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Die Erfindung betrifft eine Reibplatte mit einer Rotationsachse für eine Reibkupplung, eine Reibkupplung für einen Antriebsstrang mit einer solchen Reibplatte, einen Antriebsstrang mit einer solchen Reibkupplung und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang, sowie weiterhin ein Herstellungsverfahren für eine solche Reibplatte.
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Aus dem Stand der Technik sind Reibplatten für eine Reibkupplung mit einer Rotationsachse bekannt, beispielsweise eine Anpressplatte oder eine Gegenplatte, welche in einem Reibpaket mit einer Reibscheibe zusammenwirkend zur lösbaren Drehmomentübertragung eingerichtet sind. Diese Reibplatten sind dazu eingerichtet, die notwendige axiale Anpresskraft zum Erzeugen eines gewünschten übertragbaren Reibmoments aufzunehmen, beispielsweise ausgeübt von einer Tellerfeder (bei einer Reibplatte als axial bewegbare Anpressplatte) oder als festes axiales Gegenlager (bei einer Reibplatte als axial fixierte Gegenplatte), und auf eine korrespondierende Reibscheibe zu übertragen. Eine solche Reibplatte soll hierzu eine möglichst ebene Reiboberfläche bilden, zu welcher die (gemeinsame) Rotationsachse eine Normale bildet. Die Reiboberfläche soll unter der Last der axialen Anpresskraft gleichmäßig flächig an der korrespondierenden Reibscheibe anliegen. Zudem ist es, besonders bei einer trocken, also rein luftgekühlt, ausgeführten Reibkupplung, in der Regel Aufgabe einer solchen Reibplatte, einen reibungsbedingten Wärmeeintrag infolge des relativen Verrutschens beim Einrücken des Reibpakets (reibschlüssiger Drehmomentaufbau) aufzunehmen und somit den Wärmeeintrag von den in der Regel temperaturempfindlichen Reibbelägen wegzuführen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist dazu die Reibplatte mit einer großen Masse ausgeführt, sodass die Wärmekapazität der Reibplatte entsprechend groß ist.
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Aus diesen Anforderungen ergibt sich, dass ein Plattenmaterial mit großer Plattendicke eingesetzt wird. Für eine kostengünstige Herstellung ist es erwünscht, eine solche Platte aus Blechmaterial herzustellen. Aus der
DE 10 2015 211 881 A1 ist eine Druckplatte, beispielsweise eine Anpressplatte, für eine [Reib-] Kupplung bekannt, bei welcher einzelne Ringsegmente aus einem dicken Stahlblech gefertigt sind, welche die ringförmige Druckplatte bilden und in einer Ausführungsform mittels eines Nockenrings und einer Mehrzahl von Verbindungsblechen zusammengehalten sind. Diese Druckplatte ist beispielsweise als Anpressplatte eines Reibpakets einsetzbar. Eine solche Segmentierung der Antriebsplatte hat den Vorteil, dass die Materialeffizienz gesteigert wird und damit der Stanzschrott gegenüber einer Vollkreisstanzung erheblich reduziert wird. Allerdings ist es möglich, dass sich diese Ringsegmente unter hoher Drehzahlbelastung verformen, was bis zu einem Funktionsausfall der Reibkupplung führen kann.
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In der
DE 10 2011 080 927 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von ringförmigen Kupplungslamellen mit Verzahnung offenbart. Hierin wird vorgeschlagen, eine Kupplungslamelle aus einem Flachband-Stahlmaterial hochkant zu wickeln. Zur Bildung eines einzelnen Ringelements werden die beiden Band-Enden miteinander auf Stoß verschweißt. Es ergibt sich also ein ebenes Ringelement, welches in einer kontinuierlichen Prozessführung herstellbar ist. Zum Erzielen einer erforderlichen Dicke der gewünschten ringförmigen Kupplungslamelle werden eine Mehrzahl von einzelnen auf Stoß verschweißten Ringelemente aufeinandergeschichtet und bevorzugt mittels Laserschweißen miteinander gefügt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Wärmeaufnahme aufgrund des zumindest einen Fügespalts zwischen den einzelnen Ringelementen gestört ist, weil dieser Fügespalt einen verminderten Materialkontakt gegenüber Vollmaterial aufweist und also thermische Isolationseigenschaften aufweist. Eine solche ringförmige Kupplungslamelle ist daher für Anwendungen mit Forderung einer großen Wärmekapazität beziehungsweise schnellen Wärmeableitung aus der Reibpaarung ungeeignet.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2015 200 891 A1 eine Druckplatte zum Verpressen einer Kupplungsscheibe für eine Reibkupplung, ein Baukastensystem zur Herstellung einer Druckplatte sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Druckplatte offenbart. Hierbei werden (nicht näher erläuterte) dünne Scheibenringe aufeinandergeschichtet, wobei Ausprägungen vorgesehen sind, welche bezogen auf die Rotationsachse im Einsatz in einer Reibkupplung sich in axialer Richtung erstrecken und in eine benachbarte Ausprägung und schließlich in eine Befestigungsöffnung formschlüssig eingreifen, um so ein Drehmoment sicher auf die benachbarten dünnen Scheibenringe zu übertragen. Auch für diese Druckplatte liegt eine verringerte Wärmeaufnahmefähigkeit aufgrund der Fügespalte vor, welche zudem bei vorgeformten Ausprägungen infolge einer Doppelpassungsproblematik einigermaßen groß sind, oder es ist eine sehr hohe (Kalt-) Umformkraft erforderlich, wenn die Ausprägungen erst nach dem Schichten der dünnen Scheibenringe eingebracht werden. Die Ausprägungen können zudem zu einer Beeinträchtigung der Ebenheit der Reiboberfläche führen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft eine Reibplatte mit einer Rotationsachse für eine Reibkupplung oder eine Bremseinrichtung, wobei die Reibplatte dazu eingerichtet ist, eine axiale Anpresskraft und/oder einen reibungsbedingten Wärmeeintrag aufzunehmen, und wobei die Reibplatte eine Mehrzahl von Ringelementen aufweist.
