WO2011012258A1

WO2011012258A1 - Kupplungslamelle aus zwei trägerteilen

Info

Publication number: WO2011012258A1
Application number: PCT/EP2010/004486
Authority: WO
Inventors: Gerald Otto Zwickel
Original assignee: Bilstein Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2011-02-03
Also published as: DE102009035044A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kupplungslamelle (2, 2a, 2b) mit einem ersten und einem zweiten Trägerblech (10), die in einer Kontaktebene (12) aneinander angrenzen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eines der Trägerbleche (10) im Bereich der Kontaktebene (12) eine umlaufende Ausnehmung (14) aufweist, die zwischen den Trägerblechen (10) einen umlaufenden Hohlraum (16) definiert.

Description

KUPPLUNGSLAMELLE AUS ZWEI TRAGERBLECHEN

Die Erfindung betrifft eine Kupplungslamelle aus zwei Trägerblechen gemäß dem

Oberbegriff von Anspruch 1.

Auf dem Gebiet der Fertigung von mechanisch hoch belasteten rotierenden Brems- oder Kupplungslamellen, wie sie beispielsweise in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, ergibt sich das Problem, dass die mit den Lamellen

zusammenwirkenden Reibbeläge oder auch die Lamellen selbst oftmals fertigungsbedingte Unebenheiten auf der Außenfläche aufweisen oder unter Belastung ausbilden.

Durch die erhöhte Flächenpressung und die damit einhergehende Reibung im Bereich der Erhebungen solcher Unebenheiten ergeben sich bei einer Drehzahldifferenz zwischen den Lamellen und den zugeordneten Reibbelägen punktuelle Temperaturmaxima, die auch als Hot Spots bezeichnet werden. Diese Hot Spots sind oftmals der Hauptgrund für den vorzeitigen Verschleiß der heutzutage verwendeten Kupplungslamellen.

Aus der EP 1 650 454 Al ist eine Lamelle aus mehreren segmentierten Trägerblechen bekannt, bei der die einzelnen Trägerbleche miteinander verklebt oder verschweißt sind. Obgleich durch die Verklebung der einzelnen Trägerblechsegmente die Neigung zu einem Auftreten von Hot Spots verringert wird, ist das Verkleben der Trägerbleche sehr aufwendig und führt zu erhöhten Produktionskosten. Ein weiteres Problem der

beschriebenen Lamelle besteht darin, dass die zum Verkleben der Segmente benötigten Klebstoffe bei den unter hohen Belastungen in Kupplungen entstehenden Temperaturen von mehreren 100 °C in der Regel nicht beständig sind, so dass die Klebeverbindung dazu neigt, sich temperaturbedingt aufzulösen.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungslamelle der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Neigung zu einem Auftreten von Hot Spots verringert ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kupplungslamelle mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung umfasst eine Kupplungslamelle ein erstes und ein zweites

Trägerblech, die in einer Kontaktebene aneinander angrenzen. Unter Kontaktebene ist hierbei diejenige Ebene zu verstehen, in der die Kontaktflächen der beiden Trägerbleche aneinander anliegen. Die erfindungsgemäße Kupplungslamelle zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eines der beiden Trägerbleche, die aus einem federelastischen Werkstoff, wie z.B. Stahl, bestehen, im Bereich der Kontaktebene eine umlaufende Ausnehmung aufweist, die zwischen den Trägerblechen einen umlaufenden Hohlraum bildet. Dieser Hohlraum, an seiner breitesten Stelle beispielsweise eine Breite von 20 Mikrometern oder mehr besitzen kann, führt dazu, dass die beiden Trägerbleche der erfindungsgemäßen Kupplungslamelle einer lokal überhöhten Druckkraft, die über einen an der

