DE102013216356A1

DE102013216356A1 - Mit Ansätzen versehene Kupplungsscheiben

Info

Publication number: DE102013216356A1
Application number: DE102013216356.8A
Authority: DE
Inventors: Larry D. Diemer; Todd R. Berger
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2033-08-20
Also published as: KR101495532B1; CN103629265A; US20140054125A1; CN103629265B; KR20140027870A; DE102013216356B4; US8919518B2

Abstract

Eine Mehrscheibenreibkupplung umfasst Kupplungsscheiben oder -platten mit verringerten Reibverlusten (Drehverlusten) und daher mit verringerter Wärmeerzeugung und verbesserter Lebensdauer. Die Kupplungsscheiben weisen am Umfang der Kupplungsscheibe Blattfedern oder Federlaschen, die benachbarte Scheiben axial voneinander weg vorbelasten, und einen verringerten Flächeninhalt an Reibmaterial, das mit einer benachbarten Gegenplatte in Kontakt ist, auf. An einer typischen Kraftfahrzeugautomatikgetriebe-Kupplung werden insgesamt sechs oder acht Blattfedern oder Laschen verwendet: hiervon sind drei bzw. vier zu einer Seite versetzt und drei bzw. vier zu der anderen Seite versetzt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Kupplungsscheiben für Reibkupplungen und ähnliche Vorrichtungen und insbesondere auf Kupplungsscheiben für Reibkupplungen in Automatikgetrieben und ähnliche Vorrichtungen, die sowohl federvorbelastete Ansätze als auch einen verringerten Reibflächeninhalt besitzen, die Drehverluste verringern und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung dar und können, müssen jedoch nicht Stand der Technik bilden.
Eine große Anzahl von Automatikgetrieben, die in Kraftfahrzeugen installiert sind, verwenden mehrere Reibkupplungen und Bremsen. Grundsätzlich enthalten diese Vorrichtungen eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben oder -platten, die mit einem ersten Organ gekoppelt sind und mit einer zweiten Mehrzahl von Kupplungsscheiben oder -platten, die mit einem zweiten Organ gekoppelt sind, verschränkt sind. Ein benachbarter Aktor, der elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sein kann, bringt die Vorrichtung in und außer Eingriff. Falls die Vorrichtung eine Kupplung ist, können sich beide Organe, wovon eines typischerweise ein Eingang ist und das andere ein Ausgang ist, drehen. Falls die Vorrichtung eine Bremse ist, kann sich ein Organ drehen, während das andere geerdet (stationär) ist.
So üblich wie diese Vorrichtungen sind und so viel Entwicklungsaufwand aus diesem Grund für sie betrieben worden ist, könnte es überraschend sein, dass sie nicht ohne Nachteile sind. Wenn diese Vorrichtungen in Automatikgetrieben verwendet werden, typischerweise zwischen Komponenten von Planetengetriebeanordnungen, kann die Drehzahl über einer offenen Kupplung oder Bremse 5000 min^–1 überschreiten. Der Betrieb bei solchen Drehzahlen hat unweigerlich die Erzeugung von Wärme zur Folge, was an sich schon ein Problem darstellen kann, es hat jedoch außerdem Drehverluste zur Folge, ferner wird der Wirkungsgrad des Getriebes und des gesamten Antriebsstrangs verringert. Eine Verringerung der Drehzahl über der Kupplung oder der Bremse ist eine mögliche Lösung, diese hat jedoch oftmals viele betriebstechnische Kompromisse zur Folge. Daher geht die Forschung, die auf das Problem der Verringerung des Kupplungsschleppens bei allen Betriebsdrehzahlen gerichtet ist, weiter, wobei die vorliegende Erfindung ein Ergebnis einer solchen Forschung ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung schafft Kupplungsscheiben oder -platten für die Verwendung in Mehrscheibenreibkupplungen, die verringerte Reibverluste (Drehverluste) und daher eine verringerte Wärmeerzeugung und eine verbesserte Lebensdauer haben. Die Kupplungsscheiben weisen sowohl Blattfedern oder Federlaschen am Umfang der Kupplungsscheibe, die benachbarte Scheiben axial voneinander weg vorbelasten, als auch einen verringerten Flächeninhalt an Reibmaterial, das mit einer benachbarten Gegenplatte in Kontakt ist, auf. In einer typischen Kraftfahrzeugautomatikgetriebe-Kupplung, die die vorliegende Erfindung enthält, werden insgesamt sechs oder acht Blattfedern oder Laschen verwendet: Hiervon sind drei bzw. vier zu einer Seite versetzt und drei bzw. vier zu der anderen Seite versetzt. Der Oberflächeninhalt des Reibmaterials ist reduziert, jedoch noch immer groß genug, damit die Kompressionsgrenze (Elastizitätsgrenze) des Reibmaterials nicht überschritten wird, wenn der Eingriff maximal ist, d. h. wenn eine Kompressionskraft durch den Kupplungsaktor ausgeübt wird.
