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Die Erfindung betrifft eine nasslaufende Kupplungsanordnung mit wenigstens einer Lamellenkupplung umfassend einen Außenlamellenträger mit einem Paket Außenlamellen, einen Innenlamellenträger mit einem mit dem Paket Außenlamellen geschachtelten Paket Innenlamellen und eine die Lamellenpakete axial druckbeaufschlagende Betätigungsvorrichtung, wobei sich der Außenlamellenträger an einer Kupplungsnabe abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung tangential und radial gegenüber der Kupplungsnabe abgestützt ist.
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Nasslaufende Doppelkupplungen sind allgemein bekannt. Diese besitzen zwei koaxial angeordnete Lamellenpakete, die im Wechsel mittels eines Druckmediums mit Druck beaufschlagt werden, um jeweils eine der beiden Kupplungen zu schließen. Ohne Beaufschlagung mit Druck sind die Kupplungen offen, es handelt sich um sogenannte „normally-open“-Kupplungen. Derartige Doppelkupplungen gehen beispielsweise aus der
DE 100 04 179 B4 hervor.
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Dabei befinden sich die Außenlamellenträger auf der dem Getriebe zugewandten Seite und die jeweiligen Betätigungseinrichtungen in Form von sogenannten Kolben zwischen den Außenlamellenträgern und den Lamellenpaketen. Die Innenlamellenträger sind in axialer Richtung auf der anderen Seite der Lamellenpakete, also motorseitig, fortgeführt.
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Die Außenlamellenträger sind dabei auf einer Kupplungsnabe, auch Ölnabe genannt, festgeschweißt. Die Außenlamellenträger drehen sich mit der Motordrehzahl.
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Die Kolben zur Betätigung der Kupplungen drehen sich zwar auch mit der Motordrehzahl, diese müssen aber zum Betätigen axial verschiebbar sein. Daher sind die Kolben über Dichtungen mit der Kupplungsnabe verbunden.
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Dabei besteht das Problem, dass die Lebensdauer der Doppelkupplungen durch die Dichtwirkung der Dichtungen begrenzt wird, da diese durch die Beanspruchung Schaden nehmen.
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Ausgehend davon besteht Bedarf an einer Kupplungsanordnung mit einer größeren Lebensdauer.
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Zur Lösung des Problems wird eine Kupplungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Als Kern der Erfindung wird angesehen, dass die Dichtung entlastet wird, indem die Betätigungseinrichtung so gelagert wird, dass nicht mehr die Dichtung die Betätigungseinrichtung mit der Kupplungsnabe verbindet, sondern dass die Betätigungseinrichtung sozusagen frei um die Kupplungsnabe fixiert ist und die Dichtung nur noch zum Abdichten vorhanden ist, aber kein oder nur noch geringe Drehmomente überträgt.
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Tangential meint dabei in Umfangsrichtung, d.h. dass die Betätigungseinrichtung, insbesondere in Form eines Kolbens, mit immer die gleiche Drehzahl aufweist wie der Außenlamellenträger bzw. die Kupplungsnabe, also die Motordrehzahl.
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Eine radiale Abstützung erfolgt dadurch, dass radiale Relativbewegungen zwischen Betätigungsvorrichtung und Kupplungsnabe verhindert oder zumindest eingeschränkt sind. Dadurch kann ein Quetschen der Dichtungen verhindert werden.
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Dabei ist es nicht wesentlich, ob der Außenlamellenträger motorseitig oder getriebeseitig angeordnet ist. Auch kann die Betätigungsvorrichtung auf der Seite des Innenlamellenträgers angeordnet sein. Die Kupplungsnabe ist dabei dasjenige Bauteil, dem die Betätigungsvorrichtung verbunden ist. Die Betätigungsvorrichtung ist an der Kupplungsnabe nicht fixiert, da sie zum Betätigen axial beweglich sein muss. An der Kupplungsnabe könne, wie bei dem eingangs beschriebenen Aufbau, die Außenlamellenträger der Kupplungen fixiert, insbesondere festgeschweißt sein.
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Die Kupplungsanordnung kann jedoch auch eine einzige nasslaufende Kupplung umfassen. Das zugrunde liegende Problem der Festlegung der Betätigungsvorrichtung bei axialer Beweglichkeit ist nämlich bei jeder Lamellenkupplung gegeben.
