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Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung, insbesondere eine Doppelkupplung, die zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeuges mit einer Getriebeeingangswelle (oder bei einer Doppelkupplung mit einer von zwei Getriebeeingangswellen) eines Getriebes geeignet ist, mit mindestens einer Gegenplatte und mindestens einer Anpressplatte zum reibschlüssigen Verpressen einer Kupplungsscheibe zwischen der mindestens einen Gegenplatte und der mindestens einen Anpressplatte.
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Bei der Übertragung von Drehmomenten zwischen einer Antriebseite (z. B. Anpressplatte und Gegenplatte) und einer Abtriebsseite (z. B. Kupplungsscheibe) und wenn dabei Antriebseite und Abtriebsseite mit unterschiedlicher Drehzahl um die Drehachse rotieren, tritt ein Schlupf an den Reibflächen der Reibungskupplung auf. Dieser Schlupf erzeugt Wärme, durch die sich die Reibungskupplungen insbesondere beim Anfahren, Schalten oder bei anderen Fahrzuständen, bei denen Schlupf auftritt, aufheizen. Damit die Reibflächen nicht überhitzen, was zu Fading, übermäßigem Verschleiß der Reibbeläge und thermisch bedingten Bauteilverformungen führen kann, wird die in die Reibungskupplung eingebrachte Reibenergie kurzfristig durch Aufheizen des Materials in den Kupplungsplatten (Anpressplatte/ Gegenplatte/ Kupplungsscheibe/ Zwischenplatte) zwischengespeichert. Anschließend gibt die Reibungskupplung Wärme an die sie umgebende Luft ab (Konvektion). Um die Reibungskupplung effektiv zu kühlen, muss die Luft bzw. das in der Kupplungsglocke (dem Kupplungsgehäuse) befindliche Fluid wieder abgekühlt oder ausgetauscht werden.
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Bei geschlossenen Kupplungsglocken (bzw. Kupplungsgehäusen) gibt die von der Reibungskupplung aufgeheizte Luft (bzw. das Fluid) ihre Wärme an das Kupplungsgehäuse ab, das wiederum von der Luft im Motorraum des Kraftfahrzeugs gekühlt wird. Im Gegensatz dazu findet bei offenen Kupplungsglocken ein Luftaustausch in der Kupplungsglocke statt. Offene Kupplungsglocken kühlen die Reibungskupplungen daher viel effektiver und ermöglichen daher größere und/oder häufigere Energieeinträge in die Reibungskupplung als geschlossene Kupplungsglocken. Der große Nachteil von geöffneten Kupplungsglocken ist jedoch, dass nicht nur Frischluft in die Kupplungsglocke eingebracht wird, sondern auch Schmutz und Feuchtigkeit eingetragen werden. Bei Kraftfahrzeugen werden daher die meisten Reibungskupplungen in geschlossenen Kupplungsglocken verbaut, um die Reibungskupplung von Umgebungseinflüssen zu schützen. Der eingeschränkte Wärmeaustausch ist dabei aber ein häufiges Problem.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die in dem Stand der Technik entdeckten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und eine Reibungskupplung vorzuschlagen, bei der eine effektivere Kühlung der Reibungskupplung in einem geschlossen ausgeführten Kupplungsgehäuse ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Reibungskupplung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Es wird eine Reibungskupplung vorgeschlagen, mit einer sich entlang einer axialen Richtung erstreckenden Drehachse und einem Kupplungsgehäuse, das einen Innenraum umschließt und den Innenraum von einer Umgebung trennt, wobei in dem Innenraum zumindest eine Gegenplatte und eine entlang der axialen Richtung verlagerbare Anpressplatte zum reibschlüssigen Verpressen einer Kupplungsscheibe zwischen der Gegenplatte und der Anpressplatte angeordnet sind, wobei die Reibungskupplung mindestens ein Wärmerohr aufweist, das so angeordnet ist, dass thermische Energie aus dem Innenraum hin zur Umgebung ableitbar ist.
