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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung, die insbesondere als nasslaufende Lamellenkupplung in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann. Die Lamellenkupplung weist erste Lamellen, die drehfest mit einem ersten Lamellenträger verbunden sind und zweite Lamellen, die drehfest mit einem zweiten Lamellenträger verbunden sind, auf. Hierbei sind die ersten und zweiten Lamellen in axialer Richtung wechselweise hintereinander angeordnet, wobei die Lamellen miteinander in Reibeingriff bringbar sind. Zwischen jeweils zwei ersten Lamellen ist eine Wellfeder angeordnet, die Wellenberge und Wellentäler aufweist.
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Lamellenkupplungen werden zum Beispiel in Doppelkupplungsgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Für einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs ist es von besonderer Bedeutung, dass Kupplungen im unbetätigten Zustand geringe Schleppverluste aufweisen. In diesem Betriebszustand sollen die Kupplungslamellen idealerweise soweit getrennt sein, dass keine gegenseitige Berührung mehr vorhanden ist. Hierzu sind aus dem Stand der Technik Federelemente bekannt, die die Öffnung der Lamellenkupplung im unbetätigten Zustand soweit unterstützen, dass nahezu keine Schleppverluste mehr entstehen. Gleichzeitig muss eine moderne Lamellenkupplung höchsten Komfortansprüchen genügen und nahezu ruckfrei anfahren und möglichst unmerklich für den Fahrer die Gangstufenwechsel unterstützen. Hierzu ist es notwendig, dass die Kupplungslamellen beim Betätigen möglichst planar zur gegenseitgien Anlage kommen.
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Eine gattungsgemäße Lamellenkupplung ist aus
DE 10 2014 208 769 A1 bekannt. Die Lamellenkupplung weist einen Außenlamellenträger mit Reiblamellen und einen Innenlamellenträger mit Stahllamellen auf. Im radial äußeren Bereich der Lamellenkupplung ist zwischen den Fußbereichen der Stahllamellen jeweils eine Wellfeder angeordnet, um die Kupplungslamellen zu trennen, wenn die Kupplung nicht betätigt ist. Die Wellfedern sind so dimensioniert, dass sich im geöffneten Zustand der Kupplung zwischen den Stahl- und Reiblamellen ein Axialabstand ergibt. Die ringförmigen oder ringscheibenförmigen Wellfedern weisen eine elastische Verformbarkeit auf, die durch einen wellen- oder stufenartigen Verlauf in Umfangsrichtung oder/und in radialer Richtung erreicht wird. Die Wellfedern sind zueinander so ausgerichtet, dass Wellenberge jeweils an Wellentäler der benachbarten Wellfeder angrenzen („Berg-auf-Tal“-Konfiguration). Damit die Wellfedern auch im Betrieb ihre definierte Lage zueinander beibehalten sind Ausklinkungen als Lagesicherungen vorgesehen, die ein Verdrehen der Wellfedern verhindern. Durch die Berg-auf-Tal Ausrichtung der Wellfedern erfolgt eine axiale Wellfederabstützung auf einer Linie, wodurch die Durchbiegung der Lamellen minimiert wird. Die Konfiguration weist geringe Schleppmomente und Hysteresen auf.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Lamellenkupplung so zu verbessern, dass eine kostengünstigere Lösung erzielt wird, die sich leichter montieren lässt. Gleichzeitig sollen die positiven Eigenschaften wie minimale Durchbiegung der Lamellen und homogene Betätigungskräfte beibehalten werden.