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Vorteilhafterweise kann an der Außenseite der Betätigungsvorrichtung ein Zahnring befestigt sein, dessen Zähne in wenigstens einen Teil der Nuten des Außenlamellenträgers eingreifen. Insbesondere kann der Zahnring an der Betätigungsvorrichtung angeschweißt sein. Bei dieser Ausführung können die bislang verwendeten Betätigungsvorrichtungen mehr oder weniger unverändert weiter verwendet werden, es ist nur ein Zahnring aufzubringen. Da die Außenlamellenträger sowieso Nuten aufweisen, die bis zur Betätigungsvorrichtung reichen müssen keine weiteren Modifikationen vorgenommen werden.
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Da der Zahnring im Wesentlichen kreisförmig ausgestaltet ist, ist die Betätigungsvorrichtung über den Zahnring zentriert und damit radial abgestützt. Die tangentiale Abstützung erfolgt über die Zähne, die in die Nuten des Außenlamellenträgers eingreifen. Hierzu ist der Abstand der Zähne zu den Nuten des Außenlamellenträgers bevorzugt weniger als 0,3 mm.
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Mit besonderem Vorteil kann der Zahnring aus einer Außenlamelle hergestellt sein. Die Außenlamellen greifen nach der Fertigstellung zwar bereits in die Nuten des entsprechenden Außenlamellenträgers ein, ihr Innendurchmesser ist allerdings zu klein, um außen an der Betätigungsvorrichtung fixiert, insbesondere festgeschweißt, zu werden. Dadurch wird der Aufwand zur Herstellung des Zahnrings und auch der Betätigungsvorrichtung minimiert.
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Alternativ zum Vorsehen eines Zahnrings können an der Außenseite der Betätigungsvorrichtung Zähne angeordnet sein, die in wenigstens einen Teil der Nuten des Außenlamellenträgers eingreifen. In diesem Fall muss allerdings der Herstellungsprozess der Betätigungsvorrichtung von Anfang an umgeändert werden und es reicht nicht, am Ende wenige Schritte anzufügen. Allerdings kann dadurch der Gesamtaufwand der Herstellung der Betätigungsvorrichtung weiter verringert werden, da die Zähne direkt in die Betätigungsvorrichtung eingearbeitet werden. Weiterhin können so Fertigungsprobleme beim Verbinden des Zahnrings mit der Betätigungsvorrichtung vermieden werden.
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Allgemein kann die Anzahl der Zähne einem ganzzahligen Anteil, insbesondere der Hälfte oder einem Viertel, der Anzahl der Nuten an der Innenseite des Außenlamellenträgers entsprechen. Durch die Verwendung einer Anzahl von Zähnen unterhalb des maximal möglichen kann die Gefahr einer möglichen Verkantung wie auch die Reibung verringert werden. Stellt man die Zahnringe aus bereits existierenden Bauteilen wie Außenlamellen her, ist deren Zahnzahl zu reduzieren. Bei ganzzahligen Anteilen ist die Entfernung besonders einfach, z.B. wird jeder zweite Zahn entfernt. Dann ist auch eine symmetrische Anordnung der Zähne gegeben.
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In einer alternativen dritten Ausgestaltung kann die Betätigungsvorrichtung mit wenigstens drei Fixierelementen wie Nieten oder Stiften am Außenlamellenträger oder Innenlamellenträger fixiert sein. Bevorzugt sind die Fixierelemente symmetrisch um die Längsachse der Kupplungsnabe angeordnet. Die Fixierelemente stützen die Betätigungsvorrichtung sowohl radial als auch tangential ab. Die Fixierelemente erlauben dabei immer noch eine axiale Beweglichkeit der Betätigungsvorrichtung.
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In einer alternativen vierten Ausgestaltung kann die Betätigungsvorrichtung mit einem im Querschnitt L-förmigen Träger an der Kupplungsnabe abgestützt sein. Der Träger stützt die Betätigungsvorrichtung direkt an der Kupplungsnabe ab, während die bisher beschriebenen Ausführungsformen die Betätigungsvorrichtung indirekt über den Außenlamellenträger an der Kupplungsnabe abstützen. Der Träger kann an der Betätigungsvorrichtung angeschweißt oder sonst wie fixiert sein. Dabei muss zwischen dem Träger und der Kupplungsnabe ein gewisses Spiel bestehen, ansonsten ist die Betätigungsvorrichtung nicht mehr axial bewegbar. Um dieses Spiel einzuschränken und dabei die axiale Bewegbarkeit zu erhalten kann der Träger an dem der Kupplungsnabe zugewandtem Schenkel Zähne aufweisen. Dadurch ist die Betätigungsvorrichtung radial abgestützt und dennoch axial beweglich.