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Die Reibplatte ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Ringelemente flächig stoffschlüssig miteinander gefügt sind.
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Die hier vorgeschlagene Reibplatte ist beispielsweise als Anpressplatte, Gegenplatte oder auch Zwischenplatte (für ein Reibpaket mit einer Mehrzahl von Reibscheiben), aber auch als Bremsscheibe einsetzbar. Eine Anpressplatte und eine Gegenplatte, und teils auch eine Bremsscheibe, müssen sowohl eine axiale Anpresskraft als auch einen Wärmeeintrag aufnehmen. Eine Zwischenplatte und eine Bremsscheibe muss zumindest einen Wärmeeintrag aufnehmen können. Besonders bevorzugt ist die Reibplatte für einen hohen Wärmeeintrag geeignet, weist eine gute Ebenheit und zudem eine hohe Stabilität für große Antriebskräfte auf. Die Reibplatte ist rotationssymmetrisch zu einer Rotationsachse oder zumindest dazu ausgewuchtet.
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Die Rotationsachse ist im Einsatz in einer Reibkupplung zur Rotationsachse einer Eingangswelle und Ausgangswelle sowie einer Reibscheibe gefluchtet. Die Rotationsachse ist im Einsatz in einer Bremseinrichtung zur Rotationsachse einer Welle, beispielsweise Radnabe eines Kraftfahrzeugs, gefluchtet. Werden im Folgenden die Begriffe axiale oder radiale Richtung und Umfangsrichtung verwendet, so wird auf diese Rotationsachse Bezug genommen.
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Die Reibplatte weist eine Mehrzahl von Ringelementen auf, welche in Schichten aufeinander gestapelt sind. Um eine hohe Stabilität zu erreichen bevorzugt eine Anzahl von Ringelementen mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier Ringelemente, miteinander gestapelt. Um dennoch eine ausreichende Wärmeaufnahmefähigkeit zu gewährleisten, ist hier nun vorgeschlagen, diese Ringelemente flächig stoffschlüssig miteinander zu fügen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Ringelemente vollflächig stoffschlüssig miteinander gefügt, das heißt über die gesamte gebildete Spaltfläche stoffschlüssig miteinander gefügt. Sind die Ringelemente nur teilweise also teilflächig stoffschlüssig miteinander gefügt, so ist zumindest eine Kernfläche von zumindest 50 %, bevorzugt mindestens 80 % [Prozent], stoffschlüssig gefügt. Bei einem teilflächigen stoffschlüssigen Fügen ist besonders bevorzugt ein solches Verbindungsmuster erzeugt, dass bei einem thermischen Eintrag eine resultierende Wärmedehnung ein Topfungsverhalten positiv beeinflusst ist. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Ringelemente vor oder nach dem miteinander Fügen gerichtet, also die ideale Ringform angenähert, eingeebnet und gewuchtet.
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Bevorzugt ist das flächige stoffschlüssige miteinander Fügen als aufschmelzendes Fügeverfahren, beispielsweise Ultraschallschweißen oder Orbitalreibschweißen, durchgeführt. Beim Ultraschallschweißen werden die benachbarten Ringelemente gegeneinander verpresst und infolge von Vibrationen im Ultraschallfrequenzbereich werden die obersten Atomschichten der benachbarten Ringelemente stoffschlüssig miteinander verbunden, sodass die einzelnen Ringelemente in den stoffschlüssig gefügten Bereichen jeweils nahezu spaltfrei aneinander liegen. Ähnlich werden die benachbarten Ringelemente beim Orbitalreibschweißen miteinander gefügt. Der Wärmeübergang zwischen den einzelnen Ringelementen reicht anschließend an ein Vollmaterial heran. Ein weiterer Vorteil dieser Fügeverfahren ist, dass der Wärmeeintrag im Fügeprozess derart gering ist, dass das Material beziehungsweise (Kristall-) Gefüge des Materials außerhalb der miteinander verschweißten Atomschichten beziehungsweise Oberflächenschicht nicht weiter thermisch beeinflusst oder beeinträchtigt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Reibplatte ist zumindest eines der Ringelemente aus Flachbandblech hochkant-gewickelt zu einem Ring geformt, und bevorzugt aus einem Stahlblech gebildet.
