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Die Erfindung betrifft einen Funktionskupplungsbelag mit mindestens einer Reibfläche. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Trennkupplung mit einer Kupplungsscheibe, die mindestens einen derartigen Funktionskupplungsbelag umfasst.
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Die
US 2009/ 0 000 899 A1 offenbart einen ersten radial innen liegenden Belag mit geringerer Dicke und kleinerem Reibungskoeffizienten als ein zweiter, radial außen liegender Belag, sodass beim Schließen der Kupplung aus der geöffneten Stellung der Belag mit der größeren Dicke zuerst in Kontakt mit der Gegenfläche kommt. Zudem wird offenbart, dass ein Belag mit geringerer Dicke zwar einen größeren Reibungskoeffizienten aber auch einen größeren Kompressionsmodul aufweist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2016 216 249 A1 ist eine Kupplungsscheibe für eine Fahrzeugkupplung bekannt, insbesondere für eine Zweischeibenkupplung, wobei die Kupplungsscheibe eine scheibenförmige Trägerplatte mit einer ersten Reibseite und einer zweiten Reibseite umfasst, wobei auf der ersten Reibseite ein erster Reibbelag angeordnet ist und wobei auf der zweiten Reibseite eine zweiter Reibbelag angeordnet ist, wobei der erste Reibbelag von dem zweiten Reibbelag verschieden ist, wobei der erste Reibbelag ein keramischer Reibbelag ist und wobei der zweite Reibbelag ein organischer Reibbelag ist. Die aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2016 216 249 A1 bekannte Kupplungsscheibe wirkt in einer trockenlaufenden Kupplung mit einer Anpressplatte und einer Gegenplatte zusammen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2017 123 580 A1 ist eine Reiblamelle mit Reibbelagstücken bekannt, die einen Reibbelag darstellen, insbesondere für eine nasslaufende Lamellenkupplung, wobei der Reibbelag in mindestens vier Kreisringsektoren unterteilt ist, von denen mindestens zwei Kreisringsektoren unterschiedliche Nutmuster aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Funktionskupplungsbelag mit mindestens einer Reibfläche funktionell, insbesondere im Hinblick auf den Betrieb in einer Trennkupplung, zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Funktionskupplungsbelag mit mindestens einer Reibfläche dadurch gelöst, dass die Reibfläche mindestens einen Haftfunktionsbereich mit einem ausgeprägten Haftreibwert und mindestens einen Gleitfunktionsbereich mit einem ausgeprägten Gleitreibwert umfasst. Der beanspruchte Funktionskupplungsbelag ist zur Anwendung in trockenlaufenden Kupplungen ausgeführt. Als ausgeprägter Haftreibwert wird ein Haftreibwert oder Haftreibungskoeffizient bezeichnet, der signifikant größer als ein Gleitreibwert oder Gleitreibungskoeffizient in dem Haftfunktionsbereich ist. Der ausgeprägte Gleitreibwert ermöglicht im Kontakt mit Gegenflächen eine komfortable Synchronisation von unterschiedlichen Drehzahlen. Durch den ausgeprägten Gleitreibwert in dem Gleitfunktionsbereich kann insbesondere ein unerwünschtes Rupfen der Kupplung vermieden werden. Der ausgeprägte Haftreibwert in dem Haftfunktionsbereich des Funktionskupplungsbelags ermöglicht im geschlossenen Zustand der Kupplung eine Drehmomentübertragung von hohen Wechselmomenten. Derartige hohe Wechselmomente treten zum Beispiel im Betrieb von Hybridantriebssträngen von Kraftfahrzeugen auf. Der Funktionskupplungsbelag mit dem Haftfunktionsbereich und dem Gleitfunktionsbereich kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Der Funktionskupplungsbelag kann vorteilhaft mehr als einen Haftfunktionsbereich und gegebenenfalls auch mehr als einen Gleitfunktionsbereich aufweisen. Besonders vorteilhaft ist der Gleitfunktionsbereich so ausgeführt und angeordnet, dass die Wirkung des ausgeprägten Gleitreibwerts in dem Gleitfunktionsbereich beim Schließen der Kupplung vor der Wirkung des ausgeprägten Haftreibwerts in dem Haftfunktionsbereich zum Tragen kommt. Der Haftfunktionsbereich entfaltet seine Wirkung mit dem ausgeprägten Haftreibwert vorteilhaft erst dann, wenn die Kupplung geschlossen ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Funktionskupplungsbelags ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Haftfunktionsbereich in einer radialen Richtung versetzt zu einem Gleitfunktionsbereich angeordnet ist. So kann der Gleitfunktionsbereich zum Beispiel radial innerhalb des Haftfunktionsbereichs angeordnet sein, wenn dies funktionell Vorteile liefert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Funktionskupplungsbelags ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Haftfunktionsbereich in einer Umfangsrichtung versetzt zu einem Gleitfunktionsbereich angeordnet ist. So können zum Beispiel in einem im Wesentlichen kreisringförmigen