DE69608095T2

DE69608095T2 - Lamellenkupplung, automatisches getriebe mit einer solchen kupplung und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE69608095T2
Application number: DE69608095T
Authority: DE
Inventors: Roumen Antonov
Original assignee: Antonov Automotive Technologies BV; Antonov Automotive Europe BV
Current assignee: Antonov Automotive Technologies BV; Antonov Automotive Europe BV
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: CZ233597A3; FR2729726A1; ES2145993T3; PL321589A1; FI973091A; US5860890A; ZA96488B; EP0807214A1; EA199700125A1; NO973383D0; DE69608095D1; AR000778A1; EP0807214B1; EE9700183A; HUP9800704A3; NO973383L; NZ300641A; BG62864B1; EA000123B1; FR2729726B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrscheiben-Reibungskupplungsvorrichtung, insbesondere eine ausrückbare Kupplung oder eine Bremse, vom Typ der zum Beispiel in den automatischen Getrieben in Kraftfahrzeugen verwendbar ist, um zwei drehbare Organe des Getriebes selektiv zu kuppeln und damit das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Getriebes zu steuern.
Die vorliegende Erfindung betrifft gleichermassen ein damit ausgestattetes automatisches Getriebe.
Die vorliegende Erfindung betrifft gleichermassen ein Verfahren zur Herstellung einer Scheibe der Mehrscheiben-Kupplungsvorrichtung.
In automatischen Getrieben werden zur Steuerung des sich ergebenden Übersetzungsverhältnisses häufig ausrückbare Mehrscheiben-Kupplungen verwendet, die eine Abfolge von Scheiben aufweisen, welche mit dem einen bzw. dem anderen der beiden drehbaren Organe, die selektiv gekuppelt und ausgekuppelt werden sollen, verbunden sind. Der Reibungskoeffizient des für die Scheiben verwendeten Materials, sowie die Anzahl der Scheiben und ihr Durchmesser beeinflussen die axiale Klemmkraft die notwendigerweise auf die ausrückbare Kupplung ausgeübt werden muss, damit diese das von dem einen drehbaren Organ aufgenommene Kraftmoment auf das andere übertragen kann. Diese ausrückbaren Kupplungen arbeiten in einem Ölbad, das die Funktion hat, zu kühlen, den Verschleiss zu vermindern und wenn die ausrückbare Kupplung im gelockerten Zustand ist, selbst wenn das Spiel zwischen den Scheiben sehr gering ist, jegliche verbliebende Reibung zu beseitigen. Gewöhnlich bestehen die Scheiben aus gehärtetem Stahl und ihre Dicke ist so gering gewählt, wie es vernünftigerweise möglich ist. Tatsächlich versucht man die axiale Abmessung der ausrückbaren Mehrscheiben-Kupplung zu vermindern.
In der Praxis haben diese ausrückbaren Kupplungen nicht immer die Eigenschaften, die man von ihnen erwartet. Insbesondere ist der Übergang von dem gekuppelten Zustand in den gelockerten Zustand manchmal heftig. Ausserdem unterliegt die ausrückbare Kupplung Verschleisserscheinungen und folglich im Laufe der Zeit einer Verschlechterung ihrer Funktionseigenschaften.
Diese Mängel haben bei bestimmten Typen von automatischen Getrieben eine besondere Bedeutung, wie zum Beispiel bei solchen die in der WO-A-92 07 206 beschrieben sind, bei denen die Reibungseigenschaften zwischen den Scheiben ein Element sind, die bei dem Getriebe den Übertrittspunkt von einer Übersetzung in die andere bestimmen. Man nennt "Übertrittspunkt" jedes Wertepaar Drehgeschwindigkeit/zu übertragendes Moment für welches das Getriebe automatisch von einem Verhältnis in das andere übergeht. Es gibt eine unendliche Zahl von möglichen Übertrittspunkten da ja jedem zu übertragenden Moment eine Drehgeschwindigkeit entspricht, für welche die betrachtete Änderung der Übersetzung erfolgt.
In den Getrieben gemäss der WO-A-92 07 206 erfolgt der Übergang von einem gegebenen Übersetzungsverhältnis zu einem kleineren Übersetzungsverhältnis, wenn die einer kalibrierten Klemmkraft unterliegende ausrückbare Kupplung zur Übertragung des Momentes nicht mehr fähig ist und folglich anfängt durchzudrehen. Wenn der Reibungskoeffizient unbestimmt ist, ist der Übertrittspunkt für eine solche Änderung der Übersetzung auch unbestimmt.
Der Übergang von einem Übersetzungsverhältnis zu einer grösseren ergibt sich aus einem hierzu unterschiedlichen Vorgang, bei dem die kalibrierte Klemmkraft eine von einem Zahnungsgegendruck erzeugte Gegenkraft fortschreitend übersteigt. Zur gleichen Zeit lässt der Übergang eines zunehmende Teils der Leistung über die ausrückbare Kupplung diesen Zahnungsgegendruck fortschreitend verschwinden. Dies ermöglicht es schliesslich, dass die Klemmkraft die gänzliche Überlegenheit erreicht. Dieser Vorgang macht eine hohe Güte des Reibungsverhältnisses zwischen den Scheiben notwendig, wenn Ruckbewegungen vermieden werden sollen.
