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Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung umfassend wenigstens einen sich axial erstreckenden Außenlamellenträger mit einer sich axial erstreckenden Innenverzahnung mit einer Vielzahl von Zähnen, die über sich axial erstreckende Nuten voneinander beabstandet sind, sowie mehrere Außenlamellen mit einer Außenverzahnung, die in die Innenverzahnung eingreift.
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Derartige Kupplungseinrichtungen kommen beispielsweise bei Kupplungen von Kraftfahrzeugen zum Einsatz und können in unterschiedlicher Weise konzipiert sein. Bekannt sind beispielsweise nasse Einfach- oder Doppelkupplungen, wobei in einer Einfachkupplung eine Kupplungseinrichtung vorgesehen ist, während in einer Doppelkupplung zwei Kupplungseinrichtungen vorgesehen sind. Bekannt sind auch Hybridkupplungen, die die wahlweise Ankupplung einer Brennkraftmaschine oder einer elektrischen Maschine an ein nachgeschaltetes Getriebe ermöglichen, wobei in diesem Fall ein Rotor der elektrischen Maschine mit der Kupplungseinrichtung verbunden ist.
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Die Kupplungseinrichtung umfasst in an sich bekannter Weise wenigstens einen sich axial erstreckenden Außenlamellenträger mit einer Innenverzahnung, die eine Vielzahl von axial verlaufenden Zähnen, die über sich axial erstreckende Nuten voneinander beabstandet sind, aufweist. In die Innenverzahnung greifen die Außenverzahnungen mehrerer Außenlamellen, die am Außenlamellenträger axial beweglich geführt sind. Daneben ist natürlich auch ein Innenlamellenträger mit einer Außenverzahnung und eine entsprechende Anzahl von Innenlamellen mit einer Innenverzahnung, die in die trägerseitige Außenverzahnung eingreift und die ebenfalls axial beweglich geführt sind, vorgesehen. Über ein Betätigungselement, beispielsweise einen Drucktopf, kann dieses Lamellenpaket axial zusammengedrückt werden, so dass sich ein Reibschluss ergibt und ein Drehmoment vom Außenlamellenträger zum Innenlamellenträger und über diesen zu einer Abtriebswelle übertragen werden kann. Der Abbau und die Funktionsweise einer solchen Kupplungseinrichtung ist hinlänglich bekannt.
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In einer nass arbeitenden oder laufenden Kupplungseinrichtung strömt ein Schmiermittel, üblicherweise Öl, von radial innen nach radial außen durch das Lamellenpaket, wobei die Schmiermittelbewegung doch die gegebene Zentrifugalkraft getrieben ist. Im Betrieb rotiert üblicherweise der Außenlamellenträger permanent, insbesondere bei einer Hybridkupplung mit elektrischer Maschine, da auch der Rotor permanent dreht. Das durch das Lamellenpaket und insbesondere die Außenlamellen strömende Schmiermittel läuft in die jeweiligen Nuten und sammelt sich dort an. Nachteilig aus dieser Schmiermittelansammlung ist einerseits, dass hierüber ein gewisses Schleppmoment erzeugt wird, das zwischen dem Außenlamellen und den Innenlamellen gegeben ist, da ein gewisser Rückstau des Schmiermittels auftritt und es zu einer schleppenden Kopplung der Außenlamellen und der Innenlamellen kommen kann. Auch kann es bei einer Hybridkupplung dazu kommen, dass das im Betrieb natürlich heiße Schmiermittel über die Wickelköpfe oder Permanentmagneten geleitet wird, da es sich letztlich unkontrolliert ansammelt respektive unkontrolliert den Außenlamellenträger verlässt. Trifft das Schmiermittel auf die Wickelköpfe oder die Permanentmagneten, so kann dies deren Funktion negativ beeinflussen.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Kupplungseinrichtung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problem ist bei einer Kupplungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, das die Geometrie im jeweiligen Nutgrund derart ist, dass sich im Nutgrund ansammelndes Schmiermittel bei einer Rotation des Außenlamellenträgers axial entlang der Nut förderbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung ist der Nutgrund jeder Nut derart ausgeführt, dass das sich im Nutgrund ansammelnde Schmiermittel bei einer Rotation des Außenlamellenträgers durch die herrschenden Zentrifugalkräfte eine Bewegungs- oder Richtungskomponente verliehen bekommt, die zu einer definierten Förderung oder einem definierten Strömen des Schmiermittels entlang der Nut, also in einer definierten Richtung, führt. Dies ermöglicht es, dass Schmiermittel gezielt und definiert in einer bestimmten Richtung längs des Außenlamellenträgers zu transportieren und an einem definierten Ende des Außenlamellenträgers auszuleiten und aus dem Kupplungsbereich zu fördern. Folglich wird der unkontrollierte Schmiermittelstau vermieden, da das Schmiermittel gezielt abgeförtdert wird, so dass sich einerseits das Schleppmoment zwischen Außenlamellen und Innenlamellen reduziert, und andererseits aufgrund der definierten Schmiermittelabführung an einer Seite des Außenlamellenträgers auch verhindert werden kann, dass das heiße Schmiermittel über die Wickelköpfe oder Permanentmagnete der elektrischen Maschine im Falle einer Hybridkupplung strömt. Durch eine entsprechende Geometrieausbildung in Verbindung mit den in Betrieb wirkenden Zentrifugalkräften kann folglich eine definierte Schmiermittelförderung und Abführung erreicht werden.
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Erfindungsgemäß kann hierfür der Nutgrund zumindest abschnittsweise schräg zur Längsachse der Innenverzahnung verlaufen. Das heißt, dass der Nutgrund nicht parallel zur Längsachse, sondern schräg und damit leicht rampenförmig, zumindest über eine gewisse Länge des Nutgrunds, verläuft. Durch diese leicht schräge oder rampenförmige Geometrie wird in Verbindung mit der Rotation des Außenlamellenträgers und damit den gegebenen Zentrifugalkräften das Schmiermittel definiert entlang des abfallenden Nutgrundes oder Nutgrundabschnitts getrieben und zu einer definierten Seite des Außenlamellenträgers geführt.
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Dabei kann der Nutgrund über seine gesamte Länge schräg zur Längsachse der Innenverzahnung verlaufen. Das heißt, dass der Nutgrund über seine gesamte Länge leicht rampenförmig ausgebildet ist, so dass eine quasi aktive Förderung über die gesamte Nutgrundlänge gegeben ist.
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Alternativ dazu kann der Nutgrund nur in einem bezogen auf die Fließrichtung vorderen Bereich der Nut schräg zur Längsachse der Innenverzahnung verlaufen und in dem daran anschließenden Bereich parallel zur Längsachse verlaufen. Hier ist also der Nutgrund nur abschnittsweise schräg oder rampenförmig ausgeführt, und zwar im vorderen Nutgrundbereich, also dem Abschnitt des Nutgrunds, der dem Ende der Nut, an dem das Schmiermittel gezielt austritt, gegenüberliegt. Es ist ausreichend, wenn dem Schmiermittel innerhalb dieses vorderseitigen Nutgrundabschnitts zentrifugalkraftbedingt eine Bewegungs- oder Richtungskomponente, die das Schmiermittel längs des Nutgrundes treibt, verliehen oder aufgeprägt wird, denn über dieses strömende oder fließende Schmiermittelvolumen wird auch das Schmiermittelt, das sich im daran anschließenden, parallel verlaufenden Nutgrundbereich ansammelt, definiert mit aus der Nut gefördert.
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Eine dritte Alternative sieht vor, dass der Nutgrund mehrere axial voneinander beabstandete Abschnitte, in denen der Nutgrund schräg zur Längsachse der Innenverzahnung verläuft, und zwischen denen der Nutgrund parallel zur Längsachse verläuft, aufweist. Hier ist also ein quasi gestufter Nutgrund vorgesehen, der beispielsweise zwei axial voneinander beabstandete, schräge oder rampenförmige Abschnitt aufweist, wobei bevorzugt einer am vorderen Ende der Nut ausgebildet ist. Zwischen diesen respektive an diese anschließend sind jeweils Abschnitte mit parallelverlaufenden Nutgrund vorgesehen. Auch hier wird das sich in diesen parallel verlaufenden Nutgrundabschnitten ansammelnde Schmiermittel durch das in den schräg verlaufenden Nutgrundabschnitten aktiv axial geförderte Schmiermittelvolumen mitgenommen und ausgetrieben. Die beiden oder die mehreren schräg verlaufenden Abschnitte befinden sich natürlich auf unterschiedlichen Radialniveaus.
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Der Winkel, unter dem der schräg oder rampenförmig verlaufende Nutabschnitt oder unter dem die mehreren Nutabschnitte zur Längsachse stehen ist natürlich sehr klein. Er ist beispielsweise ≤ 2°, insbesondere ≤ 1°.
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Die Kupplungseinrichtung selbst ist bevorzugt Teil einer nassen Doppelkupplung oder einer Hybridkupplung, in der der Außenlamellenträger mit einem Rotor einer elektrischen Maschine gekoppelt ist.
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Neben der Kupplungseinrichtung selbst betrifft die Erfindung ferner einen Außenlamellenträger für eine Kupplungseinrichtung, mit einer sich axial erstreckenden Innenverzahnung mit einer Vielzahl von Zähnen, die über sich axial erstreckende Nuten voneinander beabstandet sind. Der Außenlamellenträger zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Geometrie im jeweiligen Nutgrund derart ist, dass sich im Nutgrund ansammelndes Schmiermittel bei einer Rotation des Außenlamellenträgers axial entlang der Nut förderbar ist.
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Bevorzugt verläuft der Nutgrund zumindest abschnittsweise schräg zur Längsachse der Innenverzahnung.
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Dabei kann der Nutgrund entweder über seine gesamte Länge schräg zur Längsachse der Inneverzahnung verlaufen. Alternativ kann der Nutgrund nur in einem bezogen auf die Fließrichtung vorderen Bereich der Nut schräg zur Längsachse der Innenverzahnung verlaufen und im daran anschließenden Bereich parallel zur Längsachse verlaufen. Eine dritte Alternative sieht vor, dass der Nutgrund mehrere axial voneinander beabstandete Abschnitte, in denen Nutgrund schräg zur Längsachse der Innenverzahnung verläuft und zwischen denen der Nutgrund parallel zur Längsachse verläuft, aufweist.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Außenlamellenträgers der beschriebenen Art. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Innenverzahnung des Außenlamellenträgers durch Drückwalzen hergestellt wird. Im Rahmen dieses Drückwalzens wird ein entsprechendes Drückwerkzeug verwendet, das eine entsprechende Außengeometrie aufweist, die durch das Drücken am Innenumfang des ringförmigen, den Außenlamellenträger bildenden Bauteils abgebildet wird. Diese Geometrie definiert folglich die Geometrie des Nutrgundes.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Außenlamellenträgers im Schnitt;
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2 eine Schnittansicht durch den Außenlamellenträger entlang der Linie II-II in 1;
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3 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Außenlamellenträgers einer zweiten Ausführungsform, im Schnitt, und
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4 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Außenlamellenträgers einer dritten Ausführungsform, im Schnitt.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Außenlamellenträger 1, an dem im gezeigten Beispiel der Rotor 2 einer elektrischen Maschine 3 angebunden ist. Der Außenlamellenträger 1 ist über einen ringförmigen Trägerabschnitt 4 und einen sich axial erstreckenden Lagerabschnitt 5 an einer radial innenliegenden Position über Wälzlager 6 drehgelagert, wie in an sich bekannter Weise bei derartigen Hybridkupplungen, Teil welcher der Außenlamellenträger 1 ist, üblich.
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Am Außenlamellenträger 1 ist in bekannter Weise eine Innenverzahnung 7 ausgebildet, wobei der Übersichtlichkeit halber in der Schnittansicht nur ein Zahn 8 dargestellt ist, nicht aber die an der Schnittansicht ansonsten noch sichtbaren Folgezähne. In der in 2 gezeigten Schnittansicht entlang der Linie II-II sind zwei solcher Zähne 8 der Innenverzahnung 7 gezeigt. Die Zähne 8 sind jeweils über eine Nut 9 voneinander beabstandet, wobei sich die Zähne 8 sowie die Nuten 9 über die gesamte Länge des Außenlamellenträgers, wie er sich axial von dem Träger 4 erstreckt, erstrecken.
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Erfindungsgemäß verläuft der Nutgrund 10 nicht parallel zur Längsachse des Außenlamellenträgers 1, sondern steht hierzu schräg, er verläuft also rampenförmig, wobei der Anstellwinkel, unter dem der Nutgrund 10 zur Längsachse verläuft, in 1 mit α gekennzeichnet ist. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft der Nutgrund 10 über seine gesamte Länge unter diesem Winkel α, steht also schräg oder rampenförmig zur Längsachse.
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2 zeigt wie beschrieben eine Schnittansicht entlang der Linie II-II aus 1. Gezeigt ist der Nutgrund 10 in der Schnittebene, wobei jedoch über die zusätzlich dargestellten gestrichelten Linien der Nutgrundverlauf respektive das Nutgrundniveau vor und hinter der Schnittebene gezeigt sind. Ersichtlich variiert das Nutgrundniveau von links nach rechts, ausgehend von 1, kontinuierlich, das heißt, dass sich der Radius des Nutgrundes kontinuierlich von einem Minimum an der linken Seite der Nut 9 zu einem Maximum an der rechten Seite der Nut 9 vergrößert. Dabei ist diese Nutgrundvariation natürlich in einem Bereich, der radial benachbart zu den aktiven Bereichen der Zahnflanken 11, also den Bereichen, an denen die Außenverzahnung der hier nicht näher gezeigten Außenlamellen angreift, gegeben.
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Im Betrieb rotiert der Außenlamellenträger 1 permanent, insbesondere bei der hier gezeigten Kopplung zu dem Rotor 2 der elektrischen Maschine 3. Das Schmiermittel, üblicherweise Öl, wird von radial innen durch das aus den nicht näher gezeigten Innen- und Außenlamellen gebildete Lamellenpakt transportiert, resultierend aus den hohen Zentrifugalkräften, aufgrund der Rotation des Außenlamellenträgers 1. Das Schmiermittel sammelt sich in den Nuten 9. Resultierend aus dem schräg verlaufenden Nutgrund 10 in Verbindung mit den gegebenen Zentrifugalkräften wird dem Schmiermittel eine Bewegungs- oder Richtungskomponente verliehen, die bewirkt, dass es entlang der Nut 9 in Richtung des nach außen hin abfallenden Nutgrundes getrieben wird, so dass es definiert entlang der Nuten 9 strömt und definiert an dem in 1 gezeigten rechten Ende des Außenlamellenträgers abfließt.
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3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Außenlamellenträgers 1, wobei für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Der Außenlamellenträger ist hier nur teilweise dargestellt. Er kann wiederum beispielsweise mit dem Rotor 2 einer elektrischen Maschine gekoppelt sein. Auch hier ist eine Innenverzahnung 7 umfassend entsprechende Zähne 8 sowie Nuten 9 vorgesehen. Hier ist der Nutgrund 10 jedoch abschnittsweise unterschiedlich ausgeführt. In einem ersten Nutgrundabschnitt 10a, der der freien Seite des Außenlamellenträger 1, an der das Schmiermittel definiert abfließen soll, gegenüberliegt, ist der Nutgrund 10 schräg oder rampenförmig nach radial außen hin abfallen ausgeführt. Im daran anschließenden Nutgrundabschnitt 10b verläuft der Nutgrund 10 parallel zur Längsachse. Hier wird also das Schmiermittel aktiv nur innerhalb des Nutgrundabschnitts 10a zentrifugalkraftbedingt axial nach außen zum freien Ende des Außenlamellenträgers 1 getrieben. Die kontinuierliche axiale Förderung des Schmiermittels im Nutgrundabschnitt 10a führt jedoch auch dazu, dass automatisch das sich im „ebenen“ Nutgrundabschnitt 10b ansammelnde Schmiermittel axial mitgenommen wird, also ebenfalls nach außen getrieben wird.
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Eine dritte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Außenlamellenträgers 1 zeigt 4. Auch dieser kann beispielsweise mit dem Rotor 2 gekoppelt sein. Vorgesehen ist wiederum eine Innenverzahnung 7 mit entsprechenden Zähnen 8 und entsprechenden dazwischen befindlichen Nuten 9. Deren jeweiliger Nutgrund 10 weist hier jedoch 4 verschiedene Nutgrundabschnitte 10c, 10d, 10e und 10f auf. Der links gezeigte Nutgrundabschnitt 10c ist schräg oder rampenförmig zur Längsachse des Außenlamellenträgers 1 verlaufend ausgeführt. An diesen schließt sich ein parallel zur Längsachse verlaufender Nutgrundabschnitt 10d an. Der daran anschließende Nutgrundabschnitt 10e ist wiederum schräg oder rampenförmig zur Längsachse verlaufend ausgeführt, während der den Außenlamellenträger 1 nach rechts abschließende Nutgrundabschnitt 10f wiederum parallel zur Längsachse verläuft. Hier ist also eine gestufte Nutgrundgeometrie vorgesehen. In den Nutgrundabschnitten 10c und 10e wird aufgrund der schrägen oder rampenförmigen Nutgrundgeometrie das Schmiermittel zentrifugalkraftbedingt aktiv nach rechts entlang der Nut 9 getrieben. Das sich in den Abschnitten 10d und 10f ansammelnde Schmiermittel wird über diesen gerichteten Schmiermittelstrom automatisch mitgenommen und ausgetrieben. Wenngleich in 4 nur vier Abschnitte vorgesehen sind, sind selbstverständlich auch mehrere solcher Abschnitte denkbar.
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Anstelle einer Hybridkupplung mit elektrischer Maschine kann der erfindungsgemäße Außenlamellenträger 1 auch in einer nasslaufenden Einzel- oder Doppelkupplung zum Einsatz kommen.
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Der jeweilige Winkel α, den der Nutgrund oder die entsprechende Nutgrundabschnitte zur Längsachse einnehmen, ist klein, er ist bevorzugt ≤ 2°, vorzugsweise ≤ 1°. Die Innenverzahnung 7 des Außenlamellenträgers 1 wird bevorzugt durch Drückwalzen unter Verwendung eines geeigneten Drückwerkzeugs hergestellt. Dieses Drückwerkzeug weist an seiner Außenseite die abzubildende Geometrie auf, das heißt, dass diese Geometrie beim Drückwalzen, bei dem das Drückwerkzeug am Innenumfang des Außenlamellenträgers 1 angreift, dortseits eingedrückt und ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenlamellenträger
- 2
- Rotor
- 3
- Maschine
- 4
- Trägerabschnitt
- 5
- Lagerabschnitt
- 6
- Wälzlager
- 7
- Innenverzahnung
- 8
- Zähne
- 9
- Nuten
- 10
- Nutgrund
- 10a–10f
- Nutgrundabschnitte
- 11
- Zahnflanken