Kupplungslamelle anliegenden Reibbelag auf die Lamelle übertragen wird, in einem lokal begrenzten Bereich federnd nachgeben können.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die wirksame Anlagefläche zwischen der Lamelle und dem angrenzenden Reibbelag, über die die Antriebsleistung zwischen der Lamelle und dem Reibbelag übertragen wird, bei vergleichsweise kleinen Andruckkräften insgesamt um ein Vielfaches vergrößert wird, da nicht nur der vergleichsweise kleine Bereich um die Unebenheit herum als Anlagefläche wirkt, sondern im Wesentlichen die gesamte Fläche des Reibbelages. Aufgrund dieser deutlich vergrößerten Anlagefläche ergibt sich insbesondere bei hohen Differenzdrehzahlen zwischen der Antriebsseite und der

Abtriebsseite der Kupplung, wie sie z.B. beim Anfahren eines Fahrzeugs auftreten, eine großflächige Verteilung der erzeugten Reibungswärme auf nahezu die gesamte Fläche des Reibbelages, bzw. der Kupplungslamelle, was dem Auftreten von Hot Spots

entgegenwirkt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungslamelle besitzt wenigstens eines der beiden Trägerbleche, bevorzugt jedoch beide Trägerbleche eine Ausnehmung, deren Innenwand in der Weise gewölbt ist, dass der Hohlraum eine im Wesentlichen linsenförmige Querschnittsform besitzt.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Wölbung zu ihrem Rand hin fließend, d.h. unter

Ausschluss einer Knickstelle in eine ebene, parallel zur Kontaktebene verlaufende

Anlagefläche übergeht, da die Vermeidung von Knickstellen im Randbereich der Wölbung ein gleichmäßiges Zusammendrücken des Hohlraumes begünstigt, was wiederum zu einer homogenen Federwirkung über im Wesentlichen die gesamte effektiv wirksame Reibfläche der Lamelle hinweg führt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Trägerblech eine

Außenwand auf, die im Wesentlichen entsprechend der konkav gewölbten Innenwand der Ausnehmung konvex gewölbt ist, so dass das Trägerblech eine im Querschnitt entlang der Wölbung betrachtete homogene Dicke besitzt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Trägerblech auch bei einer minimalen Materialstärke eine ausreichend hohe Festigkeit und Stabilität aufweist, ohne dass die federelastischen Eigenschaften des Trägerblechmaterials z.B. durch eine fertigungsbedingte Kaltverfestigung des Materials nachteilig beeinträchtigt werden.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird auf der Außenseite des Trägerblechs bevorzugt ein Reibbelag angeordnet, der auf der der Kontaktebene zugewandten Seite eine Ausnehmung aufweist, die der Form der Wölbung der Außenwand des Trägerblechs angepasst ist und der auf der der Kontaktebene abgewandten Seite eine ebene Reibfläche besitzt. Dies begünstigt in besonders vorteilhafter Weise eine über die gesamte Breite des Reibbelags verteilte gleichmäßige Krafteinleitung.

Alternativ kann das Trägerblech an der der Wölbung gegenüberliegenden Außenfläche eine ebene Oberfläche aufweisen, wobei auf der Außenfläche des Trägerblechs ein Reibbelag mit einer im Wesentlichen homogenen Dicke angeordnet ist, der demgemäß eine bevorzugt ebene Reibfläche aufweist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Weiterleitung der durch Reibung erzeugten Wärmeenergie von dem Reibbelag in das Trägerblech begünstigt, wodurch die nachteiligen Auswirkungen von lokalen Überhitzungen weiter vermindert werden.

Nach einem weiteren der Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken wird die Ausnehmung durch ein Prägeverfahren in den Werkstoff eingebracht, aus dem die Lamellen gefertigt werden. Bei diesem handelt es sich bevorzugt um Kaltband, welches durch wiederholtes Walzen und Rekristallisationsglühen in der gewünschten Stahlqualität hergestellt wird. Das Kaltband, aus welchem die bevorzugt identisch zueinander ausgebildeten ersten und zweiten Trägerbleche in bekannter Weise durch einen Stanzvorgang erzeugt werden, kann z.B. eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 1 ,2 mm besitzen.