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In einer alternativen fünften Ausgestaltung kann die Betätigungsvorrichtung fest mit der an die Betätigungsvorrichtung angrenzenden Lamelle verbunden sein. An der Außenseite der Lamellenpakete steht beim Betätigen der Kupplung die äußerste Lamelle mit der Betätigungsvorrichtung in Kontakt. Dabei kann es sich um eine Innenlamelle oder bevorzugt um eine Außenlamelle handeln. Verbindet man diese äußerste Lamelle und die Betätigungsvorrichtung bspw. durch Verschweißen bewirkt dies ebenfalls eine radiale und tangentiale Abstützung der Betätigungsvorrichtung.
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Bevorzugt kann die Kupplungsanordnung als Doppelkupplung ausgebildet sein und wenigstens die Betätigungseinrichtung der radial äußeren Kupplung tangential und radial gegenüber der Kupplungsnabe abgestützt sein. Es können aber auch beide Betätigungsvorrichtungen abgestützt werden. Alle beschriebenen Abstützungsvarianten können sowohl bei einer wie auch bei beiden Kupplungen der Doppelkupplung realisiert werden.
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Daneben betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Betätigungseinrichtung für eine Kupplungsanordnung. Diese umfasst die Schritte:
- – Bereitstellen einer Betätigungseinrichtung,
- – Abdrehen der Betätigungseinrichtung,
- – Bereitstellen eines Zahnrings,
- – Vergrößern des Innendurchmessers des Zahnrings, und
- – Aufschweißen des Zahnrings außen auf die Betätigungseinrichtung.
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Diese Verfahren dient zur Herstellung einer Betätigungseinrichtung für eine Kupplungsanordnung wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Dabei ist es offensichtlich unerheblich, ob zuerst der Zahnring oder die Betätigungseinrichtung vorbereitet werden. Die Bearbeitung bzw. Vorbereitung kann auch gleichzeitig geschehen. Das Aufschweißen erfolgt bevorzugt mittels Laserschweißen. Vorteilhafterweise kann nach dem Aufschweißen des Zahnrings wenigstens ein Dichtungselement auf die Betätigungseinrichtung geschweißt werden. Hierdurch wird vermieden, dass das Dichtungselement bzw. die Dichtungselemente beim Aufschweißen des Zahnrings beschädigt werden.
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Vorteilhafterweise kann von dem Zahnring ein Teil der Zähne, insbesondere die Hälfte, entfernt werden. Wird der Zahnring aus einer Außenlamelle hergestellt kann zur Verringerung der Reibung zwischen dem Zahnring und dem Außenlamellenträger die Anzahl der Zähne verringert werden. Dieser Zusatzschritt ist trotzdem wirtschaftlich sinnvoll, da auf bereits existierende Elemente zurückgegriffen werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Figuren und Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
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1 eine Kupplungsanordnung in einer ersten Ausgestaltung,
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2 eine Detailansicht der Kupplungsanordnung nach 1,
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3 eine Teilansicht einer Kupplungsanordnung in einer zweiten Ausgestaltung,
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4 eine Teilansicht einer Kupplungsanordnung in einer dritten Ausgestaltung,
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5 eine Teilansicht einer Kupplungsanordnung in einer vierten Ausgestaltung,
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6 einen Zahnring,
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7 eine Zahn-Nabe-Anordnung, und
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8 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Herstellung einer Betätigungsvorrichtung.
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1 zeigt eine Kupplungsanordnung in Form einer Doppelkupplung 1 mit Kupplungen K1 und K2. In dieser Darstellung befindet sich die Motorseite 2 links der Doppelkupplung 1 und die Getriebeseite 3 rechts der Doppelkupplung 1.
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Die radial äußere Kupplung K1 umfasst unter anderem einen Außenlamellenträger 4, einen Kolben 5 zur Betätigung in Form einer axialen Druckbeaufschlagung, ein Paket Außenlamellen 6, ein Paket Innenlamellen 7, wobei das Paket Außenlamellen 6 mit dem Paket Innenlamellen 7 geschachtelt ist, einen Innenlamellenträger 8 sowie eine Rückstellfeder 9.
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Die radial innere Kupplung K2 umfasst unter anderem einen Außenlamellenträger 10, einen Kolben 12 zur Betätigung in Form einer axialen Druckbeaufschlagung, ein Paket Außenlamellen 14, ein Paket Innenlamellen 16, wobei das Paket Außenlamellen 14 mit dem Paket Innenlamellen 16 geschachtelt ist sowie einen Innenlamellenträger 18.
