DE102016219400B4 - Coupling device with radial constriction of at least one disk disk - Google Patents
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Abstract
Kupplungsvorrichtung, umfassend einen Innenring (1) und einen Außenring (2) sowie mindestens eine erste und eine zweite radial zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) angeordnete Lamellenscheibe (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 einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter Segmente (4) sowie einer ersten und einer zweiten Lochscheibe (5a, 5b) und einer ersten und zweiten Reibscheibe (6a, 6b) ausgebildet ist, wobei jeweils zwei Segmente (4) tangential über ein dazwischen angeordnetes elastisches Federelement (7) miteinander verbunden sind, und wobei das jeweilige Segment (4) über ein jeweiliges Halteelement (8) zumindest teilweise beweglich zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) aufgenommen ist, wobei ferner die mindestens eine erste Lamellenscheibe (3a) formschlüssig mit dem Außenring (2) verbunden ist und die mindestens eine zweite Lamellenscheibe (3b) formschlüssig mit dem Innenring (1) verbunden ist, wobei die mindestens eine erste Lamellenscheibe (3a) aufgrund der Erzeugung des Reibmoments an den Stirnflächen eine Relativdrehung zum Außenring (2) erfährt, die zu einer Verschiebung der Segmente (4) führt, so dass eine Innenumfangsfläche der Segmente (4) zumindest teilweise an einer Außenumfangsfläche des Innenrings (1) zur Anlage kommt, um dort ein zusätzliches Reibmoment zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) zu erzeugen.Coupling device comprising an inner ring (1) and an outer ring (2) and at least a first and a second radially between the inner ring (1) and the outer ring (2) arranged disc (3a, 3b), wherein the at least two disc discs (3a, 3b) can be acted upon with an axial force to generate at their end faces a frictional torque, which enables the transmission of torque between the inner ring (1) and the outer ring (2), wherein the at least one first disc (3a) of a plurality of in Circumferentially adjacent to each other arranged segments (4) and a first and a second perforated disc (5a, 5b) and a first and second friction disc (6a, 6b) is formed, wherein each two segments (4) tangentially via an interposed elastic spring element (7 ) are connected to each other, and wherein the respective segment (4) via a respective holding element (8) at least partially movable between the inner ring (1) u Furthermore, the at least one first disk (3a) is positively connected to the outer ring (2) and the at least one second disk (3b) is positively connected to the inner ring (1), wherein the at least a first disk (3a) due to the generation of the friction torque on the end faces a relative rotation to the outer ring (2) experiences, which leads to a displacement of the segments (4), so that an inner peripheral surface of the segments (4) at least partially on an outer peripheral surface of the inner ring (1) comes to rest there to generate an additional frictional torque for transmitting the torque between the inner ring (1) and the outer ring (2).
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.The invention relates to a coupling device, in particular for a motor vehicle. A coupling device, in particular a multi-plate clutch or friction disk clutch has a plurality of friction linings, which are arranged axially in series. The same contact pressure acts on all friction pairs. Multi-plate clutches are switchable under load. Most of them are running in oil and mostly in automatic transmissions, in heavily loaded main or start-up clutches or in limited slip differentials. In construction machine axles multi-plate clutches are also used as service and parking brakes. In contrast to a dry clutch, the advantages of the wet clutch lie in the higher power and energy consumption, since it is cooled with oil. Disadvantages are lower coefficients of friction compared to dry clutches and a higher drag torque during idling due to fluid friction between the individual disks.
