DE102021128180A1

DE102021128180A1 - Lamellenkupplung

Info

Publication number: DE102021128180A1
Application number: DE102021128180.6A
Authority: DE
Inventors: Ansgar Damm; Sami Özkan; Jürgen Binder
Original assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Antriebstechnik Holding GmbH
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2023-05-04
Also published as: US20230132839A1; CN116044923A; US11773917B2

Abstract

Es wird eine Lamellenkupplung (18) angegeben, mit einem Außenlamellenträger (20), einem Innenlamellenträger (22) und einem radial zwischen dem Außenlamellenträger (20) und dem Innenlamellenträger (22) angeordneten Lamellenpaket (24) aus alternierend angeordneten Außenlamellen (26) und Innenlamellen (30), das durch zwei an entgegengesetzten Enden des Lamellenpakets (24) angreifenden Endlamellen (44) begrenzt wird, wobei jede Endlamelle (44) auf der dem Lamellenpaket (24) abgewandten Stirnseite an einer ringförmigen axialen Stützkontur (48, 50) anliegt und sich die Stützkonturen (48, 50) in ihrem Wirkdurchmesser, an dem sie die zugeordnete Endlamelle (44) kontaktieren, unterscheiden, und wobei die Stützkonturen (48, 50) das Lamellenpaket (24) axial mit einer Kraft derart beaufschlagen, dass die Lamellen (26, 30) elastisch zu einer Konusform verformt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung, beispielsweise für einen elektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Lamellenkupplungen weisen mehrere axial hintereinander angeordnete Reiblamellen auf. Sie dienen dazu, reibschlüssig ein Drehmoment zwischen zwei Wellen zu übertragen. In einem Anwendungsfall können Lamellenkupplungen als passives Übertragungselement dienen, wobei ein zwischen einer angetriebenen Eingangswelle und einer koaxial angeordneten Abtriebswelle übertragbares Drehmoment begrenzt ist. In diesem Fall ist keine aktive Betätigung der Lamellenkupplung vorgesehen, beispielsweise durch einen hydraulischen Kolben oder eine andere Art der Kraftbeaufschlagung. Man bezeichnet das maximal übertragbare Drehmoment auch als Auslösemoment. Durch die Begrenzung des Drehmoments innerhalb der Lamellenkupplung können die Komponenten in einem Antriebsstrang vor Beschädigung aufgrund von Lastüberhöhungen geschützt werden.
Die Reiblamellen sind üblicherweise gegeneinander vorgespannt, zum Beispiel mittels eines Federelements. Durch die Vorspannung wird das Drehmoment bzw. Reibmoment innerhalb der Lamellenkupplung eingestellt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Einstellung der Vorspannkraft zu optimieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lamellenkupplung mit einem Außenlamellenträger, einem Innenlamellenträger und einem radial zwischen dem Außenlamellenträger und dem Innenlamellenträger angeordneten Lamellenpaket aus alternierend angeordneten Außenlamellen und Innenlamellen, das durch zwei an entgegengesetzten Enden des Lamellenpakets angreifenden Endlamellen begrenzt wird, wobei jede Endlamelle auf der dem Lamellenpaket abgewandten Stirnseite an einer ringförmigen axialen Stützkontur anliegt und sich die Stützkonturen in ihrem Wirkdurchmesser, an dem sie die zugeordnete Endlamelle kontaktieren, unterscheiden, und wobei die Stützkonturen das Lamellenpaket axial mit einer Kraft derart beaufschlagen, dass die Lamellen elastisch zu einer Konusform verformt sind.
Der Wirkdurchmesser bezeichnet insbesondere den mittleren Durchmesser der ringförmigen Kontaktfläche der Stützkontur mit der Endlamelle.
Die ringförmige Stützkontur muss nicht zwingend kreisrund und durchgehend sein, es ist auch denkbar, dass die Stützstruktur elliptisch und/oder gewellt ist und/oder Unterbrechungen aufweist.
Die erfindungsgemäße Lamellenkupplung hat den Vorteil, dass das Lamellenpaket selbst als Federpaket fungiert. Insbesondere sind durch die konische Vorspannung die einzelnen Lamellen gegeneinander vorgespannt. Somit kann auf eine Feder zum Vorspannen des Lamellenpakets verzichtet werden. Die elastische Vorspannung des Lamellenpakets ist durch den unterschiedlichen Wirkdurchmesser der Stützkonturen bedingt. Die Achsen der Krafteinleitung sind dabei koaxial zueinander und zentrisch zu einer Rotationsachse der Lamellen angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform liegt eine der Stützkonturen in radialer Richtung im Bereich des radial äußeren Drittels, insbesondere Viertels, des Außendurchmessers der Außenlamellen an der Endlamelle an und die weitere Stützkontur liegt im Bereich eines inneren Drittels, insbesondere Viertels, des Innendurchmessers der Außenlamellen an dem Lamellenpaket an. Auf diese Weise wird ein größtmöglicher Hebelarm erreicht, wodurch eine besonders effektive Vorspannung des Lamellenpakets erfolgt.
Die Kontaktflächen der Stützkonturen sind vorzugsweise derart positioniert, dass jede Kontaktfläche in axialer Richtung betrachtet vollständig mit der Innenlamelle bzw. Außenlamelle überlappt.
Besonders bevorzugt grenzt eine der Stützkonturen direkt an den äußeren Kerndurchmesser der Außenlamellen an und/oder die weitere Stützkontur grenzt an den inneren Kerndurchmesser der Außenlamellen an.
Beispielsweise ist mindestens eine der ringförmigen Stützkonturen an einem separaten Stützring gebildet. Dadurch ist eine Montage der Lamellenkupplung vereinfacht.
Der Stützring kann mit seinem Außendurchmesser am Außenlamellenträger geführt sein. Auf diese Weise lässt sich der Stützring besonders einfach positionieren. Genauer gesagt wird der Stützring automatisch im Außenlamellenträger zentriert.
Der Stützring hat beispielsweise an seinem radial inneren Rand einen zum Lamellenpaket hin gebogenen Kragen, mit dem er an der Endlamelle anliegt. Dadurch lässt sich die Kontaktfläche des Stützrings flexibel mit einem Abstand zu einer Innenwandung des Außenlamellenträgers positionieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Außenlamellenträger topfförmig und die Stützkontur ist als Stützring ausgebildet, welcher im Außenlamellenträger aufgenommen und mittels eines Fixierelements axial am Außenlamellenträger fixiert ist. Das Fixierelement ist beispielsweise ein Sicherungsring. Das Lamellenpaket kann somit im Außenlamellenträger aufgenommen und fixiert werden, wobei der Außenlamellenträger ein Gehäuse der Lamellenkupplung bildet. Auf diese Weise wird eine kompakte Bauweise der Lamellenkupplung erreicht.
Eine der beiden Stützkonturen kann integral im Außenlamellenträger ausgebildet sein, insbesondere an einer zum Lamellenpaket hin gerichteten axialen Wandung des Außenlamellenträgers. Dadurch ist die Bauteilanzahl der Lamellenkupplung reduziert, wodurch die Montage der Lamellenkupplung vereinfacht ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Stützkontur eine Erhebung im Außenlamellenträger. Die Stützkontur lässt sich dadurch besonders einfach im Außenlamellenträger entformen.
Die Anlagefläche der Stützkonturen an den Lamellen beträgt vorzugsweise maximal ein Fünftel der Stirnfläche der Lamellen. Auf diese Weise ist eine besonders gezielte Krafteinleitung in das Lamellenpaket möglich. Bei einer zu großen Fläche der Stützkonturen würden die Lamellen nur axial gegeneinander gedrückt und nicht konisch verspannt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 einen elektrischen Antriebsstrang mit einer erfindungsgemäßen Lamellenkupplung, und
- 2 die erfindungsgemäße Lamellenkupplung aus 1 in einer Explosionsdarstellung.

