DE102009019588A1

DE102009019588A1 - Nasskupplung

Info

Publication number: DE102009019588A1
Application number: DE102009019588A
Authority: DE
Inventors: Mario Degler
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2009-11-19
Also published as: US8256592B2; US20090283378A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nasskupplung sowie einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer entsprechenden Nasskupplung als Wandlerüberbrückungskupplung. Um ein gutes Ansprechen der Nasskupplung zu bewirken, werden Tragelemente für die Reib- und Gegenreibflächen der Nasskupplung gegeneinander zumindest über einen Teilbereich des Betätigungswegs der Nasskupplung axial gegeneinander abgestützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nasskupplung mit auf Trägerteilen vorgesehenen Reib- und Gegenreibelementen, die durch axiales Annähern dieser geschlossen wird sowie einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer derartigen Nasskupplung.
Derartige Nasskupplungen sowie Drehmomentwandler mit entsprechenden Nasskupplungen, die vorwiegend als sogenannte Wandlerüberbrückungskupplungen eingesetzt werden, sind aus Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen bekannt. Diese Nasskupplungen werden von einem von Druckmittel beaufschlagten, sich axial verlagernden Kolben betätigt, indem eine oder mehrere Reiblamellen mit Reibflächen gegen entsprechende Anschlagflächen oder Gegenreiblamellen mit Gegenreibflächen von dem axial verlagerten Kolben verpresst werden, wodurch ein Reibeingriff zwischen den eingangsseitigen Reibflächen und den ausgangsseitig angeordneten Gegenreibflächen gebildet wird. Infolge des Druckverhaltens des Kolbens in Verbindung mit den im Arbeitsbereich der Nasskupplung auftretenden Druckbedingungen kann es vorkommen, dass ein zu schnelles Einrücken, das heißt, Anlegen der Reib- und Gegenreibflächen aneinander, oder ein verzögertes Öffnen der Nasskupplung eine Komforteinbuße der Schalttätigung der Nasskupplung insbesondere im Zusammenwirken mit einem Drehmomentwandler und unter Umständen einen erhöhten Verschleiß nach sich zieht.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Verbesserung vorhandener Nasskupplungen insbesondere zur Erhöhung des Komforts und gegebenenfalls eine Verringerung des Verschleißes.
Die Aufgabe wird durch eine Nasskupplung bestehend aus einem Eingangsteil mit zumindest einer Reibfläche und einem Ausgangsteil mit zumindest einer Gegenreibfläche gelöst, wobei die Nasskupplung durch axiales Annähern von zumindest einer Reibfläche und zumindest einer Gegenreibfläche durch Bildung eines Reibschlusses zwischen diesen geschlossen wird, die zumindest eine Reibfläche und die zumindest eine Gegenreibfläche auf jeweils einem Trägerteil aufgebracht und die Trägerteile sich zumindest über einen Teilbereich ihres axialen Wegs einer Betätigung der Nasskupplung elastisch gegeneinander abstützen. Durch die axial elastische Abstützung bildet sich quasi eine Gegenkraft zu der Zustellkraft des Kolbens und zwar vorzugsweise in einem Wegbereich, in dem die Reibbeläge beginnen, mit den Gegenreibflächen einen Reibschluss zu bilden. Die Nasskupplung wird dann kontrolliert von der Federkraft der elastischen Zustellung geschlossen und bleibt durch Aufrechterhaltung des Drucks am Kolben geschlossen. Bei nachlassendem Druck und beispielsweise auftretendem Sog, der die Aufhebung des Reibschlusses zwischen Reibflächen- und Gegenreibflächen behindern kann, wird durch die elastische Vorspannung der Reibflächen und Gegenreibflächen aufeinander der Reibschluss kraftbeaufschlagt und zuverlässig getrennt.
