-
Die Erfindung betrifft eine Kopplungsbaugruppe mit einem ersten Koppelelement, einem zweiten Koppelelement und mit einem Lamellenpaket, wobei das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement über das Lamellenpaket wahlweise reibschlüssig drehkoppelbar sind.
-
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Kopplungsbaugruppe.
-
Derartige Kopplungsbaugruppen und Verfahren zu deren Betrieb sind aus dem Stand der Technik bekannt. Kopplungsbaugruppen werden dabei beispielsweise in Getrieben von Kraftfahrzeugen genutzt, um Wellen wahlweise mit anderen Wellen oder Gehäusebauteilen zu koppeln. Auch werden Kopplungsbaugruppen zur wahlweisen drehfesten Verbindung von Wellen, Achsen und feststehenden Bauteilen in Maschinen und Anlagen verwendet.
-
Eine Kopplungsbaugruppe stellt dabei eine Sammelbezeichnung für Kupplungen und Bremsen dar. In diesem Zusammenhang sind Kupplungen Kopplungsbaugruppen, bei denen sowohl das erste Koppelelement als auch das zweite Koppelelement drehbare Bauteile sind. Bremsen hingegen sind Kopplungsbaugruppen, bei denen entweder das erste Koppelelement oder das zweite Koppelelement feststehend ausgebildet ist, z. B. als Gehäuse.
-
Generell umfasst das Lamellenpaket von Kopplungsbaugruppen der eingangs genannten Art mehrere Lamellen. Zudem ist das erste Koppelelement als sogenannter Innenlamellenträger ausgebildet oder mit einem Innenlamellenträger verbunden und das zweite Koppelelement als sogenannter Außenlamellenträger ausgebildet oder mit einem Außenlamellenträger verbunden. Der umgekehrte Fall ist selbstverständlich auch möglich.
-
Die Lamellen des Lamellenpakets lassen sich somit in zwei Gruppen einteilen. Auf dem Innenlamellenträger sind sogenannte Innenlamellen drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet. Diese Lamellen sind also drehfest mit dem ersten Koppelelement verbunden. Auf dem Außenlamellenträger sind sogenannte Außenlamellen drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet. Sie sind also drehfest mit dem zweiten Koppelelement verbunden. Üblicherweise sind die Innenlamellen und Außenlamellen entlang einer Mittelachse der Kopplungsbaugruppe alternierend angeordnet.
-
Sollen nun das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement über das Lamellenpaket reibschlüssig drehgekoppelt werden, so werden die Außenlamellen und die Innenlamellen derart mit einer Kraft entlang der Mittelachse der Kopplungsbaugruppe beaufschlagt, dass sie in axialer Richtung zusammengedrückt werden. Es ergibt sich so ein Reibschluss zwischen entlang der Mittelachse benachbarten Innen- und Außenlamellen.
-
Das mittels des Lamellenpakets der Kopplungsbaugruppe maximal übertragbare Drehmoment ist dabei von mehreren Faktoren abhängig. Im Wesentlichen wird es von der Größe der axialen Betätigungskraft, der für den Reibschluss zur Verfügung stehenden Flächen auf den jeweils miteinander interagierenden Lamellen, vom Reibungskoeffizienten der von jeweils zwei Lamellen gebildeten Reibpaarung sowie vom Reibradius bestimmt. Der Reibungskoeffizient stellt dabei einen dimensionslosen Faktor dar, über den sich durch Multiplikation mit der axialen Anpresskraft zweier Lamellen die Reibungskraft ermitteln lässt. Über den Reibradius lässt sich dann das zugehörige Reibmoment ermitteln. Der Reibungskoeffizient ist dabei insbesondere von der in der Reibpaarung vorliegenden Materialpaarung abhängig. Häufig wird der Reibungskoeffizient auch als Reibwert bezeichnet.
-
Für den Fall, dass die Kopplungsbaugruppe als Bremse ausgebildet ist, wird anstelle vom maximal übertragbaren Drehmoment auch vom maximalen Haltemoment gesprochen.
-
Das maximal übertragbare Drehmoment und das maximale Haltemoment sind in der Regel durch Bauraumvorgaben eingeschränkt, die zumindest mittelbar eine Anzahl an Lamellen sowie eine Größe der für den Reibschluss zur Verfügung stehenden Flächen und den Reibradius begrenzen. Ferner begrenzen üblicherweise die Eigenschaften des Lamellenmaterials eine maximal ertragbare Flächenpressung, wodurch die Betätigungskraft für die Kopplungsbaugruppe begrenzt ist.
