DE102016213657B4

DE102016213657B4 - Kupplungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102016213657B4
Application number: DE102016213657.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Chambrion; Christoph Raber; Tim Schmid
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2036-07-27
Also published as: WO2018019327A1; EP3491262A1; DE112017003770A5; DE102016213657A1; JP2019519741A; US20190203777A1

Abstract

Kupplungsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges, mit einem ersten Kupplungsbestandteil (2) zur Drehmomenteinleitung und einem zweiten Kupplungsbestandteil (5) zur Drehmomentweitergabe, wobei der zweite Kupplungsbestandteil (5) rotatorisch von dem ersten Kupplungsbestandteil (2) abkoppelbar ist, wobei erste Reibelemente (4) des ersten Kupplungsbestandteils (2) und zweite Reibelemente (6, 16) des zweiten Kupplungsbestandteils (5) drehmomentübertragend verbindbar sind, wobei eine partielle Selbstverstärkung der Kupplungseinrichtung (1) über eine Blattfedereinheit (8) ausführbar ist, während eine zweite Federeinheit (11, 25; 19, 20, 21, 25) eine statische Anpresskraft ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene erste Anzahl der zweiten Reibelemente (6) des zweiten Kupplungsbestandteiles (5) über die Blattfedereinheit (8) rotatorisch mit einer ersten Nabe (10) verbunden ist, während eine vorgegebene zweite Anzahl der zweiten Reibelemente (16) des zweiten Kupplungsbestandteiles (5) rotatorisch direkt mit einer zweiten Nabe (18) gekoppelt ist, und die vorgegebene erste Anzahl der zweiten Reibelemente (6) des zweiten Kupplungsbestandteiles (5) je eine aufgestellte Lasche (15) aufweist, mit welcher diese in eine Ausrückplatte (7) des zweiten Kupplungsbestandteiles (5) eingreift, die über die Blattfedereinheit (8) mit der ersten Nabe (10) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kupplungsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einem ersten Kupplungsbestandteil zur Drehmomenteinleitung und einem zweiten Kupplungsbestandteil zur Drehmomentweitergabe, wobei der zweite Kupplungsbestandteil rotatorisch von dem ersten Kupplungsbestandteil abkoppelbar ist, wobei erste Reibelemente des ersten Kupplungsbestandteils und zweite Reibelemente des zweiten Kupplungsbestandteils drehmomentübertragend verbindbar sind.
Eine Kupplungsvorrichtung ist aus der WO 2014/139526 A1 bekannt. Diese offenbart eine Kupplungsvorrichtung, umfassend eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite, die drehbar um eine Achse angeordnet sind und wenigstens einen ersten Reibpartner und wenigstens einen zweiten Reibpartner aufweisen, wobei der erste Reibpartner drehmomentschlüssig mit der Eingangsseite verbunden ist, wobei der zweite Reibpartner drehmomentschlüssig mit der Ausgangsseite verbunden ist, wobei der erste und der zweite Reibpartner durch eine Anpresskraft in Reibeingriff bringbar sind, um ein Drehmoment zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite zu übertragen, wobei wenigstens ein Federmittel vorgesehen ist, welches die Anpresskraft der Kupplungsvorrichtung verstärkt.
Solche Federmittel sind im Allgemeinen als Blattfedern ausgebildet, die aufgrund ihres Aufstellwinkels eine Selbstverstärkung der Anpresskraft erzeugen können. Die Belastung der Blattfedern ist dabei von der Anzahl der Reiblamellen abhängig, die ihr Moment über die Blattfedern an eine Nabe übertragen.
Aus der am Anmeldetag noch unveröffentlichten DE 10 2016 207 116 B3 wird vorgeschlagen, die Anzahl der Reibflächen, die zur Selbstverstärkung der Anpresskraft dienen, zu reduzieren. Obwohl diese Maßnahme die Robustheit der Kupplungsvorrichtung stark erhöht, variieren die Bedienungskräfte und die übertragbaren Zug- und Schubmomente über die Lebensdauer der Kupplungsvorrichtung immer noch stark. Diese Variationen sind hauptsächlich die Konsequenz aus der hohen Steifigkeit der Blattfedern, die die statische Anpresskraft erstellen sollen, da die Blattfedern über ein hohes Gewicht verfügen.