Daher ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsplatte mit mehreren Blattfedern oder Laschen, die um ihren Umfang angeordnet sind, zu schaffen.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsplatte zu schaffen, die einen verringerten Flächeninhalt an Reibmaterial relativ zu früheren Kupplungsentwürfen hat.
Es ist ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsplatte zu schaffen, die sowohl Blattfedern, die um ihren Umfang angeordnet sind, als auch einen verringerten Flächeninhalt an Reibmaterial aufweist.
Es ist ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Reibkupplung mit Scheiben oder Platten mit verringertem Flächeninhalten an Reibmaterial zu schaffen, wobei der Flächeninhalt ausreicht, damit die Elastizitätsgrenze des Reibmaterials nicht überschritten wird, wenn eine maximale Eingriffskraft durch einen Operator auf die Kupplung ausgeübt wird.
Es ist ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Reibkupplung mit verringerten Drehverlusten zu schaffen.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Reibkupplung zu schaffen, die in einem ausgerückten Zustand weniger Wärme erzeugt.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Reibkupplung zu schaffen, die eine verbesserte Lebensdauer zeigt.
Weitere Aspekte, Vorteile und Anwendungsbereiche gehen aus der hier gegebenen Beschreibung hervor. Selbstverständlichen dienen die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung, wobei sie den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich dem Zweck der Veranschaulichung und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
1 ist eine Teilschnittansicht eines typischen Automatikgetriebes, in dem eine Reibkupplungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist;
2 ist eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer Reibkupplungsscheibe oder -platte gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Abschnitts einer ersten Ausführungsform einer Reibkupplungsscheibe oder -platte gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine vergrößerte Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Reibkupplungsscheibe oder -platte gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer Reibkupplungsscheibe oder -platte gemäß der vorliegenden Erfindung; und
6 ist eine vergrößerte Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Reibkupplungsscheibe oder -platte und einer Gegenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen nicht einschränken.
In 1 ist ein Abschnitt eines Automatikgetriebes, der eine Reibkupplungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Automatikgetriebe 10 umfasst ein Gehäuse 12, das verschiedene Komponenten wie etwa eine Planetengetriebeanordnung 14 mit einem ersten Element 16, einem zweiten Element 18 und einem dritten Element sowie eine Reibkupplungsanordnung 20 umschließt, trägt, anordnet und schützt. Die Reibkupplungsanordnung 20 umfasst ein Eingangsorgan oder erstes Organ 22, das beispielsweise mit dem ersten Element 16 der Planetengetriebeanordnung 14 gekoppelt oder hiervon angetrieben werden kann, und ein Ausgangsorgan oder zweites Organ 24, das beispielsweise mit dem Gehäuse 12 oder einem Element der Planetengetriebeanordnung 14 gekoppelt oder ein Abschnitt hiervon sein kann. In dem ersteren Fall kann die Vorrichtung üblicher als eine Reibungsbremse bezeichnet werden – eine Unterscheidung, die für die vorliegende Erfindung wenig Bedeutung hat.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, definiert das Eingangsorgan oder erste Organ 22 der Reibkupplungsanordnung 20 typischerweise eine Nabe 26 mit axialen äußeren (erhabenen) Kerbzähnen 28 auf seiner äußeren Oberfläche oder weist diese auf. Eine erste Mehrzahl von Reibkupplungsscheiben oder -platten 32 enthält innere (vertiefte) Kerbzahnkerben 34, die zu den äußeren Kerbzähnen 28 an der Nabe 26 des ersten Organs oder Eingangsorgans 22 komplementär sind und damit in Eingriff sind. Die erste Mehrzahl von Reibkupplungsscheiben 32 umfasst voneinander beabstandete, dreieckige Bereiche oder Inseln aus Reibmaterial 36. Die erste Mehrzahl von Reibkupplungsscheiben 32 dreht sich somit mit dem ersten Organ oder Eingangsorgan 22, sie ist jedoch auf der Nabe 26 des ersten Organs 22 axial translatorisch frei beweglich.