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Diese Aufgabe wird bei einer Lamellenkupplung, insbesondere einer nasslaufenden Lamellenkupplung für ein Kraftfahrzeug, mit ersten Lamellen, die drehfest mit einem ersten Lamellenträger verbunden sind, mit zweiten Lamellen, die drehfest mit einem zweiten Lamellenträger verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Lamellen in axialer Richtung wechselweise hintereinander angeordnet sind, wobei die Lamellen miteinander in Reibeingriff bringbar sind, wobei zwischen jeweils zwei ersten Lamellen eine Wellfeder angeordnet ist, die Wellenberge und Wellentäler aufweist, dadurch gelöst, dass wenigstens zwei der Wellfedern unterschiedliche Wellenanzahlen aufweisen. Durch diese erfindungsgemäße Konfiguration der Wellfedern wird verhindert, dass sich Berg-auf-Berg oder Tal-auf-Tal Positionen von benachbarten Wellfedern einstellen können, wenn sich die Wellfedern im Betrieb gegenüber der Normalposition verdrehen. Eine Berg-auf-Berg oder Tal-auf-Tal Position ist besonders kritisch, da sich hier Resonanzeffekte und ein Verkippen der Lamellen zueinander ergeben können. Durch die Verwendung von Wellfedern die unterschiedliche Wellenanzahlen aufweisen kann auf Lagesicherungen der Wellfedern verzichtet werden. Hierdurch ergeben sich wesentliche Vorteile: Zum einen wird die Herstellung der Wellfedern günstiger und schneller, da erfindungsgemäß keine Ausklinkungen oder andere mechanische Lösungen zur Lagesicherung hergestellt werden müssen. Zum anderen ergeben sich homogenere Eigenschaften der Wellfedern, da eine Lagesicherung, egal in welcher Form, immer eine Schwächung der mechanischen Eigenschaften mit sich bringt. Schließlich wird die Montage der Wellfedern deutlich einfacher, weil keine Lagesicherung montiert werden muss, bzw. die rotatorische Lage der Wellfedern während der Montage beliebig ist.
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Besonders vorteilhaft wird die Lamellenkupplung so aufgebaut, dass in axialer Richtung abwechselnd Wellfedern mit einer ersten Wellenanzahl und Wellfedern mit einer zweiten Wellenanzahl angeordnet sind. Es sind somit nur zwei verschiedene Typen von Wellfedern erforderlich, die während der Montage abwechselnd eingesetzt werden. Es wird also auf besonders einfache Weise ein Wellfedersystem mit allen zuvor beschrieben Vorteilen erzielt. Erfindungsgemäß weisen die unterschiedlichen Typen von Wellfedern im Wesentlichen die gleiche Federkonstante und die gleiche Dicke in axialer Richtung auf. Durch die Verwendung von Federn, die trotz unterschiedlicher Wellenanzahl die gleiche Federkonstante aufweisen wird ein homogenes Ansprechverhalten des gesamten Feder-Lamellenpakets erzielt. Die Auslegung der Wellfedern derart, dass diese trotz unterschiedlicher Wellenanzahl die gleiche Dicke in axialer Richtung aufweisen, führt zu einem homogenen mechanische Aufbau und gleichmäßigen Betätigungswegen zwischen jeweils benachbarten Lamellen.
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Besonders vorteilhaft ist ein Aufbau, bei dem sich die erste Wellenanzahl und die zweite Wellenanzahl um wenigstens eine Welle, bevorzugt genau eine Welle, unterscheiden. Hier können z.B. Wellfedern verwendet werden, die über den gesamten Umfang verteilt eine Wellenanzahl von 9 und 10 Wellen aufweisen. Eine Wellenanzahl von 9 bedeutet hierbei, dass die Wellfeder insgesamt 9 Wellenberge und 9 Wellentäler aufweist. Durch diesen geringen Unterschied der Wellenanzahl ist es besonders einfach, die zuvor beschriebenen homogenen Eigenschaften wie Federkonstante und Dicke herzustellen. Gleichzeitig ergibt sich auch bei einem so geringen Unterschied in der Wellenanzahl eine ausreichende Verschiebung zwischen benachbarten Wellfedern, auch wenn sich die Wellfedern im Betrieb gegeneinander verdrehen.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von vier Figuren beschrieben.
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1 zeigt eine gattungsgemäße Lamellenkupplung in einer Schnittansicht,
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2 zeigt ein gattungsgemäßes Paket aus Lamellen und Wellfedern in optimaler Konfiguration,
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3 zeigt ein gattungsgemäßes Paket aus Lamellen und Wellfedern in worst case Konfiguration und
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4 zeigt ein erfindungsgemäßes Paket aus Lamellen und Wellfedern mit unterschiedlichen Wellenanzahlen.
