DE4302773C2 - Naß-Reibteil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Naß-Reibscheibe, die sich im eingebauten Zustand in eine vorgegebene Richtung dreht und eine ringscheibenartige, zum Ein­ griff dienende Reibfläche mit einem Innenrand und einem Außenrand aufweist und wobei in der Reibfläche Nuten ausgebildet sind.

Des weiteren betrifft die Erfindung bandförmige, zylindrisch gewölbte Naß-Reibteile mit einer zum Eingriff mit einem in eine vorgegebene Richtung drehenden zylindri­ schen Gegenstück dienenden Reibfläche mit Seitenrändern, wobei in der Reibfläche Nuten ausgebildet sind,

Die vorliegende Erfindung betrifft im speziellen die Verbesserung von Naß- Reibteilen, die in automatischen Kraftfahrzeuggetrieben Verwendung finden.

Reibteile der in Rede stehenden Art, die in automatischen Getrieben verwendet wer­ den, sind als Reibscheiben in Mehrscheibenkupplungen, als Bremsbänder und aus Schließmechanismen bekannt. In einer Mehrscheibenkupplung sind die zum Eingriff dienenden Reibflächen der Scheiben typischerweise mit radial verlaufenden Nuten ausgebildet. Ein Bremsband weist dagegen in Umfangsrichtung verlaufende Nuten auf. Eine wichtige Aufgabe dieser Nuten besteht darin, den zwischen Reibteil und dazugehörigem Gegenstück auftretenden Ölfilm zu entfernen. Die Anwesenheit des Ölfilms während des Reibschlusses führt zu einem reduzierten Reibungskoeffizien­ ten, einem daraus folgenden Abfall der Drehmomentübertragung bis der Ölfilm ent­ fernt ist und zu einer Verlängerung der für einen vollständigen Kraftschluß zwischen den Reibteilen und ihren dazugehörigen Gegenstücken erforderlichen Zeit.

Aus der US 3 972 400 ist eine Naß-Reibscheibe mit allen Merkmalen des Oberbe­ griffs des Patentanspruches 1 bekannt. Die bekannte Naß-Reibscheibe ist ölgekühlt und findet ihre Anwendung in Kupplungen und dergleichen.

Aus der US 1 591 582 sowie aus der US 2 851 132 sind jeweils bandförmige, zylin­ drisch gewölbte Naß-Reibteile mit allen Merkmalen der Oberbegriffe der Patentan­ sprüche 2 und 3 bekannt. Insbesondere sind in den Reibflächen V-förmige bzw. dia­ gonal verlaufende Nuten ausgebildet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Naß-Reibscheibe sowie bandförmige Naß-Reibteile anzugeben, bei denen der Ölfilm schneller und wirkungs­ voller von der Reibfläche entfernt wird.

Die erfindungsgemäße Naß-Reibscheibe, die die voranstehende Aufgabe löst, ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beschrieben. Danach ist die in Rede stehende Naß-Reibscheibe derart ausgebildet, daß die Nuten einen ersten Nuten­ satz und einen zweiten Nutensatz bilden, daß jede Nut sich in einem bezüglich der Drehrichtung zur Radialen schräg nach rückwärts geneigten Winkel von dem Innen­ rand zu dem Außenrand erstreckt und daß der Neigungswinkel der Nuten des zwei­ ten Nutensatzes größer als der Neigungswinkel der Nuten des ersten Nutensatzes ist, und daß jede der zweiten Nuten von einer zwischen dem Innenrand und dem Außenrand liegenden Stelle einer ersten Nut ausgehend sich zu dem Außenrand erstreckt.

Des weiteren wird die Aufgabe hinsichtlich bandförmiger Naß-Reibteile durch die Merkmale der Patentansprüche 2 und 3 gelöst. Danach ist ein Naß-Reibteil der in Rede stehenden Art derart ausgebildet, daß sich die Nuten von einer Stelle zwischen den Seitenrändern in Richtung eines der Seitenränder in einem im Hinblick auf die Drehrichtung des Gegenstücks nach rückwärts geneigten Winkel erstrecken und sich dabei verbreitern. Andererseits ist ein Naß-Reibteil der in Rede stehenden Art derart ausgebildet, daß die Nuten in Gruppierungen aus einer ersten Nut und einer zweiten Nut angeordnet sind, und daß sich die erste Nut unter einem rechten Winkel zu ei­ nem Rand der Reibfläche hin erstreckt und daß sich die zweite Nut bezüglich der Drehrichtung des Gegenstücks schräg nach rückwärts geneigt zu demselben Rand hin erstreckt.

In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, daß auf der zum gegenseitigen Eingriff dienenden Reibfläche einer Naß-Reibscheibe oder bandförmig ausgebildeter Naß-Reibteile vorgesehene, besonders geformte bzw. konfigurierte Nuten höchste Effizienz beim Entfernen eines Ölfilmes hervorrufen. Des weiteren verhindern sie ei­ ne Verringerung des Reibungskoeffizienten, einen Abfall des übertragbaren Drehmoments und eine Verlängerung der für das Zustandekommen eines vollständi­ gen Reibschlusses erforderlichen Zeit. Die Effizienz der erfindungsgemäßen Naß- Reibscheibe ist durch Versuche bestätigt worden.