In 1 ist, zum Teil schematisch, ein elektrisch betriebener Antriebsstrang 10 in einer Schnittdarstellung gezeigt.
Der elektrisch betriebene Antriebsstrang 10 umfasst eine Eingangswelle 12 und eine Ausgangswelle 14, die koaxial zu der Eingangswelle 12 angeordnet ist, sowie eine Elektromaschine 16.
Die Elektromaschine 16 ist als Motor oder als Generator betreibbar.
Die Elektromaschine 16 treibt die Eingangswelle 12 des Antriebsstrangs 10 an.
Die Ausgangswelle 14 dient beispielsweise dazu, eine Antriebsachse oder eine Eingangswelle eines Getriebes anzutreiben.
Die Eingangswelle 12 und die Ausgangswelle 14 sind durch eine Lamellenkupplung 18 zur Übertragung eines Drehmoments verbunden.
Die Lamellenkupplung 18 ist in 2 in einer Explosionsdarstellung gezeigt.
Die Lamellenkupplung 18 dient dazu, das maximale übertragbare Drehmoment zwischen der Eingangswelle 12 und der Ausgangswelle 14 zu begrenzen. Durch die Begrenzung des Drehmoments werden die Komponenten des Antriebsstrangs 10 vor Beschädigung durch Lastüberhöhung geschützt.
Die Lamellenkupplung 18 umfasst mehrere axial hintereinander angeordnete Reiblamellen, die insbesondere aus Stahl gefertigt sind.
Genauer gesagt umfasst die Lamellenkupplung 18 einen Außenlamellenträger 20 und einen Innenlamellenträger 22 sowie ein radial zwischen dem Außenlamellenträger 20 und dem Innenlamellenträger 22 angeordnetes Lamellenpaket 24.
Das Lamellenpaket 24 hat alternierend angeordnete Außenlamellen 26 und Innenlamellen 30.
Der Außenlamellenträger 20 ist topfförmig ausgebildet und bildet ein Gehäuse der Lamellenkupplung 18, in dem das Lamellenpaket 24 untergebracht ist.
Der Außenlamellenträger 20 ist im Ausführungsbeispiel mit der Ausgangswelle 14 drehfest verbunden.
Der Innenlamellenträger 22 ist im Ausführungsbeispiel mit der Eingangswelle 12 drehfest verbunden.
Die Außenlamellen 26 sind mit dem Außenlamellenträger 20 in verzahntem Eingriff. Die Innenlamellen 30 sind mit dem Innenlamellenträger 22 in verzahntem Eingriff.
Zu diesem Zweck sind entlang einer Innenwandung 32 des Außenlamellenträgers 20 in axialer Richtung verlaufende Nuten 34 vorhanden, in denen die Zähne 36 der Außenlamellen 26 aufgenommen sind.
Gleichermaßen sind entlang einer Außenwandung 38 des Innenlamellenträgers 22 in axialer Richtung verlaufende Nuten 40 vorhanden, in denen die Zähne 42 der Innenlamellen 30 aufgenommen sind.
Die Außenlamellen 26 und Innenlamellen 30 des Lamellenpakets 24 sind gegeneinander vorgespannt. Durch die Vorspannkraft wird eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle 12 und der Ausgangswelle 14 hergestellt. Insbesondere wird durch die Vorspannkraft das Drehmoment bzw. Reibmoment innerhalb des Lamellenpakets 24 festgelegt.
Die Vorspannung wird erfindungsgemäß erreicht, indem jede Endlamelle 44 auf der dem Lamellenpaket 24 abgewandten Stirnseite 46 an einer ringförmigen axialen Stützkontur 48, 50 anliegt, wobei sich die Stützkonturen in ihrem Wirkdurchmesser, an dem sie die zugeordnete Endlamelle 44 kontaktieren, unterscheiden.
Die Stützkonturen 48, 50 beaufschlagen das Lamellenpaket 24 derart axial mit einer Kraft, dass die Lamellen 26, 30 elastisch zu einer Konusform verformt sind.
Die Konusform, die das Lamellenpaket 24 annimmt, ist in 1 lediglich schematisch und zur besseren Veranschaulichung überzogen gestrichelt eingezeichnet.