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Ein solches Ringelement ist aus einem Flachbandblech hochkant-gewickelt, wie es beispielsweise aus der
DE 10 2011 080 927 A1 bekannt ist. Bevorzugt sind alle Ringelemente aus einem Flachbandblech hochkant-gewickelt.
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Bevorzugt ist zumindest eines der Ringelemente aus einem Stahlblech gefertigt, welcher die Vorteile einer hohen Wärmekapazität und Formstabilität mit einer ausreichend guten Formbarkeit und Veränderbarkeit von Eigenschaften wie Elastizität und Reibverschleißfestigkeit der Reiboberfläche aufweist. Gemäß einer Ausführungsform sind nicht alle Ringelemente aus einem Stahlblech gebildet oder die Ringelemente mit einem unterschiedlichen Kristallgefüge ausgestattet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Reibplatte sind zumindest zwei hochkant-gewickelte Ringelemente vorgesehen, welche in Umfangsrichtung zumindest eine, bevorzugt radial verlaufende, Stoßnaht aufweisen, wobei die Stoßnähte der, bevorzugt benachbarten, Ringelemente in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, bevorzugt keine der Stoßnähte einer Reibplatte in axialer Überdeckung angeordnet sind.
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Bei dieser Ausführungsform sind die Ringelemente jeweils stoßseitig des zu einem Ring geformten hochkant-gewickelten Flachbandblech auf Stoß stoffschlüssig miteinander verbunden, bevorzugt verschweißt, beispielsweise reibverschweißt oder Laser-verschweißt. Diese Stoßnähte, bevorzugt direkt benachbarter, Ringelemente sind in Umfangsrichtung zueinander versetzt. Hierdurch sind die Stoßnähte bei einer Ausführungsform, bei welcher die Stoßnaht die Schwachstelle bildet, durch das Vollmaterial eines anderen, bevorzugt direkt benachbarten, Ringelements gestützt.
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Besonders bevorzugt sind die Stoßnähte bei einer Mehrzahl von Ringelementen alle mit einem unterschiedlichen Winkel zur Rotationsachse ausgerichtet und befinden sich also nicht in axialer Überdeckung, wodurch eine mögliche Materialschwäche in der Stoßnaht ausgeglichen ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Reibplatte weist dasjenige Ringelement, welches axial außenseitig eine Reiboberfläche bildet, zumindest an dieser Reiboberfläche eine höhere Reibverschleißfestigkeit auf als das zumindest eine andere Ringelement, wobei bevorzugt dieses zumindest eine andere Ringelement eine höhere Elastizität aufweist als das axial außenseitig eine Reiboberfläche bildende Ringelement.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist die (offenliegende) Außenseite des außenseitigen Ringelements, bei einer Anpressplatte und einer Gegenplatte die der korrespondierenden Reibscheibe zugewandte Außenseite und bei einer Zwischenplatte beide Außenseiten, mit einer hohen Reibverschleißfestigkeit ausgestattet. Die hohe Reibverschleißfestigkeit ist beispielsweise mittels der Wahl eines Werkstoffs mit hoher Reibverschleißfestigkeit, Beschichten mit einem Material mit hoher Reibverschleißfestigkeit oder ein thermisches Anlassen oder Härten erreichbar. Alternativ ist das Ringelement aus einem Material gefertigt, welches grundsätzlich eine höhere Verschleißfestigkeit aufweist als das Material der anderen Ringelemente.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind zudem oder alternativ andere Ringelemente, insbesondere axial innenliegende Ringelemente gegenüber einem anderen, beispielsweise den beiden außenliegenden oder mehreren weiter außenliegenden, Ringelement(en) mit einer höheren Elastizität ausgeführt. Dies ist beispielsweise mittels eines anderen Kristallgefüges oder mittels eines anderen Materials als das zumindest eine andere weniger elastische Ringelement, welches beispielsweise die Reiboberfläche bildet, erreicht. Hierdurch wird nach dem Grundprinzip eines menschlichen Röhrenknochens oder eines Baumstamms die Belastbarkeit der Reibplatte gegenüber der axialen Anpresskraft und einem gegebenenfalls in radialer Richtung und/oder Umfangsrichtung ungleichmäßigen reibschlüssigen Drehmomenteintrag, besonders beim Einrücken, erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Reibplatte ist zumindest eines der Ringelemente aus einem Material mit einem zu dem zumindest einen anderen Ringelement unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet, wobei die Ringelemente der Reibplatte derart miteinander gefügt sind, dass ein Topfen gemindert oder verhindert ist.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist ein Topfen auf ein vernachlässigbares Maß gemindert oder gänzlich unterbunden, indem die miteinander verbundenen Materialien einer Reibplatte zueinander unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Reibplatte weist die Reibplatte zumindest einen radial auskragenden Federlappen auf, wobei der Federlappen axial zwischen zwei Ringelementen angeordnet und mit diesen stoffschlüssig gefügt ist, wobei bevorzugt der zumindest eine Federlappen in einer Schichtebene mit zumindest einem Ringsegment angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt der zumindest eine Federlappen und das zumindest eine Ringsegment gemeinsam eine geschlossene Ringfläche bilden und/oder wobei besonders bevorzugt der Federlappen und/oder das Ringsegment aus einem Blechmaterial gestanzt sind.