-
Neben der Fähigkeit, ein möglichst hohes Drehmoment übertragen zu können oder bei vorgegebenem Drehmoment einen möglichst kleinen Bauraum zu beanspruchen, erfordern zahlreiche Anwendungsfälle eine Regelung der Kopplungsbaugruppe. Das bedeutet, dass während des Übergangs der Kopplungsbaugruppe von einem vollständig geöffneten Zustand, der auch als Lüftungszustand oder entkoppelter Zustand bezeichnet wird, in einen vollständig geschlossenen Zustand, in dem das maximale Drehmoment übertragen werden kann, stets die Übertragung eines vorgegebenen Drehmoments gewährleistet sein muss. Beispielsweise ist für diesen Übergang das zu übertragende Drehmoment durch eine Drehmomentkurve festgelegt. Es sollen also auf definierte Weise auch Drehmomente übertragen werden können, die geringer als das maximal übertragbare Drehmoment sind, aber trotzdem eine Drehkopplung des ersten Koppelelements mit dem zweiten Koppelelement bewirken.
-
Bei bekannten Kopplungsbaugruppen besteht dabei ein Zielkonflikt zwischen einer guten Regelbarkeit, also der Möglichkeit, das zu übertragende Drehmoment präzise einzustellen, und einem hohen übertragbaren Drehmoment. Das liegt daran, dass für die Übertragung von hohen Drehmomenten Reibpaarungen mit einem großen Reibungskoeffizienten verwendet werden müssen. Derart ausgestattete Kopplungsbaugruppen lassen sich aber hinsichtlich des in der Übergangssituation zu übertragenden Drehmoments schlecht regeln. Bei bekannten Kopplungsbaugruppen muss hier also stets ein Kompromiss gefunden werden.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, Kopplungsbaugruppen anzugeben, bei denen der Konflikt aus einem hohen übertragbaren Drehmoment und einer guten Regelbarkeit gelöst oder zumindest abgemildert ist.
-
Die Aufgabe wird durch eine Kopplungsbaugruppe gemäß Anspruch 1 gelöst. Unter einer Reibpaarung werden dabei zwei wahlweise reibschlüssig miteinander verbindbare Lamellenoberflächen verstanden, also z. B. eine Oberfläche einer Innenlamelle und eine mit dieser zusammenwirkenden Oberfläche einer Außenlamelle. Dabei können an einer einzigen Lamelle mehrere solche Oberflächen angeordnet sein, insbesondere zwei. Es kann also eine einzige Lamelle an der Ausbildung mehrerer Reibpaarungen beteiligt sein. Eine derartige Kopplungsbaugruppe ist gut regelbar. Dafür sorgen die Reibpaarungen mit dem ersten Reibungskoeffizienten. Gleichzeitig lässt sich aufgrund der Reibpaarungen mit dem zweiten Reibungskoeffizienten oder der Formschlusseinheit ein hohes maximales Drehmoment übertragen. Die erfindungsgemäße Kopplungsbaugruppe löst also den vorgenannten Konflikt auf. Neben der guten Regelbarkeit zeigt eine solche Kopplungsbaugruppe auch ein gutes Reibschwingverhalten und führt zu einem guten, sogenannten NVH (Noise Vibration Harshness) Verhalten. Das bedeutet, dass eine solche Kopplungsbaugruppe im Betrieb nur ein geringes Ausmaß an hör- und spürbaren Schwingungen, also an Vibrationen und Geräuschen, generiert.
-
Ausgehend von einer bekannten Kopplungsbaugruppe, die als Lamellenkupplung oder Lamellenbremse ausgeführt ist und bei der alle Reibpaarungen im Wesentlichen mit dem gleichen Reibungskoeffizienten ausgestattet sind, können die genannten Effekte und Vorteile beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Reibungskoeffizient bei einem Teil der Reibpaarungen ausgehend vom Reibungskoeffizienten der bekannten Kopplungsbaugruppe erhöht wird. Bei den übrigen Reibpaarungen kann der Reibungskoeffizient konstant bleiben oder erniedrigt werden. Auf diese Weise kann innerhalb eines gleichbleibenden Bauraums eine Kopplungsbaugruppe geschaffen werden, deren Drehmomentübertragungsfähigkeit gegenüber der bekannten Kopplungsbaugruppe gesteigert ist, wobei sie gleichzeitig besser regelbar ist. Alternativ kann bei im Vergleich zur bekannten Kopplungsbaugruppen gleichbleibender Drehmomentübertragungsfähigkeit durch eine derartige Maßnahme Bauraum eingespart werden.
