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Die Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung mit inneren und äußeren Lamellen, die drehfest, aber in axialer Richtung verschiebbar mit Lamellenträgern verbunden sind.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 089 751 A1 ist eine nasslaufende Lamellenkupplung mit ersten und zweiten Lamellen bekannt, wobei die zweiten Lamellen entgegen der Wirkung von Zwangstrennkräften jeweils zwischen zwei ersten Lamellen einklemmbar sind, wobei die Zwangstrennkräfte hydraulisch mit Hilfe von Hydraulikmedium erzeugt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad einer Lamellenkupplung mit inneren und äußeren Lamellen, die drehfest, aber in axialer Richtung verschiebbar mit Lamellenträgern verbunden sind, insbesondere im Hinblick auf steigende Betriebsdrehzahlen, wie sie bei Hybridanwendungen im Automobilbereich vorkommen, zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einer Lamellenkupplung mit inneren und äußeren Lamellen, die drehfest, aber in axialer Richtung verschiebbar mit Lamellenträgern verbunden sind, dadurch gelöst, dass mindestens einer der Lamellenträger in einem Reibbereich, in welchem die Lamellen bei einer axialen Relativbewegung mit dem Lamellenträger Reibkontakt haben, mindestens zwei axiale Reibabschnitte mit unterschiedlichen Reibungswiderständen aufweist. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Drehachse der Lamellenkupplung. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse der Lamellenkupplung. Zur Darstellung der drehfesten Verbindung zwischen den Lamellen und den Lamellenträgern sind letztere vorteilhaft mit einer Verzahnung ausgestattet, in welche eine komplementäre Verzahnung eingreift, die an den Lamellen vorgesehen ist. In einem geöffneten Zustand der Lamellenkupplung sind die Lamellen zumindest geringfügig voneinander beabstandet, so dass mit der Lamellenkupplung kein Drehmoment übertragen wird. Zum Schließen der Lamellenkupplung wird, zum Beispiel mit einem Kolben, eine Kraft auf das Lamellenpaket mit den inneren und den äußeren Lamellen ausgeübt, um diese axial aufeinander zu und gegen einen Anschlag zu bewegen. Dabei kommen die inneren mit den äußeren Lamellen in Reibkontakt. Im geschlossenen Zustand der Lamellenkupplung wird über die in Reibkontakt befindlichen Lamellen ein Drehmoment übertragen. Bei der Lamellenkupplung handelt es sich vorzugsweise um eine nasslaufende Lamellenkupplung. Nasslaufend bedeutet, dass die Lamellen der Lamellenkupplung im Betrieb mit einem Schmier- und/oder Kühlmedium, wie Öl, in Kontakt kommen. Bei nasslaufenden Lamellenkupplungen spielt ein Schleppmoment eine zunehmende Rolle, weil insbesondere in Hybridanwendungen im Automobilbereich die im Betrieb auftretenden Drehzahlen deutlich größer werden als bei herkömmlichen Brennkraftmaschinenanwendungen. Als Schleppmoment wird ein Moment bezeichnet, das bei komplett geöffneter Kupplung übertragen wird. Dabei ist von Nachteil, wenn einzelne Lamellen nicht separiert sind. Durch die unterschiedlichen Reibungswiderstände in den axialen Reibabschnitten kann die Separierung der Lamellen im geöffneten Zustand wirksam verbessert werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad insbesondere bei hohen Drehzahlen verbessert werden. Schließlich wird besonders vorteilhaft ein an sich unerwünschtes Lamellentaumeln durch die unterschiedlichen Reibungswiderstände verhindert oder zumindest reduziert.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lamellenkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungswiderstand in mindestens einem Reibabschnitt gezielt so erhöht ist, dass die axiale Bewegung der Lamelle eingeschränkt wird. Durch die unterschiedlichen Reibabschnitte oder Reibungszonen auf dem Lamellenträger können die Bewegungen der Lamellen definiert eingeschränkt werden. Der Reibbereich mit den Reibabschnitten ist zum Beispiel an einer Verzahnung des Lamellenträgers vorgesehen. Durch die gezielte Erhöhung der Reibung in dem mindestens einen Reibabschnitt kann die Axialbewegung der Lamelle definiert begrenzt werden. Hierdurch kann zum Beispiel vorteilhaft ein unerwünschtes Anhaften zweier Lamellen verhindert oder zumindest reduziert werden. Zusätzlich können Taumelbewegungen mit hohen Amplituden durch die räumliche Begrenzung der axialen Bewegung mit Hilfe der Reibabschnitte an ihrer Ausbildung gehindert werden. Auf zusätzliche Bauteile in Form von Separierungsfedern kann so vorteilhaft verzichtet werden. Dadurch wiederum kann der Bauraum, der für die Lamellenkupplung benötigt wird, verkleinert werden. Bei mehreren Reibabschnitten mit erhöhtem Reibungswiderstand kann der Reibungswiderstand in diesen