Im einfachsten Fall kann eine Nasskupplung aus einem Kolben als Tragteil einer Gegenreibfläche gebildet sein, der als Ausgangsteil der Nasskupplung mit einem Abtriebsteil, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle oder einer Turbinennabe eines Drehmomentwandlers verbunden ist, und mit einer an einem Eingangsteil der Nasskupplung mit einer Reibfläche, beispielsweise eines Wandungsabschnitts eines Gehäuses eines Drehmomentwandlers als Tragteil einen Reibschluss bildet. Hierbei können zwischen dem Kolben und dem Wandungsabschnitt ein oder mehrere axiale Energiespeicher angeordnet sein, die beim Annähern der Gegenreibfläche an die Reibfläche eine Gegenkraft aufbauen. Es versteht sich, dass die Federkonstante der axial wirksamen Energiespeicher dieses und der nachfolgenden Anwendungsbeispiele vergleichsweise gering zu der Anpresskraft zur Sicherstellung der Übertragung des gewünschten Kupplungsmoments ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel kann eine Nasskupplung in Form einer Lamellenkupplung vorsehen, bei der zumindest eine Reiblamelle als Tragteil beidseitig eine Reibfläche aufweist, die mit jeweils einer Anschlagfläche als Tragteil der Gegenreibflächen einen Reibschluss bilden. Dabei kann eine Reibfläche direkt von einem druckbeaufschlagten Kolben gebildet werden, der die Reiblammelle gegen eine axial Anschlagfläche unter Ausbildung eines Reibschlusses verpresst. Beispielsweise zur Übertragung eines höheren Drehmoments oder eines gleichen Drehmoments auf einem kleineren Reibdurchmesser über die Nasskupplung können mehrere eingangsseitig beispielsweise auf einem Lamellenträger drehfest aufgenommene Reiblamellen mit beidseitig angeordneten Reibflächen abwechselnd mit ausgangsseitig auf einem Lamellenträger aufgenommene Reiblamellen mit beidseitig angeordneten Gegenreibflächen angeordnet werden. Hierbei kann es ausreichend sein, wenn eines der eingangsseitigen Tragteile wie Reiblamelle gegenüber einem benachbarten ausgangsseitigen Tragteil wie Reiblamelle axial elastisch verspannt wird. Vorteilhafterweise können mehrere oder alle eingangsseitigen Trägerteile gegenüber dem jeweils anderen Trägerteil axial verspannt sein.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn zumindest ein Trägerteil in radiale Richtung in zwei Tragelemente mit jeweils einem Reibbelag mit einer Gegenreibfläche geteilt ist und beide Tragelemente an den die Reibflächen tragenden Seiten abgewandten Seiten gegeneinander axial verspannt sind. Hierzu kann zumindest ein axial wirksamer Energiespeicher vorgesehen sein.
In vorteilhafter Weise kann zwischen Trägerteilen beziehungsweise zwischen den Tragelementen zumindest ein axial wirksamer Energiespeicher einteilig aus zumindest einem der Trägerteile beziehungsweise Tragelemente gebildet sein und sich am jeweils anderen Trägerteil beziehungsweise Tragelement abstützen. In besonders vorteilhafter Weise kann der zumindest eine axial wirksame Energiespeicher aus dem Material eines Trägerteils oder Tragelements ausgestellt sein. Hierbei wird eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Zunge ausgestellt und in axiale Richtung vorgebogen. Beispielsweise können die Zungen einen Bauch aufweisen oder an deren freiem Ende axial angewinkelt sein. Zur Darstellung der Zungen kann am Außenumfang des Tragteils oder des Tragelements eine Trennlinie zuerst geringfügig nach radial innen und anschließend in Umfangsrichtung gezogen und anschließend die Zunge entsprechend axial geformt werden. Trägerteil beziehungsweise Tragelement können zumindest partiell im Bereich der Zunge zur Darstellung einer ausreichenden Elastizität beispielsweise induktiv gehärtet oder einsatzgehärtet sein. Insbesondere für die gegenseitige axiale elastische Verspannung von eingangsseitigen und ausgangsseitigen Trägerteilen eignen sich in Umfangsrichtung ausgerichtete Zungen, wobei die Zungen in Drehrichtung der Relativverdrehung von Ein- und Ausgangsteil der Nasskupplung ausgerichtet sind, so dass ein Aufstellen der Zungen unwahrscheinlich ist. Bei einer axialen Verspannung von Tragelementen gegeneinander können alternativ oder zusätzlich sich radial erstreckende Zungen verwendet werden, die entsprechend aus dem Tragelement ausgestellt werden, dass beispielsweise das freie Ende einer Zunge am Außenumfang endet. Infolge der drehfesten Aufnahme der Tragelemente auf einem gemeinsamen Lamellenträger tritt bei diesen keine Relativverdrehung zueinander auf.
