DE19906980B4

DE19906980B4 - Eingriffsteil für ein Kraftübertragungsaggregat

Info

Publication number: DE19906980B4
Application number: DE19906980A
Authority: DE
Inventors: Dieter Zimprich
Original assignee: BorgWarner Automotive GmbH
Current assignee: BorgWarner Automotive GmbH
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2019-02-20
Also published as: EP1030073B2; EP1030073A3; DE60033985D1; KR100627927B1; JP2000266080A; DE19906980A1; US6318534B1; EP1030073B1; KR20000058114A; DE60033985T2; EP1030073A2

Abstract

Eingriffsteil für ein Kraftübertragungsaggregat; 1.1 mit einer im Folgenden als Eingriffsfläche bezeichneten Oberfläche, die mit der Oberfläche eines hierzu benachbarten Teiles in Eingriff bringbar ist, um ein Drehmoment zu übertragen und die Nuten aufweist, die sich in radialer, tangentialer oder konzentrischer Richtung von innen nach außen erstrecken; 1.2 wenigstens eine der Eingriffsflächen ist derart strukturiert, dass Mikro-Taschen zur Speicherung von Schmiermittel gebildet werden, wobei die Mikro-Taschen derart ausgebildet sind, dass sie auch dann noch mit Öl gefüllt sind, wenn es zu einer Auslenkung oder Verkantung der Eingriffsteile kommt, so dass auch in solchen Extremsituationen noch eine ausreichende Schmierung vorhanden ist; 1.3 die Oberflächenstruktur ist mechanisch hergestellt; 1.4 das Eingriffsteil ist eine Lamelle für eine Schaltkupplung und weist einen Belag aus Papier oder einer papierähnlichen Substanz auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftübertragungsaggregat, insbesondere eine Lamellenkupplung.
Derartige Lamellenkupplungen umfassen eine Mehrzahl von Lamellen. Dabei ist eine erste Gruppe auf einem Lamellenträger dreh- und verschiebefest angeordnet, und eine zweite auf einer Nabe. Die Lamellen der beiden Gruppen greifen verzahnungsartig ineinander. Die beiden Gruppen sind in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar und dabei paarweise in Eingriff und außer Eingriff bringbar.
Die ringförmigen Lamellen sind im allgemeinen sandwichartig aufgebaut. Sie umfassen ein Trägerblech, das beispielsweise aus Stahl besteht. Das Trägerblech trägt auf seinen Ringflächen einen Belag. Dieser besteht im allgemeinen aus einer Faserstoffmasse, die aus Papier oder aus einem papierartigen Material hergestellt ist.
Es gibt jedoch auch Lamellenkupplungen oder Lamellenbremsen, bei denen die Lamellen durchgängig, das heißt in einem einzigen Stück aus einem Reibmaterial hergestellt sind.
Beispiele solcher Vorrichtungen sind bekannt geworden aus DE 31 49 880 C2 , DE 35 32 759 C1 oder DE 31 18 565 A1 .
Bei den genannten Kraftübertragungsaggregaten spielt die Schmierung der einzelnen Bauteile eine wichtige Rolle. Insbesondere muß dafür gesorgt werden, das Schmieröl zu den Reibflächen der Lamellen gelangt. Zu diesem Zwecke wird das Schmieröl auf die Reibflächen aufgespritzt. Der genannte Belag kann einen schwammartigen Aufbau haben. Hierdurch wird eine gewisse Ölspeicherung erzielt. Das gespeicherte Öl wird während der Schaltarbeit und der damit erfolgenden Kompression abgegeben.
WO 97/32678 beschreibt eine spezielle Oberflächenstruktur von Gegenlamellen aus Stahl. Diese Strukturen dienen der Reibwertverbesserung bei der Paarung Reiblamelle/Stahllamelle.
Gemeinholzer, G.: Ölgekühlte Lamellenkupplungen. In: Werkstatt und Betrieb 104 (1971) 4, S. 213–216 beschreibt verschiedene Arten von Reibbelägen für Lamellen, beispielsweise Poren enthaltene Sinterreibbeläge oder Reibbeläge aus Zellulose. Die Reibbeläge sind mit Rillen oder Nuten versehen, die sich in radialer, tangentialer oder konzentrischer Richtung von Innen nach Außen erstrecken und damit über eine rasche Verdrängung des Öls das Einschaltverhalten der Lamellenkupplung positiv beeinflussen. Obwohl sich derartige Lamellen dem Grunde nach bewährt haben, besteht noch weiterer Verbesserungsbedarf.
Die Anforderungen an die Lebensdauer von Lamellenkupplungen und ähnlichen Aggregaten sind außerordentlich hoch. Die Reibbeläge müssen ungezählte Male in- und außer Eingriff gebracht werden können, ohne dass sich das Kraftübertragungsverhalten ändert, beispielsweise durch Verschleiß oder durch mangelnde Wärmeabfuhr. Diese Anforderungen werden auch erfüllt, unter anderem durch porösen, schwammartigen Strukturaufbau des Belages. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es in manchen Fällen zu einem Verschleiß kommt, ohne dass die Lamelle entscheidend an der Kraftübertragung teilgenommen hat. Der Ausfall einer der Lamellen hat damit den Ausfall des gesamten Aggregates zur Folge. Die Ursachen waren bisher unbekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftübertragungsaggregat, insbesondere eine Lamellenkupplung, derart zu gestalten, dass die Lebensdauer – besonders im Leerlauf – gegenüber bekannten Aggregaten weiter gesteigert wird, und dass Ausfälle der Lamellen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfinder haben im einzelnen folgendes erkannt:
Beim Betrieb eines Aggregates der genannten Art, z. B. einer Lamellenkupplung, kann eine Situation eintreten, bei welcher die eine oder andere Lamelle aus ihrer achssenkrechten Position ausgelenkt wird und eine Art Taumelbewegung ausführt. Die betreffende Lamelle nimmt somit eine gewisse minimale Neigung gegen die achssenkrechte Richtung ein. Die Folge davon ist, daß die Endkante einer solchen Lamelle, die aus der achssenkrechten Position ausgelenkt ist, an der benachbarten Lamelle, mit welcher sie zusammenarbeitet, anliegt und dabei örtlich eine hohe Flächenpressung hervorruft. Dabei kommt es zu einem Wegschaben des Ölfilms auf der Gegenlamelle, an der die Kante der ausgelenkten Lamelle anliegt sowie zu deren ”Austrocknung”. Dies führt zu einem rapiden örtlichen Verschleiß durch Überhitzung und damit zu einem völligen Zusammenbruch der Reiblamelle und/oder Brandflecken (hot spots) auf der Gegenlamelle. Dies tritt vorwiegend im ausgerückten Zustand der Kupplung auf, somit nicht so sehr bei eingerückter Kupplung.