Reibabschnitten gleich groß ein. Die erhöhten Reibungswiderstände können in diesen Reibabschnitten aber auch unterschiedlich groß sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lamellenkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibabschnitt mit dem erhöhten Reibungswiderstand so ausgeführt und relativ zu der Lamelle angeordnet ist, dass die axiale Bewegung der Lamelle in einem geöffneten Zustand der Lamellenkupplung eingeschränkt ist. Dadurch können unerwünschte Kontakte zwischen den Lamellen effektiv verhindert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lamellenkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungswiderstand in dem Reibabschnitt mit dem erhöhten Reibungswiderstand gegenüber dem anderen Reibabschnitt um etwa zwanzig Prozent erhöht ist. In Abhängigkeit von der Größe und der Ausführung der Lamellen, insbesondere von Reiblamellen, die mit Stahllamellen in Kontakt kommen, kann der Reibungswiderstand in dem Reibabschnitt mit dem erhöhten Reibungswiderstand auch deutlich größer sein. Der Reibbereich umfasst vorteilhaft mindestens zwei oder drei Reibabschnitte mit einem erhöhten Reibungswiderstand.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lamellenkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Reibabschnitt mit dem erhöhten Reibungswiderstand einer ersten inneren Lamelle in einer inneren Lamellenreihe zugeordnet ist, die an einem Anschlag für die erste innere Lamelle beginnt. So wird vorteilhaft verhindert, dass die erste innere Lamelle bei geöffneter Kupplung in Kontakt mit einer ersten äußeren Lamelle kommt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lamellenkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Reibabschnitt mit dem erhöhten Reibungswiderstand einer zweiten inneren Lamelle in der inneren Lamellenreihe zugeordnet ist. So kann vorteilhaft verhindert werden, dass die zweite innere Lamelle im geöffneten Zustand der Lamellenkupplung in Kontakt mit einer zweiten äußeren Lamelle kommt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lamellenkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass der beziehungsweise ein weiterer Reibabschnitt mit dem beziehungsweise einem erhöhten Reibungswiderstand einer ersten äußeren Lamelle in einer äußeren Lamellenreihe zugeordnet ist. So kann vorteilhaft verhindert werden, dass die erste äußere Lamelle bei geöffneter Lamellenkupplung in Kontakt mit einer zweiten inneren Lamelle kommt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lamellenkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein letzter Reibabschnitt mit einem erhöhten Reibungswiderstand einer letzten inneren Lamelle in der inneren Lamellenreihe zugeordnet ist. Dadurch wird die letzte innere Lamelle auf einfache Art und Weise in axialer Richtung in dem Lamellenpaket gehalten.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Lamellenkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein letzter Reibabschnitt mit einem erhöhten Reibungswiderstand einer letzten äußeren Lamelle in der äußeren Lamellenreihe zugeordnet ist. So wird auch hier eine axiale Begrenzung für die letzte äußere Lamelle in dem Lamellenpaket geschaffen.
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Der Reibbereich mit den unterschiedlichen Reibabschnitten ist zum Beispiel an einer Zahnflanke einer Verzahnung am Lamellenträger vorgesehen. Die Zahnflanke stellt bei einer axialen Relativbewegung eine Führungsflanke für die Lamellen dar. Durch die gezielte Anordnung der Reibabschnitte hat die jeweilige Zahnflanke in axialer Richtung verschiedene Reibungswiderstände. Bei vielen Anwendungen reicht es aus, wenn der Reibbereich mit den unterschiedlichen Reibabschnitten an nur einer Zahnflanke von zwei Zahnflanken vorgesehen ist, weil die Lamellen hauptsächlich in einer Drehrichtung, insbesondere in einem Zugbetrieb in einer Zugdrehrichtung, an dieser Zahnflanke oder Führungsflanke zur Anlage kommen. Bei Hybridanwendungen treten aber zunehmend Wechsel zwischen Zugbetrieb und Schubbetrieb auf, so dass die Lamellen an entgegengesetzten Zahnflanken oder Führungsflanken zur Anlage kommen. Dann ist es vorteilhaft, wenn an beiden Zahnflanken oder Führungsflanken jeweils ein Reibbereich mit unterschiedlichen Reibabschnitten vorgesehen ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Lamellenträger für eine vorab beschriebene Lamellenkupplung. Der Lamellenträger ist separat handelbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer nasslaufenden Lamellenkupplung in einem geschlossenen Zustand;
- 2 die Lamellenkupplung aus 1 im geöffneten Zustand; und
- 3 einen Ausschnitt eines Lamellenträgers mit einer Innenverzahnung in perspektivischer Darstellung.