Die stirnseitig abschließenden Endlamellen 44 des Lamellenpakets 24 sind vorzugsweise dicker ausgebildet als die weiteren Lamellen 26, 30. Dies dient dazu, die Vorspannkräfte innerhalb des Lamellenpakets 24 gleichmäßig auf die Reibflächen zu verteilen.
Damit sich die Endlamellen 44 unter thermischer Belastung nicht ungewollt verformen, können diese mehrere am Umfang verteilte Unterbrechungen, insbesondere Schlitze 52 aufweisen (siehe 2).
Wie besonders gut in der Schnittdarstellung in 1 zu sehen ist, liegt eine der Stützkonturen 48 in radialer Richtung im Bereich des radial äußeren Drittels, insbesondere Viertels, des Außendurchmessers der Außenlamellen 26 an der Endlamelle 44 an.
Die weitere Stützkontur 50 liegt im Bereich eines inneren Drittels, insbesondere Viertels, des Innendurchmessers der Außenlamellen 26 an dem Lamellenpaket 24, insbesondere an der Endlamelle 44 an.
Beide Stützkonturen 48, 50 liegen vollflächig an den Endlamellen 44 an.
Die Anlagefläche der Stützkonturen 48, 50 an den Endlamellen 44 beträgt maximal ein Fünftel der Stirnfläche der Endlamellen 44.
Eine der beiden Stützkonturen 48 ist an einem separaten Stützring 54 gebildet.
Der Stützring 54 ist mit seinem Außendurchmesser an dem Außenlamellenträger 20 geführt, insbesondere an der Innenwandung 32 des Außenlamellenträgers 20.
Der Stützring 54 ist folglich im Außenlamellenträger 20 aufgenommen.
Es ist zudem ein Fixierelement 56 vorgesehen, mit dem der Stützring 54 axial am Außenlamellenträger 20 fixiert ist.
An seinem radial inneren Rand hat der Stützring 54 einen zum Lamellenpaket 24 hin gebogenen Kragen 58, mit dem er an der Endlamelle 44 anliegt.
Die Stützkontur 48 ist an einer Stirnseite des Kragens 58 angeordnet.
Die weitere Stützkontur 50 ist integral im Außenlamellenträger 20 ausgebildet, und zwar an einer zum Lamellenpaket 24 hin gerichteten axialen Wandung des Außenlamellenträgers 20.
Im Ausführungsbeispiel ist die Stützkontur 50 eine Erhebung 60 im Außenlamellenträger 20.
Im Betrieb der Lamellenkupplung können sich bei Überschreitung des maximal übertragbaren Drehmoments die mit dem Außenlamellenträger 20 gekoppelten Außenlamellen 26 relativ zu den mit dem Innenlamellenträger 22 verbundenen Innenlamellen 30 verdrehen. Dadurch ist kurzzeitig eine Differenzdrehzahl zwischen den beiden Wellen 12, 14 möglich. Das resultierende Reibmoment zwischen den Reiblamellen baut diese Differenzdrehzahl beim Unterschreiten des maximal übertragbaren Drehmoments wieder ab und stellt die Gleichheit der Wellendrehzahlen wieder her. Die Kupplung ist somit auch in der Lage, kurzzeitige Stöße oder Schwingungen im Antriebsstrang zu dämpfen, welche über dem maximal übertragbaren Drehmoment der Lamellenkupplung 18 liegen.
Um ein besonders gutes Reibverhalten zu erreichen, sind die Reibflächen der Außenlamellen 26 und/oder der Innenlamellen 30 strukturiert. Beispielsweise sind an den die Reibflächen Nuten vorhanden, in denen Öl geführt werden kann. Alternativ ist auch denkbar, dass die Reibflächen chemisch und/oder mechanisch und/oder thermisch bearbeitet sind, um eine definierte Oberflächenrauigkeit zu erzeugen. Durch die Strukturierung kann auf einen Reibbelag verzichtet werden.

