DE102009001685A1 - External disk for shifting element i.e. multiple disk clutch, has synchronized gear tooth system that intervenes in internal teeth of external disk carrier, where system is designed as involute toothing system with specific contact angle - Google Patents

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Abstract

The disk (9) has a synchronized gear tooth system that intervenes in internal teeth of an external disk carrier of a shifting element, where the synchronized gear tooth system is designed as involute toothing system (10) with a specific contact angle. Distance between a centroid of the external disk and support points of the external disk is small, where the support points are shifted toward a stable equilibrium. A contact angle of a tooth profile of the tooth system is changed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Außenlamelle für ein Schaltelement, insbesondere eine Lamellenkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie die Verwendung der Außenlamelle.The Invention relates to an outer fin for a switching element, in particular a multi-plate clutch according to the preamble of claim 1 and the use of the outer fin.

Lamellen werden als Reibelemente in kraftschlüssig schaltbaren Schaltelementen, d. h. Lamellenkupplungen oder Lamellenbremsen verwendet. Das Schaltelement umfasst ein Paket von Innen- und Außenlamellen, welche eine Innen- bzw. eine Außenmitnahmeverzahnung aufweisen, welche jeweils in einen Innen- bzw. einen Außenlamellenträger des Schaltelementes eingreift. Im Allgemeinen handelt es sich um nass laufende Lamellen, welche – um nicht aneinander zu kleben – als so genannte Sinuslamellen ausgebildet sind. Die Mitnahmeverzahnungen von Innen- und Außenlamellen sind in der Regel trapezförmig ausgebildet. Bei schnell laufenden Lamellenkupplungen, d. h. bei Differenzgeschwindigkeiten von über 50 m/s im nicht geschalteten Zustand tritt das Problem auf, dass die Außenlamellen zu Taumelbewegungen neigen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Außenlamellen in einem labilen Gleichgewicht befinden, da sich ihre Auflagepunkte im Außenlamellenträger unterhalb des Lamellenschwerpunktes befinden. Man hat daher bereits vorgeschlagen, das Mitnahmeprofil der Außenlamellen schwalbenschwanzförmig auszubilden, sodass die Außenlamellen im Außenlamellenträger „aufgehängt” sind. Dabei liegen die Aufhängepunkte der Außenlamellen oberhalb des Lamellenschwerpunktes, sodass sich ein stabiles Gleichgewicht ergibt und die Außenlamelle nicht mehr der Gefahr des Taumelns unterliegt. Das Schwalbenschwanzprofil kann jedoch bei manchen Konstruktionen nicht oder nur mit großem Aufwand umgesetzt werden.slats are used as friction elements in frictionally switchable switching elements, d. H. Multi-plate clutches or disc brakes used. The switching element includes a package of inner and outer plates, which have an internal or external driving toothing, which in each case in an inner or an outer disk carrier of the switching element engages. In general, it is about wet-running lamellae, which - not to each other sticking - are designed as so-called sine slats. The driving teeth of inner and outer disks are usually trapezoidal. At fast-running Multi-plate clutches, d. H. at differential speeds of over 50 m / s in the non-switched state, the problem occurs that the outer disks tend to wobble. This is due to the fact that the outer plates in a labile equilibrium, as their points of support in the outer plate carrier below the lamella center of gravity are located. It has therefore already been proposed, the transport profile the outer lamella form dovetail, so that the outer disks are "suspended" in the outer disk carrier. there the suspension points of the outer disks are above the lamella center of gravity, so that a stable balance gives and the outer plate no longer the risk of tumbling subject. The dovetail profile can, however, in some constructions not be implemented or only with great effort.