Solche Vorgänge der Änderung des Übersetzungsverhältnisses bringen zwischen den Scheiben längere Reibungsphasen unter Last mit sich, als wie im Falle von völlig herkömmlichen automatischen Getrieben, bei denen die ausrückbaren Kupplungen und die Bremsen durch Zylinder betätigt werden, die ihrerseits durch logische Steuerkreise gesteuert werden.
Es hat sich bei der Erfindung gezeigt, dass der Reibungskoeffizient zwischen den Stahlscheiben mit der Temperatur variiert, und dass diese Veränderungen meistens von den festgestellten Funktionsmängeln stammen. Zum Beispiel erhöht sich bei einer zunehmenden Klemmung der ausrückbaren Kupplung aufgrund der zunehmenden Reibung die Temperatur der Scheiben. Folglich erhöht sich der Reibungskoeffizient. Dieser neigt dann dazu eine zu schnelle Blockierung der ausrückbaren Kupplung, die durch Zylinder oder entsprechend der WO-A-92 07 206 gesteuert ist, auszulösen.
In einem Getriebe entsprechend der WO-A-92 07 206 ist der Übertrittspunkt zu einem niedrigerem Übersetzungsverhältnis eine direkte Funktion des Reibungskoeffizienten zwischen den Scheiben. Folglich ist der Übertrittspunkt nicht mehr der gleiche, wenn das Getriebe bei einer relativ niedrigen Temperatur oder im Gegensatz hierzu bei einer relativ hohen Temperatur arbeitet, oder aber und vor allem, genau nach der Erwärmung, die aus der kurz voraus gehenden Änderung des Übersetzungsverhältnis in entgegengesetzter Richtung entstanden ist.
Gemäss der US-A-4 828 089 ist eine Reibungskupplungsvorrichtung bekannt, die Scheiben mit einer metallischen Bewehrung verwendet. Wenigstens eine von zwei Scheiben trägt stark gerillte Beschläge aus Kohlenstoff um eine intensive Zirkulation einer Kühl- und Schmierflüssigkeit zu ermöglichen. Tatsächlich hält die Verbindung zwischen dem Kohlenstoff und der metallischen Bewehrung höheren Temperaturen nicht stand. Eine solche Vorrichtung ist teuer in der Herstellung, kompliziert in der Verwendung und wenig leistungsfähig.
Die WO-A-91/14 878 beschreibt eine Kupplung, bei der alle Scheiben aus massivem Kohlenstoff sind. Dies ist teuer. Da die Scheiben aus Kohlenstoff in Axialenrichtung dicker sind als die Scheiben aus Stahl ist die Abmessung in Axialenrichtung grösser.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die vorgenannten Nachteile zu überwinden, indem eine ausrückbare Mehrscheiben-Kupplung vorgeschlagen wird, die wenig empfindlich auf Verschleiss und auf Temperaturveränderungen und dabei relativ wirtschaftlich ist.
Erfindungsgemäss ist die Mehrscheiben-Reibungskupplungsvorrichtung, insbesondere für ein für ein Kraftfahrzeug bestimmtes automatisches Getriebe, mit einem ersten und einem zweiten Organ, die koaxial drehen, mit einer ersten Gruppe von Scheiben aus Metall, die drehfest mit dem ersten Organ und alternierend mit drehfest mit dem zweiten Organ verbundenen zweiten Scheiben angeordnet sind, und mit Mitteln zum selektiven axialen Komprimieren bzw. axialen Lockern der Scheiben dadurch gekennzeichnet, dass für jede Scheibe der zweiten Gruppe der die beiden gegenüberliegenden Reibungsflächen aufweisende Scheibenkörper aus einem Stück kohlenstoffhaltigen Materials hergestellt ist.
Es wurde festgestellt, dass der Kontakt Metall/Kohlenstoff einen Reibungskoeffzienten ergibt, der von der Temperatur der Scheiben grösstenteils unabhängig ist. Ausserdem verursacht die Reibung von Metall gegen Kohlenstoff unter Last nur einen unbedeutenden Verschleiss, und dies gilt sogar wenn sie wenig oder gar nicht geschmiert ist und wenn die Temperatur in bestimmten Betriebszuständen lokal sehr hohe Werte erreicht.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das automatische Getriebe, das wenigstens eine Verbindung durch Zahnungen und wenigstens eine zwischen dem geklemmten Zustand und dem gelockerten Zustand automatisch gesteuerte Mehrscheiben- Reibungskupplungsvorrichtung, um die Zahnungsverbindung entsprechend einem ersten bzw. einem zweiten Übersetzungsverhältnis wirken zu lassen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrscheiben-Kupplungsvorrichtung der ersten erfindungsgemässen Ausführungsform entspricht.
