässige Sicherung gegen Verdrehen. Über diese formschlüssige Verbindung wird das Drehmoment vom Innenring auf die mindestens eine zweite Lamellenscheibe übertragen.
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Ferner bevorzugt weist die mindestens eine zweite Lamellenscheibe an ihren Stirnflächen ein axial ausgebildetes Vertiefungsmuster zur Kühlung durch Führung von Öl auf. Aufgrund der Kühlung ergibt sich insbesondere der Vorteil einer höheren Leistungs- und Energieaufnahme der Kupplungsvorrichtung.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei erste Lamellenscheiben axial aneinander angeordnet und miteinander verbunden, wobei zwei Federelemente axial zwischen den beiden ersten Lamellenscheiben angeordnet sind und vorzugsweise vierundzwanzig Segmente miteinander verbinden. Mit anderen Worten werden die jeweiligen Segmente der beiden ersten Lamellenscheiben durch die beiden Federelemente elastisch miteinander verbunden. Dazu weisen die jeweiligen Segmente der jeweiligen ersten Lamellenscheibe an zueinander gerichteten Stirnflächen die zur Aufnahme der Federelemente vorgesehenen Einbuchtungen auf. Besonders bevorzugt werden die beiden Lamellenscheiben axial miteinander verschweißt oder vernietet und bilden somit eine Einheit.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine schematische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung,
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2 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung,
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3a eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß einer offenen Schaltstellung,
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3b eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß einer geschlossenen Schaltstellung, und
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4 eine schematische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus zwei axial miteinander verbundener erster Lamellenscheiben.
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Gemäß 1 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 formschlüssig mit dem Innenring 1 verbunden sind. Demgegenüber sind die zweite und vierte Lamellenscheibe 3a von einem anderen Typ und im Wesentlichen formschlüssig mit dem Außenring 2 verbunden. Die drei Lamellenscheiben 3b weisen mehrere über ihren Innenumfang verteilte, radial nach innen gerichtete Vorsprünge 10 auf, die in komplementär dazu ausgebildeten Nuten 11 am Außenumfang des Innenrings 1 drehfest angeordnet sind. Ferner weisen die drei Lamellenscheiben 3b an beiden Stirnflächen ein axial ausgebildetes Vertiefungsmuster 12 zur Kühlung durch Führung von Öl auf. Mithin ist die Kupplungsvorrichtung als nasse Lamellenkupplung ausgebildet.
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Nach 2 sind die beiden mit dem Außenring 2 verbundenen Lamellenscheiben 3a aus zwölf in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneten und durch zwei Federelemente 5a, 5b miteinander verbundenen Segmente 4 ausgebildet. Mithin bestehen die beiden Lamellenscheiben 3a aus jeweils zwölf Segmenten 4 und jeweils zwei Federelementen 5a, 5b. Das jeweilige Segment 4 ist aus einem gehärteten Stahlwerkstoff oder einem verschleißbeständigen Sintermaterial hergestellt. Ferner weist das jeweilige Segment 4 eine stirnseitige Einbuchtung 6 zur teilweisen Aufnahme der beiden Federelemente 5a, 5b auf, wobei die beiden Federelemente 5a, 5b in Umfangsrichtung abwechselnd radial aneinander zur Anlage kommen und radial voneinander beabstandet sind. In einem Randbereich zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Segmenten 4 sind die beiden Federelemente 5a, 5b radial voneinander beabstandet. Des Weiteren weist das jeweilige Segment 4 zur radialen Einschnürung der beiden Lamellenscheiben 3a eine Rampenkontur 8 an einer Außenumfangsfläche auf, die mit einer komplementär dazu ausgebildeten Rampenkontur 9 an einer Innenumfangsfläche des Außenrings 2 zusammenwirkt. Dabei bilden jeweils zwei Rampenkonturen 8a, 8b an zwei tangential benachbarten Segmenten 4 zusammen eine Teilkreiskontur.
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Nach den 3a und 3b sind jeweils zwei erste Lamellenscheiben 3a axial aneinander angeordnet und miteinander verbunden, wobei zwei Federelemente 5a, 5b axial zwischen den beiden ersten Lamellenscheiben 3a in dafür vorgesehene Einbuchtungen 6 an den jeweiligen Segmenten 4 angeordnet sind. Die beiden ersten Lamellenscheiben 3a sind mit dem Außenring 2 verbunden. Drei zweite Lamellenscheiben 3b sind mit dem Innenring 1 verbunden.
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Gemäß 3b 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 Außenring 2 verbundenen Lamellenscheiben 3a aufgrund des Reibmoments an den Stirnflächen eine Relativdrehung zum Außenring 2, die zu einer radialen Einschnürung der mit dem Außenring 2 verbundenen Lamellenscheiben 3a führt. Aufgrund dieser radialen Einschnürung kommt eine Innenumfangsfläche der mit dem Außenring 2 verbundenen Lamellenscheiben 3a an einer Außenumfangsfläche des Innenrings 1 zur Anlage, so dass dort ein zusätzliches Reibmoment zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 erzeugt wird.
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4 ist eine Explosionsdarstellung der in 3 dargestellten ersten Lamellenscheiben 3a. Gemäß 4 sind zwei erste Lamellenscheiben 3a axial aneinander angeordnet und miteinander verbunden. Zwei Federelemente 5a, 5b sind axial zwischen den beiden ersten Lamellenscheiben 3a angeordnet und verbinden vierundzwanzig Segmente 4 miteinander. Dazu weisen die jeweiligen Segmente 4 der jeweiligen ersten Lamellenscheibe 3a an zueinander gerichteten Stirnflächen die zur Aufnahme der beiden Federelemente 5a, 5b vorgesehenen Einbuchtungen 6 auf. Aufgrund der Darstellung sind die Einbuchtungen 6 in der vorderen ersten Lamellenscheibe 3a nicht sichtbar, jedoch identisch zu den Einbuchtungen 6 in der hinteren ersten Lamellenscheibe 3a. Zur axialen Sicherung der Federelemente 5a, 5b werden die beiden ersten Lamellenscheiben 3a stoffschlüssig miteinander verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenring
- 2
- Außenring
- 3a, 3b
- Lamellenscheibe
- 4
- Segment
- 5a, 5b
- Federelement
- 6
- Einbuchtung
- 7a, 7b
- Axialkraft
- 8, 8a, 8b
- Rampenkontur am Segment
- 9
- Rampenkontur am Außenring
- 10
- Vorsprung
- 11
- Nut
- 12
- Vertiefungsmuster
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005005867 A1 [0002]