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In der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele sind gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine gattungsgemäße Lamellenkupplung 1 gezeigt, die erste Lamellen 2 (insgesamt sechs Reiblamellen) aufweist, die in einem ersten Lamellenträger 3 gehalten sind. Der Lamellenträger 3 ist in diesem Fall ein Außenlamellenträger. Die beiden in axialer Richtung 6 außen liegenden Reiblamellen 2 sind nur einseitig mit einem Reibbelag 17 versehen. Die weiter innen liegenden Reiblamellen 2 weisen beidseitig Reibbeläge 17 auf. Die beiden axial außen liegenden Reiblamellen 2 sind dabei deutlich dicker ausgeführt als die innen liegenden Reiblamellen 2, um das Lamellenpaket insgesamt homogener mit einer Kraft beaufschlagen zu können. In radialer Richtung 18 weiter innen liegend ist ein zweiter Lamellenträger 5 als Innenlamellenträger angeordnet, der zweite Lamellen 4 (insgesamt fünf Stahllamellen) trägt. Die Stahllamellen 4 sind im Gegensatz zu den Reiblamellen 2 alle gleich ausgeführt und weisen die gleiche Lamellendicke auf. Die Lamellensätze 2 und 4 stützen sich an einem Anschlag 19 mit zwei Anschlagstellen ab, der im Außenlamellenträger 3 geführt und mit einem Sicherungsring 21 gesichert ist. Um die Lamellenkupplung 1 zu betätigen und die Lamellen miteinander in einen Reibeingriff zu bringen ist ein Druckkolben 20 vorgesehen, der einseitig auf das Lamellenpaket einwirkt. Der Druckkolben 20 wird von einer nicht gezeigten hydraulischen Anlage angesteuert, kann aber auch durch ein elektrisches Betätigungssystem aktuiert werden.
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Zwischen den Reiblamellen 2 ist jeweils eine Wellfeder 7 angeordnet, die bei nicht betätigtem Druckkolben 20 eine Trennung der Lamellen 2 und 4 unterstützt. In der gezeigten Ausführung sind insgesamt fünf Wellfedern 7 vorgesehen. Bei einer in axialer Richtung 6 längeren Kupplung 1 mit entsprechend mehr Lamellen 2 und 4 erhöht sich die Anzahl der Wellfedern 7 entsprechend (je nach Konfiguration des erforderlichen zu übertragenen Drehmoments). In 1 ist erkennbar, dass die Wellfedern 7 jeweils so von der Lage her orientiert sind, dass benachbarte Wellfedern 7 zueinander ausgerichtet sind. Mit anderen Worten, die Wellfedern 7 wirken an der gleichen jeweils gegenüberliegenden Stelle auf die Reiblamellen 2 ein. Einzige Ausnahme ist die in der 1 ganz links gezeigte Wellfeder 7, die keine korrespondierende Feder aufweist. Dies liegt an der ungeraden Anzahl von fünf Wellfedern 7 in diesem Beispiel. Mit den Bezugszeichen 15 und 16 ist der Innenumfang bzw. der Außenumfang einer Wellfeder gekennzeichnet.
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In 2 ist ein Ausschnitt eines gattungsgemäßen Pakets aus Lamellen 2 und Wellfedern 7 in optimaler Konfiguration gezeigt. Die Position der Wellfedern ist hier analog zu 1 optimal ausgerichtet, so dass Wellenberge 10 an benachbarte Wellentäler 11 angrenzen. Bei den Lamellen 2 handelt es sich um die Randbereiche von Reiblamellen 2, die im radial äußeren Randbereich keinen Reibbelag mehr aufweisen. Die Anzahl der Reiblamellen 2 ist hier beispielhaft mit fünf Lamellen 2 dargestellt (abweichend zu 1 mit sechs Reiblamellen). Die ausschnittsweise Darstellung der Lamellenpakete in den 2, 3 und 4 zeigt jeweils eine radiale Ansicht einer Abwicklung in Umfangsrichtung im Bereich der Wellfedern 7.
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3 zeigt den Ausschnitt des gattungsgemäßen Pakets aus Lamellen 2 und Wellfedern 7 in worst case Konfiguration. Gegenüber den optimalen Positionen der Wellfedern 7 aus 2 sind hier die Wellfedern 7 so radial verdreht dargestellt, dass alle Wellenberge 10 und alle Wellentäler 11 gleich zueinander ausgerichtet sind. In diesem Zustand kann es zu Resonanzeffekten und im Extremfall zu einem Verkippen der Lamellen 2 zueinander kommen, wenn die Kupplung durch den Druckkolben 20 betätigt wird.