Mit der ersten Mehrzahl von Reibkupplungsscheiben 32 ist eine zweite Mehrzahl von Gegenscheiben oder -platten 52, die äußere (erhabene) Kerbzähne 54 aufweisen, verschränkt. Die Gegenscheiben oder -platten 52 sind im Wesentlichen kreisförmige, ebene Stahlscheiben, gegenüber denen die Reibscheiben der -platten 32 einen rotierenden Reibkontakt herstellen. Die zweite Mehrzahl von Gegenscheiben oder -platten 52 ist in einem zylindrischen Gehäuse 56 mit inneren (vertieften) Kerbzahnkerben 58 angeordnet, die zu den äußeren Kerbzähnen 54 an der zweiten Mehrzahl von Gegenscheiben oder -platten 52 komplementär sind und hiermit in Eingriff sind. Die zweite Mehrzahl von Gegenscheiben oder -platten 52 sind daher mit dem Ausgangsorgan 24 gekoppelt und in dem zylindrischen Gehäuse 56 frei axial translatorisch beweglich.
Die Reibkupplungsanordnung 20 umfasst außerdem einen Aktor oder Operator 60, der elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch aktiviert werden kann, um die verschränkten Mehrzahlen von Kupplungsscheiben oder -platten 32 und 52 zu komprimieren, um Drehmoment von dem Eingangsorgan 22 an das Ausgangsorgan 24 zu übertragen, oder deaktiviert werden kann, um den Druck auf die verschränkten Mehrzahlen von Kupplungsscheiben oder -platten 32 und 52 zu entlasten, um die Drehmomentübertragung von dem Eingangsorgan 22 an das Ausgangsorgan 24 zu beenden. Die Reibkupplungsanordnung 20 kann auch Komponenten wie etwa eine Stoppplatte 62 und ein Schublager (nicht gezeigt) umfassen.
In den 2 und 3 umfasst eine erste Ausführungsform der Reibscheiben oder -platten 32 das gleichmäßige Muster abwechselnd angeordneter Dreiecke oder dreieckiger Segmente aus Reibmaterial 36, wobei ein erster Abschnitt 38 mit flachen Seiten in der Nähe des Umfangs der Scheibe oder Platte 32 angeordnet ist und ein zweiter Abschnitt 40 mit dem ersten Abschnitt 38 so verschränkt ist, dass sich flache Seiten in der Nähe der Innenkante der Scheibe oder Platte 32 befinden. Die inneren und äußeren radialen Enden der Dreiecke oder dreieckigen Segmente aus Reibmaterial 36 haben abgerundete Ecken 42, während das gegenüberliegende Paar von Ecken 44 leicht abgeschnitten ist. Somit bilden die Dreiecke aus Reibmaterial 36 ein wiederholtes Muster unterbrochener oder diskontinuierlicher isolierter Bereiche oder Inseln aus Reibmaterial. Es sollte anerkannt werden, dass, obwohl der gesamte Flächeninhalt an Reibmaterial 36 in der vorliegenden Erfindung kleiner ist als in herkömmlichen Kupplungen, die Flächeninhaltsverringerung nicht so klein ist und sein kann, dass das verbleibende Reibmaterial 36 seine Elastizitätsgrenze überschreitet, wenn eine volle Kompressionskraft durch den Kupplungsoperator 60 darauf ausgeübt wird, wie in 1 gezeigt ist.
