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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.
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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 Segmente sowie einer ersten und einer zweiten Lochscheibe und einer ersten und zweiten Reibscheibe ausgebildet, wobei jeweils zwei Segmente tangential über ein dazwischen angeordnetes Verbindungselement, das axial zwischen den beiden Lochscheiben aufgenommen ist, miteinander verbunden sind, und wobei das jeweilige Segment mittels eines Federelements elastisch zwischen dem Innenring und dem Außenring aufgenommen ist. Die mindestens eine erste Lamellenscheibe ist im Wesentlichen formschlüssig mit dem Außenring verbunden und die mindestens eine zweite Lamellenscheibe ist formschlüssig mit dem Innenring verbunden, wobei die mindestens eine erste Lamellenscheibe aufgrund der Erzeugung des Reibmoments an den Stirnflächen eine Relativdrehung zum Außenring erfährt, die zu einer Verschiebung der Segmente führt, so dass eine Innenumfangsfläche der Segmente zumindest teilweise 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 Verschiebung der Segmente. Insbesondere werden die Segmente radial nach innen verschoben und kommen radial am Innenring zur Anlage, um dort ein zusätzliches Reibmoment zu erzeugen. 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. Die Verbindungselemente zwischen den Segmenten sind dazu vorgesehen, tangential benachbarte Segmente derart miteinander zu koppeln, sodass sich eine Verschiebung des einen Segments auch auf das andere Segment auswirkt.
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Vorzugsweise weist das jeweilige Segment eine axiale Ausnehmung zur Aufnahme des jeweiligen Federelements auf, wobei das jeweilige Federelement über ein jeweiliges Halteelement axial zwischen den beiden Lochscheiben aufgenommen ist. Mithin kommt das jeweilige Federelement einerseits an einem jeweiligen Halteelement und andererseits in der Ausnehmung des jeweiligen Federelements zur Anlage. Das Federelement ist, insbesondere aus einem zumindest teilweise elastischen Material wie Federstahl ausgebildet und weist vorzugsweise eine Sternform auf. Insbesondere ist das Federelement in sich geschlossen ausgebildet.
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Bevorzugt weist die jeweilige Lochscheibe über den gesamten Umfang gleichmäßig und abwechselnd verteilt Bohrungen zur Aufnahme der Halteelemente und Langlöcher zur beweglichen Aufnahme der Verbindungselemente auf. Mit anderen Worten sind die Langlöcher zum Führen der Verbindungselemente bei einer Verschiebung der Segmente vorgesehen. Demgegenüber werden die Halteelemente, an denen sich die Federelemente abstützen, fest in den Bohrungen aufgenommen. Bei einer Verschiebung der Segmente werden die Federelemente elastisch verformt, wobei die Segmente bei Entlastung durch ein Zurückverformen der Federelemente in ihre Ausgangsposition am Außenring verschoben werden.
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Des Weiteren bevorzugt ist die mindestens eine erste Lamellenscheibe nach einer Sandwichbauweise ausgebildet, wobei die Segmente axialgesehen im Kern angeordnet sind, wobei axial benachbart an den Segmenten die jeweilige Lochscheibe angeordnet ist, und wobei axial benachbart an der jeweiligen Lochscheibe die jeweilige Reibscheibe angeordnet ist. Somit befinden sich axial zwischen zwei äußeren Reibscheiben zwei Lochscheiben, wobei zwischen den beiden Lochscheiben die miteinander ringförmigen Segmente angeordnet sind.
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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 teilweise geschnittene Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung,
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2a eine schematische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer ersten Lamellenscheibe,
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2b eine schematische Perspektivdarstellung der ersten Lamellenscheibe gemäß 2a,
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3 eine schematische Schnittdarstellung der ersten Lamellenscheibe gemäß 2a entlang eines Halteelements,
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4 eine schematische Schnittdarstellung der ersten Lamellenscheibe gemäß 2a entlang eines Verbindungselements,
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5 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß einer offenen Schaltstellung, und
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6 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß einer geschlossenen Schaltstellung.
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Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung für ein – hier nicht dargestelltes – Kraftfahrzeug einen Innenring 1 und einen Außenring 2 sowie mehrere radial zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2 angeordnete Lamellenscheiben 3a, 3b auf. Die beiden unterschiedlichen Typen von Lamellenscheiben 3a, 3b sind in Reihe axial abwechselnd angeordnet. Aufgrund der teilweisen Schnittdarstellung sind nicht alle Lamellenscheiben 3a, 3b dargestellt. Die vorderste Lamellenscheibe 3b weist an ihren Stirnflächen ein axial ausgebildetes Vertiefungsmuster zur Kühlung durch Führung von Öl auf. Axial benachbart ist die Lamellenscheibe 3a angeordnet, die aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter Segmente 4 sowie einer ersten und einer zweiten Lochscheibe 5a und einer ersten und zweiten Reibscheibe 6a ausgebildet ist, wobei jeweils nur eine Lochscheibe 5a und eine Reibscheibe 6a teilweise geschnitten dargestellt sind. Zwei Segmente 4 sind tangential über ein jeweils dazwischen angeordnetes Verbindungselement 7 miteinander verbunden. Ferner weist das jeweilige Segment 4 eine axiale Ausnehmung 9 zur Aufnahme eines jeweiligen Federelements 8 auf, wobei das jeweilige Federelement 8 an einem jeweiligen Halteelement 10 gehalten ist.