Die Erfinder haben hieraus die Konsequenzen gezogen. Zur Lösung des Problems schlagen sie demgemäß vor, den Oberflächen der Lamellen eine Struktur zu verleihen, so daß Öltaschen gebildet werden. Die Öltaschen sorgen dafür, daß die gefährdete Reibfläche auch dann noch mit einem Rest-Schmierölvorrat behaftet ist, wenn die aus ihrer achssenkrechten Position ausgelenkte Nachbarlamelle mit ihrer Endkante an der gefährdeten Reibfläche schleifend anliegt oder Zentrifugalkräfte versuchen, den Ölfilm abzuschleudern.
War die Oberflächenstruktur der Kontaktflächen von Lamellen bisher glatt, so ist dies jetzt nicht mehr der Fall. Die genannte Struktur der Oberfläche braucht dabei nur eine minimale zu sein, mit minimalen Erhöhungen und Vertiefungen. Die Struktur muß nur derart gestaltet sein, daß ein wirksamer Ölvorrat an bzw. in der betreffenden Reibfläche noch vorhanden ist.
Die Struktur der Oberfläche und damit die genannten Öltaschen können mikroskopisch klein sein, so daß sie mit dem bloßen Auge gar nicht ohne werteres erkennbar sind. Sie können aber auch im Makro-Bereich liegen. Sie können das Aussehen eines Gewebeabdruckes haben.
Sie können auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Handelt es sich bei den Reibbelägen um ein Material, das auf einer Papiermaschine hergestellt wurde, so könnte ein nicht-geglättetes Papier verwendet werden, das vom Herstellungsprozeß her noch die Struktur des Papiermaschinensiebes oder des Papiermaschinenfilzes aufweist. Auch ist es denkbar, die Struktur durch einen Präge- oder Walzprozeß während des Herstellens des Reibbelages oder nach dessen Herstellung vorzusehen.
Untersuchungen des Erfinders haben auch gezeigt, daß die erfindungsgemäße Gestaltung der Reiboberfläche auch zu Verbesserungen der Reibeigenschaften (wie z. B. Reibwertkonstanz, Energieaufnahme während des Schaltvorganges) führt.
Auch nicht-mechanische Mittel sind denkbar, um die gewünschte Oberflächenstruktur zu erzielen. So kommt eine Laserbehandlung der Lamellen-Oberflächen in Betracht, aber auch eine chemische Behandlung, beispielsweise das Anwenden eines Ätzverfahrens bei Sinterbelägen.
Die Erfindung ist anwendbar bei jeglicher Art von Reiboberflächen, beispielsweise bei solchen, deren Außenflächen Nuten aufweisen, die sich in radialer, tangentialer oder konzentrischer Richtung von Innen nach Außen erstrecken. Solche Nuten sind bekannt. Sie sollen eine Ölströmung erlauben, um die bei der Kupplungsarbeit anfallende Wärme abzuführen, oder aber Öl in begrenzten Bereichen der Lamellen ”einfangen” und einen Ölstrom in axialer Richtung erzeugen, der das Schleppmoment der Lamellen im Leerlauf reduziert.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert, Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt in einem achsparallelen Schnitt eine Mehrscheiben-Lamellenkupplung in schematischer Gesamtansicht.
2 zeigt, ebenfalls in einem achsparallelen Schnitt, stark vergrößert und schematisch einander benachbarte Lamellen.
3 zeigt den Gegenstand von 2 mit einer Auslenkung einer Lamelle aus einer achssenkrechten Ebene.
4 zeigt den Gegenstand von 3 in nochmals vergrößerter Darstellung mit einer möglichen Gestaltung der erfindungsgemäßen Öltaschen.
Die in 1 gezeigte Lamellenkupplung weist eine Antriebswelle 1 auf. Diese ist mit einem Lamellenträger 2 drehfest verbunden. Der Lamellenträger 2 trägt eine Mehrzahl von Außenlamellen 3.
Man erkennt ferner eine Nabe 4. Diese trägt eine Mehrzahl von Innenlamellen 5.
In 2 sieht man wieder die Welle 1. Diese ist als Vielkeilwelle ausgebildet und besitzt demgemäß eine Verzahnung 1.1.
Auf der Welle 1 befinden sich wiederum Innenlamellen 5. Diese weisen jeweils einen Blechring 5.1 auf, dessen radial inneres Ende derart gestaltet ist, daß der Blechring auf die Vielkeilwelle 1 in axialer Richtung aufschiebbar ist. Der Blechring 5.1 ist beidseits mit jeweils einem Reibbelag 5.2, 5.3 versehen. Die genannten Reibbeläge arbeiten in eingekuppeltem Zustand mit der benachbarten Außenlamelle 3 zusammen. Alle Kupplungsteile, somit auch die hier dargestellten Teile, sind mit Schmieröl beaufschlagt. In den Figuren ist der Schmierölfilm 3.1, 3.2 schematisch dargestellt`
In 3 erkennt man, daß die Innenlamelle 5 aus ihrer achssenkrechten Position ausgelenkt ist, hier übertrieben dargestellt. Die radial äußere Kante des Reibbelages 5.3 liegt sodann unter hoher örtlicher Pressung an der Außenlamelle 3 an. Dabei verdrängt er örtlich den Ölfilm 3.1.
4 veranschaulicht, daß die erfindungsgemäßen Öltaschen ein Trockenlaufen in der Kontaktzone verhindern.
Gemäß der Erfindung haben entweder die Außenlamellen und/oder die inneren Belaglamellen eine mikrostrukturierte Oberfläche. Deswegen bleiben mikrofeine Taschen auch dann noch mit Öl gefüllt, wenn es zu der dargestellten Auslenkung oder Verkantung kommt, so daß auch in solchen Extremsituationen noch eine ausreichende Schmierung vorhanden ist.
Es versteht sich, daß jedenfalls jene Lamellen-Oberflächen bzw. Lamellen-Reibbeläge eine erfindungsgemäße Struktur haben sollten, die aufgrund der auftretenden Fliehkräfte trockengeschleudert werden können. Es können auch sämtliche Lamellen-Oberflächen bzw. Reibbelag-Oberflächen mit einer Struktur gemäß der Erfindung versehen sein.