-
Als Alternative zu den Reibpaarungen, die einen zweiten, vergleichsweise großen Reibungskoeffizienten aufweisen, kann auch eine Formschlusseinheit verwendet werden, über die das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement wahlweise formschlüssig drehkoppelbar sind. Über eine solche Formschlusseinheit können besonders hohe Drehmomente übertragen werden. Die Regelbarkeit wird bei dieser Variante über die Reibpaarungen mit dem ersten Reibungskoeffizienten sichergestellt. Eine Formschlusseinheit ist dabei als Äquivalent einer Reibpaarung anzusehen, bei der der Reibungskoeffizient unendlich groß ist.
-
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, die wahlweise Drehkopplung des ersten Koppelelements mit dem zweiten Koppelelement zweigeteilt zu gestalten, wobei ein erster Teil der Kopplung für eine gute Regelbarkeit derselben sorgt und ein zweiter Teil der Kopplung eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit sicherstellt.
-
Gemäß einer Ausführungsform hat die Kopplungsbaugruppe einen ersten Koppelbereich, in dem alle Reibpaarungen angeordnet sind, die einen ersten Reibungskoeffizienten aufweisen, und einen zweiten Koppelbereich, in dem alle Reibpaarungen angeordnet sind, die einen zweiten Reibungskoeffizienten aufweisen oder in dem die Formschlusseinheit angeordnet ist, insbesondere wobei der erste Koppelbereich entlang einer Mittelachse der Kopplungsbaugruppe an den zweiten Koppelbereich angrenzt. Für den Fall, dass Reibpaarungen mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten vorgesehen sind, sind diese also entsprechend ihres Reibungskoeffizienten gruppiert. Insbesondere sind die Reibpaarungen mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten also nicht entlang einer Mittelachse der Kopplungsbaugruppe alternierend angeordnet. Dies erleichtert einerseits die Montage der Kopplungsbaugruppe und führt andererseits zu einer guten Regelbarkeit derselben. Das gilt auch, wenn anstelle der Reibpaarungen mit dem zweiten Reibungskoeffizienten eine Formschlusseinheit verwendet wird.
-
Vorzugsweise liegt der erste Koppelbereich näher an einer Betätigungsschnittstelle der Kopplungsbaugruppe als der zweite Koppelbereich. Es sind also diejenigen Reibpaarungen mit einem kleineren Reibungskoeffizienten näher an der Betätigungsschnittstelle angeordnet als die Reibpaarungen mit einem größeren Reibungskoeffizienten oder die Formschlusseinheit. Dadurch wird eine präzise geregelte Betätigung der Kopplungsbaugruppe begünstigt.
-
Die Reibpaarungen mit einem ersten Reibungskoeffizienten können einen ersten Reibbelag aufweisen und gegebenenfalls die Reibpaarungen mit einem zweiten Reibungskoeffizienten einen zweiten Reibbelag, wobei der erste Reibbelag und der zweite Reibbelag unterschiedlich sind. Die unterschiedlichen Reibungskoeffizienten können also durch unterschiedliche Reibbeläge hervorgerufen werden. Dabei können sich die Reibbeläge hinsichtlich ihres Materials und/oder hinsichtlich ihrer Oberflächenbeschaffenheit unterscheiden. Innerhalb einer spezifischen Reibpaarung kann dabei nur auf einer der miteinander reibschlüssig verbindbaren Oberflächen ein Reibbelag vorgesehen sein oder auf beiden. Im letztgenannten Fall können die Reibbeläge auf den miteinander reibschlüssig verbindbaren Oberflächen gleich oder unterschiedlich sein, wobei sie sich wieder hinsichtlich ihres Materials und/oder ihrer Oberflächenbeschaffenheit unterscheiden können.
-
In einer Gestaltungsalternative ist der erste Reibbelag auf einer Innenlamelle oder auf einer Außenlamelle befestigt und/oder der zweite Reibbelag auf einer Innenlamelle oder einer Außenlamelle befestigt.