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Die Lamellenscheibe 3b ist formschlüssig über mehrere am Innenumfang verteilte, radial nach innen gerichtete Vorsprünge 13 mit dem Innenring 1 verbunden. Demgegenüber ist die Lamellenscheibe 3a im Wesentlichen formschlüssig mit dem Außenring 2 verbunden. Dazu weist das jeweilige Segment 4 eine Rampenkontur 14 an einer Außenumfangsfläche auf, die mit einer komplementär dazu ausgebildeten Rampenkontur 15 an einer Innenumfangsfläche des Außenrings 2 zusammenwirkt. Aufgrund der Rampenkonturen 14, 15 erfolgt bei einer Relativdrehung zwischen dem Außenring 2 und der Lamellenscheibe 3a eine radiale Verschiebung der jeweiligen Segmente 4 nach innen, wobei die Segmente 4 am Innenring 1 zur Anlage kommen. Zwei Rampenkonturen 14 an jeweils zwei tangential benachbarten Segmenten 4 bilden zusammen eine Teilkreiskontur aus. Mit anderen Worten ist die Rampenkontur 14 des einen Segments 4 radial zunehmend ausgebildet, wobei die Rampenkontur 14 des anderen Segments 4 radial abnehmend ausgebildet ist. Durch die so gebildete Teilkreiskontur werden die Segmente 4 unabhängig von einer Drehrichtung verschoben.
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Nach 2a ist die nach einer Sandwichbauweise ausgebildete Lamellenscheibe 3a in einer Explosionsdarstellung gezeigt. 2a zeigt insbesondere, dass die jeweilige Lochscheibe 5a, 5b über den gesamten Umfang gleichmäßig und abwechselnd verteilt mehrere Bohrungen 11 zur Aufnahme der Halteelemente 10 und Langlöcher 12 zur beweglichen Aufnahme der Verbindungselemente 7 aufweist. Ferner sind die Federelemente 8 in axialen Ausnehmungen 9 an den Segmenten 4 angeordnet. Die Reibscheiben 6a, 6b weisen an einer axial von den Lochscheiben 5a, 5b weg gerichteten Stirnfläche ein Vertiefungsmuster zur Kühlung durch Führung von Öl auf.
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In 2b ist die Lamellenscheibe 3a aus 2a im montierten Zustand dargestellt. Die beiden Stirnflächen der Lamellenscheibe 3a sind dazu vorgesehen, mit einer jeweiligen Lamellenscheibe 3b zusammenzuwirken, um die Kupplungseinheit zu betätigen.
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Gemäß 3 ist das Federelement 8 in der axialen Ausnehmung 9 im Segment 4 aufgenommen, wobei das Federelement 8 über das Halteelement 10 axial zwischen den beiden Lochscheiben 5a, 5b gelagert ist. Die beiden Reibscheiben 6a, 6b kommen stirnseitig an den beiden Lochscheiben 5a, 5b zur Anlage. Dadurch dass, die Lochscheiben 5a, 5b und nicht die Reibscheiben 6a, 6b an den Segmenten 4 zur Anlage kommen, sind die Segmente 4 besonders verschleißarm, insbesondere in Radialer Richtung bewegbar. Mithin ist die Betätigung der Kupplungsvorrichtung im Wesentlichen ohne nennenswerte Reibverluste an den Stirnflächen der Segmente 4 realisierbar.
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Nach 4 ist tangential zwischen zwei Segmenten 4 ein Verbindungselement 7 angeordnet. Das Verbindungselement 7 ist axial zwischen den beiden Lochscheiben 5a, 5b aufgenommen.
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In den 5 und 6 sind abwechselnd zwei erste und drei zweite Lamellenscheiben 3a, 3b axial benachbart zueinander angeordnet. Die ersten Lamellenscheiben 3a liegen über die Segmente 4 am Außenring 2 an. Die zweiten Lamellenscheiben 3b sind formschlüssig mit dem Innenring 1 verbunden. Eine identische, jedoch vergrößerte Darstellung der beiden ersten Lamellenscheiben 3a ist 4 zu entnehmen. Nach 5 ist die Kupplungsvorrichtung nicht betätigt. Gemäß 6 wird bei einer Betätigung der Kupplungsvorrichtung durch eine – durch Pfeile angedeutete – Axialkraft 16, beispielsweise durch einen – hier nicht dargestellten – Kolben, ein Reibmoment an den Stirnflächen der Lamellenscheiben 3a, 3b 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 im Wesentlichen radialen Verschiebung der Segmente 4 führt. Aufgrund dieser im Wesentlichen radialen Verschiebung der Segmente 4 kommt eine Innenumfangsfläche der Segmente 4 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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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenring
- 2
- Außenring
- 3a, 3b
- Lamellenscheibe
- 4
- Segment
- 5a, 5b
- Lochscheibe
- 6a, 6b
- Reibscheibe
- 7
- Verbindungselement
- 8
- Federelement
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Halteelement
- 11
- Bohrung
- 12
- Langloch
- 13
- Vorsprung
- 14
- Rampenkontur
- 15
- Rampenkontur
- 16
- Axialkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005005867 A1 [0002]