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Bei dieser Ausführungsform sind Federlappen vorgesehen, bevorzugt eine Mehrzahl, welche rotationssymmetrisch angeordnet sind. Dieser Federlappen ist nicht lediglich von außen aufgeschweißt, sondern zwischen zwei Ringelementen angeordnet. Hierdurch ist die Bindungsfestigkeit des Federladens in der Reibplatte deutlich erhöht.
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In Umfangsrichtung benachbart zu einem Federlappen ist in der gleichen Schichtebene bevorzugt zumindest ein Ringsegment vorgesehen, sodass der Federlappen und das Ringsegment eine axial beidseitig ebene Fläche bilden, welche mit den benachbarten Ringelementen eben verbindbar sind. Sind beispielsweise drei Federlappen vorgesehen, so sind in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls drei Ringsegmente vorgesehen, welche jeweils zwischen den Federlappen in Umfangsrichtung auf Stoß angeordnet sind. In einer Ausführungsform bildet ein Ringsegment Aussparungen und/oder radiale Durchgänge, beispielsweise indem das Ringsegment aus einer Mehrzahl von Untersegmenten gebildet ist. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Reibplatte Kühlöffnungen, beispielsweise in einer nass ausgeführten Reibkupplung oder als innenbelüftete Bremsscheibe, aufweisen soll. Bei dem Fügeschritt sind bei radial durchgehend gebildeten Aussparungen bevorzugt Zwischenfügeelemente vorgesehen, welche nicht stoffschlüssig verbunden werden und nach dem Fügeschritt wieder entnehmbar sind. Hierdurch ist ein Verziehen der Ringelemente oder zumindest eine Beeinträchtigung der Ebenheit der Reiboberfläche unterbunden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Federlappen und/oder das Ringsegment aus einem Blechmaterial, bevorzugt aus dem gleichen Rohblech, gestanzt. Eine drehzahlbedingte Verwindung der Reibplatte ist ausreichend mittels der beiden vollflächig oder großflächig stoffschlüssig verbundenen benachbarten Ringelemente unterbunden. Bevorzugt sind der Federlappen und das Ringsegment aus der gleichen Blechstärke gebildet. Hierdurch ist in einfacher Weise eine große Ebenheit erzielbar. Besonders bevorzugt sind der Federlappen und das Ringsegment aus dem gleichen Rohblech gestanzt, wobei bevorzugt die Federlappen aus den Restlücken zwischen den bogensegmentförmigen Ringsegmenten gefertigt sind. Aufgrund der Form der Federlappen und der Ringsegmente ist der Anfall von Stanzschrott und damit die Materialausnutzungseffizienz ausreichend hoch. Zudem ist ein gleichartiges thermisches Verhalten und stoffschlüssiges Fügeverhalten sichergestellt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für eine Reibplatte nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- a. Stapeln einer Mehrzahl von Ringelementen in einer konzentrischen Anordnung;
- b. Flächig stoffschlüssiges Fügen von jeweils benachbarten Ringelementen, sodass benachbarte Ringelemente jeweils eine Schichtebene der Reibplatte bildend flächig stoffschlüssig miteinander gefügt sind,
wobei bevorzugt in Schritt a. zunächst zwei Ringelemente gestapelt werden und in Schritt b. verbunden werden und anschließend Schritt a. und Schritt b. in der Weise wiederholt werden, dass der im jeweils vorhergehenden Schritt b. stoffschlüssig gefügte Stapel mit einem weiteren Ringelement stoffschlüssig gefügt wird, und zwar Schritt a. und Schritt b. solange wiederholt werden, bis die gewünschte Anzahl von Schichtebenen der Reibplatte gebildet ist.
