DE19737487A1

DE19737487A1 - Einseitige Scheibenreibungskupplung

Info

Publication number: DE19737487A1
Application number: DE19737487A
Authority: DE
Inventors: Norio Takakura; Yuzuru Sanbongi
Original assignee: Dynax Corp
Current assignee: Dynax Corp
Priority date: 1996-09-04
Filing date: 1997-08-28
Publication date: 1998-03-05
Also published as: FR2752892B1; US5975267A; JPH1078051A; FR2752892A1

Description

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Reibungskupplungen und insbesondere auf Verbesserungen an Reibungskupplungen der Art, die in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen eingebaut werden.

Eine typische übliche Reibungskupplung-Einrichtung umfaßt einen Satz von außenseitig mit Zähnen versehenen Kupplungs scheiben, die an einer Keiltrommel angebracht sind, und einen Satz von innenseitig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben, die an einer Keilnabe angebracht sind, wobei die Scheiben beider Sätze ineinandergreifen. Jede der innenseitig mit Zäh nen versehenen Scheiben ist an ihren beiden einander gegen überliegenden Seiten mit einem Belag versehen. Die Kupplungs beläge werden durch einen hydraulischen Kolben in Reibungs kontakt mit den außenseitig mit Zähnen versehenen Scheiben gebracht. Sogar im Falle einer "nassen" Reibungskupplung, die durch eine Flüssigkeit gekühlt wird, wird in erheblichem Maße Reibungswärme an den Kupplungsbelägen und in den außenseitig mit Zähnen versehenen Scheiben 38 erzeugt. Der größte Teil der Wärme wird durch die außenseitig mit Zähnen versehenen Schei ben abgeleitet, die daher in axialer Richtung vorzugsweise dick ausgeführt sind, so daß sie eine große Wärmekapazität für eine bessere Wärmeableitung haben. Die große axiale Dicke der außenseitig mit Zähnen versehenen Scheiben trägt jedoch in erheblichem Maße zum Gesamtgewicht und der Gesamtgröße der Kupplungseinrichtung bei.

Gesamtgewicht und Größe der Kupplungseinrichtung können durch die Anwendung einer einseitigen Konstruktion reduziert werden, wobei die Bezeichnung "einseitig" der Tatsache Rechnung trägt, daß jede der Kupplungsscheiben lediglich an einer ihrer beiden gegenüberliegenden Seiten mit einem Kupplungsbelag versehen ist. Somit haben sowohl die innenseitig mit Zähnen versehenen Scheiben als auch die außenseitig mit Zähnen versehenen Schei ben Kupplungsbeläge, wobei alle Kupplungsbeläge entlang der Rotationsachse der Einrichtung in dieselbe Richtung weisen. Die in den Kupplungsbelägen erzeugte Wärme wird durch die innenseitig mit Zähnen versehenen Scheiben wie auch durch die außenseitig mit Zähnen versehenen Scheiben weitergeleitet. Aus diesem Grunde brauchen die außenseitig mit Zähnen versehenen Scheiben nicht so dick zu sein wie im Fall von üblichen Kupp lungseinrichtung und Gewicht und Größe der Kupplungseinrich tung können verringert werden.

Wenngleich die einseitige Konstruktion bezüglich der Verringe rung von Größe und Gewicht vorteilhaft ist, weist sie Probleme im Zusammenhang mit Verformungen auf, die auf thermische Be anspruchungen zurückgehen. Reibungswärme wird lediglich an einer Fläche jeder Scheibe erzeugt und die Kupplungsscheiben befinden sich oft in ungleichmäßiger Berührung miteinander. Die Verformung der Kupplungsscheiben hat eine Vergrößerung des Rutschens zur Folge, wobei ein Verbrennen der Kupplungsschei ben erfolgt, welches das einwandfreie Funktionieren der Kupp lungseinrichtung in erheblicher Weise beeinträchtigt.

Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine ver besserte Kupplungseinrichtung zu entwickeln, welche die Vor teile einer verringerten Größe und eines verringerten Gewich tes bei einer einseitigen Scheiben-Reibungskupplung aufweist, jedoch die Probleme, die sich aus der thermischen Verformung ergeben, vermeidet oder erheblich verringert.