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In den 1 und 2 ist eine nasslaufende Lamellenkupplung 10 in einem geschlossenen und in einem geöffneten Zustand schematisch dargestellt. Die Lamellenkupplung 10 umfasst innere Lamellen 1, 2, 3, 4 und äußere Lamellen 11, 12, 13, die in bekannter Art und Weise im Wechsel angeordnet sind. Die inneren Lamellen 1 bis 4 sind als Stahllamellen ausgeführt und mit einer inneren Verzahnung in eine komplementäre Verzahnung eines inneren Lamellenträgers 5 eingehängt.
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Die äußeren Lamellen 11 bis 13 sind als Reiblamellen ausgeführt und mit einer Beschichtung versehen. Die äußeren Lamellen 11 bis 13 sind mit einer äußeren Verzahnung in eine komplementäre Verzahnung eines äußeren Lamellenträgers 6 eingehängt.
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Die inneren Lamellen 1 bis 4 sind in einer inneren Lamellenreihe angeordnet, die an einem Anschlag 9 des inneren Lamellenträgers 5 für die erste innere Lamelle 1 beginnt. Die äußeren Lamellen 11 bis 13 sind analog in einer äußeren Lamellenreihe angeordnet, die in 1 links mit der ersten äußeren Lamelle 11 beginnt. Die erste äußere Lamelle 11 ist in axialer Richtung zwischen den inneren Lamellen 1, 2 einklemmbar. Analog sind die äußeren Lamellen 12; 13 in axialer Richtung zwischen den inneren Lamellen 2, 3; 3, 4 einklemmbar.
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In 1 ist die nasslaufende Lamellenkupplung 10 in ihrem geschlossenen Zustand dargestellt. Durch einen Kolben 15 wird eine in axialer Richtung in 1 von rechts nach links wirkende Betätigungskraft auf das Lamellenpaket mit den Lamellen 1 bis 4 und 11 bis 13 aufgebracht.
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In 2 ist die nasslaufende Lamellenkupplung 10 in ihrem geöffneten Zustand dargestellt. Im geöffneten Zustand der Lamellenkupplung 10 sind die Lamellen1 bis 4 und 11 bis 13 durch kleine axiale Lücken voneinander beabstandet. Die Summe dieser axialen Lücken wird als Lüftspiel bezeichnet.
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Während eines Betätigungsvorgangs der nasslaufenden Lamellenkupplung 10 greift der Verzahnungskontakt der Lamellen 1 bis 4 und 11 bis 13 an Flanken der Lamellenträger 5, 6 an. Die Flanken der Lamellenträger 5, 6 weisen mindestens einen Reibbereich 7, 8 auf, der in den 1 und 2 schematisch durch unterschiedliche Schraffuren veranschaulicht ist.
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Der innere Reibbereich 7 umfasst insgesamt fünf axiale Reibabschnitte 16 bis 20 mit unterschiedlichen Reibungswiderständen. Der äußere Reibbereich 8 umfasst insgesamt vier Reibabschnitte 21 bis 24 mit unterschiedlichen Reibungswiderständen.
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Die Reibabschnitte können auch als Reibzonen oder Reibungsabschnitte oder Reibungszonen bezeichnet werden. In den Reibabschnitten 18 bis 20 und 23, 24 ist der Reibungswiderstand gegenüber dem Reibungswiderstand in den Reibabschnitten 16, 17, 21, 22 gezielt erhöht, zum Beispiel um etwa zwanzig Prozent.
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Der eigentliche Betätigungsvorgang der nasslaufenden Lamellenkupplung 10 wird durch die unterschiedlichen Reibungswiderstände nicht beeinflusst. Darüber hinaus sind die axialen Reibabschnitte 16 bis 24 so bemessen und angeordnet, dass eine gewünschte Separierung der Lamellen 1 bis 4; 11 bis 13 nach dem Betätigen nicht behindert wird.