Vorzugsweise ist die Kupplungsvorrichtung eine ausrückbare Kupplung, wobei die Zahnungsverbindung wenigstens teilweise entlastet ist, wenn die ausrückbare Kupplung geklemmt ist, und das Getriebe Mittel um auf die ausrückbare Kupplung in Lockerungsrichtung eine Gegenkraft der Zahnung (PAC), die in der Zahnungsverbindung wenn sie unter Last steht erzeugt wird, zu übertragen, Mittel um die ausrückbare Kupplung unter einer kalibrierten Belastung zu klemmen, wodurch der ausrückbaren Kupplung die Fähigkeit zur Übertragung eines entsprechenden Momentes vermittelt wird, und ein Mittel vom Typ eines Freilaufs aufweist, um eine umgekehrte Drehung eines eine der Zahnungen der Verbindungen tragenden Gegenkraftmittels zu verhindern.
Vorzugsweise ist der Kohlenstoff der Scheiben der zweiten Gruppe faserverstärkt und besteht insbesondere aus Kohlenstofffasern, entsprechend der so genannten "Kohlenstoff- Kohlenstoff"-Technik.
Vor allem im Bereich zwischen den beiden Reibungsflächen der Scheiben können die Scheiben der zweiten Gruppen keine Bewehrung und insbesondere keine metallische Bewehrung aufweisen. Auf diese Weise sind die Scheiben billiger herzustellen und ihre Dicke kann zum Beispiel auf 3 mm verringert werden, wobei die Dicke der Stahlscheiben vorzugsweise ungefähr 1 mm beträgt.
Gemäss einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung einer Scheibe der zweiten Gruppe einer erfindungsgemässen Reibungskupplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe in einem einzigen Stück aus einer Platte aus kohlenstoffhaltigen Material mit einer Dicke, die der gewünschten Dicke für die Platte der zweiten Gruppe ungefähr entspricht, ausgestanzt wird.
Die Struktur ohne Bewehrung der Scheiben aus Kohlenstoff ermöglicht es, dieses sehr einfache und sehr zuverlässige Herstellungsverfahren zu verwenden. Während der Ausstanzung aus der Platte kann gleichzeitig durch eine entsprechende Ausstanzkontur eine Zahnung längs einem der beiden ringförmigen Ränder der Platte gebildet werden. Diese Zahnung soll in die entsprechenden Rillen des drehbaren Organs, das mit den Kohlenstoffscheiben in der ausrückbaren Kupplung verbunden ist, eingreifen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung treten durch die nachfolgende Beschreibung von nichtbeschränkenden Beispielen hervor.
Die beigefügten Zeichungen zeigen:
- Fig. 1 ist ein schematischer Teillängsschnitt der Halbansicht eines Getriebes mit wenigstens zwei erfindungsgemässen Übersetzungen in Ruhe, ausgerüstet mit einer erfindungsgemässen ausrückbaren Mehrscheiben-Kupplung;
- Fig. 2 ist die Teilansicht der ausrückbaren Mehrscheiben-Kupplung des Getriebes der Fig. 1 im Querschnitt;
- Fig. 3 und Fig. 4 sind zur Fig. 1 analoge Ansichten, die jedoch vereinfacht und auf die Funktion als Untersetzungsgetriebe bezogen sind und jeweils in direktem Eingriff stehen;
- Fig. 5 ist eine Teilansicht im Schnitt und in der Perspektive von drei Scheiben der ausrückbaren Kupplung der Fig. 1 bis 4; und
- Fig. 6 ist eine schematische Ansicht in der Perspektive, die das Herstellverfahren einer Kohlenstoffscheibe veranschaulicht.
Das in der Fig. 1 dargestellte Getriebe, das insbesondere für ein Kraftfahrzeug bestimmt ist, weist eine Übersetzungsvorrichtung für zwei Übersetzungsverhältnisse mit einer Antriebswelle 2a und einer Abtriebswelle 2b auf, die entsprechend der Getriebeachse 12 ausgerichtet sind. Die Antriebswelle 2a ist mit der Abtriebswelle S eines Motors 5 des Kraftfahrzeuges mit Zwischenstellung einer ausrückbaren Antriebskupplung 86 verbunden. Die Abtriebswelle 2b soll den Antrieb eines Differentials zum Antrieb der Atriebsräder eines Fahrzeuges direkt oder indirekt mitnehmen. Zwischen der Abtriebswelle 2b und dem Antrieb des Differentials kann zum Beispiel eine weitere Übersetzungsvorrichtung mit zwei oder mehreren Übersetzungsverhältnissen und/oder ein Umkehrgetriebe für Vorwärtslauf- Rückwärtslauf angeordnet sein.
Die Antriebs- 2a und Abtriebswelle 2b sind relativ zu einem Gehäuse 4 (teilweise dargestellt) des Getriebes immobilisiert.