Der zumindest eine axial wirksame Energiespeicher kann aus mehreren über den Umfang verteilten Energiespeichereinheiten gebildet sein. Vorteilhafterweise ist der Energiespeicher an belagfreien Flächen der Trägerteile oder Tragelemente angeordnet und wirkt auf belagfreie Flächen des mit diesem in Eingriff stehenden Trägerteils oder Tragelements ein. Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, hierzu am Innen- und/oder Außenumfang die entsprechenden Trägerteile beziehungsweise Tagelemente mit einem größeren Durchmesser als die Reibflächen, die durch Reibbeläge wie aufgeklebte Papierbeläge gebildet sein können, auszustatten.
Die axial wirksamen Energiespeicher können an einem Träger oder Tragelement angeordnet sein, wobei ein von diesem beaufschlagter anderer Träger oder ein benachbartes Tragelement lediglich Anlageflächen für diese Energiespeicher aufweist. Alternativ können beide Träger oder Tragteile axial wirksame Energiespeicher aufweisen, so dass beide Träger beziehungsweise Tragelemente entsprechende Anlagefläche für die korrespondierenden Energiespeicher aufweisen. Dabei können die den verschiedenen Trägerteilen oder Tragelementen zugeordneten Energiespeicher radial außerhalb oder radial innerhalb der Reibflächen beziehungsweise Gegenreibflächen angeordnet sein und über den Umfang verteilt sein, indem sie sich beispielsweise über den Umfang abwechseln.
Die vorgeschlagene Nasskupplung eignet sich insbesondere für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem ein Turbinenrad antreibenden Pumpenrad sowie gegebenenfalls einem Leitrad. Der Drehmomentwandler sieht dabei die Nasskupplung als sogenannte Wandlerüberbrückungskupplung vor, die im geschlossenen Zustand den Drehmomentfluss über Pumpen- und Turbinenrad überbrückt.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 Einen Teilschnitt eines Drehmomentwandlers mit Nasskupplung mit einer aus Tragelementen gebildeten Reiblamelle,
2 den Drehmomentwandler der 1 mit einer geänderten Ausführung der Tragelemente,
3 den Drehmomentwandler der 1 mit einer geänderten Ausführung der Tragelemente,
4 einen Teilschnitt eines Drehmomentwandlers mit Nasskupplung mit mehreren aus Tragelementen gebildeten Reibelementen und
5 eine Teilansicht eines als Zunge ausgestalteten axial wirksamen Energiespeichers.