Eine thermische Verformung einer Kupplungsscheibe ist auf thermische Spannung zwischen dem inneren Umfangsbereich und dem äußeren Umfangsbereich der Scheibe zurückzuführen. So wird, wenn beispielsweise lediglich der äußere Umfangsbereich einer Kupplungsscheibe in Reibungskontakt mit einem Kupplungs belag ist, eine Temperaturerhöhung auf einen Wert erfolgen, der merklich über der Temperatur des inneren Umfangsbereiches der Scheibe liegt. Die resultierende radiale Ausdehnung des äußeren Bereiches ohne eine entsprechende Ausdehnung des inne ren Bereiches erzeugt eine Verformung der Scheibe. Gemäß der Erfindung sind die Scheiben mit Kerben oder ähnlichen Aus nehmungen ausgeführt, um eine Verformung zu vermeiden, welche durch Unterschiede bei der thermischen Ausdehnung von innerem und äußerem Scheibenbereich verursacht wird.

Eine einseitige Scheibenreibungskupplungs-Einrichtung gemäß der Erfindung weist eine das Drehmoment übertragende Einheit auf mit einem ersten Satz von innenseitig mit Zähnen versehe nen Kupplungsscheiben und einem zweien Satz von außenseitig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben, die zwischen den Scheiben des ersten Satzes angeordnet sind. Die Kupplungs scheiben jedes Satzes umfassen mehrere Platten, von denen jede mit gegenüberliegenden Flächen versehen ist, wobei die Schei ben in Abständen voneinander entlang einer Achse angeordnet sind, die senkrecht zu den Flächen der Platten verläuft. We nigstens alle außer einer der Platten jedes Satzes hat ein Reibungsteil und jede ein Reibungsteil aufweisende Platte hat dieses nur an einer seiner Seiten. Die Reibungsteile weisen alle entlang der Achse in dieselbe Richtung, so daß jedes der Reibungsteile mit einer gegenüberliegenden Scheibenplatte in Eingriff bringbar ist. Dabei ist ein Kolben vorgesehen, um das Ineingriffbringen der Reibungsteile mit gegenüberliegenden Scheibenplatten zu bewirken. Jede der Platten der innenseitig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben hat Kerben oder Aus nehmungen an ihrem äußeren Umfang und jede der Platten der außenseitig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben hat Kerben oder Ausnehmungen an ihrem inneren Umfang.

Aus der folgenden detaillierten Beschreibung geht hervor, daß die Kerben in Umfangsrichtung und radial wirkende Spannungen, die durch die thermische Ausdehnung verursacht werden, absor bieren, und zwar insbesondere dann, wenn die Kupplungsscheiben ungleichmäßig in Eingriff sind, wodurch eine Verformung der Kupplungsscheiben verhindert oder doch zumindest merklich reduziert wird und somit die sich aus der Verformung ergeben den Probleme bei einer einseitigen Kupplungseinrichtung eben falls vermieden oder wesentlich verringert werden.

Andere Zielsetzungen, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Schemaansicht einer typischen Reibungskupp lungs-Einrichtung des einseitigen Scheibenkupplungs-Typs,

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer typischen Reibungs kupplungs-Einrichtung des zweiseitigen Scheibenkupp lungs-Typs,

Fig. 3 ist ein schematischer Längsschnitt einer Reibungskupp lungs-Einrichtung des einseitigen Scheibenkupplungs-Typs, bei welchem die Kupplungsscheiben an ihrem inne ren Umfang in Eingriff sind,

Fig. 4 ist ein schematischer Längsschnitt einer Reibungskupp lungs-Einrichtung des einseitigen Scheibenkupplungs-Typs, bei welchem die Kupplungsscheiben an ihrem äuße ren Umfang in Eingriff sind,

Fig. 5(a), 5(b), 5(c) und 5(d) sind Draufsichten von außensei tig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheibenplatten mit unterschiedlich ausgebildeten Kerben an ihrem inneren Umfang,

Fig. 6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) sind Draufsichten von innensei tig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheibenplatten mit unterschiedlich ausgebildeten Kerben an ihrem äußeren Umfang,

Fig. 7 ist eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen Temperaturdifferenz und Verformung an einer Kupplungs platte mit Kerben gemäß der Erfindung und einer Kupp lungsplatte ohne Kerben zeigt,

Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch einen Teil einer üblichen Reibungskupplungs-Einrichtung des zweiseitigen Schei benkupplungs-Typs.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 8 zeigt eine typische übliche zweiseitige Kupplungsein richtung 30 mit einer Nabe 32 und innenseitig mit Zähnen ver sehenen Kupplungsscheiben 34, die an der Nabe angebracht sind. Außen mit Zähnen versehene Kupplungsscheiben 38 sind an einer Trommel 36 angebracht und zwischen den Kupplungsscheiben 34 angeordnet, so daß innen mit Zähnen versehenen und außen mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben alternierend entlang der Rotationsachse der Kupplungseinrichtung angeordnet sind.