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Die Lamellen 1 bis 4 und 11 bis 13 sollen in ihrem Betätigungshub, der mit dem Kolben 15 beim Betätigen der nasslaufenden Lamellenkupplung 10 erzeugt wird, über eine gleichbleibende Oberfläche mit niedriger Reibung laufen. Das wird durch die Anordnung und Ausführung der Reibabschnitte 16, 17 und 21, 22 sichergestellt.
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Die innere Lamelle 1 muss zum Lüften keine Axialbewegung ausführen. Folglich ist die innere Lamelle 1 durch den Reibabschnitt 18 mit erhöhtem Reibungswiderstand direkt an einer axialen Bewegung gehindert. Die zweite innere Lamelle 2 wird im offenen Zustand in Richtung Kolben 15 durch den Reibabschnitt 19 mit erhöhtem Reibungswiderstand begrenzt. Hierdurch kann sich nur eine Bewegung in Schließrichtung einstellen.
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Die innere Lamelle 3 ist im dargestellten Beispiel bewusst nicht in ihrer axialen Bewegung eingeschränkt, da sonst die gewünschten axialen Bewegungen der anderen inneren Lamellen negativ beeinflusst würden.
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Die innere Lamelle 4 wird durch den Kolben 15 in ihrer Öffnungsrichtung begrenzt. Durch die Reibungszone 20 kann aber vorteilhaft eine sehr starke Taumelbewegung im Betrieb bei hohen Drehzahlen begrenzt werden.
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Die auch als Reiblamellen bezeichneten äußeren Lamellen 11 bis 13 können ebenfalls nicht alle in ihrer Axialbewegung begrenzt werden. Dennoch kann ein unerwünschtes Taumeln der Reiblamellen 12 und 13 durch die äußeren Reibabschnitte 23, 24 begrenzt werden.
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Die erste äußere Reiblamelle 11 wird in ihrer axialen Bewegung in 2 nach rechts durch den äußeren Reibabschnitt 23 mit dem erhöhten Reibungswiderstand begrenzt. Die zweite Reiblamelle 12 oder äußere Lamelle 12 lässt sich im dargestellten Ausführungsbeispiel in ihrer axialen Bewegung nicht begrenzen, da ansonsten axiale Bewegungen der anderen Reiblamellen unerwünscht beeinflusst würden. Die Reiblamelle 13 wird in ihrer axialen Bewegung in Kolbenrichtung durch die Reibzone 24 begrenzt.
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In 3 ist am Beispiel eines Lamellenträgers 30 in einem perspektivischen Ausschnitt dargestellt, wie die in den 1 und 2 schematisch veranschaulichte Anordnung von Reibabschnitten 38 bis 42 mit unterschiedlichen Reibungswiderständen realisiert werden kann. Der Lamellenträger 30 umfasst Nuten 31, 32, 33, die eine Verzahnung 34 darstellen, in welche Lamellen mit komplementären Verzahnungen eingehängt werden können, um diese drehfest mit dem Lamellenträger 30 zu verbinden.
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Die Nut 32 weist zwei Nutflanken 35, 36 auf, an welcher die in 3 nicht dargestellten Lamellen im Zugbetrieb und im Schubbetrieb zur Anlage kommen. An der Nutflanke 35 ist ein Reibbereich 37 angedeutet. In dem Reibbereich 37 weisen die Reibabschnitte 40 bis 42 einen höheren Reibungswiderstand auf als die Reibabschnitte 28, 39.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- innere Lamelle
- 2
- innere Lamelle
- 3
- innere Lamelle
- 4
- innere Lamelle
- 5
- innerer Lamellenträger
- 6
- äußerer Lamellenträger
- 7
- innerer Reibbereich
- 8
- äußerer Reibbereich
- 9
- Anschlag
- 10
- nasslaufende Lamellenkupplung
- 11
- äußere Lamelle
- 12
- äußere Lamelle
- 13
- äußere Lamelle
- 15
- Kolben
- 16
- Reibabschnitt
- 17
- Reibabschnitt
- 18
- Reibabschnitt
- 19
- Reibabschnitt
- 20
- Reibabschnitt
- 21
- Reibabschnitt
- 22
- Reibabschnitt
- 23
- Reibabschnitt
- 24
- Reibabschnitt
- 30
- Lamellenträger
- 31
- Nut
- 32
- Nut
- 33
- Nut
- 34
- Verzahnung
- 35
- Nutflanke
- 36
- Nutflanke
- 37
- Reibbereich
- 38
- Reibabschnitt
- 39
- Reibabschnitt
- 40
- Reibabschnitt
- 41
- Reibabschnitt
- 42
- Reibabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011089751 A1 [0002]