-
Gemäß einer Variante ist jeweils eine Lamelle jeder einen zweiten Reibungskoeffizienten aufweisenden Reibpaarung über ein bistabiles Lagerelement am zugeordneten ersten Koppelelement oder zweiten Koppelelement gelagert, wobei jedes der bistabilen Lagerelemente die zugeordnete Reibpaarung in einer Lüftungsstellung hält, falls die Lamelle mit einer entlang der Mittelachse der Kopplungsbaugruppe wirkenden Axialkraft beaufschlagt ist, die kleiner als eine Grenzkraft des Lagerelements ist, und wobei jedes der bistabilen Lagerelemente das Erreichen einer Kopplungsstellung für die zugeordnete Reibpaarung freigibt, falls die Lamelle mit einer entlang der Mittelachse der Kopplungsbaugruppe wirkenden Axialkraft beaufschlagt wird, die größer oder gleich der Grenzkraft ist. Alternativ hierzu ist umfasst die Formschlusseinheit ein bistabiles Lagerelement, das die Formschlusseinheit in einer Offenstellung hält, falls die Formschlusseinheit mit einer entlang der Mittelachse der Kopplungsbaugruppe wirkenden Axialkraft beaufschlagt ist, die kleiner als eine Grenzkraft des Lagerelements ist, und wobei das bistabile Lagerelement das Erreichen einer Kopplungsstellung der Formschlusseinheit freigibt, falls die Formschlusseinheit mit einer entlang der Mittelachse der Kopplungsbaugruppe wirkenden Axialkraft beaufschlagt wird, die größer oder gleich der Grenzkraft ist. Unter einem bistabilen Lagerelement wird dabei ein Lagerelement verstanden, das zwei Zustände einnehmen kann und zumindest einer der zugeordneten Zustandswechsel nur dann stattfindet, wenn es mit einer Kraft beaufschlagt wird, die größer oder gleich einer dem bistabilen Lagerelement inhärenten Grenzkraft ist. In einem ersten Zustand oder einer ersten Halteposition hält das bistabile Lagerelement diejenigen Reibpaarungen, die einen zweiten Reibungskoeffizienten aufweisen, in einer Lüftungsstellung oder hält die Formschlusseinheit in einer Offenstellung. Es findet also im Wesentlichen bei diesen Reibpaarungen kein Reibschluss statt bzw. bei der Formschlusseinheit kein Formschluss. Mit anderen Worten sind das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement nicht über diejenigen Reibpaarungen gekoppelt, die einen zweiten Reibungskoeffizienten aufweisen und auch nicht über die Formschlusseinheit. Ein zweiter Zustand oder eine zweite Halteposition des bistabilen Lagerelements wird erreicht, wenn es mit einer Kraft beaufschlagt wird, die größer oder gleich der Grenzkraft ist. In diesem zweiten Zustand übt das Lagerelement keine oder nur eine äußerst geringe Kraft in Axialrichtung auf die Reibpaarungen mit einem zweiten Reibungskoeffizienten aus. Sie können also in eine Schließstellung oder Kopplungsstellung überführt werden, also in eine Position, in der zwischen den Lamellen jedes Reibpaares ein Reibschluss gebildet ist. Analoges gilt für die Formschlusseinheit, deren jeweils mit dem ersten Koppelelement und dem zweiten Koppelelement verbundene Formschlusselemente dann lediglich mit keiner oder einer äußerst geringen Kraft des Lagerelements beaufschlagt werden, sodass diese formschlüssig miteinander drehgekoppelt werden können. Das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement sind dann über diese Reibpaarungen oder die Formschlusseinheit gekoppelt. Bevorzugt wird lediglich eine einzige Axialkraft zur Betätigung in die Kopplungsbaugruppe eingebracht. Diese dient dann einerseits dem Umschalten des bistabilen Lagerelements und andererseits der Betätigung der Reibpaarungen mit einem zweiten Reibungskoeffizienten bzw. der Betätigung der Formschlusseinheit. Gemäß einer bevorzugten Variante ist das bistabile Lagerelement so ausgebildet, dass es sich selbsttätig in denjenigen Zustand zurückstellt, in dem es die Reibpaarungen mit dem zweiten Reibungskoeffizienten in der Lüftungsstellung hält bzw. die Formschlusseinheit in der Offenstellung. Derjenige Zustand des Lagerelements, in dem die Schließstellung der Reibpaarungen bzw. der Formschlusseinheit freigegeben ist, kann somit auch als metastabil bezeichnet werden, da er lediglich unter Krafteinwirkung gehalten wird. Es ist somit möglich, die Reibpaarungen mit dem zweiten Reibungskoeffizienten bzw. die Formschlusseinheit und die Reibpaarungen mit dem ersten Reibungskoeffizienten in einer gewünschten Abfolge separat voneinander zu schalten. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Regelbarkeit der Kopplungsbaugruppe, da zunächst lediglich die Reibpaarungen mit dem ersten Reibungskoeffizienten für eine Drehkopplung des ersten Koppelelements mit dem zweiten Koppelelement sorgen. Gleichzeitig kann die Kopplungsbaugruppe über die Reibpaarungen mit dem zweiten Reibungskoeffizienten oder die Formschlusseinheit ein hohes Drehmoment übertragen.