Gleitfunktionsbereich in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig verteilt mehrere Haftfunktionsbereiche angeordnet werden. So kann, insbesondere in Kombination mit unterschiedlichen Belagfederungen, ein besonders komfortabler Trennkupplungsbetrieb einer mit dem Funktionskupplungsbelag ausgestatteten Trennkupplung sichergestellt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Funktionskupplungsbelags ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Haftfunktionsbereich und mindestens ein Gleitfunktionsbereich in einer radialen Richtung und/oder in einer Umfangsrichtung verschachtelt angeordnet sind. Verschachtelt bedeutet insbesondere, dass mindestens ein Haftfunktionsbereich und mindestens ein Gleitfunktionsbereich in einer radialen Richtung und/oder in einer Umfangsrichtung ganz oder teilweise überlappend angeordnet sind. So kann eine gewünschte Funktion des Funktionskupplungsbelags mit dem mindestens einen Haftfunktionsbereich und dem mindestens einen Gleitfunktionsbereich auf einfache Art und Weise nahezu beliebig variiert, insbesondere eingestellt, werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens einem Haftfunktionsbereich und mindestens einem Gleitfunktionsbereich Belagfederungen mit unterschiedlichen Federraten zugeordnet sind. Eine der Federraten kann im Extremfall auch gegen Unendlich gehen. So können gegebenenfalls mindestens ein Haftfunktionsbereich und/oder mindestens ein Gleitfunktionsbereich auch ohne Belagfederung ausgeführt sein. Es können aber auch sowohl dem Haftfunktionsbereich als auch dem Gleitfunktionsbereich Belagfederungen mit unterschiedlichen Federraten zugeordnet sein. Durch die unterschiedlichen Federraten kann auf einfache Art und Weise erreicht werden, dass entweder der Haftfunktionsbereich oder der Gleitfunktionsbereich im Zusammenwirken mit einer Gegenfläche beim Schließen der Kupplung früher oder später eine gewünschte Wirkung ausübt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dem Gleitfunktionsbereich eine Belagfederung mit einer höheren Federrate zugeordnet ist als dem Haftfunktionsbereich. So wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass in einem ungespannten Zustand des Funktionskupplungsbelags zunächst der Gleitfunktionsbereich in Kontakt mit einer Gegenfläche kommt. Dadurch wird eine komfortable Synchronisation von unterschiedlichen Drehzahlen ohne Rupfen erreicht. Ab einem bestimmten übertragenen Drehmoment kommt auch der Haftfunktionsbereich mit der Gegenfläche in Kontakt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Funktionskupplungsbelags ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitfunktionsbereich aus einem anderen Material gebildet ist als der Haftfunktionsbereich. Der Gleitfunktionsbereich ist zum Beispiel aus einem organischen Material gebildet. Bei dem organischen Material handelt es sich zum Beispiel um ein Material, wie es in herkömmlichen Anfahrkupplungen von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Der Haftfunktionsbereich kann auch aus einem organischen Material gebildet sein. Bei dem organischen Material des Haftfunktionsbereichs handelt es sich zum Beispiel um ein Material, wie es in Reibbelägen von Industriekupplungen verwendet wird. Als Industriekupplung wird zum Beispiel eine trockenlaufende Kupplung einer Bearbeitungsmaschine in der industriellen Fertigung bezeichnet. Eine solche Industriekupplung wird, im Unterschied zu Anfahrkupplungen von Kraftfahrzeugen, einmal geschlossen und bleibt dann für einen langen Zeitraum im geschlossenen Zustand. Der Haftfunktionsbereich kann aber auch aus einem Keramikmaterial gebildet sein, um den ausgeprägten Haftreibwert darzustellen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Haftfunktionsbereich und mindestens ein Gleitfunktionsbereich so ausgeführt und angeordnet sind, dass zuerst der Gleitfunktionsbereich in Kontakt mit einer Gegenfläche kommt, wenn eine mit dem Funktionskupplungsbelag ausgestattete Kupplung geschlossen wird. Dadurch wird eine komfortable Synchronisation von unterschiedlichen Drehzahlen beim Schließen der Kupplung erreicht. Ein unerwünschtes Rupfen beim Schließen der Kupplung wird vermieden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Funktionskupplungsbelags ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Haftfunktionsbereich so ausgeführt und angeordnet ist, dass der Haftfunktionsbereich in Kontakt mit der Gegenfläche kommt, sobald mit der Kupplung ein bestimmtes Drehmoment übertragen wird. Im geschlossenen Zustand der Kupplung verbessert der ausgeprägte Haftreibwert so die Drehmomentübertragung von hohen Wechselmomenten.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Kupplungsscheibe, die mindestens einem vorab beschriebenen Funktionskupplungsbelag umfasst.