Es ist auch bekannt, das Mitnahmeprofil der Außenlamellen als Evolventenverzahnung auszubilden, wobei die Normverzahnung einen Eingriffswinkel von 20° aufweist. Nachteilig bei den bekannten Evolventenverzahnungen für Außenlamellen ist ebenfalls eine Taumelneigung bei höheren Relativgeschwindigkeiten zwischen den Lamellen. Auch bei Evolventenverzahnungen steht die Außenlamelle unterhalb ihres Schwerpunktes in der Verzahnung und bildet somit ein labiles Gleichgewicht.It is also known, the driving profile of the outer disk form as involute toothing, the standard toothing a Pressure angle of 20 °. A disadvantage of the known involute gears for outer disks is also a tumble at higher relative speeds between the slats. Even with involute gear teeth is the outer plate below its center of gravity in the toothing and thus forms a fragile balance.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Außenlamelle der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass ihre Taumelneigung bei höheren Relativgeschwindigkeiten reduziert oder ausgeschaltet wird.It Object of the present invention, an outer fin of the type mentioned in such a way that their tendency to tumble reduced or switched off at higher relative speeds becomes.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The The object of the invention is achieved by the features of the independent Claims 1 and 5 solved. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Außenlamelle eine Evolventenverzahnung mit einem Eingriffswinkel α aufweist, welcher kleiner als 15° und vorzugsweise größer als 5° ist. Besonders bevorzugt liegt der Eingriffswinkel α im Bereich von 6° bis 8°, insbesondere bei 7°. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die Abstützpunkte der Außenlamelle in der Innenverzahnung näher an ihren Schwerpunkt heranrücken, d. h. der Abstand zwischen Schwerpunkt der Außenlamelle und ihren Abstützpunkten in der Innenverzahnung wird kleiner. Dies hat zur Folge, dass das labile Gleichgewicht unkritischer und die Taumelneigung bei höheren Relativgeschwindigkeiten reduziert wird. Vorteilhaft ist ferner, dass die erfindungsgemäße Evolventenverzahnung kostengünstig, d. h. durch Wälzstoßen hergestellt werden kann. Nur der Bereich unterhalb von 7° kann durch einfaches Stoßen hergestellt werden. Die Evolventenverzahnung als Mitnahmeverzahnung weist gegenüber den einfacheren Mitnahmeverzahnungen den Vorteil auf, dass höhere Umfangskräfte gleichmäßiger übertragen werden können. Damit lassen sich relativ klein und kompakt bauende Schaltelemente verwirklichen, wie sie insbesondere bei hochtourig laufenden Marinegetrieben Verwendung finden.According to the invention provided that the outer plate an involute toothing having a pressure angle α, which is smaller than 15 ° and preferably greater than 5 °. Particularly preferably, the pressure angle α is in the range from 6 ° to 8 °, especially at 7 °. In order to the advantage is achieved that the support points of the outer plate in the internal teeth approach closer to their center of gravity, d. H. the distance between the center of gravity of the outer plate and their support points in the internal teeth is smaller. As a result, the unstable equilibrium and unstable balance the tendency to tumble at higher relative speeds is reduced. It is also advantageous that the inventive Involute toothing cost-effective, d. H. by pitching can be produced. Only the area below 7 ° can be made by simply bumping. The involute toothing as driving teeth facing the simpler Mitnahmeverzahnungen the advantage that higher circumferential forces can be transmitted more uniformly. This allows relatively small and compact switching elements realize, as they especially in high-speed marine transmissions Find use.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgend beschriebenen Zeichnungen erläutert, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können.The Invention will become apparent from the drawings described below explained, with the description and / or the Drawing further features and / or benefits may result.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine taumelgefährdete Außenlamelle nach dem Stand der Technik, 1 a wobble-prone outer lamella according to the prior art,

2 eine Außenlamelle mit Schwalbenschwanzverzahnung nach dem Stand der Technik, 2 a prior art dovetail spline of the prior art,

3 eine Außenlamelle mit Evolventenverzahnung nach dem Stand der Technik, 3 an involute outer lamella according to the prior art,

4 eine weitere Außenlamelle mit Evolventenverzahnung nach dem Stand der Technik und 4 a further outer plate with involute toothing according to the prior art and

5 eine erfindungsgemäße Außenlamelle mit Evolventenverzahnung. 5 an inventive outer disk with involute toothing.

1 zeigt eine Außenlamelle 1 mit einer trapezförmig ausgebildeten Mitnahmeverzahnung 2 nach dem Stand der Technik. Derartige Außenlamellen werden zusammen mit Innenlamellen als Reibelemente für Schaltelemente in Getrieben verwendet. Die Lamellen sind in der Regel aus Stahl hergestellt und können einen dünnen Reibbelag aufweisen. Die Außenlamelle 1 greift mit ihrer Mitnahmeverzahnung 2 in eine entsprechende Verzahnung eines nicht dargestellten Außenlamellenträgers des Schaltelementes ein. Bei waagerecht eingebautem Schaltelement steht die Außenlamelle 1 aufgrund ihrer Schwerkraft in der nicht dargestellten Innenverzahnung, d. h. auf Abstütz- oder Auflagepunkten, welche durch eine waagerechte Linie a verbunden sind. Der Schwerpunkt der Außenlamelle 1 ist mit S bezeichnet. Man erkennt, dass der Schwerpunkt S deutlich oberhalb der Linie a angeordnet ist, d. h. es besteht ein labiles Gleichgewicht. Die Außenlamelle 1 neigt bei höheren Differenzgeschwindigkeiten zum Taumeln. 1 shows an outer lamella 1 with a trapezoidal driving toothing 2 According to the state of the art. Such outer plates are used together with inner plates as friction elements for switching elements in transmissions. The slats are usually made of steel and can have a thin friction lining. The outer lamella 1 engages with their driving teeth 2 in a corresponding toothing of an outer disk carrier, not shown, of the switching element. When installed horizontally switching element is the outer plate 1 due to their gravity in the internal toothing, not shown, that is on support or support points, which are connected by a horizontal line a. The center of gravity of the outer plate 1 is denoted by S. It can be seen that the center of gravity S is located clearly above the line a, ie there is a labile equilibrium. The outer lamella 1 tends to wobble at higher differential speeds.