Eine Kupplungsvorrichtung, die auf den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 lesbar ist, ist aus der DE 102 38 403 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsvorrichtung anzugeben, bei welcher eine Reduzierung der Blattfedernsteifigkeit ohne Erhöhung des Kupplungsgewichts möglich ist.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe durch eine Kupplungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
Eine partielle Selbstverstärkung der Kupplung ist über eine Blattfedereinheit ausführbar, während eine unabhängige zweite Federeinheit eine statische Anpresskraft ausübt. Durch die Entkopplung der Erzeugung der Selbstverstärkung nur durch die Blattfedereinheit und die Erzeugung der statischen Anpresskraft nur durch eine unabhängige zweite Federeinheit kann das Kupplungsgewicht reduziert werden, da die Anzahl der Blattfedern und somit die Blattfedernsteifigkeit reduziert wird, da nur eine partielle Verstärkung der durch die zweite Federeinheit erzeugten Anpresskraft durch die Blattfedern erfolgt.
Eine vorgegebene erste Anzahl der zweiten Reibelemente des zweiten Kupplungsbestandteiles ist über die Blattfedereinheit rotatorisch mit einer ersten Nabe verbunden, während eine vorgegebene zweite Anzahl der zweiten Reibelemente des zweiten Kupplungsbestandteiles rotatorisch direkt mit einer zweiten Nabe gekoppelt ist. Somit wird konstruktiv eine Entkopplung zwischen Selbstverstärkungs- und Anpressfunktion ermöglicht.
Die vorgegebene erste Anzahl der zweiten Reibelemente des zweiten Kupplungsbestandteiles weist je eine aufgestellte Lasche auf, welche in eine Ausrückplatte des zweiten Kupplungsbestandteiles eingreift, die über die Blattfedereinheit mit der ersten Nabe verbunden ist. Somit wird ein erster rotatorischer Weg eingestellt, bei welchem die Blattfeder die, durch das zweite Federelement bereitgestellte Anpresskraft verstärkt.
In einer Ausführungsform ist die vorgegebene zweite Anzahl der zweiten Reibelemente des zweiten Kupplungsbestandteiles an einem Lamellenträger befestigt, welcher mit der zweiten Nabe kraftschlüssig verbunden ist. Die zweite Anzahl der zweiten Reibelemente ist somit direkt an der zweiten Nabe befestigt und erzeugt keinerlei Anpressfunktion. Das bedeutet, dass das Moment, welches durch die vorgegebene zweite Anzahl der zweiten Reibelemente übertragen wird, für die Selbstverstärkung der Blattfedern nicht verwendet wird.
In einer Weiterbildung beträgt ein Aufstellwinkel von Blattfedern der Blattfedereinheit zwischen 40° und 55°. Durch diesen relativ großen Aufstellwinkel der Blattfedern wird die Variation der Selbstverstärkung verringert, wodurch die Lebensdauer der Blattfeder erhöht wird. Diese Ausführung ist auch hinsichtlich des Gewichts der Kupplungsvorrichtung vorteilhaft, da die Blattfedern hier keine statische Anpresskraft erzeugen. So können beispielsweise drei Blattfederpakete aus wenigstens einer einzigen Blattfedereinheit verwendet werden, was zu einer signifikanten Gewichtseinsparung führt.
In einer Variante ist das zweite, die statische Anpresskraft erzeugende Federelement als Tellerfeder oder Druckfeder ausgebildet. Bei gleicher Masse können eine Tellerfeder oder eine Druckfeder mehr Federenergie als eine Blattfedereinheit speichern. Daher ist die Verwendung von Tellerfeder plus Blattfedereinheit oder Druckfedern plus Blattfedereinheit hinsichtlich des Gewichts der Kupplungsvorrichtung besonders günstig.
Vorteilhafterweise ist die Tellerfeder über eine sich axial erstreckende Ausrückscheibe zentriert gelagert und oben abgestützt. Aufgrund dieser Abstützung kann sich die Tellerfeder elastisch aus ihrer Erstreckungsebene ohne große Kraftbeanspruchung bewegen.