Claims

Eingriffsteil für ein Kraftübertragungsaggregat; 1.1 mit einer im Folgenden als Eingriffsfläche bezeichneten Oberfläche, die mit der Oberfläche eines hierzu benachbarten Teiles in Eingriff bringbar ist, um ein Drehmoment zu übertragen und die Nuten aufweist, die sich in radialer, tangentialer oder konzentrischer Richtung von innen nach außen erstrecken; 1.2 wenigstens eine der Eingriffsflächen ist derart strukturiert, dass Mikro-Taschen zur Speicherung von Schmiermittel gebildet werden, wobei die Mikro-Taschen derart ausgebildet sind, dass sie auch dann noch mit Öl gefüllt sind, wenn es zu einer Auslenkung oder Verkantung der Eingriffsteile kommt, so dass auch in solchen Extremsituationen noch eine ausreichende Schmierung vorhanden ist; 1.3 die Oberflächenstruktur ist mechanisch hergestellt; 1.4 das Eingriffsteil ist eine Lamelle für eine Schaltkupplung und weist einen Belag aus Papier oder einer papierähnlichen Substanz auf.
Eingriffsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine regelmäßige ist.
Eingriffsteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen zur Speicherung von Schmiermittel eine Tiefe aufweisen, die in der Größenordnung des Ölfilms liegt.
Eingriffsteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen zur Speicherung von Schmiermittel eine Tiefe aufweisen, die maximal 30% der Belagdicke entspricht.
Lamellenkupplung; 5.1 mit einer Mehrzahl von Lamellen (3, 5): 5.2 eine erste Gruppe vom Lamellen sitzt auf einer Welle, und eine weitere auf einer Nabe; 5.3 die beiden Gruppen von Lamellen (3, 5) sind relativ zueinander verschiebbar und dabei paarweise miteinander in Eingriff bringbar; 5.4 eine der beiden Oberflächen eines Lamellenpaares ist gemäß dem Eingriffsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gestaltet.