-
Bevorzugt ist das bistabile Lagerelement ein bistabiles Federelement, insbesondere eine Schnappscheibe. Ein solches Lagerelement stellt eine einfache und kostengünstige konstruktive Umsetzung des oben beschriebenen Verhaltens dar. Gleichzeitig benötigt ein bistabiles Federelement, insbesondere in Form einer Schnappscheibe, nur einen geringen Bauraum. Weitere bistabile Federelemente, mit denen die oben beschriebene Funktionalität erreicht werden kann, sind sogenannte Knackfroschfedern.
-
Vorteilhafterweise weisen 15% bis 35% der Reibpaarungen des Lamellenpakets einen zweiten Reibungskoeffizienten auf. Eine derart ausgestattete Kopplungsbaugruppe weist ein besonders gutes Verhältnis von Regelbarkeit und Drehmomentübertragungsfähigkeit auf.
-
In bevorzugten Ausführungsformen ist die Kopplungsbaugruppe eine Kupplung oder eine Bremse. Aufgrund der Tatsache, dass stets Lamellen zur Kopplung des ersten Koppelelements mit dem zweiten Koppelelement verwendet werden, kann die Kopplungsbaugruppe auch als Lamellenkupplung oder Lamellenbremse bezeichnet werden.
-
Zudem wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.
-
Im Zuge eines Schließvorgangs der Kopplungsbaugruppe werden das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement also zunächst lediglich über diejenigen Reibpaarungen drehgekoppelt, deren Reibungskoeffizienten vergleichsweise klein sind. Dadurch lässt sich der Schließvorgang besonders gut regeln. Insbesondere lässt sich so also der Beginn eines Schließvorgangs gut regeln. Dieser entspricht aus Sicht der Drehmomentübertragung der Übertragung von kleinen und mittleren Drehmomenten durch die Kopplungsbaugruppe. Erst nachdem das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement mit einer gewissen Drehmomentübertragungsfähigkeit drehgekoppelt sind, findet eine zusätzliche Drehkopplung über die Reibpaarungen mit dem zweiten Reibungskoeffizienten oder die Formschlusseinheit statt. Hierdurch wird die maximale Drehmomentübertragungsfähigkeit gewährleistet. Nachdem die Reibpaarungen mit dem zweiten Reibungskoeffizienten bzw. die Formschlusseinheit erst eingesetzt werden, wenn die beiden Koppelelemente bereits drehgekoppelt sind, bleibt deren vergleichsweise schlechte Regelbarkeit ohne spürbare Auswirkungen. Der zugeordnete Öffnungsvorgang läuft analog, jedoch in umgekehrter Reihenfolge ab. Somit kann insbesondere das Ende eines solchen Öffnungsvorgangs gut geregelt werden, also wann die beiden Koppelelemente vollständig drehentkoppelt sind. Insgesamt werden so eine gute Regelbarkeit und eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit kombiniert.
-
Bevorzugt befindet sich beim Schließen der Kopplungsbaugruppe ein bistabiles Lagerelement in einer ersten Halteposition und hält diejenigen Reibpaarungen, die einen zweiten Reibungskoeffizienten aufweisen, in ihrer Lüftungsstellung oder die Formschlusseinheit in ihrer Offenstellung, während das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement über diejenigen Reibpaarungen drehgekoppelt werden, die einen ersten Reibungskoeffizienten aufweisen. Das bistabile Lagerelement ermöglicht es also, die Kopplungsbaugruppe während einer ersten Phase des Schließvorgangs besonders präzise und zuverlässig zu regeln.