Kupplungsbeläge 40 sind an gegenüberliegenden Seiten jeder der innen mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben 34 angebracht. Ein hydraulischer Kolben 42 ist axial bewegbar, um die Kupp lungsbeläge 40 an den innen mit Zähnen versehenen Kupplungs scheiben 34 zur Drehmomentübertragung mit den Flächen der außen mit Zähnen versehenen Scheiben 38 in Reibungseingriff zu bringen. Bei Automatikgetrieben ist die Reibungskupplungs einrichtung normalerweise eine "nasse Reibungskupplung", bei welcher die Reibungsflächen durch eine Kühlflüssigkeit gekühlt werden.

Bei der Reibungskupplungs-Einrichtung 30 wird erhebliche Rei bungswärme in den Kupplungsbelägen 40 und den außen mit Zähnen versehenen Scheiben 38 erzeugt. Der größte Teil der so er zeugten Wärme wird durch die außen mit Zähnen versehenen Kupp lungsscheiben 38 abgeleitet. Aus diesem Grunde ist es erfor derlich, daß diese Scheiben in axialer Richtung dick sind, wie dies schematisch in Fig. 2 dargestellt ist.

In Fig. 1, die im Schema eine Kupplungseinrichtung 50 des einseitigen Scheibenkupplungs-Typs zeigt, ist jede Kupplungs platte (abgesehen von der am weitesten rechts befindlichen außen mit Zähnen versehenen Kupplungsplatte) mit einem Kupp lungsbelag aus Reibmaterial versehen. Jede Kupplungsplatte, welche mit einem Belag aus Reibmaterial versehen ist, hat den Belag nur an einer ihrer Oberflächen und alle Reibungsbeläge weisen in dieselbe Richtung. Die Scheiben 52 sind innen mit Zähnen versehene einseitige Scheiben mit Kupplungsbelägen 56 an lediglich einer Oberfläche, wobei die Scheiben 54 außen mit Zähnen versehene einseitige Scheiben sind, die in gleicher Weise Kupplungsbeläge 56 lediglich an einer Oberfläche haben. Die innen mit Zähnen versehenen und außen mit Zähnen versehe nen Kupplungsscheiben sind ineinandergreifend angeordnet, so daß die innen mit Zähnen versehenen Scheiben und die außen mit Zähnen versehenen Scheiben alternierend entlang der Rotations achse der Einrichtung angeordnet sind und die Kupplungsbeläge 56 der außen mit Zähnen versehenen Scheibe mit den Platten der innen mit Zähnen versehenen Scheiben in Eingriff bringbar sind und die Kupplungsbeläge 56 der innen mit Zähnen versehenen Scheiben mit den Platten der außen mit Zähnen versehenen Scheiben in Eingriff bringbar sind.

In den Kupplungsflächen erzeugte Wärme kann sowohl durch die innen mit Zähnen versehenen Scheiben 52 und durch die außen mit Zähnen versehenen Scheiben 54 abgeführt werden, so daß demzufolge weder die innen mit Zähnen versehenen Scheiben noch die außen mit Zähnen versehenen Scheiben besonders dick zu sein brauchen, wie dies bei der zweiseitigen Scheibenkupp lungs-Einrichtung gemäß Fig. 2 der Fall ist. Aus diesem Grunde ist, wie sich aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2 ergibt, die axiale Dimension der Reibungskupplungs-Einrichtung 50 um den Betrag "D" kleiner als der Einrichtung 30, obwohl beide Ein richtungen dieselbe Kapazität bezüglich der Wärmeabführung aufweisen.