Beispielsweise geht aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung dahingehend weiterzuentwickeln, dass bei gleichem Bauraum der Kupplungsvorrichtung ein erhöhtes Drehmoment übertragbar ist.The object of the present invention is to develop a coupling device to the effect that with the same space of the coupling device, an increased torque is transferable.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung umfasst einen Innenring und einen Außenring sowie mindestens eine erste und eine zweite radial zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Lamellenscheibe, 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, wobei die mindestens eine erste Lamellenscheibe aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneter Segmente sowie einer ersten und einer zweiten Lochscheibe und einer ersten und zweiten Reibscheibe ausgebildet ist, wobei jeweils zwei Segmente tangential über ein dazwischen angeordnetes elastisches Federelement miteinander verbunden sind, und wobei das jeweilige Segment über ein jeweiliges Halteelement zumindest teilweise beweglich zwischen dem Innenring und dem Außenring aufgenommen ist, wobei ferner die mindestens eine erste Lamellenscheibe formschlüssig mit dem Außenring verbunden ist und die mindestens eine zweite Lamellenscheibe formschlüssig mit dem Innenring verbunden ist, 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.The coupling device according to the invention comprises an inner ring and an outer ring and at least a first and a second radially disposed between the inner ring and the outer ring disc, wherein the at least two disc discs are acted upon with an axial force to generate at their end faces a friction torque, the transmission of a Torque between the inner ring and the outer ring allows, wherein the at least one first plate disc of a plurality of circumferentially adjacent segments arranged and a first and a second perforated disc and a first and second friction disc is formed, wherein each two segments tangentially via an interposed elastic spring element are connected to each other, and wherein the respective segment is at least partially movably received via a respective holding element between the inner ring and the outer ring, wherein further the at least one e The lamella plate is positively connected to the outer ring and the at least one second plate disc is positively connected to the inner ring, wherein the at least one first plate disc due to the generation of the friction torque at the end faces undergoes a relative rotation to the outer ring, which leads to a displacement of the segments, so in that an inner peripheral surface of the segments at least partially comes into abutment on an outer circumferential surface of the inner ring in order to generate there an additional frictional torque for transmitting the torque between the inner ring and the outer ring.
Die mindestens eine erste Lamellenscheibe wirkt zumindest in einem unbelasteten Zustand formschlüssig und somit drehfest mit dem Außenring zusammen. Der Außenring weist 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 formschlüssig mit dem Außenring verbundenen mindestens einen ersten Lamellenscheibe. Diese Relativdrehung beträgt 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.The at least one first plate disc acts positively at least in an unloaded state and thus rotatably together with the outer ring. The outer ring has on its inner circumference a complementary to the outer periphery of the at least one first plate disc formed contour. Due to the frictional torque generated between the end faces of the at least two disk discs, it comes with a exceeding of a predefined force to a relative rotation between the outer ring and the form-fitting connected to the outer ring at least a first plate disc. This relative rotation is a few degrees and leads to a shift of the segments. In particular, the segments are displaced radially inward and come radially to the inner ring to the plant to generate there an additional friction torque. This friction torque generated on the inner peripheral surface of the at least one first disk disk in addition to the friction torque on the end faces of the at least two disk disks also serves to transmit the torque between the inner race and the outer race.
Die elastischen Federelemente zwischen den Segmenten sind dazu vorgesehen, tangential benachbarte Segmente derart miteinander zu koppeln, dass sich eine Verschiebung des einen Segments auch auf das andere Segment auswirkt. Dadurch, dass die Federelemente elastisch und somit reversibel verformbar sind, spannen sie die Segmente gegen den Außenring. Mithin werden bei einer Verschiebung der Segmente die Federelemente elastisch verformt, wobei die Segmente bei Entlastung durch ein Zurückverformen der Federelemente in ihre Ausgangsposition am Außenring verschoben werden. The elastic spring elements between the segments are intended to couple together tangentially adjacent segments such that a displacement of one segment also affects the other segment. Because the spring elements are elastic and thus reversibly deformable, they clamp the segments against the outer ring. Consequently, the spring elements are elastically deformed during a displacement of the segments, wherein the segments are displaced upon relief by a deformation of the spring elements back to their original position on the outer ring.
Vorzugsweise weist das jeweilige Segment eine axiale Ausnehmung zur Aufnahme des jeweiligen Halteelements auf, wobei das jeweilige Halteelement an den beiden Lochscheiben aufgenommen ist. Mithin ist das jeweilige Halteelement durch das jeweilige Segment geführt und kommt an der Ausnehmung des jeweiligen Segments zur Anlage. Insbesondere ist das Halteelement fest und somit nicht verschieblich an der jeweiligen Lochscheibe aufgenommen.Preferably, the respective segment has an axial recess for receiving the respective holding element, wherein the respective holding element is received on the two perforated disks. Consequently, the respective holding element is guided by the respective segment and comes to the recess of the respective segment to the plant. In particular, the retaining element is fixed and thus not slidably received on the respective perforated disc.