-
Beim Schließen der Kopplungsbaugruppe kann das bistabile Lagerelement in eine zweite Halteposition überführt werden, die die Schließstellung derjenigen Reibpaarungen freigibt, die einen zweiten Reibungskoeffizienten aufweisen, oder die Schließstellung der Formschlusseinheit freigibt, bevor das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement über diejenigen Reibpaarungen drehgekoppelt werden, die einen zweiten Reibungskoeffizienten aufweisen oder über die Formschlusseinheit drehgekoppelt werden. Über die Reibpaarungen mit einem zweiten Reibungskoeffizienten bzw. die Formschlusseinheit wird eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit sichergestellt.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
- - 1 eine erfindungsgemäße Kopplungsbaugruppe, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens betreibbar ist,
- - 2 schematisch das Funktionsprinzip eines bistabilen Lagerelements der Kopplungsbaugruppe aus 1,
- - 3 schematisch drei Lamellen der Kopplungsbaugruppe aus 1 in einer Detailansicht,
- - 4 schematisch drei andere Lamellen der Kopplungsbaugruppe aus 1 in einer Detailansicht, und
- - 5 eine erfindungsgemäße Kopplungsbaugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens betreibbar ist.
-
1 zeigt eine Kopplungsbaugruppe 10, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kupplung ausgebildet ist.
-
Sie umfasst ein erstes Koppelelement 12 und ein zweites Koppelelement 14, die über ein Lamellenpaket 16 wahlweise reibschlüssig drehkoppelbar sind.
-
Sowohl das erste Koppelelement 12 als auch das zweite Koppelelement 14 sind drehbar gelagerte Wellen.
-
Das Lamellenpaket 16 umfasst in der dargestellten Ausführungsform neun als Innenlamellen ausgebildete Lamellen 18a bis 18i. Diese sind drehfest, aber axial verschiebbar auf einem Innenlamellenträger gelagert, der vorliegend als Bestandteil des ersten Koppelelements 12 ausgeführt ist.
-
Ferner umfasst das Lamellenpaket 16 zehn als Außenlamellen ausgebildete Lamellen 20a bis 20j. Diese sind drehfest, aber axial verschiebbar auf einem Außenlamellenträger gelagert, der vorliegend ein Bestandteil des zweiten Koppelelements 14 ist.
-
Die Kopplungsbaugruppe 10 ist vorliegend als in Öffnungsrichtung vorgespannte Kupplung ausgeführt. Das bedeutet, dass die Kupplung geöffnet ist, wenn sie nicht betätigt wird. Dann sind das erste Koppelelement 12 und das zweite Koppelelement 14 voneinander drehentkoppelt. Eine derartige Kopplungsbaugruppe 10 wird auch als Normally-Open-Kupplung bezeichnet.
-
Zum Umschalten der Kopplungsbaugruppe 10 in einen geschlossenen oder eingerückten Zustand, ist eine Betätigungseinheit 22 vorgesehen, über die entlang einer Mittelachse 24 der Kopplungsbaugruppe 10 eine Axialkraft auf die Lamellen 18a bis 18i, 20a bis 20j aufgebracht werden kann, sodass diese das erste Koppelelement 12 und das zweite Koppelelement 14 reibschlüssig verbinden.
-
Innerhalb des Lamellenpakets 16 sind dabei durch einander gegenüberliegende Oberflächen der Lamellen 18a bis 18i und 20a bis 20j insgesamt 18 Reibpaarungen gebildet. Beispielsweise bildet die in 1 auf der rechten Seite dargestellte Oberfläche der Lamelle 20a gemeinsam mit der in der 1 links dargestellten Oberfläche der Lamelle 18a eine solche Reibpaarung. Die in der 1 rechts dargestellte Oberfläche der Lamelle 18a bildet zudem zusammen mit der in 1 links dargestellten Oberfläche der Lamelle 20b eine Reibpaarung, usw.
-
Dabei weisen diejenigen Reibpaarungen, die unter Verwendung der Lamellen 18c bis 18i gebildet sind, einen ersten Reibungskoeffizienten auf und die Reibpaarungen, die unter Verwendung der Lamellen 18a und 18b gebildet sind, einen zweiten Reibungskoeffizienten. Genauer gesagt weisen also vier der 18 Reibpaarungen einen zweiten Reibungskoeffizienten auf und 14 Reibpaarungen einen ersten Reibungskoeffizienten.
-
Damit haben Reibpaarungen mit einem zweiten Reibungskoeffizienten einen Anteil von ca. 22 % aller Reibpaarungen.