1 zeigt einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 1 mit einer Nasskupplung 2, die als Wandlerüberbrückungskupplung in das Wandlergehäuse 3 aufgenommen ist. Das Wandlergehäuse 3 wird von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine über das Antriebsblech 4 angetrieben. Mit dem Wandlergehäuse 3 ist ein Eingangsteil 5 der Nasskupplung 2 drehfest verbunden, beispielsweise wie dargestellt verschweißt. Das Eingangsteil 5 weist ein Umfangsprofil 6 auf, in das ein Ringteil 7 mit einer Reibfläche 8 drehfest und axial mittels der Sicherung 9 fest aufgenommen eingehängt ist. Die Reibfläche 8 korrespondiert mit der Gegenreibfläche 10 des Reibbelags 11, für den die Reiblamelle 12 als Trägerteil 13 dient. Das Trägerteil 13 ist mittels eines Innenprofils 14 wie Innenzerzahnung in ein Außenprofil 15 wie Außenverzahnung des Ausgangsteils 16 eingehängt und zentriert. Das Ausgangsteil 16 wird in nicht dargestellter Weise mit einem Abtriebsteil fest verbunden. Das Abtriebsteil kann ein Drehschwingungsdämpfer sein, dessen Ausgangsteil mit der Getriebeeingangswelle direkt oder mit der Turbinennabe, die auch die Turbine aufnimmt, verbunden sein kann.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Trägerteil 13 zweiteilig aus den Tragelementen 17, 18 gebildet, die aneinander angelegt sind und auf der gegenüber liegenden Seite jeweils einen Reibbelag 11, 19 aufnehmen. Die Reibbeläge 11, 19 können sogenannte Papierbeläge, Keramik- oder Sinterbeläge oder dergleichen sein, wobei diese mit den Tragelementen 17, 18 vorzugsweise verklebt sind. Durch an beiden Tragelementen 17, 18 gleich ausgebildete Innenverzahnung 14 sind diese im Wesentlichen drehfest zueinander angeordnet.
Der Reibbelag 19 des Tragelements 17 bildet bei geschlossener Nasskupplung 2 mit seiner Gegenreibfläche 20 einen Reibschluss mit der eingangsseitigen Reibfläche 21 des Kolbens 22, der mittels der Nieten 23 und nicht dargestellten Blattfedern drehfest mit dem Wandlergehäuse 3 verbunden ist.
Der Kolben 22 dichtet radial innen und außen mittels der Dichtungen 24, 25 die Druckkammer 27 gegenüber der Wandlerkammer 26 ab. Bei einer Beaufschlagung der Druckkammer 27 mit Druck durch eine oder mehrere in diesem Schnitt nicht einsehbare Öffnungen verlagert sich der Kolben 22 axial in Richtung Reiblamelle 12 und bringt die Reibflächen 8, 21 des Ringteils 7 beziehungsweise Kolbens 22 in Reibeingriff mit den Gegenreibflächen 10, 20 der Reibbeläge 11, 19.
Aus beiden Tragelementen 17, 18 sind in Umfangsrichtung Zungen 28, 29 ausgestellt, die das gegenüberliegende Tragelement 18, 17 axial beaufschlagen. In dem gezeigten Ausführungs beispiel sind an dem Tragelement 17 radial außerhalb des Reibbelags 19 ein oder mehrere über den Umfang verteilte Zungen 29 ausgestellt, die eine hierzu korrespondierende Anlagefläche 31 beaufschlagen, sobald die Zungen 29 und Anlagefläche 31 während des durch eine Axialverlagerung des Kolbens 22 entgegen der Wirkung der an den Nieten 23 befestigten Blattfedern bewirkten Schließvorgangs der Nasskupplung 2 in Kontakt zueinander treten. In derselben Weise sind am Tragelement 18 radial innerhalb des Reibbelags 11 eine oder mehrere über den Umfang verteilte Zungen 28 ausgestellt, die mit am Tragelement 17 vorgesehenen Anlagefläche 30 in Kontakt treten. Sind die Zungen 28, 29 in derselben Weise ausgestellt, stellt sich bei einem Kontakt dieser mit den Anlageflächen 30, 31 ein Federweg 32 ein, über den bei sich weiter schließender Nasskupplung 2 die Axialkraft der Zungen 28, 29, die jeweils axial wirksame Energiespeicher 33 bilden, wirksam ist. Werden die Zungen 28, 29 mit unterschiedlichen Ausstellwegen versehen, so können mehrstufige Kennlinien über den Betätigungsweg vorgesehen werden. Beispielsweise können über den Umfang abwechselnd die Zungen 28, 29 eines Tragelements 17, 18 mit unterschiedlichem Ausstellweg versehen werden oder alle Zungen 28, 29 eines Tragelements 17, 18 können mit gleichem Ausstellweg versehen werden, bei dem sich die Ausstellwege der Zungen 28, 29 der beiden Tragelemente 17, 18 unterscheiden.