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Die Innenlamellenträger 8 steht mit der Getriebeeingangswelle 20 und der Innenlamellenträger 18 mit der Getriebeeingangswelle 22 in Eingriff. Die Getriebeeingangswellen werden von der Kupplungsnabe 24 umschlossen. Diese dient auch der Ölführung und wird daher auch als Ölnabe bezeichnet. An der Kupplungsnabe 24 sind die Außenlamellenträger 4 und 10 festgeschweißt. Da der Außenlamellenträger 4 über das Blech 26 mit der Antriebseinheit verbunden ist drehen sich der Außenlamellenträger 4 und damit auch die Kupplungsnabe 24 und der Außenlamellenträger 10 mit Motordrehzahl. Der Kolben 5 der Kupplung K1 ist über eine Dichtung 28 mit der Kupplungsnabe verbunden und der Kolben 12 über eine Dichtung 30. Diese Dichtungen 28 und 30 können im Betrieb ermüden.
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Um die Dichtung 28 zu entlasten ist daher in einer ersten Ausführungsform ein Zahnring 32 vorgesehen. Der Zahnring 32 stützt den Kolben 5 tangential und radial ab, sodass die Dichtung 28 nur noch zum Abdichten vorgesehen sein kann und keine weiteren Aufgaben mehr haben muss.
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Der Zahnring 32 ist bevorzugt aus einer Außenlamelle 6 hergestellt, indem der Innendurchmesser durch abdrehen erweitert wurde und ein Teil der Zähne entfernt wurde. Danach kann der Zahnring 32 an der Außenseite des Kolbens 5, die vor dem Anbringen des Zahnrings 32 abgedreht werden kann, festgeschweißt werden.
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Auf diese Art und Weise kann aus bereits vorhandenen Kupplungsteilen mit wenigen neuen Arbeitsschritten eine verbesserte Doppelkupplung 1 geschaffen.
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Wie man sieht ist es nicht notwendig, dass beide Kolben als Betätigungsvorrichtungen radial und tangential abgestützt werden. Auch können beide Kolben, wenn sie beide abgestützt werden, mit unterschiedlichen alternativen Ausgestaltungen abgestützt werden. Die im Folgenden gezeigten Ausführungsformen können also mit der in 1 gezeigten Ausführungsform frei kombiniert werden in dem Sinne, dass bei zwei oder mehr Kupplungen unterschiedliche Arten der Abstützung verwendet werden können.
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Beispielsweise kann der Kolben 12 der Kupplung K2 mit der an den Kolben 12 angrenzenden Lamelle 34, in diesem Fall eine Außenlamelle, fest verbunden, z.B. verschweißt, sein. Dies wurde weiter oben als fünfte Ausführungsform beschrieben.
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2 zeigt die Anbindungsstelle des Zahnrings 32 an den Kolben 5 im Detail. Dadurch dass der Kolben 5 bevorzugt einen umlaufenden Kragen 34 aufweist ist die Verbindungsfläche beim Anschweißen vergrößert und damit die Festigkeit der Schweißverbindung erhöht. Der Kragen 34 ist sowieso vorhanden, um die Andrückfläche des Kolbens 5 zu erhöhen. Der Zahnring 32 ist also bevorzugt an einem umlaufenden Kragen 34 der Betätigungsvorrichtung bzw. des Kolbens 5 befestigt, insbesondere angeschweißt.
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3 zeigt eine Alternative zum Anbringen eines Zahnrings 32. Dabei sind an der Außenseite des Kolbens 5 Zähne angeordnet, die in wenigstens einen Teil der Nuten des Außenlamellenträgers 4 eingreifen. Dadurch kann eine Schweißverbindung vermieden werden, allerdings ist dann der Herstellungsprozess des Kolbens 5 bereits in den ersten Schritten abzuändern. Weiterhin wird bei dieser Ausgestaltung die Andrückfläche des Kolbens vorteilhaft vergrößert.
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4 zeigt eine dritte Ausführungsform zum tangentialen und gleichzeitig radialen Abstützen einer Betätigungsvorrichtung. Dabei ist der Kolben 5 mittels Stiften 36 am Außenlamellenträger 4 und damit auch gegenüber der Kupplungsnabe 24 abgestützt. Die Stifte 36 sind bevorzugt in Umfangsrichtung symmetrisch um die Drehachse des Außenlamellenträgers 4 bzw. des Kolbens 5 angeordnet. Die Stifte 36 erlauben eine axiale Bewegung des Kolbens 5 zum Betätigen der Kupplung K1. Dementsprechend sind sie derart angebracht, dass ihre Längsachse parallel zur Drehachse des Kolbens 5 und des Außenlamellenträgers 4 liegt.