-
Der erste Reibungskoeffizient ist dabei kleiner als der zweite Reibungskoeffizient. Aus diesem Grund kann mittels der Reibpaarungen, die einen ersten Reibungskoeffizienten aufwiesen zwar nur ein geringeres maximales Drehmoment übertragen werden als mit den Reibpaarungen, die einen zweiten Reibungskoeffizienten haben, allerdings lassen sich die Reibpaarungen mit einem ersten Reibungskoeffizienten relativ gesehen besser regeln.
-
Die Lamellen 18c bis 18i und die durch diese gebildeten Reibpaarungen sind in einem ersten Koppelbereich 26a angeordnet und die Reibpaarungen, die die Lamellen 18a und 18b nutzen, in einem zweiten Koppelbereich 26b.
-
Entlang der Mittelachse 24 grenzen die beiden Koppelbereiche 26a, 26b direkt aneinander an, wobei der erste Koppelbereich 26a näher an der Betätigungseinheit 22 und somit auch näher an einer Betätigungsschnittstelle 28 der Kopplungsbaugruppe 10 angeordnet ist als der zweite Koppelbereich 26b.
-
Die unterschiedlichen Reibungskoeffizienten sind im dargestellten Beispiel durch die Wahl unterschiedlicher Reibbeläge verwirklicht. Dabei nutzen die Reibpaarungen mit einem ersten Reibungskoeffizienten einen ersten Reibbelag und die Reibpaarungen mit den zweiten Reibungskoeffizienten einen zweiten, vom ersten Reibbelag verschiedenen Reibbelag.
-
Vorliegend sind in diesem Zusammenhang die als Außenlamellen ausgeführten Lamellen 20a bis 20j als Stahllamellen ohne Reibbelag ausgeführt, wie insbesondere anhand der 3 und 4 zu sehen ist.
-
Lediglich die als Innenlamellen ausgeführten Lamellen 18a bis 18i sind mit einem gesonderten Reibbelag versehen. Es tragen also die Lamellen 18c bis 18i beidseitig einen ersten Reibbelag 29a und die Lamellen 18a und 18b beidseitig einen zweiten Reibbelag 29b.
-
Die Lamellen 20a bis 20c, die zusammen mit den Lamellen 18a und 18b die Reibpaarungen mit dem zweiten Reibungskoeffizienten bilden, sind zudem jeweils über ein bistabiles Lagerelement 30a, 30b bzw. 30c am zweiten Koppelelement 14 in Richtung der Mittelachse 24 gelagert.
-
Die bistabilen Lagerelemente 30a, 30b, 30c sind vorliegend als Schnappscheiben 32a, 32b, 32c ausgeführt.
-
Die Funktionsweise der Schnappscheiben 32a, 32b, 32c wird dabei im Betrieb der Kopplungsbaugruppe 10 deutlich. Dieser wird im Folgenden beginnend im Öffnung- oder Lüftungszustand der Kopplungsbaugruppe 10 erläutert.
-
Um die Kopplungsbaugruppe 10 in ihren Schließzustand zu überführen, wird auf die Lamellen 18a bis 18i und 20a bis 20j mittels der Betätigungseinheit 22 über die Betätigungsschnittstelle 28 eine Betätigungskraft entlang der Mittelachse 24 aufgebracht.
-
Dabei werden das erste Koppelelement 12 und das zweite Koppelelement 14 zuerst über diejenigen Reibpaarungen drehgekoppelt, die einen ersten Reibungskoeffizienten aufweisen. Währenddessen halten die Schnappscheiben 32a, 32b, 32c die durch die Lamellen 18a, 18b, 20a, 20b, 20c gebildeten Reibpaarungen in ihrer Lüftungsstellung. Die Schnappscheiben 32a, 32b, 32c nehmen dazu eine erste Halteposition ein.
-
Erst wenn die durch die Betätigungseinheit 22 aufgebrachte axiale Betätigungskraft größenmäßig einer den Schnappscheiben 32a, 32b, 32c eingeprägten Grenzkraft entspricht oder diese übersteigt, geben die Schnappscheiben 32a, 32b, 32c eine Kopplungsstellung oder Schließstellung für die durch die Lamellen 18a, 18b, 20a, 20b, 20c gebildeten Reibpaarungen frei, indem sie jeweils eine zweite Halteposition einnehmen. Hierzu verformen sich die Schnappscheiben 32a, 32b, 32c, was auch als „Umschnappen“ bezeichnet wird. Sodann können auch diese Reibpaarungen in ihre Kopplungsstellung oder Schließstellung überführt werden und die Kopplungsbaugruppe 10 vollständig geschlossen oder eingerückt werden.