Bevorzugt ist das Halteelement rund ausgebildet, wobei die axiale Ausnehmung am jeweiligen Segment oval ausgebildet ist, um das Halteelement darin verschiebbar aufzunehmen. Mit anderen Worten ist die jeweilige Ausnehmung größer als das jeweilige Halteelement ausgebildet. Dies erlaubt eine Führung des Halteelements entlang der jeweiligen Ausnehmung bei einer Verschiebung des jeweiligen Segments.Preferably, the holding element is formed round, wherein the axial recess is formed oval on the respective segment, to receive the holding element displaceable therein. In other words, the respective recess is formed larger than the respective holding element. This allows a guide of the retaining element along the respective recess during a displacement of the respective segment.
Ferner bevorzugt weist die jeweilige Lochscheibe über den gesamten Umfang gleichmäßig verteilt Bohrungen zur Aufnahme der Halteelemente auf. Die jeweilige Bohrung nimmt das Halteelement positionsfest auf und verhindert eine Verschiebung der Halteelemente relativ zu den Lochscheiben.Further, preferably, the respective perforated disc on the entire circumference evenly distributed holes for receiving the holding elements. The respective bore receives the retaining element in a fixed position and prevents displacement of the retaining elements relative to the perforated discs.
Des Weiteren bevorzugt ist die mindestens eine erste Lamellenscheibe nach einer Sandwichbauweise ausgebildet, wobei die Segmente axial gesehen 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 ringförmig miteinander verbundenen Segmente angeordnet sind.Furthermore, the at least one first plate disc is preferably designed according to a sandwich construction, wherein the segments are arranged axially in the core, wherein the respective perforated disc is arranged axially adjacent to the segments, and wherein the respective friction disc is arranged axially adjacent to the respective perforated disc. Thus, axially located between two outer friction plates two perforated discs, wherein between the two perforated discs, the annular interconnected segments are arranged.
Vorzugsweise weist die jeweilige Reibscheibe an einer axial nach außen gerichteten Stirnfläche 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. Insbesondere sind die Reibscheiben dazu vorgesehen, an ihren axial nach außen gerichteten Stirnflächen zur Anlage zu kommen um ein Reibmoment zu erzeugen.Preferably, the respective friction disc on an axially outwardly directed end face on an axially formed recess pattern for cooling by guiding oil. Due to the cooling results in particular the advantage of a higher power and energy consumption of the coupling device. In particular, the friction disks are provided to come to rest against their axially outwardly directed end surfaces in order to generate a friction torque.
Bevorzugt ist das jeweilige Federelement umformtechnisch aus einem Federstahlblech hergestellt. Insbesondere wird das jeweilige Federelement aus dem Federstahlblech ausgestanzt oder mittels Laser getrennt. Danach wird das Federelement umgeformt.Preferably, the respective spring element is made of a spring steel sheet metal forming. In particular, the respective spring element is punched out of the spring steel sheet or separated by laser. Thereafter, the spring element is reshaped.
Ferner bevorzugt weist das jeweilige Federelement eine rautenförmige Kontur auf, wobei das jeweilige Segment zwei keilförmige Aussparungen zur Aufnahme des jeweiligen Federelements aufweist. Insbesondere ist das jeweilige Federelement nicht geschlossen ausgebildet, sondern einseitig offen. Durch die Ausbildung der Öffnung zwischen zwei distalen Enden des jeweiligen Federelements wird insbesondere die Steifigkeit des Federelements herabgesetzt und das Verformungsvermögen erhöht. Vorteilhafterweise sind die beiden distalen Enden lediglich durch einen Spalt voneinander getrennt und derart ausgebildet, dass diese aneinander zur Anlage kommen können. Dies erhöht insbesondere die Steifigkeit des jeweiligen Federelements, wobei das Verformungsvermögen gleichzeitig gesenkt wird.Further, preferably, the respective spring element has a diamond-shaped contour, wherein the respective segment has two wedge-shaped recesses for receiving the respective spring element. In particular, the respective spring element is not formed closed, but open on one side. By forming the opening between two distal ends of the respective spring element, in particular the rigidity of the spring element is reduced and the deformability increased. Advantageously, the two distal ends are separated from each other only by a gap and formed such that they can come into contact with each other. This increases in particular the rigidity of the respective spring element, wherein the deformation capacity is lowered at the same time.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das jeweilige Segment zur radialen Einschnürung der mindestens einen ersten Lamellenscheibe eine Rampenkontur an einer Außenumfangsfläche aufweist, die mit einer komplementär dazu ausgebildeten Rampenkontur an einer Innenumfangsfläche des Außenrings zusammenwirkt. Mithin ändern sich in Umfangsrichtung ein Außendurchmesser des jeweiligen Segments ebenso wie ein Innendurchmesser des Außenrings. 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 Lamellenscheibe eine radiale Verschiebung der jeweiligen Segmente nach innen, wodurch ein radiales Einschnüren der Lamellenscheibe realisiert wird.The invention includes the technical teaching that the respective segment for radially constricting the at least one first plate disc has a ramp contour on an outer circumferential surface which cooperates with a complementary thereto formed ramp contour on an inner peripheral surface of the outer ring. Consequently, an outer diameter of the respective segment changes in the circumferential direction as well as an inner diameter of the outer ring. The ramp contour may be linear, curved or based on some other mathematical function. Due to the ramp contour, a radial displacement of the respective segments takes place inward during a relative rotation between the outer ring and the multi-disc disk, as a result of which a radial constriction of the multi-disk disk is realized.