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5 zeigt eine vierte Ausführungsform. Zum tangentialen und radialen Abstützen der Betätigungsvorrichtung in Form des Kolbens 5 ist dabei ein im Querschnitt L-förmiger Träger 40 an der Kupplungsnabe 28 abgestützt ist. Der Träger 40 könnte auch als Ring mit umlaufenden Kragen bezeichnet werden. Er ist mit dem Kolben 5 verbunden, bspw. verschweißt und stützt diesen bei Bedarf auf der Kupplungsnabe 24 radial ab.
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6 zeigt einen Zahnring 32 im Einbau in den Außenlamellenträger 4 in der Draufsicht. Als Ausgangsbasis dient eine Außenlamelle 6. Der Innendurchmesser 42 wurde vergrößert. Von den Zähnen 44 wurde die Hälfte, also jeder zweite Zahn 44, entfernt, um mögliche Reibungsprobleme zu verhindern.
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7 zeigt die Bemaßung der Zähne 44 im Hinblick auf die Nuten 46 des Außenlamellenträgers 4 im Detail. Dies gilt aber ebenso bei Verwendung einer gezahnten Betätigungsvorrichtung wie im zweiten Ausführungsbeispiel oder beim Außenlamellenträger 10, also immer, wenn Zähne zum tangentialen und radialen Abstützen verwendet werden.
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Es existieren die Abstände 48 und 50 zwischen den Flächen eines Zahns 44 und der Innenfläche einer Nut 46, deren Position aus 7 hervorgeht. Der Abstand 48 ist der Abstand der Oberseite bzw. Oberfläche 52 eines Zahns 44 und der Bodenfläche 54 einer Nut 46. Der Abstand 50 ist der Abstand der Seitenfläche 56 eines Zahns 44 und der Seitenfläche 58 einer Nut 46.
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Der Abstand 48 schwankt bevorzugt im Bereich zwischen ±0,168/2 und ±0,506/2 mm. Ein größerer Abstand verhindert eine wirksame radiale Abstützung des Kolbens 5 und somit der Dichtung 28 gegenüber der Kupplungsnabe 24, eine kleinere Schwankung des Abstand 48 bedingt zu geringe Fertigungstoleranzen. Bevorzugt ist die Schwankung des Abstands 48 also kleiner als ±0,5/2 mm.
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8 zeigt ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Herstellung einer Betätigungsvorrichtung. Im ersten Schritt S1 wird ein Kolben 5 bereitgestellt. Im nächsten Schritt S2 wird der Kolben 5 auf der Außenseite im Bereich des umlaufenden Kragens 34 abgedreht, um die Durchmesserschwankungen zu verringern. Danach, davor oder gleichzeitig zu den Schritten S1 bis S2 werden die Schritte S4 bis S7 durchgeführt. In Schritt S4 wird ein Zahnring 32, insbesondere eine Außenlamelle 6, bereitgestellt und in Schritt S5 der Innendurchmesser 42 vergrößert und eine Fase angebracht. Danach wird als Schritt S6 ein Teil der Zähne 44 des Zahnrings 32 entfernt. Im Schritt S7 wird der Zahnring entgratet. Im folgenden Schritt S8 wird der Zahnring 32 außen auf den Kolben 5 insbesondere mittels Laserschweißen aufgeschweißt. Abschließend wird in Schritt S9 am Kolben 5 die Dichtung 28 angeschweißt. Die Dichtung 28 besitzt hierfür ein entsprechendes Skelett in Gestalt eines Armierungsrings.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Doppelkupplung
- 2
- Motorseite
- 3
- Getriebeseite
- 4
- Außenlamellenträger
- 5
- Kolben
- 6
- Außenlamelle
- 7
- Innenlamelle
- 8
- Innenlamellenträger
- 9
- Rückstellfeder
- 10
- Außenlamellenträger
- 12
- Kolben
- 14
- Außenlamelle
- 16
- Innenlamelle
- 18
- Innenlamellenträger
- 20
- Getriebeeingangswelle
- 22
- Getriebeeingangswelle
- 24
- Kupplungsnabe
- 26
- Blech
- 28
- Dichtung
- 30
- Dichtung
- 32
- Zahnring
- 34
- Kragen
- 36
- Stift
- 40
- Träger
- 42
- Durchmesser
- 44
- Zahn
- 46
- Nut
- 48
- Abstand
- 50
- Abstand
- 52
- Oberfläche
- 54
- Bodenfläche
- 56
- Seitenfläche
- 58
- Seitenfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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