Das Einbringen der Ausnehmung durch ein Prägeverfahren ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine einfache Produktion der Trägerbleche mit gleichbleibender Qualität, wobei die Ausnehmungen beim Stanzen der Trägerbleche bevorzugt gleichzeitig in einem Arbeitsgang in diese eingebracht werden. Die Ausnehmung kann an ihrer tiefsten Stelle z.B. eine maximale Tiefe von 10 Mikrometern oder mehr besitzen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die beiden Trägerbleche, welche im Bereich der Kontaktebene aneinander angrenzen, nach dem Formgebungsprozess des Kaltbandwerkstoffs drehfest miteinander verbunden werden.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn die beiden Trägerbleche, welche zusammen eine

Kupplungslamelle bilden, nach dem Stanzen und Prägen - beispielsweise durch Einlegen in eine geeignete Form - zuerst in die gewünschte Position gebracht und anschließend in einem weiteren Arbeitsschritt an mehreren Stellen miteinander verbunden werden, um die

Handhabung der erfindungsgemäßen Kupplungslamellen beim Einsetzen der Außenlamellen in den sogenannten Kupplungskorb oder beim Befestigen der Innenlamellen auf der sogenannten Kupplungsnabe zu vereinfachen. Zum Verbinden der beiden Trägerbleche einer erfindungsgemäßen Kupplungslamelle kann es dabei beispielsweise vorgesehen sein, dass die Trägerbleche durch eine Schweißnaht, insbesondere eine Laserschweißnaht, miteinander verbunden werden, welche bevorzugt im Bereich der Verzahnung oder im Bereich der der Ausnehmung radial gegenüberliegenden Stirnflächen der Trägerbleche eingebracht werden kann. Eine durch einen Laser erzeugte Schweißnaht stellt hierbei eine einfache und kostengünstige Methode dar, die Trägerbleche der erfindungsgemäßen Kupplungslamelle drehfest miteinander zu verbinden, ohne die metallurgischen Eigenschaften des Trägerblechmaterials großflächig zu verändern.

Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Trägerbleche durch einen oder mehrere Schweißpunkte miteinander verbunden werden, die durch Anwendung eines bekannten Schweißverfahrens, bevorzugt durch Kontaktschweißen, an den beiden Trägerblechen angebracht werden. Die Schweißpunkte werden dabei bevorzugt an einer Außen- oder Innenverzahnung der Kupplungslamelle erzeugt, wenn eine solche vorgesehen ist.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mit einem vergleichsweise geringen

Vorrichtungsaufwand in kostengünstiger Weise mehrere Schweißpunkte zum Verbinden der zusammengesetzten Trägerbleche gleichzeitig in einem Arbeitsschritt erzeugt werden können.

Obgleich die beiden Trägerbleche jeweils einteilig, z.B. durch Stanzen und Prägen von Kaltband, gefertigt werden können, ist es nach einem weiteren der Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken vorgesehen, das erste Trägerblech aus zwei oder mehreren ersten Trägerblechsegmenten und das zweite Trägerblech aus zwei oder mehreren zweiten Trägerblechsegmenten zu bilden, die in Umfangsrichtung betrachtet versetzt zueinander angeordnet sind. Die ersten bzw. zweiten Trägerblechsegmente können dabei - ähnlich zweier zueinander korrespondierender Puzzleteile - an ihren jeweiligen umfänglich aneinander angrenzenden Stirnflächen mit formschlüssigen Verbindungselementen, wie z.B. kopfartigen Abschnitten und diesen von der Form her angepassten Aufhahme- abschnitten versehen sein, die für eine formschlüssige Verbindung der einzelnen Segmente eines jeden Trägerblechs sorgen. Durch den segmentierten Aufbau des ersten und/oder zweiten Trägerbleches können die Trägerbleche mit möglichst wenig Verschnitt aus dem Kaltband ausgestanzt werden, was die Produktionskosten in vorteilhafter Weise reduziert. Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausfuhrungsform beschrieben. hi den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittdarstellung einer Lamellenkupplung mit einer

Mehrzahl von erfindungsgemäßen Kupplungslamellen,

Fig. 2 eine schematische Querschnittdarstellung der einen Hälfte einer ersten

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungslamelle, und

Fig. 3 eine schematische Querschnittdarstellung der einen Hälfte einer weiteren

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungslamelle. Wie der Darstellung von Fig. 1 entnommen werden kann, weist eine Lamellenkupplung 1 eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Kupplungslamellen 2 auf, die abwechselnd in Form von Außenlamellen 2a und Innenlamellen 2b in einem nicht näher bezeichneten

Kupplungsgehäuse bevorzugt in einem ebenfalls nicht näher dargestellten Ölbad angeordnet sind.