Die Übersetzungsvorrichtung umfasst ein durch ein Umlaufgetriebe 7 gebildetes Ausgleichsgetriebe. Das Umlaufgetriebe 7 umfasst einen Kranz 8 mit innerer Zahnung und ein Umlaufrad 9 mit äusserer Zahnung die alle beide mit Satelliten 11 in Eingriff stehen, die in gleichen Winkelintervallen um die Achse 12 der Übersetzungsvorrichtung von einem Statellitenträger 13, der fest mit der Abtriebswelle 2b verbunden ist, getragen werden. Die Satelliten können um exzentrische Drehzapfen 14 des Satellitenträgers 13 frei drehen. Das Umlaufrad 9 kann um die Achse 12 der Übersetzungsvorrichtung bezüglich der Abtriebswelle 2b, die sie umgibt, frei drehen. Gleichwohl hindert eine Freilaufvorrichtung das Umlaufrad daran, dass es sich umgekehrt dreht, das heisst, in der zur normalen Drehrichtung der Antriebswelle 2a bezüglich des Gehäuses 4 der Übersetzung umgekehrten Richtung.
Der Kranz 8 ist drehfest, jedoch mittels Rillen 17 frei in seiner axialen Verschiebung relativ zur Antriebswelle 2a.
Eine ausrückbare Mehrscheibenkupplung 18 ist um den Kranz 8 angeordnet. Sie umfasst einen Stapel von ringförmigen Scheiben 19, die sich mit den ringförmigen Scheiben 22 abwechseln. Die Scheiben 19 sind drehfest am Kranz 8 mit der Möglichkeit der axialen Verschiebung angeordnet. Hierfür weisen die Scheiben 19 innere Zähne 15 (Fig. 2) auf, die in Rillen 21 am Kranz 8 eingreifen. Die Scheiben 22 sind drehfest, jedoch mit der Möglichkeit der axialen Verschiebung, mit dem Satellitenträger 13 verbunden. Hierfür ist ein Käfig 20 auf seiner radialwärts inneren Seite mit Rillen 23 ausgestattet, in die in axial verschiebbarer Weise einerseits die äusseren Zähne 25 der Scheiben 22 und andererseits die äusseren Zähne 24 des Satellitenträgers 13 (Fig. 1) eingreifen.
Die Rillen 21, 23 werden durch offenen Schlitze zwischen den Lamellen 41, 42 gebildet, welche es dem Öl erlauben in den von den Scheiben 19, 22 belegten ringförmigen Raum einzutreten. Nach Bedarf können spezifische Mittel vorgesehen sein, um den radial im Innern der Rillen 21 befindlichen Raum mit Öl zu versorgen.
Der Stapel der Scheiben 19 und 22 kann zwischen einer am Satellitenträger 13 befestigten Rückhalteplatte 26 und einer bewegbaren Platte 27, die zum Käfig 20 gehört, axial geklemmt werden.
Das Gehäuse 20 trägt Fliehkraftregler 29, die in Form eines Kranzes um die ausrückbare Kupplung 18 angeordnet sind.
Die Fliehkraftregler sind folglich drehfest mit der Abtriebswelle 2b der Übersetzungsvorrichtung verbunden.
Jeder Fliehkraftregler weist einen massiven Körper 31, der radialwärts ausserhalb der Platten 19 und 22 befindlich ist, und eine gegen eine Aussenseite der festen Platte 26 mittels einer Tellerfeder gedrückte Betätigungsnase 32 auf. Die Nase 32 ist mit dem massiven Körper 31 über einen Winkelarm 33 verbunden, der an den Käfig 20 um eine bezüglich der Achse 12 der Vorrichtung tangential orientierte Achse 28 angelenkt ist. Die WO-A-91/13275 beschreibt vorteilhafte Vorrichtungen für das Anlenken solcher Fliehkraftregler. Der Schwerpunkt G des Fliehkraftreglers befindet sich innerhalb oder nahe des massiven Körpers 31, in einer Stellung, die bezüglich der Achse 28 einen gewissen Abstand parallel zur Achse 12 der Vorrichtung aufweist.
So neigt die Drehung des Satellitenträgers 13 dazu, die Körper 31 der Fliehkraftregler 29 unter der Einwirkung ihrer Fliehkraft Fa um ihre Tangentialachsen 28 radialwärts nach aussen zu drehen, um sie von einer durch einen Anschlag 36 gegen den Käfig 20 (Fig. 1 und 3) definierten Ruhelage in eine, in der Fig. 4 sichtbaren, getrennte Stellung übergehen zu lassen.
Hieraus resultiert also eine relative axiale Verschiebung zwischen der Nase 32 und der Gelenkachse 28 des Fliehkraftreglers, und folglich zwischen der Nase 32 und dem Gehäuse 20. Relativ zur Verschiebungsrichtung, die der Zentrifugalverschiebung der Fliehkraftregler 29 entspricht, wird der Käfig 20 durch einen axialen Anschlag B2 mit relativer Rotationsfreiheit axial gegen den Kranz 8 gedrückt.