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4 zeigt schließlich ein erfindungsgemäßes Paket aus Lamellen 2 und Wellfedern, wobei Wellfedern 8 mit einer ersten Wellenanzahl und Wellfedern 9 mit einer zweiten Wellenanzahl eingesetzt sind. Die ersten und zweiten Wellfedern 8 und 9 sind so ausgelegt, dass sie die gleiche Federkonstante und die gleiche Dicke d aufweisen. Die unterschiedlichen Wellfedern 8 und 9 sind wechselweise, also abwechselnd eingesetzt. In der gezeigten Konfiguration, die nur einen Ausschnitt von ca. 50% des gesamten radialen Umlaufs einer Lamelle 2 darstellt, weisen die ersten Wellfedern 8 insgesamt sechs Wellenberge 10 und Wellentäler 11 auf. Die zweiten Wellfedern 9 weisen insgesamt vier Wellenberge 10 und Wellentäler 11 auf. Über den gesamten radialen Umlauf einer Lamelle 2 würde sich hierbei Wellenanzahlen von zwölf und acht ergeben. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Unterschiede zwischen den ersten und zweiten Wellfedern 8 und 9 bewusst groß gewählt. Hierdurch ist anschaulich erkennbar, dass eine Verdrehung der Wellfedern 8 und 9 zueinander nicht zu der worst case Konfiguration nach 3 führen kann. In der Darstellung nach 4 ist am linken Rand der auszugsweise dargestellten Lamelle 2 eine nahezu gleiche Ausrichtung von ersten und zweiten Wellfedern 8 und 9 gezeigt. Alle gezeigten Wellfedern 8 und 9 beginnen mit einem Wellental 11 und steigen dann zu einem Wellenberg 10 auf. Im weiteren Verlauf der Lamelle 2, also am rechten Rand der auszugsweise dargestellten Lamelle 2, laufen die Wellenberge 10 und Wellentäler 11 der jeweils benachbarten Wellfedern 8 und 9 so weit auseinander, dass sich Wellenberge 10 benachbart zu Wellentälern 11 ergeben.
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In der Praxis werden sich die verschiedenen Wellfedern 8 und 9 nie so gleichmäßig verdrehen, dass sich die in 4 dargestellte Position ergibt. In den meisten Fällen ist es für die Eigenschaften des gesamten Lamellen-Wellfeder-Pakets ausreichend, wenn sich die Anzahl der Wellen zwischen den verschiedenen Wellfedern 8 und 9 nur um eine Welle unterscheidet. Dies hängt maßgeblich vom Durchmesser der Lamellen ab, da die Wellfedern jeweils an den vorhandenen Bauraum angepasst werden müssen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden lediglich zwei verschiedene Typen von Wellfedern 8 und 9 eingesetzt. Selbstverständlich können auch mehr verschiedene Typen von Wellfedern genutzt werden, die sich in der Wellenanzahl entsprechend unterscheiden.
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Ganz wesentlicher Vorteil der gezeigten Wellfedern 8 und 9 ist, dass auf jegliche Verdrehsicherung der Wellfedern 8 und 9 verzichtet werden kann. Es wird im Betrieb der Lamellenkupplung bewusst eine Verdrehung der Wellfedern 8 und 9 in Kauf genommen, da dies zu keinem nachteiligen Effekt führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lamellenkupplung
- 2
- Erste Lamellen (Reiblamellen)
- 3
- Erster Lamellenträger (Außenlamellenträger)
- 4
- Zweite Lamellen (Stahllamellen)
- 5
- Zweiter Lamellenträger (Innenlamellenträger)
- 6
- Axiale Richtung
- 7
- Wellfeder
- 8
- Wellfeder mit erster Wellenanzahl
- 9
- Wellfeder mit zweiter Wellenanzahl
- 10
- Wellenberg
- 11
- Wellental
- 15
- Innenumfang einer Wellfeder
- 16
- Außenumfang einer Wellfeder
- 17
- Reibbelag
- 18
- Radiale Richtung
- 19
- Anschlag
- 20
- Druckkolben
- 21
- Sicherungsring
- d
- Dicke (einer Wellfeder zwischen zwei Lamellen)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014208769 A1 [0003]