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Insbesondere umschließt das Kupplungsgehäuse also die genannten Komponenten der Reibungskupplung und ist gegenüber einer Umgebung der Reibungskupplung geschlossen ausgeführt.
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Ein Wärmerohr (auch als Heatpipe bezeichnet) ist ein bekanntes Bauteil, das Wärme (thermische Energie) sehr effizient von einem heißeren Ort zu einem kälteren Ort transportieren kann. Die hohe Leistungsdichte auch bei kleinen Temperaturdifferenzen wird z. B. durch ein geschlossenes, zweiphasiges System ermöglicht. Eine Innenwand des Wärmerohrs kann mit einer Kapillarstruktur ausgekleidet sein. Die Kapillarstruktur kann aus verschiedenen Strukturen, z. B. einem Netzgewebe, sich zwischen einem heißen Ende und einem kalten Ende des Wärmerohrs erstreckenden und in die Wandung eingearbeiteten Kapillarrillen oder einer porösen Sinterstruktur bestehen. Die Kapillarstruktur kann mit einem flüssigen Wärmeträgerfluid gesättigt sein. Durch Wärmezufuhr an dem heißen Ende des Wärmerohrs kann das Wärmeträgerfluid aus den Kapillaren verdampfen. Der Dampf wird zum kalten Ende geleitet und kondensiert in den dort vorhandenen Kapillaren. Das an dem kalten Ende entstehende Kondensat kann infolge der Kapillarkraft wieder zum heißen Ende zurücktransportiert werden. Der Kreislauf ist damit geschlossen. Das Wärmerohr kann eine bis zu zwei Größenordnungen höhere Wärmemenge transportieren als ein Bauteil gleicher geometrischer Abmessung z. B. aus massivem Kupfer.
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Die Kapillarstruktur innerhalb des Wärmerohrs kann insbesondere so große Kräfte erzeugen, dass das Kondensat auch gegen die Richtung der Schwerkraft gefördert werden kann. Das bedeutet, dass die Verdampfungszone oberhalb der Kondensationszone liegen und die Strömung des Wärmeträgerfluids entgegen dem Schwerefeld verlaufen kann. Verdampfungszone und Kondensationszone sind meist durch eine adiabate Transportzone für das Wärmeträgerfluid getrennt. Das Wärmerohr arbeitet insbesondere allein aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem heißen Ende und dem kalten Ende und ohne mechanisch bewegte Teile. Somit kann ein Wärmerohr verschleiß- und wartungsfrei ausgeführt sein.
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Insbesondere ist das mindestens eine Wärmerohr an dem Kupplungsgehäuse angebunden. Insbesondere ist nur das heiße Ende an dem Kupplungsgehäuse angebunden, wobei das kalte Ende beabstandet von dem Kupplungsgehäuse, z. B. in der Umgebung angeordnet ist. Bevorzugt ist das kalte Ende so angeordnet, dass es einem Fahrtwind eines bewegten Kraftfahrzeuges ausgesetzt ist, in dem die Reibungskupplung verbaut ist.
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Bevorzugt sind ein heißes Ende des mindestens einen Wärmerohrs innerhalb des Innenraums und ein kaltes Ende des mindestens einen Wärmerohrs außerhalb des Innenraums angeordnet sind.
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Insbesondere sind eine Mehrzahl von Wärmerohren entlang einer Umfangsrichtung (gleichmäßig) verteilt an dem Kupplungsgehäuse angebunden.
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In dem Kupplungsgehäuse können Wärmeleitstrukturen vorgesehen sein, die Wärme in höherem Maße aufnehmen und/oder hin zum heißen Ende des mindestens einen Wärmerohrs hin transportieren können. Insbesondere können dafür auch Materialien verwendet werden, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die sonst für die Kupplungsdeckel verwendeten Materialen aufweisen (z. B. Kupfer, gegenüber dem üblicherweise verwendeten Stahl.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1: ein Wärmerohr in einer Seitenansicht im Schnitt;
- 2: eine Reibungskupplung mit einem Getriebe in einer Seitenansicht im Schnitt; und
- 3: eine weitere Reibungskupplung in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt.