Die am inneren Umfang der außen mit Zähnen versehenen Kupp lungsplatten gemäß der Erfindung angebrachten Kerben können unterschiedlich ausgebildet sein. Fig. 5(a) zeigt eine typi sche außen mit Zähnen versehene Kupplungsplatte 10A gemäß der Erfindung, die rechteckige Kerben 111 an ihrem inneren Umfang aufweist. Fig. 5(b) zeigt eine Kupplungsplatte 10B mit V-för migen Kerben 121 mit runden Böden. Fig. 5(c) zeigt eine Kupp lungsplatte 10C mit U-förmigen Kerben 131. Fig. 5(d) zeigt eine Kupplungsplatte 10D mit V-förmigen Kerben 141. Vorzugs weise sind in jedem Fall die Kerben in gleichen Winkelabstän den angeordnet. Die Ausführungen gemäß den Fig. 5(a), 5(b), 5(c) und 5(d) sind wirksam, wenn die Kupplungsscheiben jeweils an ihrem inneren Umfang wie in Fig. 3 gezeigt in Eingriff sind. Wenn die jeweiligen inneren Umfangsbereiche der innen mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben und der außen mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben in Eingriff miteinander sind, wird die Umfangs- oder Radialbeanspruchung in den außen mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben durch die Kerben ab sorbiert, die am inneren Umfang der außen mit Zähnen versehe nen Kupplungsscheiben angeordnet sind, so daß die außen mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben nicht verformt werden. Die inneren Umfangsbereiche der innen mit Zähnen versehenen Kupp lungsscheiben sind aufgrund der Zähne an ihren inneren Um fangsabschnitten gegen thermische Beanspruchung widerstands fähig.

Die jeweils am äußeren Umfang der innen mit Zähnen versehenen Kupplungsplatten gemäß der Erfindung vorhandenen Kerben können auch von unterschiedlicher Gestalt sein, wie dies in den Fig. 6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) gezeigt ist. Fig. 6(a) zeigt eine typische innen mit Zähnen versehene Kupplungsplatte 20A gemäß der Erfindung mit rechteckigen Kerben 211 an ihrem äußeren Umfang. Fig. 6(b) zeigt eine Kupplungsplatte 20B mit V-förmi gen Kerben 221 mit einem runden Boden. Fig. 6(c) zeigt eine Kupplungsplatte 20C mit U-förmigen Kerben 231. Fig. 6(d) zeigt eine Kupplungsplatte 20D mit V-förmigen Kerben 241. Die Kerben sind wiederum wie im Fall der Kerben der außen mit Zähnen versehenen Scheiben vorzugsweise in gleichen Winkelabständen angeordnet. Die Ausführungen gemäß den Fig. 6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) sind wirksam, wenn die Kupplungsscheiben jeweils am äußeren Umfang wie in Fig. 4 dargestellt in Eingriff sind. Wenn die jeweiligen äußeren Umfangsbereiche der außen mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben und der innen mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben in Eingriff miteinander sind, wird die Umfangs- oder Radialbeanspruchung in den innen mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben durch die am jeweils äuße ren Umfang angebrachten Kerben absorbiert, so daß die innen mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben nicht verformt wer den. Die äußeren Umfangsbereiche der außen mit Zähnen versehe nen Kupplungsscheiben sind gegen thermische Beanspruchung aufgrund ihrer Zähne widerstandsfähig.

Die Darstellung gemäß Fig. 7 erläutert die Abhängigkeit der Verformung einer Kupplungsplatte von der Temperaturdifferenz zwischen innerem und äußerem Umfangsbereich. Die Darstellung zeigt die Wirkungen des Temperaturunterschiedes zwischen inne rem und äußeren Bereich einer Kupplungsplatte ohne Kerben und einer solchen mit Kerben. Der Abzisse sind Temperaturunter schied-Indizes, die die Temperaturdifferenz zwischen innerem und äußerem Umfangsbereich der Kupplungsplatte repräsentieren, zugeordnet. Der Ordinate sind Verformungs-Indizes zugeordnet, die die Verformung repräsentieren. Die Darstellung zeigt, daß die Verformung der Platte ohne Kerben stark zunimmt, wenn die Temperaturdifferenz einen bestimmten Wert überschreitet, der einem Temperaturunterschied-Index von 50 entspricht. Demgegen über ändert sich die Verformung der mit Kerben versehenen Platte kaum ungeachtet des Temperaturunterschieds zwischen innerem und äußerem Umfangsbereich. Somit sind die Kerben zur Verhinderung der Verformung der Platte wirksam.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß bei der einseitigen Reibungskupplungs-Einrichtung des Scheibenkupp lungs-Typs gemäß der Erfindung die in den Platten der Kupp lungsscheiben angebrachten Kerben die thermische Beanspruchung absorbieren und eine Verformung verhindern, wenn die Kupp lungsplatten ungleichmäßig in Eingriff sind, entweder durch Eingriff an ihrem inneren Umfang wie in Fig. 3 dargestellt, oder an ihrem äußeren Umfang wie in Fig. 4 dargestellt. Demge mäß ist die Kupplungseinrichtung gemäß der Erfindung in der Lage, wirksam und zuverlässig für eine längere Zeit zu arbei ten.