Die geschlossene Nasskupplung 2 wird durch Abbau des Drucks der Druckkammer 27 unter einen in der Wandlerkammer 26 herrschenden Druck geöffnet. Dabei sorgen die unter axialer Vorspannung stehenden axial wirksamen Energiespeicher 33 für eine stetige Ablösung der Gegenreibflächen 10, 20 von den Reibflächen 8, 21. Bei einem weiteren Druckabbau wird der Kolben 22 durch die Vorspannkraft der zwischen den Nieten 23 und dem Wandlergehäuse 3 wirksam angeordneten Blattfedern vollständig abgehoben.
2 zeigt in Abänderung zu den in 1 dargestellten Tragelementen 17, 18 ähnlich ausgebildete Tragelemente 34, 35. Im Unterschied zu diesen ist das Tragelement 34 lediglich mit Anlageflächen 36, 37 versehen, mit denen die am Tragteil 35 radial innerhalb und radial außerhalb des Reibbelags 11 angeordnete Zungen 38, 39 in Kontakt treten.
3 zeigt in Abänderung zu dem in 1 dargestellten Tragelement 18 ein ähnlich ausgebildetes Tragelement 40 mit einer radial ausgerichteten Zunge 41, die am Innenumfang des Tragelements 40 beginnend mit einem freien Ende 42 in Richtung des Tragelements 17 ausgestellt ist und durch zwei radiale Einschnitte nach radial außen gebildet ist. Das Tragelement 17 weist zur Kontaktierung der Zunge 41 eine entsprechende Anlagefläche 49 auf.
4 zeigt eine gegenüber der Nasskupplung 2 veränderte Nasskupplung 43. Im Unterschied zu Nasskupplung 2 ist in der Nasskupplung 43 eingangsseitig eine weitere Reiblamelle 44 in das Eingangsteil 5 eingehängt, so dass ausgangsseitig zwei Trägerteile 13 aus jeweils zwei Tragelementen 17, 18 reibschlüssig mit den Eingangsteilen Kolben 22, Reiblamelle 44 und Ringteil 7 verbunden werden können. Die Ausgestaltung der Zungen 28, 29 entspricht der Beschreibung der 1. Durch die Federwege 33 beider Trägerteile 13 steht der doppelte Federweg zur Verfügung. Es versteht sich, dass die Zungen 28, 29 durch Zungen mit anderer Ausgestaltung ersetzt und unterschiedliche Trägerteile mit unterschiedlicher Ausgestaltung der Zungen vorgesehen werden können.
5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Tragelement, beispielsweise das Tragelement 17 in Ansicht. Die radial am Außenumfang angeordnete Zunge 29, die durch einen radialen Schnitt 45 und einen Schnitt 46 in Umfangsrichtung gebildet ist. Die Zunge 29 ist in Umfangsrichtung axial ausgebogen und bildet eine Anlagefläche 47, die in Kontakt mit einem zum Tragelement 17 benachbarten Tragelement tritt, das hierzu eine komplementäre Anlagefläche aufweist. Das freie Ende 48 der Zunge 29 ist in die Ebene des Tragelements 17 angestellt. Durch entsprechende Ausformung der Zunge 29 können andere Anlageflächen mit entsprechend weicherer oder härterer Kennlinie in axiale Richtung vorgesehen werden. Weiterhin sind eine zumindest partielle Härtung der Zunge 29 und deren Umgebung insbesondere im Bereich ihrer Aufnahme am Tragelement 17 von Vorteil. Durch den Härtegrad kann die Kennlinie ebenfalls an die Anforderungen angepasst werden. Weiterhin kann diese durch die Anzahl über den Umfang des Tragelements eingestellt werden.