In einer Ausgestaltung erfolgt eine untere Abstützung der Tellerfeder durch radial sich am Innen- und/oder am Außenumfang der Tellerfeder erstreckende, integriert ausgebildete Zungen. Mittels dieser Zungen wird eine Federung der Tellerfeder axial zur Ausrückplatte möglich.
In einer Ausführungsform werden zur Abstützung der Druckfeder von der ersten Nabe Abstützstifte und zur Einleitung einer Druckfederkraft an die Ausrückplatte Abstützschalen verwendet, die besonders kostengünstig im Einsatz sind.
Vorteilhafterweise sind eine zentral positionierte Druckfeder oder mindestens zwei dezentral positionierte Druckfedern axial gelagert. Welche dieser beiden Ausführungen genutzt wird, hängt von dem vorhandenen Bauraum im Fahrzeug ab.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren erläutert werden.
Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung.

Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung in perspektivischer Darstellung als Querschnittansicht gezeigt. Die Kupplungsvorrichtung 1 weist einen ersten Kupplungsbestandteil 2 auf, der zur mittelbaren oder unmittelbaren Drehverbindung mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbar ist. Der erste Kupplungsbestandteil 2 weist einen hülsenförmigen ersten Lamellenträger 3 auf, der an seiner radialen Innenseite mehrere Reibelemente in Form von Reiblamellen 4 besitzt.
Neben dem ersten Kupplungsbestandteil 2 ist in der Kupplungsvorrichtung 1 ein zweiter Kupplungsbestandteil 5 vorhanden, der in Abhängigkeit der Stellung der Kupplungsvorrichtung 1 von dem ersten über weitere Reibelemente in Form von Reiblamellen 6, 16 verfügenden Kupplungsbestandteil 2 rotatorisch abgekoppelt oder mit diesem drehfest verbunden ist.
Die ersten Reiblamellen 4 des ersten Kupplungsbestandteiles 2 und die zweiten Reiblamellen 6, 16 des zweiten Kupplungsbestandteiles 5 sind axial so angeordnet, dass zwischen je zwei benachbarten ersten Reiblamellen 4 prinzipiell jeweils eine zweite Reiblamelle 6, 16 des zweiten Kupplungsbestandteils 5 angeordnet ist. Die Reiblamellen 4, 6, 16 sind allesamt in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar. In der eingekuppelten Stellung der Kupplungsvorrichtung 1 sind die ersten und zweiten Reiblamellen 4, 6, 16 über eine aufgebrachte Verbindungskraft in Form der axialen Anpresskraft, die von einer Tellerfeder 11 erzeugt wird, unter Reibkraftschluss drehfest miteinander verbunden. In der ausgekuppelten Stellung der Kupplungsvorrichtung 1 sind die ersten und zweiten Reiblamellen 4, 6, 16 wiederum kraftlos zueinander angeordnet und somit relativ zueinander verdrehbar.
Der zweite Kupplungsbestandteil 5 weist eine Ausrückplatte 7 auf, die drehfest mit einer Blattfedereinheit 8 verbunden ist. Die Blattfedereinheit 8 ist beispielsweise durch mehrere in Umfangsrichtung der Kupplungsvorrichtung 1 verteilt angeordnete Blattfederpakete 9 ausgebildet, wobei jedes Blattfederpaket 9 aus mehreren sandwichartig bzw. flächig übereinander gelegte einzelne Blattfedern besteht. Das Blattfederpaket 9 ist an einem Ende mit der Ausrückplatte 7 über eine Nietverbindung drehfest verbunden. Am anderen Ende ist jedes Blattfederpaket 9 über eine weitere Nietverbindung mit einer ersten Nabe 10 verbunden. Diese erste Nabe 10 ist drehfest mit einer nicht weiter dargestellten Getriebeeingangswelle verbunden.