2 zeigt eine bekannte Außenlamelle 3 mit einer Mitnahmeverzahnung 4, welche als Schwalbenschwanzprofil ausgebildet ist. Der Schwerpunkt der Außenlamelle 3 ist mit S bezeichnet. Aufgrund des Schwalbenschwanzprofils 4 hängt die Außenlamelle 3 in der Innenverzahnung des nicht dargestellten Außenlamellenträgers in Auflagepunkten, welche durch eine Linie a verbunden sind. Die Linie a liegt oberhalb des Schwerpunktes S, d. h. es besteht hier ein stabiles Gleichgewicht, die Gefahr des Taumels besteht daher nicht. 2 shows a known outer fin 3 with a driving toothing 4 , which is designed as a dovetail profile. The center of gravity of the outer plate 3 is denoted by S. Due to the dovetail profile 4 hangs the outer plate 3 in the internal toothing of the outer disk carrier, not shown, in contact points, which are connected by a line a. The line a is above the center of gravity S, ie there is a stable equilibrium here, the risk of tumbling therefore does not exist.

3 zeigt in schematischer Darstellung eine Außenlamelle 5 mit einer angedeuteten Evolventenverzahnung 6 nach dem Stand der Technik. Die Evolventenverzahnung 6 weist einen Eingriffswinkel α = 30° auf, welcher in der Zeichnung nicht dargestellt ist, allerdings aus der Fachliteratur, beispielsweise G. Niemann und H. Winter, Maschinenelemente, Band II, 1985, Seite 37 oder aus DIN 867,868 bekannt ist. Die Evolventenverzahnung 6 mit einem Eingriffswinkel von α = 30° steht auf der entsprechenden Innenverzahnung in Höhe einer Linie a, welche zum Mittelpunkt M bzw. zum Schwerpunkt der Außenlamelle 5 einen Abstand A aufweist. Da der Schwerpunkt M oberhalb der Aufstandslinie a liegt, besteht ein labiles Gleichgewicht, d. h. die Gefahr des Taumelns. 3 shows a schematic representation of an outer fin 5 with an indicated involute toothing 6 According to the state of the art. The involute toothing 6 has an engagement angle α = 30 °, which is not shown in the drawing, but from the literature, for example G. Niemann and H. Winter, Maschinenelemente, Volume II, 1985, page 37 or off DIN 867,868 is known. The involute toothing 6 with an engagement angle of α = 30 ° is on the corresponding internal toothing in the amount of a line a, which to the center M and the center of gravity of the outer disk 5 has a distance A. Since the center of gravity M is above the contact line a, there is an unstable equilibrium, ie the risk of tumbling.

4 zeigt eine weitere bekannte Außenlamelle 7 mit einer Evolventenverzahnung 8, welche einen Eingriffswinkel von α = 15° aufweist. Dies führt zu einer Aufstandslinie a mit einem Abstand A zum Mittelpunkt M bzw. der Mittellinie m durch den Mittelpunkt M. Der Vergleich zwischen 3 und 4 zeigt, dass der Abstand A in 4 bei einem kleineren Eingriffswinkel kleiner ist. Es besteht dennoch noch ein labiles Gleichgewicht und damit die Gefahr des Taumelns. 4 shows another known outer fin 7 with an involute toothing 8th , which has an engagement angle of α = 15 °. This leads to a riot line a with a distance A to the center M and the center line m through the center M. The comparison between 3 and 4 shows that the distance A in 4 smaller at a smaller pressure angle. There is still a fragile balance and thus the risk of tumbling.