Wie der Darstellung von Fig. 1 weiterhin entnommen werden kann, weisen die

Außenlamellen 2a eine Außenverzahnung 30a auf, durch welche sie mit einem

Kupplungskorb 6 drehfest und axial zu diesem verschiebbar verbunden sind, der bevorzugt in Antriebsverbindung mit einem nicht näher gezeigten Motor steht. Demgegenüber besitzen die Innenlamellen 2b eine Innenverzahnung 30b, über die sie drehfest und axial verschiebbar mit einer Kupplungsnabe 8 verbunden sind, die abtriebsseitig bevorzugt mit einer nicht näher gezeigten Getriebeeingangswelle verbunden ist.

Zur Übertragung der Drehbewegung des Kupplungskorbes 6 auf die abtriebsseitige Kupplungsnabe 8 werden die Kupplungslamellen 1 in der durch die Pfeile 32 angedeuteten Richtung beispielsweise über eine nicht näher gezeigte Andruckplatte und eine hydraulische Betätigungseinrichtung gegeneinander gedrückt, um mithilfe von Reibbelägen 22 in bekannter Weise eine reibschlüssige Verbindung zwischen den Außenlamellen 2a und den Innenlamellen 2b herzustellen. Zur besseren Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Einzelheiten ist die Breite der Kupplungslamellen 2 übertriebenen dargestellt, und der Spalt zwischen den Reibbelägen 22 einer Außenlamelle 2a und einer Innenlamelle 2b vergrößert wiedergegeben. Ebenso sind die Reibbeläge 22 in den Darstellungen beispielhaft als mit den Trägerblechen 10 verbundene Reibbeläge dargestellt, die jedoch in gleicher Weise insbesondere auch als zwischen den Innen- und Außenlamellen 2a, 2b getrennt von diesen beweglich angeordnete einteilige Reibbeläge ausgestaltet sein können.

Jede der erfindungsgemäßen Kupplungslamellen 1 umfasst zwei Trägerbleche 10, denen jeweils Reibbeläge 22 zugeordnet sind. Das erste und zweite Trägerblech 10 grenzen dabei in einer Kontaktebene 12 aneinander an und weisen jeweils im Bereich der Kontaktebene 12 eine umlaufende Ausnehmung 14 auf, die zwischen den Trägerblechen 10 einen umlaufenden Hohlraum 16 definiert. Der Hohlraum 16 kann hierbei einen kapillaren Spalt 34 aufweisen, über welchen der Hohlraum 16 mit dem nicht näher gezeigten Getriebeöl in Strömungsverbindung steht, um den Hohlraum 16 zusätzlich durch das Öl zu kühlen.

Gemäß der Querschnittsdarstellung der Figuren 2 und 3, die jeweils lediglich die eine Hälfte einer erfindungsgemäßen Kupplungslamelle 2 zeigen, sind die beiden aneinander anliegenden Trägerbleche 10 im Bereich der Außen- oder Innenverzahnung 30a, 30b bevorzugt durch wenigstens einen Schweißpunkt 28 miteinander verbunden, wohingegen die Verbindung auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlraums 16 bevorzugt mittels einer Schweißnaht 26 erfolgt.