Auf der Ausrückplatte 6 ist die Tellerfeder 11 über eine sich axial erstreckende Abstützscheibe 12 zentrisch gelagert, wobei Vorsprünge 13 der Abstützscheibe 12 in die sie radial ausdehnende Tellerfeder 11 eingreifen. Eine untere Abstützung der Tellerfeder 11 erfolgt durch am Innen - und Außenumfang der Tellerfeder 11 integriert ausgebildete Zungen 14, die außerhalb des Kraftrands der Tellerfeder 11 angeordnet sind. Diese besondere Auflageart ermöglicht eine Betätigung der Tellerfeder 11 über die Planlage hinaus, was zur federnden Abstützung der Tellerfeder 12 beiträgt.
In die Ausrückplatte 7 greifen von unten jeweils Laschen 15 einer ersten Anzahl von Reiblamellen 6 des zweiten Kupplungsbestandteils 5 ein. Diese Laschen 15 sind gegenüber den sich radial erstreckenden Reiblamellen 6 axial gebogen und ermöglichen die Zentrierung der Reiblamellen 6 zu der Ausrückplatte 7 und realisieren die Momentenmitnahme des von dem ersten Kupplungsbestandteil übertragenen Momentes. Die Blattfedereinheit 8 leitet das von dem zweiten Kupplungsbestandteil 5 aufgenommene Moment über drei ersten Reibflächen der jeweiligen Reiblamelle 6 an die Getriebeeingangswellen weiter. wodurch eine Selbstverstärkung der durch die Tellerfeder 11 erzeugten Anpresskraft realisiert wird. Da das Moment nur von einer begrenzten Anzahl von Reiblamellen 6 des zweiten Kupplungsbestandteiles 5 auf die Blattfedereinheit 8 übertragen wird, führt die Blattfedereinheit 8 somit eine partielle Selbstverstärkung der Anpresskraft der Tellerfeder 11 aus.
Die verbleibenden Reiblamellen 16 des zweiten Kupplungsbestandteiles 5 sind mit einem zweiten Lamellenträger 17 verbunden. Der zweite Lamellenträger 17 ist mit einer zweiten Nabe 18 vernietet, wobei auch die zweite Nabe 18 mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. Dadurch erfolgt eine direkte Ankopplung des von dem ersten Kupplungsbestandteil 5 übertragenen Momentes auf die Getriebeeingangswelle.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung 1 dargestellt, welches sich von 1 dadurch unterscheidet, dass anstelle der Tellerfeder 11 drei zentral gelagerte Druckfedern 19, 20, 21 verwendet werden. In diesem Fall wird die statische Anpresskraft durch diese Druckfedern 19, 20, 21 erzeugt. Diese Druckfedern 19, 20, 21 sind mittels Abstützstiften 22 und Abstützschalen 23 gelagert. Die Abstützstifte 22 ermöglichen die Abstützung der Druckfederkraft von der ersten Nabe 10. Die Abstützschalen 23 ermöglichen die Einleitung der Druckfederkraft an die Ausrückplatte 7.
Sowohl in 1 als auch in 2 wird die partielle Selbstverstärkung durch drei Reibflächen der ersten und zweiten Reiblamellen 4, 6 erzeugt.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung, die insbesondere immer dann anwendbar ist, wenn radial enger Bauraum im Fahrzeug vorhanden ist. Um den Bauraum der Kupplungsvorrichtung 1 möglichst klein zu gestalten, ist die Druckfeder als zentrale Druckfeder 24 ausgebildet.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung, bei welcher zwei Tellerfedern 11, 25 übereinander liegen. Bei diesen zwei übereinanderliegenden Tellerfedern 11, 25 wird die Kennlinie der Kupplung dahingehend geändert, dass ein großes Kraftplateau für die Kupplungsbetätigung erzeugt wird, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Kupplungsvorrichtung beiträgt. Außerdem sind bei dieser Ausführung fünf Reibflächen jeder Kupplungslamelle 6 für die partielle Selbstverstärkung der Anpresskraft vorgesehen.