Besonders bevorzugt bilden jeweils zwei Rampenkonturen an der Innenumfangsfläche des Außenrings zusammen eine Teilkreiskontur. Mit anderen Worten ist die Rampenkontur an der Innenumfangsfläche des Außenrings zunächst radial abnehmend und dann radial zunehmend ausgebildet. Zusammen bilden die beiden Rampenkonturen somit die Teilkreiskontur. Dadurch wird ein drehrichtungunabhängiges radiales Einschnüren der mindestens einen ersten Lamellenscheibe realisiert.Particularly preferably, two ramp contours on the inner circumferential surface of the outer ring together form a partial circle contour. In other words, the ramp contour on the inner circumferential surface of the outer ring is initially radially decreasing and then radially increasing. Together, the two ramp contours thus form the pitch circle contour. As a result, a rotational direction-independent radial constriction of the at least one first disk disk is realized.
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
-
1 eine schematische teilweise geschnittene Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung, -
2a eine schematische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer ersten Lamellenscheibe, -
2b eine schematische Perspektivdarstellung der ersten Lamellenscheibe gemäß2a , -
3a eine schematische Schnittdarstellung der ersten Lamellenscheibe gemäß2a entlang eines Halteelements, -
3b eine schematische Schnittdarstellung der ersten Lamellenscheibe gemäß2a entlang eines Federelements, -
4a eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß einer offenen Schaltstellung, -
4b eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß einer geschlossenen Schaltstellung, -
5a eine schematische Perspektivdarstellung eines Federelements der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
5b eine schematische Perspektivdarstellung eines Federelements der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und -
6 eine schematische Stirnseitenansicht eines Segments der ersten Lamellenscheibe.
-
1 a schematic partially sectioned plan view for illustrating the structure of a coupling device according to the invention, -
2a FIG. 2 is a schematic exploded view for illustrating the structure of a first disk disk; FIG. -
2 B a schematic perspective view of the first disc according to2a . -
3a a schematic sectional view of the first disc according to2a along a holding element, -
3b a schematic sectional view of the first disc according to2a along a spring element, -
4a a schematic sectional view of the coupling device according to the invention according to an open switching position, -
4b a schematic sectional view of the coupling device according to the invention according to a closed switching position, -
5a a schematic perspective view of a spring element of the coupling device according to the invention according to a first embodiment, -
5b a schematic perspective view of a spring element of the coupling device according to the invention according to a second embodiment, and -
6 a schematic end view of a segment of the first plate disc.
Gemäß
Die zweite Lamellenscheibe
Nach
In
Gemäß
Nach
In den
Gemäß den
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Innenringinner ring
- 22
- Außenringouter ring
- 3a, 3b3a, 3b
- Lamellenscheibeflap disc
- 44
- Segmentsegment
- 5a, 5b5a, 5b
- Lochscheibeperforated disc
- 6a, 6b6a, 6b
- Reibscheibefriction
- 77
- Federelementspring element
- 88th
- Halteelementretaining element
- 99
- Ausnehmungrecess
- 1010
- Bohrungdrilling
- 1111
- Rampenkonturramp contour
- 1212
- Rampenkonturramp contour
- 1313
- Vertiefungsmusterdepression pattern
- 14a, 14b14a, 14b
- Aussparungrecess
- 1515
- Axialkraftaxial force
- 1616
- Vertiefungsmusterdepression pattern
- 1717
- Vorsprüngeprojections
- 1818
- Öffnungopening
- 1919
- Spaltgap
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Legal Events
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---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |