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Die Erfindung betrifft einen Reibelementeträger. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Reibelementeträger für eine Mehrscheiben-Reibkupplung, beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Eine Reibkupplung umfasst einen oder mehrere erste und einen oder mehrere zweite Reibpartner, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind. Die ersten Reibelemente stehen in formschlüssigem Eingriff mit einem ersten Träger und die zweiten Reibelemente mit einem zweiten Träger. Werden die Reibelemente axial aneinander angepresst, kann zwischen den beiden Trägern ein Drehmoment übertragen werden.
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Die Kraftübertragung zwischen den Reibelementen und den zugeordneten Trägern wird üblicherweise über eine Verzahnung hergestellt, die eine axiale Bewegung der Reibelemente erlaubt. Wird die Reibkupplung allmählich geschlossen, so gleichen sich Drehzahlen der beiden Träger allmählich aneinander an, während die ersten Reibelemente an den zweiten reiben, wodurch Wärme frei wird. Um die Wärme abzuführen, kann ein vorbestimmter Volumenstrom an Fluid in den Bereich der ersten und zweiten Reibelemente gelenkt werden. Dabei ist einerseits darauf zu achten, dass bei einem Reibpaket mit mehreren ersten und zweiten Reibelementen die axial innen liegenden Reibelemente stärker thermisch belastet werden als die axial außen liegenden. Für unterschiedliche axiale Positionen können daher unterschiedliche Volumenströme des Fluids vorgesehen werden. Ferner ist wichtig, die einzelnen Volumenströme möglichst gleichmäßig auf einem Umfang um die Drehachse zu verteilen, um thermisch hochbelastete Stellen („Hot Spots“) zu vermeiden.
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Aus der
DE 10 2011 102 748 A1 ist eine Kupplung mit am Zahngrund des Innenlamellenträgers angeordneten Kühlfluidöffnungen bekannt.
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Aus der
DE 10 2014 221 577 A1 ist eine Kupplung mit einem Innenlamellenträger mit einem radialen Bohrbild offenbart, wobei zur Verteilungsoptimierung Fluidtaschen ausgebildet sind.
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Üblicherweise wird ein Volumenstrom des Fluids an einer vorbestimmten axialen Position durch eine Anzahl Ausnehmungen im radial inneren Träger festgelegt. Die einzelnen Volumenströme können dadurch jedoch nur grob bestimmt werden, eine Feinabstimmung ist kaum möglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Reibelementeträger für ein Reibkupplung bereitzustellen, der unterschiedliche Volumenströme des Fluids an unterschiedlichen axialen Positionen genauer einstellen lässt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Reibelementeträgers mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Reibelementeträger für eine Mehrscheiben-Reibkupplung umfasst eine Drehachse, einen axialen Abschnitt mit Zähnen, die Flanken aufweisen, die sich in axialer und radialer Richtung erstrecken, zum formschlüssigen Eingriff mit Reibelementen, wobei jeder Zahn auf einer radialen Innenseite des axialen Abschnitts eine radiale Ausbuchtung bildet, und wobei in radial äußeren Abschnitten wenigstens einiger Zähne jeweils eine Ausnehmung eingebracht ist, um einen radialen Durchtritt eines Fluids zu erlauben. Dabei weisen unterschiedliche Zähne, durch deren Ausnehmungen unterschiedliche Volumenströme des Fluids zu erzielen sind, unterschiedliche Ausdehnungen in Umfangsrichtung auf.
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Durch die unterschiedlichen Dimensionierungen unterschiedlicher Zähne in Umfangsrichtung können die Auffangbereiche, die durch die Ausbuchtungen jeweils gebildet sind, vergrößert oder verkleinert werden. Im Betrieb einer Reibkupplung kann Fluid auf der radialen Innenseite des Reibelementeträgers verteilt werden, sodass die Grö-ße einer Ausbuchtung mit dafür entscheidend ist, wie groß der Volumenstrom von Fluid ist, der durch eine zugeordnete Ausnehmung fließen kann. Dadurch kann eine genaue und feinfühlige Einstellung des Volumenstroms realisiert werden.
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Es ist bevorzugt, dass ein zu erzielender Volumenstrom von Fluid an einer ersten, axial äußeren Position kleiner als an einer zweiten, axial inneren Position des axialen Abschnitts ist. Greifen mehrere Reibelemente in die Zähne des Reibelementeträgers ein, so haben die axial außen liegenden Reibelemente eine größere freie Oberfläche, über die sie thermische Energie per Diffusion oder Abstrahlung abgeben können. Zwischen zwei Reibelementen liegt üblicherweise jeweils ein weiteres Reibelement, wobei die weiteren Reibelemente in Umfangsrichtung an einem anderen Reibelementeträger gehalten sind. Die axial innen liegenden Reibelemente, die in die Zähne des ersten Reibelementeträgers eingreifen, können beim Schließen der Reibkupplung auf beiden axialen Seiten thermisch belastet werden, während die axial außen liegenden Reibelemente nur eine thermisch belastete Seite umfassen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass mehrere Ausnehmungen gleiche axiale Positionen aufweisen und die Anzahl dieser Ausnehmungen in Abhängigkeit des zu erzielenden Volumenstroms von Fluid an der axialen Position gewählt ist. Beispielsweise können an einer axialen Position, die der Position eines axial außen liegenden Reibelements entspricht, insgesamt weniger Ausnehmungen vorgesehen sein als an einer axial weiter innen liegenden Position. Üblicherweise ist dabei jedem Zahn nur eine Ausnehmung zugeordnet.
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Insbesondere ist bevorzugt, dass der axiale Abschnitt zum formschlüssigen Eingriff mit einer vorbestimmten Anzahl scheibenförmiger Reibelemente eingerichtet ist, wobei jeder axialen Position eines Reibelements ein zu erzielender Volumenstrom zugeordnet ist.
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Eine Reibkupplung umfasst üblicherweise erste Reibelemente, die mit dem beschriebenen Reibelementeträger in Eingriff stehen, und zweite Reibelemente, die mit einem weiteren Reibelementeträger in Eingriff stehen. Die ersten und zweiten Reibelemente sind in axialer Richtung abwechselnd angebracht. Von den beiden axial ganz außen liegenden Reibelementen hat üblicherweise eines eine fest definierte axiale Position, während das andere axial in Richtung des ersten Reibelements gedrückt werden kann, um den Stapel von Reibelementen axial zu komprimieren. Die Positionen der Reibelemente bezüglich des beschriebenen Reibelementeträgers sind bevorzugterweise bei geschlossener Reibkupplung definiert, also wenn die Reibelemente axial so stark aneinander gepresst werden, dass sie sich in Haftreibung befinden. Dieser Bestimmung können in einer ersten Ausführungsform unverschlissene Reibelemente, in einer zweiten Ausführungsform maximal verschlissene Reibelemente und in einer dritte, bevorzugten Ausführungsform zu ca. 50% verschlissene Reibelemente zugrunde gelegt sein. Durch den Verschleiß kann sich die axiale Stärke der Reibelemente verringern.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Ausnehmungen in Umfangsrichtung möglichst gleichmäßig verteilt sind. Insbesondere ist bevorzugt, dass jeweils möglichst alle Ausnehmungen der gleichen axialen Position möglichst gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sind. Ein Volumenstrom von Fluid, der einer axialen Position zugeordnet ist, kann so in verbesserter Weise in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt werden.
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Bevorzugterweise ist die Ausnehmung ausreichend groß um einen drehzahlabhängigen Volumenstrom von Fluid nicht zu beschränken. Die Ausnehmung an jeder Ausbuchtung muss hierfür einen ausreichenden Querschnitt aufweisen, um den Volumenstrom unabhängig von der Drehzahl des Innenträgers nicht zu begrenzen. Dadurch kann jeder Volumenstrom verbessert durch die Wahl der Abmessungen jeder Ausbuchtung bestimmt sein. Ein vorbestimmter Drehzahlbereich kann hierbei vorausgesetzt werden.
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Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die radialen Ausbuchtungen an ihren axialen Enden geschlossen sind. Dies kann insbesondere dadurch bewirkt sein, dass das Material konstanter Dicke an den axialen Enden der Zähne entsprechend geformt ist.
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Bevorzugterweise trägt jeder der Zähne nur eine Ausnehmung. Dadurch kann sichergestellt sein, dass alles Fluid, das auf der radialen Innenseite des Zahns aufgefangen wird, an der axialen Position der zugeordneten Ausnehmung abgegeben wird. Die Ausnehmung ist bevorzugterweise kreisrund um den Volumenstrom möglichst genau festzulegen und gleichzeitig einen geringen Strömungswiderstand zu bewirken.
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Bevorzugterweise umfasst der Reibelementeträger ferner einen radialen Abschnitt, der einseitig an den axialen Abschnitt angrenzt, wobei die beiden Abschnitte einstückig miteinander verbunden sind. Anders ausgedrückt kann der Reibelementeträger ein topfförmiges Element umfassen. In einer Ausführungsform kann in einem radial inneren Bereich des radialen Abschnitts eine Nabe zur drehmomentschlüssigen Verbindung mit einer Welle vorgesehen sein. Während das topfförmige Element beispielsweise aus einem Blech konstanter Dicke gebildet sein kann, etwa mittels Tiefziehen, Pressen oder Prägen, kann die Nabe in einer Ausführungsform auf eine andere Weise herstellbar und mit dem radialen Abschnitt verbunden sein. Der Reibelementeträger kann so kostengünstig und einfach herstellbar sein.
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Es ist besonders bevorzugt, dass der Reibelementeträger als Innenlamellenträger einer nasslaufenden Mehrscheiben-Reibkupplung ausgebildet ist. Die Reibkupplung kann Teil einer Doppelkupplung sein.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 einen Innenträger für eine Reibkupplung; und
- 2 eine Reibkupplung mit dem Innenträger von 1
darstellt.
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1 zeigt einen Innenträger 100 für eine Reibkupplung. Der Innenträger 100 weist eine Drehachse 105 auf, um die er üblicherweise drehbar gelagert ist. Ein axialer Abschnitt 110 erstreckt sich in einem vorbestimmten radialen Abstand von der Drehachse 105 in axialer Richtung. Bevorzugterweise schließt sich an einem axialen Ende des Abschnitts 110 einstückig ein radialer Abschnitt 115 an, der sich radial nach innen erstreckt und weiter bevorzugt an einer Nabe 120 drehmomentschlüssig befestigt ist. Der axiale Abschnitt 110 kann aus einem Material von im Wesentlichen einheitlicher Dicke herstellbar sein, insbesondere einem Blech, beispielsweise durch Tiefziehen, Prägen oder Stanzen. Der radiale Abschnitt 115 kann aus dem gleichen Blech hergestellt sein. Am axialen Abschnitt 110 sind einzelne Zähne 125 ausgebildet, deren Flanken 130 sich axialer und radialer Richtung erstrecken. Wie unten mit Bezug auf 2 noch genauer beschrieben wird, sind die Zähne 125 bzw. deren Flanken 130 dazu eingerichtet, einen formschlüssigen, axial verschiebbaren Eingriff zu Reibelementen zu bilden.
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Der axiale Abschnitt 110 und bevorzugterweise auch der radiale Abschnitt 115 sind aus einem Material konstanter Dicke herstellbar, beispielsweise aus einem Blech konstanter Stärke. An jedem Zahn 125 ist auf der radialen Innenseite des axialen Abschnitts 110 eine Ausbuchtung 135 gebildet, die als Auffangelement für ein Fluid wirken kann, das auf der radialen Innenseite des axialen Abschnitts 110 eingebracht werden kann. Befindet sich der Innenträger 100 in Drehung um die Drehachse 105, so wird das Fluid üblicherweise annähernd gleichmäßig an der radialen Innenseite des axialen Abschnitts 110 verteilt.
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An zumindest einigen der Zähne 125 ist jeweils eine Ausnehmung 140 an einem radial äußeren Abschnitt des Zahns 125 eingebracht. Die Ausnehmung 140 kann beispielsweise durch Bohren oder Stanzen realisiert werden. Das in der Ausbuchtung 135 gesammelte Fluid kann unter der Wirkung der Fliehkraft durch die Ausnehmung 140 radial nach außen treten.
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Am axialen Abschnitt 110 sind unterschiedliche axiale Positionen 145 vorgesehen, die üblicherweise durch die axialen Positionen von Reibelementen einer Reibkupplung definiert sind, wenn die Reibkupplung geschlossen ist. Diese Positionen können auf einen vorbestimmten Verschleißgrad der Reibelemente 210, 215 bezogen sein. Beispielsweise können die Positionen 145 den axialen Positionen von Reibelementen entsprechen, die formschlüssig mit dem Innenträger 100 in Eingriff stehen. In einer anderen Ausführungsform liegen die Positionen 145 zwischen den axialen Positionen derjenigen Reibelemente, die in den Innenträger 100 formschlüssig eingreifen.
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Zwischen zwei benachbarten Reibelementen, die formschlüssig in den Innenträger 100 eingreifen, liegt üblicherweise ein weiteres Reibelement, das an einem anderen Träger drehmomentschlüssig und bevorzugterweise axial verschiebbar angebracht ist. Der andere Träger kann insbesondere ein Außenträger sein, wobei der Eingriff zwischen dem anderen Reibelement und dem Außenträger bevorzugterweise ebenfalls durch eine Verzahnung gebildet ist. Befinden sich die Reibelemente, die mit dem Innenträger 100 bzw. dem anderen Träger in Eingriff stehen, in Reibschluss, so erwärmen sich deren Oberflächen. Diese Wärme kann mittels des Fluids abgeführt werden, das durch die Ausnehmungen 140 radial nach außen tritt. Dabei ist die Wärmeentwicklung an den beiden axial außen liegenden Positionen üblicherweise geringer als an den inneren Positionen. Im unteren Bereich von 1 ist ein exemplarischer Verlauf 150 eines zu erzielenden Volumenstroms 155 in Abhängigkeit der axialen Position 145 skizziert. An den sieben beispielhaft dargestellten axialen Positionen 145 ist der zu erzielende Volumenstrom 155 an den Positionen 1 und 7 am geringsten, an den axial weiter innen liegenden Positionen 2 und 6 bereits höher und an den axial am weitesten innen liegenden Positionen 3, 4 und 5 am höchsten. Statt drei unterschiedlichen Volumenströme 155 können auch nur zwei oder mehr als drei vorgesehen sein. Außerdem ist die Verteilung der Volumenströme 155 über die axiale Erstreckung des Innenträgers 100 rein beispielhaft und kann in anderen Ausführungsformen auch anders sein. Allgemein wird davon ausgegangen, dass der Volumenstrom 155 in erster Linie nicht durch die lichte Weite der Ausnehmungen 140, sondern durch die Oberfläche der zugeordneten Ausbuchtung 135 gesteuert wird. Die Ausnehmung 140 an jeder Ausbuchtung 135 muss hierfür einen ausreichenden Querschnitt aufweisen, um den Volumenstrom 155 unabhängig von der Drehzahl des Innenträgers 100 nicht zu begrenzen.
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Um die unterschiedlichen Volumenströme 155 zu realisieren, kann die Anzahl der Ausnehmungen 140, die jeweils einer axialen Position 145 zugeordnet sind, variiert werden. Üblicherweise trägt jeder Zahn 125 nicht mehr als eine Ausnehmung 140. Die Ausnehmungen 140 haben üblicherweise die gleiche lichte Weite und sind ausreichend groß, um ein Anstauen von Fluid in der zugeordneten Ausbuchtung 135 zu verhindern. In der Darstellung von 1 ist jeder Position 145 eine exemplarische Anzahl 160 von Ausnehmungen 140 zugeordnet, wobei die Anzahl 160 nicht notwendigerweise mit der dargestellten Anzahl von Ausnehmungen 140 am Innenträger 100 zusammenfällt.