So ruft die Verschiebung des Käfigs 20 bezüglich der Nase 32 eine Bewegung mit einer relativen Annäherung zwischen der Nase 32 und der bewegbaren Platte 27 der ausrückbaren Kupplung 18 hervor. Diese relative Verschiebung kann einer Kompression der Tellerfeder 34 und/oder einer Verschiebung der bewegbaren Platte 27 gegen die feste Platte 26 in der Klemmrichtung der ausrückbaren Kupplung 18 entsprechen.
Wenn die Übersetzungsvorrichtung, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, in Ruhelage ist, überträgt die Tellerfeder 34 mittels der in Ruhelage im Anschlag befindlichen Fliehkraftregler 29 eine Kraft auf den Käfig 20, die die ausrückbare Kupplung 18 klemmt, so dass der Antrieb 2a der Übersetzungsvorrichtung mit dem Abtrieb 2b drehgekuppelt wird, und die Übersetzungsvorrichtung in direktem Eingriff steht, wobei diese ein Moment bis zu einem bestimmten, durch die Klemmkraft der Tellerfeder definierten Maximum, übertragen kann.
Andererseits sind die Zahnungen des Kranzes 8, der Satelliten 11 und des Umlaufrades 9 von helikoidaler Art. So erscheinen in jedem Moment der unter Last ineinander greifenden Zahnungen entgegengesetzte Axialdrücke, die proportional zur übertragenen Umfangskraft und folglich dem Moment auf die Antriebswelle 2a und auf die Abtriebswelle 2b sind. Die Richtung der helikoidalen Neigung der Zahnungen sind so gewählt, dass der Axialdruck Pac (Fig. 2) im Kranz 8 entsteht, wenn dieser ein Antriebsmoment überträgt, das in der Richtung ausgeübt wird, in die der Kranz 8 die bewegbare Platte 27 mittels des Anschlags B2 drückt. Folglich, wenn der Axialdruck Pac besteht, drückt der Kranz 8 die Platte 27 in die Richtung, die sie von der Halteplatte 26 der ausrückbaren Kupplung 18 entfernt. Die Satelliten 1 l, die nicht nur mit dem Kranz 8, sondern auch mit dem Umlaufrad 9 in Eingriff stehen, unterliegen zwei entgegen gerichteten axialen Gegenkräften PS1 und PS2, die sich ausgleichen, und das Umlaufrad 9 unterliegt, wenn berücksichtigt wird, dass es in Eingriff mit den Satelliten 11 steht, einem Axialdruck Pap, der dem Axialdruck Pac des Kranzes 8 entgegengesetzt ist und in der Stärke gleicht. Der Druck Pap des Umlaufrades 9 wird mittels eines Anschlages B3 auf das Gehäuse 4 übertragen. Folglich wird der Axialdruck Pac auf die bewegbare Platte 27 der ausrückbaren Kupplung und bezüglich des Gehäuses 4, also bezüglich der Halteplatte 26 der ausrückbaren Kupplung, ausgeübt, wobei dies in der Richtung erfolgt, die dazu neigt, die ausrückbare Kupplung 18 zu lockern. Diese Kraft, die über den Anschlag B2 auf den Käfig 20 übertragen wird, neigt auch dazu, die Nase 32 der Fliehkraftregler 29 und die Halteplatte 26 einander anzunähern, und folglich die Fliehkraftregler 29 in ihrer Ruhelage zu halten und die Tellerfeder 34 zu komprimieren.
Das ist die in der Fig. 3 dargestellte Situation. Indem diese Situation angenommen wird, wird nunmehr die Grundfunktion der Übersetzungsvorrichtung beschrieben. Obgleich das über die Antriebswelle 2a auf die Übersetzungsvorrichtung übertragene Moment so ist, dass der Axialdruck Pac in dem Kranz 8 ausreicht, um die Tellerfeder 34 zu komprimieren und die Fliehkraftregler 29 in der in der Fig. 3 dargestellten Ruhelage zu halten, ist die Entfernung zwischen der Halteplatte 26 und der bewegbaren Platte der ausrückbaren Kupplung so, dass die Scheiben 19 und 22 gegeneinander gleiten, ohne dass zwischen ihnen ein Moment übertragen wird. In diesem Fall kann sich der Satellitenträger 13 mit einer zur Antriebswelle 2a verschiedenen Geschwindigkeit drehen und er neigt dazu durch die Last der Mitnahme der Abtriebswelle 2b immobilisiert zu werden. Daraus folgt, dass die Satelliten 11 dazu neigen, sich wie Bewegungsumkehrer zu verhalten, das heisst das Umlaufrad 9 in zur Drehrichtung des Kranzes 8 umgekehrten Richtung drehen zu lassen. Dies wird jedoch durch den Freilauf 16 verhindert. Das Umlaufrad 9 wird also durch den Freilauf 16 immobilisiert und der Satellitenträger 13 dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die zwischen der Geschwindigkeit Null des Umlaufrades 9 und der Geschwindigkeit des Kranzes 8 und der Antriebswelle 2a liegt. Das Modul funktioniert also als Untersetzungsgetriebe. Wenn die Drehgeschwindigkeit zunimmt und wenn das Moment unverändert bleibt, kommt ein Zeitpunkt wo die Fliehkraft der Fliehkraftregler zwischen der Halteplatte 26 und der bewegbaren Platte 27 eine axiale Klemmkraft erzeugt, die grösser ist als der Axialdruck Pac, und die bewegbare Platte 27 wird gegen die Platte 26 gedrückt, um den direkten Eingriff zu bewerkstelligen.