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Das hier beschriebene Herstellungsverfahren ist für die Herstellung einer Reibplatte nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung geeignet und insofern wird auf die Beschreibung im Zusammenhang mit der Reibplatte verwiesen und dort beschriebene Verfahrensmerkmale sind alternative oder ergänzende Ausführungsformen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens.
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In Schritt a. werden eine Mehrzahl von Ringelementen schichtweise miteinander gestapelt und zueinander konzentrisch angeordnet. Die einzelnen Ringelemente sind unterschiedlich ausführbar, das heißt sie weisen beispielsweise teils Ausbuchtungen radial nach innen und/oder nach außen auf und teils keine radialen Ausbuchtungen auf und/oder weisen Aussparungen auf. In einer bevorzugten Ausführungsform werden nur zwei Ringelemente miteinander gestapelt, wodurch eine flächige stoffschlüssige Verbindung der zwei Ringelemente miteinander erleichtert ist, weil sichergestellt ist, dass die mitunter zum flächig stoffschlüssigen Fügen benötigte Presskraft in dem einzigen Fügespalt in gewünschter Höhe vorliegt.
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In Schritt b. werden nun die gestapelten Ringelemente mittels flächig stoffschlüssigem Fügeverfahren miteinander verbunden. Die benachbarten Ringelemente sind danach vollflächig oder großflächig stoffschlüssig miteinander derart miteinander verbunden, dass ein Wärmeübergang im Bereich der Verbindungsfläche an einen Wärmeübergang in einem Vollmaterial heranreicht.
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Bevorzugt werden jeweils zwei Ringelemente miteinander in Schritt b. flächig stoffschlüssig miteinander verbunden und bei einer Ausführung einer Reibplatte mit drei oder mehr Ringelementen wird das Ringelement mit demjenigen Stapel flächig stoffschlüssig gefügt, welcher bereits in einem vorhergehenden Durchlauf des Herstellungsverfahrens stoffschlüssig gefügt ist. Dies wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Anzahl an Schichten gebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eines der Ringelemente aus zumindest einem Federlappen und zumindest einem Ringsegment gebildet, welche nach Abschluss des Herstellungsverfahrens zwischen zumindest zwei solchen Ringelementen gefügt sind, welche vollumfänglich geschlossen gebildet sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird vor Schritt b. in einem Schritt c. ein Ringelement mittels Hochkant-Wickeln eines Flachbandblechs gebildet, und bevorzugt werden die Ringelemente flach gerichtet.
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Zunächst wird ein Flachbandblech mittels Hochkant-Wickeln zu einem Ring geformt, wobei das Ringelement bevorzugt an den Endseiten auf Stoß stoffschlüssig miteinander gefügt werden. Dieses Hochkant-Wickeln ist beispielsweise aus der
DE 10 2011 080 927 A1 bekannt. Das Flachbandblech weist zur Ausbildung radialer Ausbuchtungen gemäß einer Ausführungsform seitliche Ausbuchtungen auf oder ist an zumindest einer der beiden Außenkanten glatt ausgeführt. Alternativ werden solche radialen Ausbuchtungen in einem Zwischenschritt nach Schritt c. ausgeformt, beispielsweise spanend oder mittels Stanzen.
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Vorteilhaft für eine ausreichende Ebenheit der Reibeoberflächen werden die Ringelemente, welche mittels Hochkant-Wickeln uns eines Flachbandblech hergestellt sind, zunächst (flach) gerichtet, also ein Verzug infolge eines Stauchens des radial innenliegenden Bereichs und eines Dehnens des radial außenliegenden Bereichs des Flachbandblechs mittels entsprechender (Kalt-) Umformung ausgeglichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird Schritt b. mittels flächig aufschmelzendem stoffschlüssigen Fügeverfahren durchgeführt.
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Das Ultraschallschweißen oder Orbitalreibschweißen hat die Vorteile einer einfachen und zuverlässigen Prozessführung, und ist zudem an individuelle Bedürfnisse hinsichtlich Form der Verbindungsfläche, Presskraft und notwendige Verschweißungsdauer anpassbar. Zudem ist der thermische Eintrag in das Material gering bis hin zu vernachlässigbar. Auch sind unterschiedlichste Materialien miteinander verbindbar, sodass beispielsweise Maßnahmen gegen ein Topfen mittels einer geeigneten Materialwahl ergriffen werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Reibkupplung mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, wobei die Reibkupplung zumindest die folgenden Komponenten umfasst:
- - eine Eingangswelle;
- - zumindest eine Ausgangswelle;
- - zumindest ein Reibpaket, umfassend zumindest eine Anpressplatte, zumindest eine Reibscheibe und eine Gegenplatte, wobei das Reibpaket verpressbar ist und mittels des verpressten Reibpakets ein Drehmoment zwischen der Eingangswelle und einer der Ausgangswellen übertragbar ist.
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Die Reibkupplung vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Anpressplatte und/oder die zumindest eine Gegenplatte eine Reibplatte nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung umfasst, bevorzugt allein aus einer solchen Reibplatte gebildet ist.