Wie in den 2, 3 und 4 gezeigt ist, befinden sich an acht Stellen um den Umfang der Reibscheibe oder -platte 32 Blattfedern oder Laschen 46A und 46B. Vier der Blattfedern oder Laschen 46A sind in einer Richtung weg von der Ebene der Reibscheibe oder -platte 32 ausgebildet oder orientiert, während weitere, damit abwechselnde vier Blattfedern oder -laschen 46B in einer entgegengesetzten Richtung weg von der Ebene der Reibscheibe oder -platte 32 gebildet oder orientiert sind. Die tatsächliche Anzahl von Blattfedern oder -laschen 46A und 46B hängt von der Größe, d. h. vom Außendurchmesser der Reibscheibe oder -platte 32 ab. Vorzugsweise ist eine Gesamtanzahl von sechs Blattfedern oder -laschen 46A und 46B die minimale Anzahl, die an kleineren Reibscheiben oder -platten 32 ausgebildet ist und verwendet wird, wobei eine Gesamtzahl von acht, zehn, zwölf oder mehr Blattfedern oder Laschen 46A und 46B an größeren Reibscheiben oder -platten 32 ausgebildet sein und verwendet werden kann. Jede der Blattfedern oder Laschen 46A und 46B besitzt einen im Allgemeinen dreieckigen Körper 48, der zu einem abgerundeten Ende 50 konisch zuläuft, wie in 3 gezeigt ist.
An jedem der Orte einer Blattfeder oder Lasche 46A und 46B auf jeder Seite der Reibscheibe oder -platte 32 sind die Dreiecke von Reibmaterial 36 weggelassen, um eine ungehinderte und uneingeschränkte Bewegung der Blattfedern oder Laschen 46A und 46B zu schaffen. Beispielsweise sind in der in 2 gezeigten Konfiguration zwei der Dreiecke aus Reibmaterial 36 auf jeder Fläche der Reibscheibe oder -platte 32 benachbart zu jeder der Blattfedern oder Laschen 46A und 46B weggelassen.
In den 5 und 6 ist eine zweite Ausführungsform einer Anordnung aus Reibkupplungsscheiben oder -platten und Gegenplatten gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt und allgemein mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet. Die Anordnung 80 aus Reibkupplungsscheiben oder -platten und Gegenplatten, die in einer Reibkupplung wie etwa der Reibkupplungsanordnung 20 von 1 mehrfach verwendet werden können, umfasst eine erste Faserkernkupplungsscheibe oder -platte 82, die innere (vertiefte) Kerbzahnkerben 84 aufweist, die zu äußeren Kerbzähnen, wie etwa den äußeren Kerbzähnen 28 an der in 1 gezeigten Nabe 26, komplementär und damit in Eingriff sind. Die Faserkernkupplungsscheibe 82 umfasst voneinander beabstandete Bereiche oder Inseln von Reibmaterial 86. Insbesondere ist das Reibmaterial 86 in zwei Mustern angeordnet: ein erstes Muster enthält drei größere trapezförmige Bereiche oder Blöcke 86A, die vorzugsweise an um 120° voneinander beabstandeten Umfangsorten an beiden Flächen der Faserkernkupplungsscheibe 82 angeordnet sind. Ein zweites Muster umfasst mehrere kleinere Rechtecke 68B, die diskontinuierlich auf einer oder auf beiden Flächen der Faserkernkupplungsscheibe 82 in einem Kreis angeordnet sind, der auf den ungefähren radialen Mittelpunkt der trapezförmigen Bereiche 86A ausgerichtet ist. Es sollte wiederum anerkannt werden, dass, obwohl der gesamte Oberflächeninhalt des Reibmaterials 86 auf der Faserkernkupplungsscheibe oder -platte 82 kleiner als auf herkömmlichen Kupplungsscheiben ist, die Flächeninhaltsverringerung begrenzt ist, d. h., dass der Flächeninhalt nicht so klein ist und sein kann, dass bewirkt wird, dass die Kompressionskräfte auf dem verbleibenden Reibmaterial 86 dessen Elastizitätsgrenze überschreiten, wenn der Kupplungsoperator 60, der in 1 gezeigt ist, eine maximale Kompressionskraft liefert.
An drei Stellen auf einer oder auf beiden Flächen der Faserkernkupplungsscheibe 82 sind Blattfedern oder Laschen 88 befestigt, um eine benachbarte Gegenplatte 90 axial weg von der Faserkernkupplungsscheibe 82 vorzubelasten. Erneut hängt die Anzahl von Blattfedern oder Laschen 88, die an der Faserkernkupplungsscheibe 82 verwendet werden, von deren Durchmesser ab, wobei kleinere Scheiben 82 weniger Federn oder Laschen verwenden und größere Scheiben 82 mehr Federn oder Laschen 88 verwenden.