Claims

Lamellenkupplung (18) mit einem Außenlamellenträger (20), einem Innenlamellenträger (22) und einem radial zwischen dem Außenlamellenträger (20) und dem Innenlamellenträger (22) angeordneten Lamellenpaket (24) aus alternierend angeordneten Außenlamellen (26) und Innenlamellen (30), das durch zwei an entgegengesetzten Enden des Lamellenpakets (24) angreifenden Endlamellen (44) begrenzt wird, wobei jede Endlamelle (44) auf der dem Lamellenpaket (24) abgewandten Stirnseite an einer ringförmigen axialen Stützkontur (48, 50) anliegt und sich die Stützkonturen (48, 50) in ihrem Wirkdurchmesser, an dem sie die zugeordnete Endlamelle (44) kontaktieren, unterscheiden, und wobei die Stützkonturen (48, 50) das Lamellenpaket (24) axial mit einer Kraft derart beaufschlagen, dass die Lamellen (26, 30) elastisch zu einer Konusform verformt sind.
Lamellenkupplung (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Stützkonturen (48) in radialer Richtung im Bereich des radial äußeren Drittels, insbesondere Viertels, des Außendurchmessers der Außenlamellen (26) an der Endlamelle (44) anliegt und die weitere Stützkontur (50) im Bereich eines inneren Drittels, insbesondere Viertels, des Innendurchmessers der Außenlamellen (26) an dem Lamellenpaket anliegt.
Lamellenkupplung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der ringförmigen Stützkonturen (48, 50) an einem separaten Stützring (54) gebildet ist.
Lamellenkupplung (18) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (54) mit seinem Außendurchmesser am Außenlamellenträger (20) geführt ist.
Lamellenkupplung (18) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (54) an seinem radial inneren Rand einen zum Lamellenpaket (24) hin gebogenen Kragen (58) hat, mit dem er an der Endlamelle (44) anliegt.
Lamellenkupplung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenlamellenträger (20) topfförmig ist und die Stützkontur (48) als Stützring (54) ausgebildet ist, welcher im Außenlamellenträger (20) aufgenommen und mittels eines Fixierelements (56) axial am Außenlamellenträger (20) fixiert ist.
Lamellenkupplung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Stützkonturen (48, 50) integral im Außenlamellenträger (20) ausgebildet ist, insbesondere an einer zum Lamellenpaket (24) hin gerichteten axialen Wandung des Außenlamellenträgers (20).
Lamellenkupplung (18) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkontur (50) eine Erhebung im Außenlamellenträger (20) ist.
Lamellenkupplung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche der Stützkonturen (48, 50) an den Lamellen (44) maximal ein Fünftel der Stirnfläche der Lamellen (44) beträgt.