-
Es werden also zunächst diejenigen Reibpaarungen geschlossen, die einen vergleichsweise kleinen, ersten Reibungskoeffizienten aufweisen und erst danach die Reibpaarungen mit einem vergleichsweise großen, zweiten Reibungskoeffizienten.
-
Das Öffnen der Kopplungsbaugruppe 10 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge und wird dadurch bewirkt, dass die Axialkraft durch die Betätigungseinheit 22 vom Lamellenpaket 16 weggenommen wird.
-
Zuerst werden dabei diejenigen Reibpaarungen in ihre jeweilige Lüftungsstellung überführt, die einen zweiten Reibungskoeffizienten aufweisen. Dabei wirken die Schnappscheiben 32a, 32b, 32c, die in Richtung der Lüftungsstellung der zugeordneten Lamellen 18a, 18b, 20a, 20b, 20c vorgespannt sind, der verbleibenden Betätigungskraft entgegen. Somit können diejenigen Reibpaarungen, die einen zweiten Reibungskoeffizienten aufweisen, geöffnet werden, während die Reibpaarungen mit dem ersten Reibungskoeffizienten noch in der Koppelstellung bleiben.
-
Erst wenn die Schnappscheiben 32a, 32b, 32c wieder ihre erste Halteposition erreicht haben und die Betätigungskraft durch die Betätigungseinheit 22 weiter reduziert wird, gelangen die Reibpaarungen mit dem ersten Reibungskoeffizienten in die Lüftungsstellung. Dann ist die Kopplungsbaugruppe 10 wieder vollständig geöffnet oder gelüftet.
-
In 2 ist das Funktionsprinzip einer dort lediglich mit 32 bezeichneten Schnappscheibe schematisch dargestellt.
-
Dabei entspricht der Zustand (a) der ersten Halteposition der Schnappscheibe 32. Eine axiale Kraft, die auf die Schnappscheibe 32 einwirkt, ist mittels des Pfeils 34 symbolisiert.
-
Wenn diese Kraft größenmäßig der der Schnappscheibe 32 eingeprägten Grenzkraft entspricht, schnappt die Schnappscheibe 32 um. Das bedeutet, dass sie sich vom Zustand (a) über den Zustand (b) in den Zustand (c) verformt.
-
Wird die mittels des Pfeils 34 symbolisierte Axialkraft von der Schnappscheibe 32 weggenommen, verformt sie sich selbsttätig wieder in den Zustand (a) zurück.
-
5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Kopplungsbaugruppe 10, wobei im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zur Ausführungsform gemäß 1 eingegangen wird.
-
In der Ausführungsform gemäß 5 sind die Lamellen 18a, 18b sowie 20a, 20b, also diejenigen Lamellen, die Reibpaarungen mit einem zweiten Reibungskoeffizienten ausbilden, nicht mehr vorhanden. Stattdessen ist eine Formschlusseinheit 36 vorgesehen, mittels der das erste Koppelelement 12 und das zweite Koppelelement 14 wahlweise drehfest koppelbar sind.
-
Dafür ist mit dem ersten Koppelelement 12 ein erstes Formschlusselement 36a drehfest verbunden.
-
Mit dem zweiten Koppelelement ist ein zweites Formschlusselement 36b drehfest gekoppelt.
-
Das erste Formschlusselement 36a und das zweite Formschlusselement 36b können wahlweise formschlüssig miteinander gekoppelt werden.
-
In der dargestellten Ausführungsform ist die Formschlusseinheit 36 als Zahnkupplung ausgeführt, was mittels der stilisierten Zähne illustriert ist.
-
Die Formschlusseinheit 36 ist im zweiten Koppelbereich 26b angeordnet.
-
Die beiden Formschlusselemente 36a, 36b sind mittels eines bistabilen Lagerelements 30d entlang der Mittelachse 24 der Kopplungsbaugruppe 10 gegeneinander gelagert. Dabei ist das Lagerelement 30d als Schnappscheibe 32d ausgeführt.
-
Hinsichtlich des Öffnens und des Schließens der Kopplungsbaugruppe 10 gemäß der zweiten Ausführungsform wird auf die Erläuterungen zur Ausführungsform gemäß 1 verwiesen. Dabei ist die Kopplung des ersten Koppelelements 12 mit dem zweiten Koppelelement 14 mittels der Reibpaarungen mit dem zweiten Reibungskoeffizienten durch eine Kopplung mittels der Formschlusseinheit 36 zu ersetzen.