Wenn die ausrückbare Kupplung 18 geklemmt ist, wird die gesamte Leistung direkt von dem mit der Antriebswelle 2a verbundenen Kranz 8 auf den mit der Abtriebswelle 2b verbundenen Satellitenträger 13 übertragen. Folglich arbeiten die Zahnungen des Umlaufgetriebes 7 nicht mehr, das heisst, dass sie keine Kraft mehr übertragen und dass sie keinen Axialdruck entstehen lassen. So kann der Axialdruck aufgrund der Fliehkraft voll ausgeübt werden, um die Platten 26 und 27 gegeneinander zu klemmen. Der Vorgang des Übergangs in direktem Eingriff wird besser verständlich: sobald die Scheiben 19 und 22 beginnen gegeneinander zu reiben und einen Teil der Leistung zu übertragen, werden die Zahnungen in gleichem Masse entlastet, der Axialdruck Pac verschwindet ebenso, und die Überlegenheit der Fliehkraft nimmt immer mehr zu, bis die ausrückbare Kupplung 18 den direkten Eingriff gänzlich gewährleistet.
Es kann also passieren, dass die Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle 2b abnimmt, und/oder dass das zu übertragende Moment bis zu der Stelle zunimmt, wo die Fliehkraftregler 29 in der ausrückbaren Kupplung 18 eine ausreichende Klemmkraft zur Übertragung des Momentes nicht mehr gewährleisten. In diesem Fall beginnt die ausrückbare Kupplung 18 durchzudrehen. Die Geschindigkeit des Umlaufrades 9 nimmt ab, bis es stehen bleibt. Der Freilauf 16 immobilisiert das Umlaufrad und die Kraft der Zahnung Pac erscheint wieder, um die ausrückbare Kupplung zu lockern, so dass die Übersetzungsvorrichtung danach als Untersetzungsgetriebe funktioniert. Wenn sich auf diese Weise jedes Mal ein Wechsel zwischen dem Betrieb als Untersetzungsgetriebe und dem Betrieb in direktem Eingriff vollzieht, verändert sich die Axialkraft Pac in der Richtung, die das neu eingerichtete Übersetzungsverhältnis stabilisiert. Dies ist einerseits sehr vorteilhaft, um die ständigen Änderungen im Übersetzungsverhältnis um bestimmte kritische Funktionspunkte herum zu vermeiden, und andererseits damit solche Situationen, bei denen die ausrückbare Kupplung 18 durchdreht, nur vorübergehend auftreten.
Die Tellerfeder 34 erfüllt die Funktion einer Sicherheitsbremse, indem der Motor 5 mit den Fahrzeugrädern gekuppelt wird, wenn die beiden stehen, und um durch Vergleich mit einer Klemmkraft die nur durch Fliehkraftwirkung erzeugt wird, in vorteilhafter Weise die Eigenschaften der auf die ausrückbare Kupplung als Funktion der Geschwindigkeit der Abtriebswelle 2b ausgeübten Klemmkraft zu modifizieren.
Nunmehr werden bestimmte Eigenschaften der erfindungsgemässen ausrückbaren Mehrscheiben-Kupplung 18 beschrieben.
In den Fig. 1, 3 und 4 wurde die ausrückbare Kupplung so dargestellt, dass sie insgesamt nur sieben Scheiben umfasst, jedoch kann diese Zahl in der Praxis deutlich höher sein und zum Beispiel ungefähr 15 oder 20 Scheiben erreichen.
Die Scheiben 22, die im folgenden "erste Scheiben" genannt werden, sind in Einklang mit der herkömmlichen Technik der ausrückbaren Mehrscheiben-Kupplung mit Ölbad aus gehärtetem Stahl hergestellt. Ihre Dicke "e" (Fig. 5) beträgt zum Beispiel ungefähr 1 mm.
Dagegen sind die mit dem Kranz 8 drehfest verbundenen Scheiben 19 gänzlich aus einem Material hergestellt, das aus einer Kohlenstoffmatrix besteht, in die Kohlenstofffasern, entsprechend der so genannten Technik "Kohlenstoff-Kohlenstoff" eingelassen sind. Insbesondere sind diese Scheiben mit keinem metallischen oder anderen Verstärkungskern ausgestattet. Das zuvor genannte kohlenstoffhaltige Material nimmt den ganzen Raum zwischen den gegenüberliegenden Reibungsflächen 43 einer Scheibe (Fig. 5) ein. Die Dicke "E" der Kohlenstoffscheiben 19, die oberhalb jener der Stahlscheiben 22 "e" liegt, beträgt zum Beispiel 3 mm.