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Die Erfindung betrifft besonders vorteilhaft eine Trennkupplung mit einer Kupplungsscheibe, die mindestens einen vorab beschriebenen Funktionskupplungsbelag umfasst. Bei der Trennkupplung handelt es sich vorzugsweise um eine trockenlaufende Trennkupplung. Bei der Trennkupplung handelt es sich vorzugsweise um eine sogenannte KO-Kupplung in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Hybridantriebsstrang ist zum Beispiel als Hybridmodul ausgeführt und mit der Trennkupplung ausgestattet. Die Trennkupplung ist in dem Hybridantriebsstrang beziehungsweise Hybridmodul eingangsseitig einem ersten Kupplungsbestandteil zugeordnet, der mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine drehgekoppelt oder drehkoppelbar ist. Ferner besitzt die Trennkupplung ausgangsseitig einen zweiten Kupplungsbestandteil, der mit einem Rotor einer Elektromaschine drehgekoppelt oder drehkoppelbar ist. Die Trennkupplung ist zum Beispiel als Einscheibenkupplung ausgebildet und vorteilhaft auf beiden Seiten mit jeweils einem vorab beschriebenen Funktionskupplungsbelag ausgestattet.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben einer Kupplung, insbesondere einer vorab beschriebenen Trennkupplung, in einem Hybridmodul oder Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine Kupplungsscheibe mit Funktionskupplungsbelägen, die einen Haftfunktionsbereich mit einem ausgeprägten Haftreibwert und einen Gleitfunktionsbereich mit einem ausgeprägten Gleitreibwert umfassen, im Längsschnitt;
- 2 eine ähnliche Kupplungsscheibe wie in 1 zur Veranschaulichung unterschiedlicher Belagfederungen in der Kupplungsscheibe;
- 3 eine Kupplungsscheibe, wie sie zum Beispiel in den 1 und 2 in verschiedenen Längsschnitten dargestellt ist, in einer Draufsicht;
- 4 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit unterschiedlichen Reibwertverläufen;
- 5 ein ähnliches Diagramm wie in 4 mit Reibwertverläufen von Funktionskupplungsbelägen mit einem ausgeprägten Haftreibwert; und
- 6 ein Kartesisches Koordinatendiagramm, in welchem die Reibwertverläufe aus den 4 und 5 zusammen dargestellt sind.
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In den 1 bis 3 ist eine Kupplungsscheibe 1; 21; 31 mit einem Trägerelement 2; 22; 32 in verschiedenen Schnitten beziehungsweise Ansichten dargestellt. Dabei kann es sich um unterschiedliche Kupplungsscheiben 1; 21; 31 handeln. Bei den 1 und 2 kann es sich aber auch um zwei Schnittansichten der in 3 dargestellten Kupplungsscheibe 31 handeln.
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Die in 1 dargestellte Kupplungsscheibe 1 ist mit mindestens einem Haftreibbelag 3 und mit mindestens einem Gleitreibbelag 4 ausgestattet. Die Reibbeläge 3, 4 sind mit Hilfe von Vernietungen 5 an dem Trägerelement 2 befestigt. Dem Gleitreibbelag 4 ist eine Belagfederung 6 zugeordnet.
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Die Kupplungsscheibe 1 umfasst in 1 links eine Reibfläche 11 und 1 rechts eine Reibfläche 12. Die Reibflächen 11, 12 kommen im Betrieb einer mit der Kupplungsscheibe 1 ausgestatteten Kupplung an Gegenflächen einer Anpressplatte und einer Gegendruckplatte der Kupplung zur Anlage. Beim Schließen der Kupplung werden die Reibflächen 11, 12 zusammengedrückt und reibschlüssig mit den Gegenflächen verbunden.
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Die Reibfläche 11 umfasst einen Haftfunktionsbereich 13 und einen Gleitfunktionsbereich 14. Analog umfasst die Reibfläche 12 einen Haftfunktionsbereich 15 und einen Gleitfunktionsbereich 16.
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Als Haftfunktionsbereich wird ein Bereich oder Abschnitt der Reibfläche mit einem ausgeprägten Haftreibwert bezeichnet. Analog wird als Gleitfunktionsbereich ein Abschnitt oder Bereich der Reibfläche mit einem ausgeprägten Gleitreibwert bezeichnet.
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Als Reibwert, Reibungskoeffizient oder auch Reibungszahl wird ein dimensionsloses Maß für die Reibungskraft im Verhältnis zur Anpresskraft zwischen zwei Körpern bezeichnet. Dabei wird zwischen Gleitreibung und Haftreibung unterschieden. Bei der Gleitreibung bewegen sich die Reibflächen relativ zueinander, während sie dies bei der Haftreibung nicht tun.