Wenngleich die Reibungskupplung gemäß der Erfindung besonders im Zusammenhang mit einem Automatikgetriebe beschrieben wird, kann sie auch bei anderen Anwendungen benutzt werden, bei denen eine thermische Verformung aufgrund ungleichmäßiger Belastung ein Problem darstellt. Darüberhinaus können an der beschriebenen Kupplungsstruktur zahlreiche Modifikationen durchgeführt werden, z. B. können Anzahl und Form der Kupp lungsscheiben variiert werden. Dies gilt auch für Anzahl und Form der darin befindlichen Kerben. Es können auch noch andere Modifikationen an Vorrichtungen und Verfahren gemäß vorstehen der Beschreibung gemacht werden, ohne daß dadurch der Bereich der Erfindung, wie diese in den folgenden Ansprüchen definiert ist, verlassen wird.

Claims

1. Einseitige Scheibenreibungskupplungs-Einrichtung, die eine Einheit zur Drehmomentübertragung aufweist, mit
axial alternierend angeordneten innenseitig mit Zähnen verse hene Kupplungsscheiben und außenseitig mit Zähnen versehene Kupplungsscheiben, von denen jede mit einem Reibungselement auf einer ihrer Oberflächen versehen ist, und
einer Kolbeneinrichtung, um ein Ineingriffbringen der innen seitig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben und der außen seitig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben zu bewirken, um ein Drehmoment zu übertragen,
wobei jede der Platten der innenseitig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben eine Platte mit Kerben an ihrem äußeren Umfang umfaßt und jede der außenseitig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben eine Platte mit Kerben an ihrem inneren Umfang umfaßt.

2. Einseitige Scheibenreibungskupplungs-Einrichtung, die eine Einheit zur Drehmomentübertragung aufweist, mit
einem ersten Satz von innenseitig mit Zähnen versehenen Kupp lungsscheiben, wobei die Kupplungsscheiben des ersten Satzes mehrere Platten umfassen, von denen jede gegenüberliegende Flächen hat, und die Platten in Abständen voneinander entlang einer zu den Flächen der Platten senkrechten Achse angeordnet sind, und jede Platte der Kupplungsscheiben des ersten Satzes einen äußeren Umfang hat und wenigstens alle außer einer der Platten des ersten Satzes mit einem Reibungselement versehen sind und jede Platte des ersten Satzes mit einem Reibungs element ihr Reibungselement nur an einer Seite derselben hat,
einem zweiten Satz von außenseitig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben, wobei die Kupplungsscheiben des zweiten Satzes auch mehrere Platten umfassen, von denen jede gegen überliegende Seiten aufweist, und die Platten in Abständen voneinander entlang der Achse mit ihren Flächen in senkrechter Beziehung zur Achse angeordnet sind, und die Platten der Kupp lungsscheiben des zweiten Satzes einen inneren Umfang auf weisen und wenigstens alle außer einer der Platten des zweiten Satzes mit einem Reibungselement versehen sind und jede Platte des zweiten Satzes mit einem Reibungselement ihr Reibungs element nur an einer Seite desselben aufweist,
und die Kupplungsscheiben des ersten und des zweiten Satzes ineinandergreifend angeordnet sind und die Reibungselemente aller Flächen entlang der Achse in dieselbe Richtung weisen, wodurch jedes der Reibungselemente mit einer gegenüberliegen den Scheibenplatte in Eingriff bringbar ist,
und mit Kolbenmitteln zum Bewirken des Eingriffs der Reibungs elemente mit gegenüberliegenden Kupplungsplatten,
wobei jede der Platten der innenseitig mit Zähnen versehenen Kupplungsscheiben Kerben an ihrem äußeren Umfang aufweist und jede der Platten der außenseitig mit Zähnen versehenen Kupp lungsscheiben an ihrem inneren Umfang mit Kerben versehen ist.