Die Gegenplatte 90 ist, wie oben erwähnt, im Wesentlichen eine flache, kreisförmige Stahlscheibe mit mehreren äußeren (erhabenen) Kerbzähnen 92, die um ihren Umfang angeordnet sind. Die äußeren Kerbzähne 92 sind zu inneren Kerbzahnkerben, wie etwa den inneren Kerbzahnkerben 58 an dem zylindrischen Gehäuse 56, das in 1 gezeigt ist, komplementär und damit in Eingriff.
Es wird somit anerkannt werden, dass die beiden Ausführungsformen der Reibkupplungsscheiben oder -platten 32 und der Faserkernkupplungsscheiben oder -platten 82, die hier beschrieben worden sind, infolge der Scheiben- oder Plattentrennkräfte, die durch die Blattfedern oder Laschen 46A, 46B und 88 bereitgestellt werden, verringerte Drehverluste in Kupplungen schaffen. Solche verringerten Drehverluste ergeben ihrerseits eine verringerte Wärmeerzeugung in der Kupplung und eine verbesserte Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit – zwei hochgradig wünschenswerte Betriebsvorteile.
Die Beschreibung der Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft, wobei Veränderungen, die nicht vom Erfindungsgedanken abweichen, im Schutzumfang der Erfindung liegen sollen. Solche Veränderungen sollen nicht als Abweichung vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung angesehen werden.

Claims

Reibkupplungsanordnung mit verringertem Drehverlust, die in Kombination umfasst: ein erstes Organ, das eine Mehrzahl von axial orientierten Kerbzahnkerben definiert, ein zweites Organ, das koaxial zu dem ersten Organ angeordnet ist und eine Mehrzahl von axial orientierten Kerbzähnen definiert, eine erste Mehrzahl von Kupplungsscheiben, die Kerbzähne besitzen, die zu Kerbzahnkerben in dem ersten Organ komplementär und damit in Eingriff sind, eine zweite Mehrzahl von Kupplungsscheiben, die mit der ersten Mehrzahl von Kupplungsscheiben verschränkt sind und Kerbzahnkerben besitzen, die zu den Kerbzähnen an dem zweiten Organ komplementär und damit in Eingriff sind, und wobei eine von der Mehrzahl von Kupplungsscheiben eine geradzahlige Mehrzahl von Blattfedern besitzt, wobei sich eine Hälfte der Mehrzahl von Blattfedern in einer Richtung von der Mehrzahl von Kupplungsscheiben weg erstreckt und die andere Hälfte der Mehrzahl von Blattfedern sich in einer entgegengesetzten Richtung von der Mehrzahl von Kupplungsscheiben weg erstreckt, und eine Mehrzahl von diskontinuierlichen Bereichen von Reibmaterial auf Flächen der einen Mehrzahl von Kupplungsscheiben vorhanden sind.
Reibkupplungsanordnung nach Anspruch 1, die ferner einen hydraulischen Aktor umfasst, der benachbart zu den Mehrzahlen von Kupplungsscheiben angeordnet ist, um auf die Kupplungsscheiben eine Kompressionskraft auszuüben.
Reibkupplungsanordnung nach Anspruch 1, die ferner ein stationäres Gehäuse umfasst, wobei eine der Mehrzahlen von Kupplungsscheiben mit dem Gehäuse betriebstechnisch gekoppelt ist.
Reibkupplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Blattfedern acht Blattfedern umfassen, wobei sich vier der Blattfedern in einer Richtung erstrecken und mit vier der Blattfedern, die sich in einer entgegengesetzten Richtung erstrecken, abwechseln.
Reibkupplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Bereiche von Reibmaterial mehrere dreieckige Segmente aufweisen, wobei ein Anteil der dreieckigen Segmente in einer ersten Richtung orientiert ist und ein zweiter Anteil der dreieckigen Segmente in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung orientiert ist.
Reibkupplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Bereiche von Reibmaterial in der Nähe der Blattfedern auf beiden Flächen der Kupplungsscheiben weggelassen sind.
Reibkupplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Bereiche von Reibmaterial größere trapezförmige Bereiche und kleinere rechtwinklige Bereiche, die zwischen den größeren trapezförmigen Bereichen angeordnet sind, umfassen.
Reibkupplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei weitere der Mehrzahl Kupplungsscheiben Gegenplatten sind.