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Die Reibkupplung ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment lösbar von einer Abtriebswelle auf einen Verbraucher und umgekehrt zu übertragen. Dies wird in der Regel über das (zumindest eine) Reibpaket erreicht, welches eine axial verschiebbare, in der Regel mit der Abtriebswelle rotationsfeste, Anpressplatte aufweist, welche gegen zumindest eine korrespondierende Reibscheibe pressbar ist. Infolge der Anpresskraft ergibt sich eine Reibkraft über die Reibfläche, welche (näherungsweise) multipliziert mit dem mittleren Radius der Reibfläche ein übertragbares Drehmoment ergibt.
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Bei vielen Anwendungen ist der Wärmeeintrag hoch. Hier wird nun eine vorteilhafte Reibplatte vorgeschlagen, welche für hohe Anforderungen an eine Reibkupplung geeignet ist und dennoch kostengünstig und zuverlässig fertigbar ist. Obgleich die Reibplatte aus mehreren Schichten dünnerer Ringelemente gebildet ist, ist eine an Vollmaterial heranreichende Drehmomentübertragung und/oder Wärmeübertragung erzielbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Bremseinrichtung mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, wobei die Bremseinrichtung zumindest die folgenden Komponenten umfasst:
- - eine Welle;
- - eine Lagereinrichtung, in welcher die Welle rotierbar aufgenommen ist;
- - zumindest eine Bremsscheibe, welche Rotationsfest mit der Welle verbunden ist; und
- - zumindest ein Reibkörper, welcher relativ zu der Lagereinrichtung fixiert ist und zum Entschleunigen der Welle axial gegen die Bremsscheibe pressbar ist.
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Die Bremseinrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Bremsscheibe eine Reibplatte nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung umfasst, bevorzugt allein aus einer solchen Reibplatte gebildet ist.
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Bei vielen Anwendungen ist der Wärmeeintrag hoch. Hier wird nun eine vorteilhafte Bremsscheibe vorgeschlagen, welche für hohe Anforderungen an eine Bremseinrichtung geeignet ist und dennoch kostengünstig und zuverlässig fertigbar ist. Obgleich die Reibplatte aus mehreren Schichten dünnerer Ringelemente gebildet ist, ist eine an Vollmaterial heranreichende Drehmomentübertragung und/oder Wärmeübertragung erzielbar.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, aufweisend ein Antriebsaggregat mit einer Abtriebswelle, zumindest einen Verbraucher und eine Reibkupplung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Abtriebswelle mittels der Reibkupplung mit dem zumindest einen Verbraucher trennbar drehmomentübertragend verbindbar ist.
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Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einem Antriebsaggregat, zum Beispiel einer Energiewandlungsmaschine, bevorzugt einer Verbrennungskraftmaschine oder einer elektrischen Antriebsmaschine, bereitgestelltes und über ihre Abtriebswelle abgegebenes Drehmoment für zumindest einen Verbraucher lösbar, also zuschaltbar und abschaltbar, zu übertragen.
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Um das Drehmoment gezielt und/oder mittels eines Schaltgetriebes mit unterschiedlichen Übersetzungen zu übertragen beziehungsweise eine Übertragung zu trennen, ist die Verwendung der oben beschriebenen Reibkupplung besonders vorteilhaft. Die für die hier vorgeschlagene Reibkupplung eingerichtete Reibplatte beziehungsweise die Mehrzahl von Reibplatten ist kostengünstig in der Herstellung und genügt zugleich höchsten Anforderungen für eine häufig betätigte und/oder mit hohen Anpresskräften betriebene Reibkupplung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, aufweisend zumindest ein Antriebsrad, welches mittels eines Antriebsstrangs nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
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Der oben beschriebene Antriebsstrang weist eine Reibkupplung geringer Baugröße auf, wobei daraus resultierend benötigte hohe Anpresskräfte und/oder Wärmebelastungen von der hier vorgeschlagenen Reibplatte in zufriedenstellender Weise aufnehmbar sind. Zugleich ist die Reibplatte kostengünstig herstellbar.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: eine schematische Darstellung eines Hochkant-Wickelns von Flachblech;
- 2: eine schematische Darstellung einer 360°-Wicklung zu einem Ring;
- 3: ein einzelnes Ringelement;
- 4: ein Stapel aus zwei gleichen Ringelementen;
- 5: eine Reibplatte aus drei gleichen Ringelementen;
- 6: ein Stapel mit Federlappen und Ringsegmenten;
- 7: eine Reibplatte mit Federlappen;
- 8: eine Reibkupplung mit gestapelter Ringplatte; und
- 9: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Reibkupplung.