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Die in 2 dargestellte Kupplungsscheibe 21 umfasst zwei Funktionskupplungsbeläge 19, 20. Je nach Ausführung der Kupplungsscheibe 21 entsprechen die Funktionskupplungsbeläge 19 und 20 den Funktionskupplungsbelägen 7 und 8 in 1.
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Der Funktionskupplungsbelag 19 umfasst einen Haftfunktionsbereich 23 und einen Gleitfunktionsbereich 24. Der Funktionskupplungsbelag 20 umfasst einen Haftfunktionsbereich 25 und einen Gleitfunktionsbereich 26.
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Den Haftfunktionsbereichen 23, 25 ist eine Belagfederung 28 zugeordnet, die eine kleinere Federrate als die Belagfederung 6 in 1 aufweist, die den Gleitfunktionsbereichen 14 und 16 in 1 zugeordnet ist.
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Die in 3 dargestellte Kupplungsscheibe 31 umfasst einen Funktionskupplungsbelag 30, der an dem Trägerelement 32 angebracht ist. Das Trägerelement 32 ist mit einer Drehschwingungsdämpfungseinrichtung ausgestattet. Die Drehschwingungsdämpfungseinrichtung ist optional.
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Der Funktionskupplungsbelag 30 umfasst einen einteiligen Gleitreibbelag 33 und einen mehrteiligen Haftreibbelag 34. Der Gleitreibbelag 33 ist mit Hilfe einer Vernietung 35 an dem Trägerelement 32 befestigt. Der mehrteilige Haftreibbelag 34 umfasst insgesamt vier Haftfunktionsbereiche 36 bis 39. Die Haftfunktionsbereiche 36 bis 39 sind innerhalb eines Gleitfunktionsbereichs 40 angeordnet.
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In den 4 bis 6 ist jeweils ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse 41 und einer y-Achse 42 dargestellt. Auf der x-Achse 41 ist eine Relativgeschwindigkeit oder Gleitgeschwindigkeit in einer geeigneten Einheit aufgetragen. Auf der y-Achse 42 ist ein Reibwert aufgetragen.
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In 4 sind drei Reibwertverläufe 44, 45, 46 von herkömmlichen Kupplungsbelägen aufgetragen. In 5 sind drei Reibwertverläufe 51, 52, 53 mit ausgeprägtem Haftreibwert dargestellt. In 6 sind die Verläufe 44 bis 46 und 51 bis 53 aus den 4 und 5 zusammen dargestellt.
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Punkte 61 und 62 stellen unterschiedlich große Haftreibwerte dar. Der Haftreibwert 62 ist deutlich größer als der Haftreibwert 61 und wird auch als ausgeprägter Haftreibwert bezeichnet. Durch einen Doppelpfeil 63 sind verschiedene Größen von Gleitreibwerten der unterschiedlichen Reibbeläge oder Kupplungsbeläge veranschaulicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsscheibe
- 2
- Trägerelement
- 3
- Haftreibbelag
- 4
- Gleitreibbelag
- 5
- Vernietung
- 6
- Belagfederung
- 7
- Funktionskupplungsbelag
- 8
- Funktionskupplungsbelag
- 11
- Reibfläche
- 12
- Reibfläche
- 13
- Haftfunktionsbereich
- 14
- Gleitfunktionsbereich
- 15
- Haftfunktionsbereich
- 16
- Gleitfunktionsbereich
- 19
- Funktionskupplungsbelag
- 20
- Funktionskupplungsbelag
- 21
- Kupplungsscheibe
- 22
- Trägerelement
- 23
- Haftfunktionsbereich
- 24
- Gleitfunktionsbereich
- 25
- Haftfunktionsbereich
- 26
- Gleitfunktionsbereich
- 28
- Belagfederung
- 30
- Funktionskupplungsbelag
- 31
- Kupplungsscheibe
- 32
- Trägerelement
- 33
- Gleitreibbelag
- 34
- Haftreibbelag
- 35
- Vernietung
- 36
- Haftfunktionsbereich
- 37
- Haftfunktionsbereich
- 38
- Haftfunktionsbereich
- 39
- Haftfunktionsbereich
- 40
- Gleitfunktionsbereich
- 41
- x-Achse
- 42
- y-Achse
- 44
- Reibwertverlauf
- 45
- Reibwertverlauf
- 46
- Reibwertverlauf
- 51
- Reibwertverlauf
- 52
- Reibwertverlauf
- 53
- Reibwertverlauf
- 61
- Punkt
- 62
- Punkt
- 63
- Doppelpfeil