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Die 1 zeigt ein Wärmerohr 10 in einer Seitenansicht im Schnitt. Ein Wärmerohr 2 ist ein bekanntes Bauteil, das Wärme 17 (thermische Energie) sehr effizient von einem heißeren Ort zu einem kälteren Ort transportieren kann. Eine Innenwand der Wandung 14 des Wärmerohrs 10 ist mit einer Kapillarstruktur 16 ausgekleidet. Durch Zufuhr von Wärme 17 an dem heißen Ende 11 des Wärmerohrs 10 kann das Wärmeträgerfluid aus der Kapillarstruktur 16 verdampfen. Der Dampf wird zum kalten Ende 12 geleitet und kondensiert in der dort vorhandenen Kapillarstruktur 16. Das an dem kalten Ende 12 entstehende Kondensat kann infolge der Kapillarkraft wieder zum heißen Ende 11 zurücktransportiert werden. Der Kreislauf ist damit geschlossen. Die an dem heißen Ende 11 vorliegende Verdampfungszone und die an dem kalten Ende 12 vorliegende Kondensationszone sind durch eine adiabate Transportzone 15 für das Wärmeträgerfluid getrennt.
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2 zeigt eine Reibungskupplung 1 (eine Doppelkupplung mit zwei Anpressplatten 8 und zwei Gegenplatten 7 sowie zwei Kupplungsscheiben 9) mit einem Getriebe 18 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Reibungskupplung 1 umfasst eine sich entlang einer axialen Richtung 2 erstreckenden Drehachse 3 und ein Kupplungsgehäuse 4, das einen Innenraum 5 umschließt und den Innenraum 5 von einer Umgebung 6 trennt, wobei in dem Innenraum 5 die Gegenplatten 7 und entlang der axialen Richtung 2 verlagerbare Anpressplatten 8 zum reibschlüssigen Verpressen der Kupplungsscheiben 9 zwischen der jeweiligen Gegenplatte 7 und Anpressplatte 8 angeordnet sind. Die Reibungskupplung 1 weist ein Wärmerohr 10 auf, das so an dem Kupplungsgehäuse 4 angeordnet ist, dass thermische Energie (Wärme 17) aus dem Innenraum 5 hin zur Umgebung 6 ableitbar ist.
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3 zeigt eine weitere Reibungskupplung 1 (Doppelkupplung) in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt. Es sind zwei Wärmerohre 10 in Umfangsrichtung 13 verteilt an dem Kupplungsgehäuse 4 angeordnet. Beide Wärmerohre 10 sind nur über das heiße Ende 11 an dem Kupplungsgehäuse 4 angebunden, wobei das kalte Ende 12 beabstandet von dem Kupplungsgehäuse 4 in der Umgebung 6 angeordnet ist.
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Ein heißes Ende 11 des unten dargestellten Wärmerohrs 10 ist innerhalb des Innenraums 5 und ein kaltes Ende 12 außerhalb des Innenraums 5 angeordnet.
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In dem Kupplungsgehäuse 4 sind Wärmeleitstrukturen 19 vorgesehen, die Wärme 17 in höherem Maße aufnehmen und/oder hin zum heißen Ende 11 des oben dargestellten Wärmerohrs 10 transportieren können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reibungskupplung
- 2
- axiale Richtung
- 3
- Drehachse
- 4
- Kupplungsgehäuse
- 5
- Innenraum
- 6
- Umgebung
- 7
- Gegenplatte
- 8
- Anpressplatte
- 9
- Kupplungsscheibe
- 10
- Wärmerohr
- 11
- heißes Ende
- 12
- kaltes Ende
- 13
- Umfangsrichtung
- 14
- Wandung
- 15
- Transportzone
- 16
- Kapillarstruktur
- 17
- Wärme
- 18
- Getriebe
- 19
- Wärmeleitstruktur