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In 1 ist schematisch das Hochkant-Wickeln eines Rings aus einem Flachblech 15 dargestellt. Das Flachblech 15 weist eine geringere Dicke in Blattebene auf als die dargestellte Höhe, also die Ringbreite des Rings 4 in radialer Richtung zu der Rotationsachse 3. Dieses Aufwickeln des Flachblechs 15 ist als kontinuierlicher Prozess ausführbar, wobei ein Flachblech (in der Darstellung von rechts) ununterbrochen zugeführt wird.
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In 2 ist eine 360°-Hochkant-Wicklung eines Flachblechs 15 um die Rotationsachse 3 zu einem Ring schematisch dargestellt, wobei ein Abtrennen des aufgewickelten Flachblechs 15 bei der gezeigten endseitigen Stoßkante durchgeführt wird. Auch dieses Trennverfahren ist kontinuierlich ausführbar.
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In 3 ist ein hochkant-gewickeltes Ringelement 4 gezeigt, wobei eine radial zur Rotationsachse 3 ausgerichtete Stoßnaht 14 zu erkennen ist. Diese Stoßnaht 14 ist besonders bevorzugt per Laserschweißen gefügt.
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In 4 ist nun ein Stapel 16 oder aber eine fertige Reibplatte 1 dargestellt, welche gemäß einem Schritt a. gemäß der obigen Beschreibung konzentrisch zu der Rotationsachse 3 aufeinandergestapelt sind. Die beiden Ringelemente 4 bilden dabei eine (untere) erste Schichtebene 9 und eine (obere) zweite Schichtebene 10. In der hier dargestellten vorteilhaften Ausführungsform sind die Stoßnähte 14 der beiden Schichtebenen 9 und 10 in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet. Die beiden Schichtebenen 9 und 10 sind hier entweder als fertige Reibplatte 1 oder als (vorgefügter) Stapel 16 bereits miteinander flächig stoffschlüssig miteinander gefügt oder zunächst nur als Stapel 16 lose aufeinandergestapelt.
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In 5 ist gegenüber der 4 noch ein weiteres Ringelement 4 konzentrisch zur Rotationsachse 3 auf die die zweite Schichtebene 10 als Schichtebene 11 oben aufgestapelt. Auch hierbei sind die jeweiligen Stoßnähte 14 in Umfangsrichtung (alle) zueinander versetzt angeordnet, sodass keine der Stoßnähte 14 in axialer Überdeckung zueinander angeordnet sind. Auch hier bilden die Ringelemente 4 entweder bereits eine stoffschlüssig verbundene Reibplatte 1 oder zunächst nur einen losen Stapel 16, wobei bevorzugt die erste Schichtebene 9 und die zweite Schichtebene 10 bereits vorher, beispielsweise in einem Vorfertigungsschritt gemäß 4, flächig stoffschlüssig miteinander verbunden worden sind.
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In 6 ist ein alternativer Nachfolgeschritt a. oder b. zu dem Schritt a. oder Schritt b. gemäß 5 als Nachfolgeschritt a. oder b. zu dem Schritt a. oder Schritt b. gemäß 4 dargestellt. Hierbei ist die dritte Schichtebene 11 ein noch zu bildendes Ringelement, umfassend einen ersten Federlappen 6, einen zweiten Federlappen 7 und einen dritten Federlappen 8, wobei hier in bevorzugter Weise jeweils ein Ringsegment 13 auf Stoß mit den jeweils benachbarten Federlappen 6 und 7, 7 und 8 beziehungsweise 8 und 6 angeordnet sind. Auch hier ist bevorzugt keine der Stoßnähte 14 der Schichtebenen 9 bis 11 sowie keiner der radialen Spalte zwischen den Federlappen 6 bis 8 und den Ringsegmenten 13 in axialer Überdeckung angeordnet. Bevorzugt sind die erste Schichtebene 9 und die zweite Schichtebene 10 bereits in einem vorangehenden Schritt, wie beispielsweise in 4 dargestellt ist, miteinander flächig stoffschlüssig gefügt.
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In 7 ist eine Reibplatte 1 in einem Endzustand gezeigt, welche dem in 6 dargestellte Schritt a. oder b. nachfolgend gebildet ist. Hierbei sind nun der erste Federlappen 6, der zweite Federlappen 7 und der dritte Federlappen 8 und die Ringsegmente 13 zwischen der zweiten Schichtebene 10 und der vierten Schichtebene 12 als dritte Schichtebene 11 von zwei vollumfänglich geschlossenen Ringelementen 4 axial eingeschlossen. Bevorzugt sind die erste Schichtebene 9, die zweite Schichtebene 10 und die vierte Schichtebene 12 als hochkant-gewickelte Ringelemente 4 ausgebildet. Die Federlappen 6 bis 8 sind damit in der Reibplatte 1 sehr fest eingebunden. Auch hierbei sind die Stoßnähte 14 nicht in axialer Überdeckung zueinander angeordnet (vergleiche 4 und 6).