Wie es in der Fig. 6 dargestellt ist, kann eine solche Scheibe hergestellt werden, indem man von einer Platte 44 aus dem genannten Material Kohlenstoff-Kohlenstoff mit einer einheitlichen Dicke, die der gewollten Dicke für die Scheiben 19 gleich ist, ausgeht, das heisst, im vorgenannten Beispiel 3 mm beträgt, und es wird die Platte entsprechend den beiden koaxialen Konturen 46 und 47 gestanzt, wobei die eine der radialwärts inneren Kontur und die andere der radialwärts äusseren Kontur der herzustellenden Scheibe 19 entspricht. Die innere Kontur 46 definiert direkt die Zähne 15 der Scheibe, die somit aus einem einzigen Stück mit dem die beiden Reibungsflächen 43 definierenden Körper der Scheibe hergestellt sind.
In dem dargestellten Beispiel gibt es eine erste Scheibe 22 an jedem Ende des Scheibenstapels, der zur ausrückbaren Mehrscheiben-Kupplung 18 gehört, und die Zahl der ersten Scheiben 22 ist folglich um eine Einheit höher als die Zahl der zweiten Scheiben 19. Indem die Scheiben, deren Zahl geringer ist, aus Kohlenstoff hergestellt werden, werden die Kosten und die axiale Abmessung der ausrückbaren Kupplung vermindert.
In herkömmlicher Weise sind die Zähne 15 der Scheiben 19, deren Zahnung radialwärts innen liegt, zahlreicher und haben eine Teilung, bei denen sie merklich näher liegen, als die Zähne 25 der Scheiben, deren Zahnung aussen ist. Tatsächlich ist für die Übersetzung des gleichen Moments die Umfangskraft längs des radialwärts inneren Randes grösser, was es erforderlich macht, längs des Umfangs, der nichtsdestotrotz kleiner ist als der äussere Umfang, mehr Zähne vorzusehen. Erfindungsgemäss ist es bevorzugt, dass die Kohlenstoffscheiben jene sind, deren Zähne wie dargestellt im Innern liegen. Da diese Scheiben dicker sind, sind die Kontaktflächen zwischen jedem Zahn und der Flanke der entsprechenden Rille relativ gross, und es kann folglich die Zahl der Zähne vermindert werden. Ausserdem haben die Scheiben mit innerer Zahnung geringere innere und äussere Durchmesser. Sie erfordern folglich weniger Material und ihre Herstellung gemäss dem in der Fig. 6 dargestellten Verfahren verursacht weniger Materialabfall innerhalb der Kontur 46 und ausserhalb der Kontur 47.
Wie es die Fig. 5 zeigt, können in jeder Reibunsfläche 43 jeder Scheibe 19 aus Kohlenstoff wenigstens eine radiale Rinne 48, vorzugsweise wenigstens zwei diametral entgegengesetzte radiale Rinnen, ausgebildet werden. Jede Rinne verläuft vom freien Rand eines Zahns 15 der Scheibe bis zu dem den Zähnen 15 entgegengesetzten Umfangsrand der Scheibe. Diese Rinnen bilden im Betrieb mit der angrenzenden Seite der benachbarten Stahlscheibe 22 einen Gang, in dem das Öl durch Zentrifugation radialwärts nach aussen zirkuliert.
Die Ränder der Rinnen 48 sind nicht fähig, die Stahlscheiben zu beschädigen. Wenn die Rinnen in den Stahlscheiben gebildet würden, könnte sich hieraus die Notwendigkeit ergeben, dieses dicker zu machen mit der Gefahr, dass die Ränder der Rinnen das angrenzende kohlenstoffhaltige Material beschädigen. Die Rinnen 48 haben die Funktion, dass das Öl, sogar wenn die ausrückbare Kupplung geklemmt ist, von dem radialwärts innerhalb der Scheiben liegenden Bereich zu dem radialwärts ausserhalb der Scheiben liegenden Bereich zirkulieren kann. Jedoch sind diese Rinnen nicht unerlässlich. Derzeit ist es bevorzugt, dass die Reibungsflächen der Scheiben völlig glatt sind und dass andererseits ein Durchgang vorgesehen ist, um dem Öl, sogar wenn die ausrückbare Kupplung geklemmt ist, die soeben beschriebene Zirkulation zu ermöglichen. Sogar wenn Rinnen wie 48 vorgesehen sind, können die Scheiben als im wesentlichen glatt angesehen werden, wenn diese Rinnen in der Zahl ausreichend gering bleiben und grosse glatte Bereiche abtrennen. Tatsächlich hat sich gezeigt, dass die Rinnen 48 bei solchen Bedingungen den Kontakt zwischen den Scheiben nicht merklich schmieren, wenn sich die ausrückbare Kupplung im Zustand am Ende des Durchdrehens oder im Zustand des Anhaftens unter der Einwirkung einer Klemmkraft befindet.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene und dargestellte Beispiel beschränkt.