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Um den Volumenstrom 155 an jeder axialen Position 145 über den Umfang um die Drehachse 105 möglichst gleich zu verteilen, sind auch die der Position 145 zugeordneten Ausnehmungen 140 möglichst gleichmäßig über den Umfang zu verteilen. Dies kann zu Problemen führen, beispielsweise wenn die Anzahl der Zähne 125 nicht ohne Rest durch die vorgesehene Anzahl 160 von Ausnehmungen 140 teilbar ist. Außerdem ist der Volumenstrom 155 über die Anzahl 160 der Ausnehmungen 140 nicht feingranular zu beeinflussen, da beispielsweise ein Volumenstrom 155, der 3,2 Ausnehmungen 140 entspricht, so nicht realisierbar ist.
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Das auf der radialen Innenseite des axialen Abschnitts 110 vorliegende oder versprühte Fluid verteilt sich im Wesentlichen gleichmäßig über die Oberfläche der Innenseite des Abschnitts 110. Um die Menge des in einer Ausbuchtung 135 verfügbaren Fluids zu vergrößern, und damit auch den Volumenstrom 155 durch die zugeordnete Ausnehmung 140 zu vergrößern, wird vorgeschlagen, die Erstreckung des betreffenden Zahns 125 in Umfangsrichtung zu vergrößern. In entsprechender Weise kann eine Verkleinerung der Erstreckung des Zahns 125 in Umfangsrichtung zu einer Verringerung des durch die Ausnehmung 140 des Zahns 125 fließenden Volumenstroms 155 von Fluid führen.
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2 zeigt eine Reibkupplung 200 mit dem Innenträger 100 von 1. Die Reibkupplung 200 umfasst darüber hinaus einen Außenträger 205, der wie der Innenträger 100 um die Drehachse 105 gelagert ist, sowie erste Reibelemente 210, die in Umfangsrichtung formschlüssig und axial verschiebbar in den Innenträger 100 eingreifen, und zweite Reibelemente 215, die in Umfangsrichtung formschlüssig und axial verschiebbar in den Außenträger 205 eingreifen. Ein Drehmoment zwischen dem Außenträger 205 und dem Innenträger 100 kann übertragen werden, wenn die ersten und zweiten Reibelemente 210, 215 axial aneinander angepresst werden.
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Zwei der dargestellten Zähne 125 weisen unterschiedliche Ausdehnungen 220 in Umfangsrichtung auf. Die Ausbuchtung 135 des Zahns 125 mit der größeren Ausdehnung 220 kann mehr Fluid einfangen, das auf der radialen Innenseite des Innenträgers 100 vorhanden ist, als der Zahn 125 mit der geringeren Ausdehnung 220. Haben die Ausnehmungen 140 dieser beiden Zähne 125 unterschiedliche axiale Positionen 145, so sind die jeweils bewirkten Volumenströme 155 entsprechend unterschiedlich.
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Insbesondere in Kombination mit der oben beschriebenen Variation der Anzahl 160 von Ausnehmungen 140 an unterschiedlichen axialen Positionen 145 kann durch die Variation der Ausdehnungen 220 zugeordneter Zähne 125 eine genauere Beeinflussung der Volumenströme 155 erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Innenträger
- 105
- Drehachse
- 110
- axialer Abschnitt
- 115
- radialer Abschnitt
- 120
- Nabe
- 125
- Zahn
- 130
- Flanke
- 135
- Ausbuchtung
- 140
- Ausnehmung
- 145
- axiale Position
- 150
- Verlauf
- 155
- Volumenstrom
- 160
- Anzahl
- 200
- Reibkupplung
- 205
- Außenträger
- 210
- erstes Reibelement
- 215
- zweites Reibelement
- 220
- Ausdehnung