1: Drehmomentwandler
2: Nasskupplung
3: Wandlergehäuse
4: Antriebsblech
5: Eingangsteil
6: Umfangsprofil
7: Ringteil
8: Reibfläche
9: Sicherung
10: Gegenreibfläche
11: Reibbelag
12: Reiblamelle
13: Trägerteil
14: Innenprofil
15: Außenprofil
16: Ausgangsteil
17: Tragelement
18: Tragelement
19: Reibbelag
20: Gegenreibfläche
21: Reibfläche
22: Kolben
23: Niet
24: Dichtung
25: Dichtung
26: Wandlerkammer
27: Druckkammer
28: Zunge
29: Zunge
30: Anlagefläche
31: Anlagefläche
32: Federweg
33: Energiespeicher
34: Tragelement
35: Tragelement
36: Anlagefläche
37: Anlagefläche
38: Zunge
39: Zunge
40: Tragelement
41: Zunge
42: Anlagefläche
43: Nasskupplung
44: Reiblamelle
45: Schnitt
46: Schnitt
47: Anlagefläche
48: Ende
49: Anlagefläche

Claims

Nasskupplung (2, 43) bestehend aus einem Eingangsteil (5) mit zumindest einer Reibfläche (8, 21) und einem Ausgangsteil (16) mit zumindest einer Gegenreibfläche (10, 20), wobei die Nasskupplung (2, 43) durch axiales Annähern von zumindest einer Reibfläche (8, 21) und zumindest einer Gegenreibfläche (10, 20) durch Bildung eines Reibschlusses zwischen diesen geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Reibfläche (8, 21) und die zumindest eine Gegenreibfläche (10, 20) auf jeweils einem Trägerteil (13) aufgebracht und die Trägerteile (13) sich zumindest über einen Teilbereich ihres axialen Wegs einer Betätigung der Nasskupplung (2, 43) elastisch gegeneinander abstützen.
Nasskupplung (2, 43) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Trägerteil (13) in radiale Richtung in zwei Tragelemente (17, 18, 34, 35, 40) mit jeweils einem Reibbelag (11, 19) mit einer Gegenreibfläche (10, 20) geteilt ist und zwischen den beiden Tragelementen (17, 18, 34, 35, 40) zumindest ein axial wirksamer Energiespeicher (33) angeordnet ist.
Nasskupplung (2, 43) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine axial wirksame Energiespeicher (33) einteilig aus zumindest einem der Tragelemente (17, 18, 35, 40) gebildet ist und sich am jeweils anderen Tragelement (17, 18, 34, 40) abstützt.
Nasskupplung (2, 43) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine axial wirksame Energiespeicher (33) aus zumindest einer aus dem Tragelement (17, 18, 35) sich in Umfangsrichtung erstreckenden Zunge (28, 29) ausgestellt ist.
Nasskupplung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine axial wirksame Energiespeicher (33) aus zumindest einer aus dem Tragelement (40) sich in radiale Richtung erstreckenden Zunge (41) ausgestellt ist.
Nasskupplung (2, 43) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine axial wirksame Energiespeicher (33) radial innerhalb des Reibbelags (11, 21) angeordnet ist.
Nasskupplung (2, 43) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine axial wirksame Energiespeicher (33) radial außerhalb des Reibbelags (11, 21) angeordnet ist.
Nasskupplung (2, 43) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden zweier sich gegenüberliegender Trägerteile (13) oder Tragelemente (17, 18, 40) axial wirksame Energiespeicher (33) angeordnet sind.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (1) mit einem ein Turbinenrad antreibenden Pumpenrad und einer zwischen einem mit dem Pumpenrad verbundenen Wandlergehäuse und einem Abtrieb des Turbinenrads zuschaltbaren, den Drehmomentfluss über Pumpen- und Turbinenrad überbrückenden Nasskupplung (2, 43) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.