Durch die vorgeschlagene Lösung wird eine im Paket stabilere und gewichtsoptimierte, eine Blattfedereinheit 8 umfassende Kupplungsvorrichtung 1 gezeigt. Die Variation der Leistung der Kupplung wird über der Lebensdauer dadurch verbessert, da weniger Moment über die Blattfedereinheit 8 zu übertragen ist, wodurch die Knicksicherheit der Blattfedern der Blattfedereinheit 8 erhöht und die Setzneigung über der Lebensdauer der Kupplungsvorrichtung 1 reduziert wird. Da die statische Anpresskraft mit einer zusätzlichen Federeinheit erzeugt wird, die für eine ähnliche Masse mehr Federenergie speichern kann als die Blattfedereinheit 8, trägt dies zu einer Gewichtseinsparung bei. Hinzu kommt, dass die Betätigungsenergie der Kupplungsvorrichtung 1 durch die Verwendung von Druckfedern bzw. Tellerfedern reduziert wird.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsvorrichtung
2: Erster Kupplungsbestandteil
3: Lamellenträger
4: Reiblamellen
5: Zweiter Kupplungsbestandteil
6: Reiblamellen
7: Ausrückplatte
8: Blattfedereinheit
9: Blattfederpaket
10: Nabe
11: Tellerfeder
12: Abstützscheibe
13: Vorsprung
14: Zunge
15: Lasche
16: Reiblamelle
17: Lamellenträger
18: Nabe
19: Druckfeder
20: Druckfeder
21: Druckfeder
22: Abstützstift
23: Abstützschale
24: Druckfeder
25: Tellerfeder

Claims

Kupplungsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges, mit einem ersten Kupplungsbestandteil (2) zur Drehmomenteinleitung und einem zweiten Kupplungsbestandteil (5) zur Drehmomentweitergabe, wobei der zweite Kupplungsbestandteil (5) rotatorisch von dem ersten Kupplungsbestandteil (2) abkoppelbar ist, wobei erste Reibelemente (4) des ersten Kupplungsbestandteils (2) und zweite Reibelemente (6, 16) des zweiten Kupplungsbestandteils (5) drehmomentübertragend verbindbar sind, wobei eine partielle Selbstverstärkung der Kupplungseinrichtung (1) über eine Blattfedereinheit (8) ausführbar ist, während eine zweite Federeinheit (11, 25; 19, 20, 21, 25) eine statische Anpresskraft ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene erste Anzahl der zweiten Reibelemente (6) des zweiten Kupplungsbestandteiles (5) über die Blattfedereinheit (8) rotatorisch mit einer ersten Nabe (10) verbunden ist, während eine vorgegebene zweite Anzahl der zweiten Reibelemente (16) des zweiten Kupplungsbestandteiles (5) rotatorisch direkt mit einer zweiten Nabe (18) gekoppelt ist, und die vorgegebene erste Anzahl der zweiten Reibelemente (6) des zweiten Kupplungsbestandteiles (5) je eine aufgestellte Lasche (15) aufweist, mit welcher diese in eine Ausrückplatte (7) des zweiten Kupplungsbestandteiles (5) eingreift, die über die Blattfedereinheit (8) mit der ersten Nabe (10) verbunden ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene zweite Anzahl der zweiten Reibelemente (16) des zweiten Kupplungsbestandteiles (5) an einem zweiten Lamellenträger (17) befestigt ist, welcher mit der zweiten Nabe (18) kraftschlüssig verbunden ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufstellwinkel der Blattfedern der Blattfedereinheit (8) zwischen 40° und 55° beträgt.
Kupplungsvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite, die statische Anpresskraft erzeugende Federelement als Tellerfeder (11, 25) oder Druckfeder (19, 20, 21, 24) ausgebildet ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (11) über eine axial sich erstreckende Abstützscheibe (12) zentriert gelagert und oben abgestützt ist.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine untere Abstützung der Tellerfeder (11) durch radial sich am Innen- und/oder am Außenumfang der Tellerfeder (11) erstreckende, integriert ausgebildete Zungen (14) erfolgt.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstützung der Druckfeder (19, 20, 21, 24) von der ersten Nabe (10) Abstützstifte (22) und zur Einleitung einer Druckfederkraft an die Ausrückplatte (7) Abstützschalen (23) verwendet werden.
Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentral positionierte Druckfeder (24) oder mindestens zwei dezentral positionierte Druckfedern (19, 20, 21) axial gelagert sind.