5 zeigt eine erfindungsgemäße Außenlamelle 9 mit einer Evolventenverzahnung 10, welche einen Eingriffswinkel von α = 7° aufweist. Durch Veränderung des Eingriffswinkels α ändert sich das Zahnprofil: großes α bedeutet flaches Profil mit Tendenz zu spitzen Zähnen und dickem Zahnfuß, kleines α dagegen bedeutet eine steile Flanke, einen dicken Zahnkopf und einen dünnen Zahnfuß. Dies führt bei der erfindungsgemäßen Außenlamelle 9 mit kleinem α zu einer relativ nah am Schwerpunkt M liegenden Aufstandslinie a. Der Abstand der Aufstandslinie a zum Schwerpunkt M ist mit C eingezeichnet. Die Höhendifferenz der Linie a in 5 und der Linie a in 4 ist mit B dargestellt. Daraus wird ersichtlich, dass der Abstand C zum Schwerpunkt bei einem Eingriffswinkel von α = 7° relativ gering und die Taumelneigung der Außenlamelle 9 daher wesentlich reduziert ist. Die Abstützung der Außenlamelle 9 ist mehr in Richtung stabiles Gleichgewicht verlagert. Die Evolventenverzahnung mit einem Eingriffswinkel von α = 7° kann kostengünstig durch Wälzstoßen hergestellt werden. 5 shows an outer fin according to the invention 9 with an involute toothing 10 , which has an engagement angle of α = 7 °. By changing the pressure angle α, the tooth profile changes: a large α means a flat profile with a tendency to sharp teeth and a thick tooth root, while a small α means a steep flank, a thick tooth head and a thin tooth root. This leads to the outer fin according to the invention 9 with a small α to a contact line a relatively close to the center of gravity M a. The distance of the riot line a to the center of gravity M is marked with C. The height difference of the line a in 5 and the line a in 4 is represented by B. It can be seen that the distance C to the center of gravity at a pressure angle of α = 7 ° relatively low and the tendency to tumble of the outer disk 9 is therefore substantially reduced. The support of the outer plate 9 is more relocated towards stable equilibrium. The involute toothing with an engagement angle of α = 7 ° can be inexpensively manufactured by Wälzstoßen.

Die erfindungsgemäße Außenlamelle 9 kann vorteilhaft bei Lamellenschaltkupplungen in Getrieben, insbesondere Schiffs- und Bootsgetrieben eingesetzt werden, bei welchen eine Differenzgeschwindigkeit zwischen den Innen- und Außenlamellen im nicht geschalteten Zustand den Wert von 50 m/s erreicht oder überschritten wird.The outer plate according to the invention 9 can be used advantageously in multi-plate clutches in transmissions, in particular marine and marine gearboxes, in which a differential speed between the inner and outer plates in the non-switched state reaches or exceeds the value of 50 m / s.

11
Außenlamelleouter plate
22
AußenmitnahmeverzahnungOutside engaging gears
33
Außenlamelleouter plate
44
Schwalbenschwanzverzahnungdovetail teeth
55
Außenlamelleouter plate
66
Evolventenverzahnung (α = 30°)involute (α = 30 °)
77
Außenlamelleouter plate
88th
Evolventenverzahnung (α = 15°)involute (α = 15 °)
99
Außenlamelleouter plate
1010
Evolventenverzahnung (α = 7°)involute (α = 7 °)
aa
Aufstandslinieperpendicular line
mm
Mittelliniecenter line
MM
Mittelpunkt (Schwerpunkt)Focus (Main emphasis)
SS
Schwerpunktmain emphasis
AA
Abstanddistance
BB
Abstandsdifferenzdistance difference
CC
Abstanddistance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - G. Niemann und H. Winter, Maschinenelemente, Band II, 1985, Seite 37 [0016] - G. Niemann and H. Winter, Maschinenelemente, Vol. II, 1985, page 37 [0016]
  • - DIN 867,868 [0016] - DIN 867,868 [0016]

Claims (5)

Außenlamelle (9) für ein Schaltelement, insbesondere eine Lamellenkupplung, aufweisend eine Außenmitnahmeverzahnung, welche in eine Innenverzahnung eines Außenlamellenträgers des Schaltelementes eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmitnahmeverzahnung als Evolventenverzahnung (10) mit einem Eingriffswinkel α < 15° ausgebildet ist.Outer plate ( 9 ) for a switching element, in particular a multi-plate clutch, comprising an outer driving toothing, which engages in an internal toothing of an outer disk carrier of the switching element, characterized in that the external driving toothing as involute toothing ( 10 ) is formed with an engagement angle α <15 °. Außenlamelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriffswinkel a > 5° ist.Outer fin according to claim 1, characterized the pressure angle a is> 5 °. Außenlamelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriffswinkel α 6° bis 8°, insbesondere 7° beträgt.Outer fin according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the pressure angle α 6 ° to 8 °, in particular 7 °. Außenlamelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung als Evolventenverzahnung mit dem gleichen Eingriffswinkel α wie die Außenverzahnung (10) der Außenlamelle (9) ausgebildet ist.Outer plate according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the internal toothing as involute toothing with the same pressure angle α as the external toothing ( 10 ) of the outer plate ( 9 ) is trained. Verwendung der Außenlamelle (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für Lamellenkupplungen mit Relativgeschwindigkeiten zwischen den Lamellen von mehr als 50 m/s.Use of outer plate ( 9 ) according to one of claims 1 to 4 for multi-plate clutches with relative speeds between the slats of more than 50 m / s.
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