Die Erfindung ist auf ausrückbare Mehrscheiben-Kupplungen anwendbar, die von Zylindern betätigt werden, welche ihrerseits von einem logischen Schaltkreis, der hydraulisch oder elektronisch sein kann, gesteuert werden. Hinsichtlich der beschriebenen Beispiele kann die Klemmkraft anders als wie mit Fliehkraftreglern erzeugt werden. Zum Beispiel ist eine Feder, die eine konstante Klemmkraft erzeugt, verwendbar. Was das Verfahren betrifft, kann von einer ein wenig dickeren Platte als die Scheiben ausgegangen werden, wenn es hernach vorgesehen ist, die Reibungsflächen zu bearbeiten.
Die Erfindung ist auf Mehrscheibenbremsen anwendbar.

Claims

1. Mehrscheiben-Reibungskupplungsvorrichtung, insbesondere für ein für ein Kraftfahrzeug bestimmtes automatisches Getriebe, mit einem ersten (20, 26, 27) und einem zweiten (8, 21) Organ, die koaxial drehen, mit einer ersten Gruppe von Scheiben (22) aus Metall, die drehfest mit dem ersten Organ (20, 26, 27) und alternierend mit drehfest mit dem zweiten Organ verbundenen zweiten Scheiben (19) angeordnet sind, und mit Mitteln (29, 34, 17, B2) zum selektiven axialen Komprimieren bzw. axialen Lockern der Scheiben (19, 22) dadurch gekennzeichnet, dass für jede Scheibe (19) der zweiten Gruppe der die beiden gegenüberliegenden Reibungsflächen (43) aufweisende Scheibenkörper aus einem Stück kohlenstoffhaltigen Materials hergestellt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff der Scheiben (19) der zweiten Gruppe faserverstärkt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Kohlenstofffasern sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (22) der ersten Gruppe aus gehärtetem Stahl sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (E) der Scheiben (19) der zweiten Gruppe größer als diejenige (e) der Scheiben (22) der ersten Gruppe ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (22) der ersten Gruppe eine Dicke (e) von ungefähr 1 mm und die Scheiben-(19) der zweiten Gruppe eine Dicke (E) von ungefähr 3 mm haben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe der Scheiben eine Scheibe (22) mehr als die zweite Gruppe aufweist, und die beiden äußeren Scheiben des Stapels beide zur ersten Gruppe gehören.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Organ axiale Rillen (21) aufweist und die Scheiben (19) der zweiten Gruppe Zähne (15) aufweisen, die verschiebbar in die Rillen eingreifen, und dass die Zähne gleichermaßen auf der Grundlage von Kohlenstoff hergestellt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Scheibe (19) der zweiten Gruppe die Zähne (15) der Scheibe in dem genannten Stück aus kohlenstoffhaltigem Material gefertigt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (15) der Scheiben (19) der zweiten Gruppe radialwärts nach innen gerichtet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (19) der zweiten Gruppe wenigstens eine radiale Rinne (48) in jeder Reibungsfläche aufweisen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (19) der zweiten Gruppe mit einem Antriebsorgan (8) und die Scheiben (22) der ersten Gruppe mit einem Abtriebsorgan (13) drehfest verbunden sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen der Scheiben (19, 22) im wesentlichen glatt sind.

14. Automatisches Getriebe, das wenigstens eine Verbindung (7) durch Zahnungen und wenigstens eine zwischen dem geklemmten Zustand und dem gelockerten Zustand automatisch gesteuerte Mehrscheiben-Reibungskupplungsvorrichtung (18), um die Zahnungsverbindung entsprechend einem ersten bzw. einem zweiten Übersetzungsverhältnis wirken zu lassen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrscheiben-Kupplungsvorrichtung (18) einem der Ansprüche 1 bis 13 entspricht.

15. Automatisches Getriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung eine ausrückbare Kupplung ist, wobei die Zahnungsverbindung (7) wenigstens teilweise entlastet ist, wenn die ausrückbare Kupplung (18) geklemmt ist, und dass das Getriebe Mittel (17, B2) um auf die ausrückbare Kupplung in Lockerungsrichtung eine Gegenkraft der Zahnung (PAc), die in der Zahnungsverbindung (7) wenn sie unter Last steht, erzeugt wird, zu übertragen, Mittel (29, 34), um die ausrückbare Kupplung (18) unter einer kalibrierten Belastung zu klemmen, wodurch der ausrückbaren Kupplung die Fähigkeit zur Übertragung eines entsprechenden Momentes vermittelt wird, und ein Mittel (16) vom Typ eines Freilaufs aufweist, um eine umgekehrte Drehung eines eine der Zahnungen der Verbindung tragenden Gegenkraftmittels (9) zu verhindern.

16. Verfahren zur Herstellung einer Scheibe der zweiten Gruppe einer Kupplungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (19) in einem einzigen Stück aus einer Platte aus kohlenstoffhaltigem Material (44) mit einer Dicke, die der gewünschten Dicke für die Platte (19) der zweiten Gruppe ungefähr entspricht, ausgestanzt wird.