Wie der Darstellung von Fig. 2 hierbei weiter im Detail entnommen werden kann, weisen die Trägerbleche 10 der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Kupplungslamelle 1 eine konvex gewölbte Außenwand 20 auf, die in ihrer Form im Wesentlichen der Form der konkaven Wölbung der Innenwand 18 der Ausnehmung 14 entspricht. In gleicher Weise weist der auf der Außenseite der beiden Trägerbleche 10 angeordnete Reibbelag 22 auf seiner der Kontaktebene 12 zugewandten Seite eine

Ausnehmung oder Vertiefung 23 auf, die bevorzugt exakt der Form der Wölbung der Außenwand 20 der Trägerbleche 10 entspricht. Auf der der Ausnehmung 23 in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite besitzt der Reibbelag 22 hingegen eine ebene

Reibfläche 24.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 3 ausschnittsweise im Detail dargestellt ist, kann es vorgesehen sein, dass die Außenwände 20 der Trägerbleche 10 eine ebene Fläche aufweisen. Die zwischen den Innen- und Außenlamellen 2a, 2b dieser Ausführungsform angeordneten Reibbeläge, die insbesondere auch einteilig und in

Umfangsrichtung betrachtet relativ zu den Kupplungslamellen 2 beweglich ausgestaltet sein können, besitzen in diesem Falle eine homogene Dicke.

Liste der Bezugszeichen

Lamellenkupplung

Kupplungslamellena Außenlamelle

b Innenlamelle

Rotationsachse

Kupplungskorb

Kupplungsnabe0 Trägerblech

2 Kontaktebene

4 Ausnehmung

6 Hohlraum

8 Innenwand

0 Außenwand

2 Reibbelag

3 Ausnehmung in Reibbelag4 eben Reibfläche

6 Schweißnaht

8 Schweißpunkt/Schweißlinse0a Außenverzahnung

0b Innenverzahnung

2 Pfeil

4 kapillarer Spalt

Claims

Ansprüche

1. Kupplungslamelle mit einem ersten und einem zweiten Trägerblech (10), die in einer

Kontaktebene (12) aneinander angrenzen,

dadurch gekennzeichnet,

dass wenigstens eines der Trägerbleche (10) im Bereich der Kontaktebene (12) eine umlaufende Ausnehmung (14) aufweist, die zwischen den Trägerblechen (10) einen umlaufenden Hohlraum (16) definiert.

2. Kupplungslamellenach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Innenwand (18) der Ausnehmung (14) konkav gewölbt ist derart, dass sich ein linsenförmiger Hohlraum (16) ergibt.

3. Kupplungslamelle nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Trägerblech (10) eine der konkaven Innenwand (18) der Ausnehmung (14) im Wesentlichen entsprechende konvex gewölbte Außenwand (20) aufweist.

4. Kupplungslamelle nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass auf der Außenseite des Trägerblechs (10) ein Reibbelag (22) angeordnet ist, der auf der der Kontaktebene (12) zugewandten Seite eine Ausnehmung (14) aufweist, die der Form der Wölbung angepasst ist und der auf der der Kontaktebene (12) abgewandten Seite eine ebene Reibfläche (24) besitzt.

5. Kupplungslamelle nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Außenfläche des Trägerblechs (10) eben ist und dass auf der Außenfläche des Trägerblechs (10) ein Reibbelag (22) mit einer im Wesentlichen homogenen

Dicke angeordnet ist.

6. Kupplungslamelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Ausnehmung (14) durch ein Prägeverfahren, insbesondere in Verbindung mit einem Stanzverfahren, eingebracht wird.

7. Kupplungslamelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Trägerbleche (10) drehfest miteinander verbunden sind.

8. Kupplungslamelle nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Trägerbleche (10) durch eine Schweißnaht (26), insbesondere eine

Laserschweißnaht, miteinander verbunden sind.

9. Kupplungslamelle nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Trägerbleche (10) durch einen Schweißpunkt (28) miteinander verschweißt sind.

10. Kupplungslamelle nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Schweißpunkt (28) an einer vorgesehenen Außen- oder Innenverzahnung (30a, 30b) der Kupplungslamelle (1) erzeugt wird.

11. Kupplungslamelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass das erste Trägerblech (10) aus ersten Trägerblechsegmenten und das zweite Trägerblech (10) aus zweiten Trägerblechsegmenten gebildet ist und die ersten und die zweiten Trägerblechsegmente in Umfangsrichtung betrachtet versetzt zueinander angeordnet sind.