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In 8 ist beispielhaft eine Reibkupplung 2 mit einem Reibpaket 20 dargestellt, bei welchem die Anpressplatte 21 als Reibplatte 1 mit mehreren Schichtebenen 9 bis 11 von Ringelementen 4 gebildet ist. Die enge stoffschlüssige und, bevorzugt vollflächige, Verbindung der benachbarten Ringelemente 4 ist jeweils mittels einer dünneren Linie verdeutlicht. Zwischen der Anpressplatte 21 und einer hier aus Vollmaterial gebildeten Gegenplatte 23 ist eine Reibscheibe 22 mit beidseitig angebrachten Reibbelägen angeordnet. Zentral bei der Rotationsachse 3 der Reibkupplung 2 ist rechts in der Darstellung als Steckverzahnung eine Eingangsseite 18, beispielsweise zum Anschließen an eine Kurbelwelle, vorgesehen und links in der Darstellung eine Ausgangsseite 19, an welche beispielsweise eine Getriebewelle mittels Verschraubung anbindbar ist. Der (erste) Federlappen 6 ist hier mittels einer Blattfeder 32 beziehungsweise eines Blattfederpakets mit der Gegenplatte 23 rotatorisch fixiert, aber axial zum Einrücken und zum Ausrücken der Anpressplatte 21 beweglich aufgehängt. Das dargestellte Reibpaket 20 ist beispielsweise normal geöffnet ausgeführt, sodass erst durch Aufbringen einer Anpresskraft die Anpressplatte 21, die Reibscheibe 22 und die Gegenplatte 23 derart miteinander verpresst werden, dass ein Drehmoment reibschlüssig von der Eingangsseite 18 auf die Ausgangsseite 19 oder umgekehrt übertragbar ist.
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In 9 ist ein Antriebsstrang 17, umfassend ein Antriebsaggregat 24, hier als 3-zylindrige Verbrennungskraftmaschine dargestellt, eine Abtriebswelle 25 (beispielsweise eine Eingangsseite 18), eine Reibkupplung 2 und ein drehmomentübertragend verbundenes linkes Antriebsrad 27 und rechtes Antriebsrad 28, schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang 17 ist hier in einem Kraftfahrzeug 26 angeordnet, wobei das Antriebsaggregat 24 mit seiner Motorachse 31 quer zur Längsachse 30 vor der Fahrerkabine 29 angeordnet ist. Weiterhin ist hier beispielhaft eine Bremseinrichtung 33 in einem Ausbruch am rechten Antriebsrad 28 dargestellt, wobei eine solche oder ähnliche Bremseinrichtung 33 an allen Rädern vorgesehen sein kann. Die Welle 34 ist hier die Radnabe des rechten Antriebsrads 28, welche in einer Lagereinrichtung 35, bevorzugt lenkbar, axial fixiert und rotierbar gelagert ist. An der Welle 34 ist eine Bremsscheibe 37 rotatorisch fixiert und bevorzugt mittels einer Reibplatte 1 mit einer zu der Welle 34 gefluchteten Rotationsachse 3 gebildet. Ein Reibkörper 36, beispielsweise ein Bremsklotz, ist an der Lagereinrichtung axial bewegbar rotatorisch fixiert, sodass bei einem axialen Einrücken des Reibkörpers 36 die Welle 34 und damit das rechte Antriebsrad 28 entschleunigt wird.
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Die hier vorgeschlagene Reibplatte ist bei Erfüllung höchster Anforderungen hinsichtlich Stabilität und Wärmekapazität kostengünstig fertigbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reibplatte
- 2
- Reibkupplung
- 3
- Rotationsachse
- 4
- Ringelement
- 5
- Reiboberfläche
- 6
- erster Federlappen
- 7
- zweiter Federlappen
- 8
- dritter Federlappen
- 9
- erste Schichtebene
- 10
- zweite Schichtebene
- 11
- dritte Schichtebene
- 12
- vierte Schichtebene
- 13
- Ringsegment
- 14
- Stoßnaht
- 15
- Flachbandblech
- 16
- Stapel
- 17
- Antriebsstrang
- 18
- Eingangswelle
- 19
- Ausgangswelle
- 20
- Reibpaket
- 21
- Anpressplatte
- 22
- Reibscheibe
- 23
- Gegenplatte
- 24
- Antriebsaggregat
- 25
- Abtriebswelle
- 26
- Kraftfahrzeug
- 27
- linkes Antriebsrad
- 28
- rechtes Antriebsrad
- 29
- Fahrerkabine
- 30
- Längsachse
- 31
- Motorachse
- 32
- Blattfeder
- 33
- Bremseinrichtung
- 34
- Welle
- 35
- Lagereinrichtung
- 36
- Reibkörper
- 37
- Bremsscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015211881 A1 [0003]
- DE 102011080927 A1 [0004, 0014, 0034]
- DE 102015200891 A1 [0005]