Die zuvor beschriebenen Nuten dienen dem Entfernen des zwischen der Naß-Reib­ scheibe bzw. dem Naß-Reibteil und dem Gegenstück auftretenden Ölfilmes, wodurch ein hoher Reibungskoeffizient im wesentlichen gleich mit gegenseitigem Eingriff der beiden Teile möglich wird. Aufgrund der in Rede stehenden Nuten wird des weiteren die zum Zustandekommen eines völligen Reibschlusses erforderliche Zeit verringert.

Durch Versuche wurde des weiteren festgestellt, daß das erfindungsgemäße Naß- Reibteil nach Patentanspruch 2 eine Charakteristik aufweist, wonach der Reibungs­ koeffizient dann besonders hoch ist, wenn relative Drehgeschwindigkeit zwischen dem Reibteil und dem Gegenstück hoch und der anfängliche Oberflächendruck bzw. Angriffsdruck in der Anfangsphase des gegenseitigen Eingriffs gering ist. Der Rei­ bungskoeffizient verringert sich dabei mit allmählichem Abfall der relativen Drehge­ schwindigkeit zwischen den Teilen. Folglich gibt es hier kein plötzliches Anwachsen des Reibungskoeffizienten bei vollzogenem Eingriff bzw. völligem Kraftschluß. Folg­ lich wird ein Rucken bzw. Vibrieren bei vollständigem Kraftschluß, ein sog. "Shift- Shock", verringert.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist auf die nachfolgende Erläuterung der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu ver­ weisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Aus­ gestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 in einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Naß-Reibscheibe,

Fig. 2 in einer graphischen Darstellung einen Vergleich der dynamischen Rei­ bungskoeffizienten und Reibungscharakteristiken des in Fig. 1 gezeig­ ten Ausführungsbeispiels sowie einer herkömmlichen Naß-Reibscheibe,

Fig. 3 in einer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen bandförmigen Naß-Reibteils,

Fig. 4 in einer Draufsicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen bandförmigen Naß-Reibteils,

Fig. 5 in einer Draufsicht ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen bandförmigen Naß-Reibteils,

Fig. 6 in einem Diagramm einen Vergleich der Reibungscharakteristiken des in Fig. 3 gezeigten Naß-Reibteils und eines herkömmlichen bandartigen Naß-Reibteils,

Fig. 7 in einem Axialschnitt, teilweise, ein automatisches Kraftfahrzeugge­ triebe,

Fig. 8 in einem Radialschnitt, teilweise, eine Bandbremse des in Fig. 7 ge­ zeigten Getriebes,

Fig. 9 in einem Axialschnitt, teilweise, einen Schließmechanismus in einem automatischen Kraftfahrzeuggetriebe,

Fig. 10 in einer Draufsicht eine herkömmliche Kupplungsplatte und

Fig. 11 in einer Draufsicht einen Bereich eines herkömmlichen Bremsbandes.

Gemäß den Fig. 7 bis 9 bestehen die üblicherweise in einem automatischen Getriebe 70 vorhandenen Reibteile aus einer Mehrscheibenkupplung 71, einem Bremsband 72 und einem Schließmechanismus 73.

Fig. 10 zeigt ein herkömmliches Reibteil 74, das in der Mehrscheibenkupplung 71 verwendet wird. In die Reibfläche des Reibteils 74 sind eine Anzahl radialer Nuten 75 ausgebildet.

Fig. 11 zeigt ein Reibteil 76 des Bremsbandes 72. In der Reibfläche des Reibteils 76 sind Nuten 77 ausgebildet. Diese Nuten erstrecken sich in Umfangsrichtung, d. h. bei der in Fig. 11 gewählten Darstellung in Längsrichtung, wobei es sich hier um die An­ sicht eines abgewickelten Bremsbandes 72 handelt.

In dem herkömmlichen Reibteil haben die Nuten die Aufgabe, einen zwischen den Reibteilen und ihren entsprechenden Gegenteilen bzw. Gegenstücken auftretenden Ölfilm zu entfernen. Jedoch weisen die dort herkömmlicherweise vorgesehenen Nu­ ten eine nur geringe Fähigkeit zum Entfernen dieses Ölfilms auf. Folglich führt bei herkömmlicher Kraftübertragung mit herkömmlichen Reibteilen die Anwesenheit des Ölfilms zu Beginn des gegenseitigen Eingriffs zu einem verringerten Reibungskoeffi­ zienten und einer Verringerung der Drehmomentübertragung, so daß die bis zum vollständigen Kraftschluß zwischen den Reibteilen erforderliche Zeit verlängert ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Reib­ scheibe 10 um eines mehrerer scheibenförmiger Reibteile in einer Mehrscheiben­ kupplung. Die Reibscheibe 10 ist fest mit einer Halteplatte 11 verbunden. In die zum gegenseitigen Eingriff dienende Reibfläche der Reibscheibe 10 sind Nutensätze ein­ gebracht, wobei jede Gruppierung von Nuten mit dem Bezugszeichen 13 versehen ist.

In der Zeichnung ist die Drehrichtung der Halteplatte 11, an der die Reibscheibe 10 befestigt ist, durch einen Pfeil gekennzeichnet. Jede Gruppierung von Nuten 13 weist eine erste Nut 14 und eine zweite Nut 15 auf, wobei beide Nuten in einer radialen Ebene ausgebildet sind. Die erste Nut 14 ist derart ausgebildet, daß sie sich quer über die zum Eingriff dienende Reibfläche von einem kreisförmigen Innenrand 16 in Richtung eines kreisförmigen Außenrandes 17 erstreckt. Die Nut 14 ist im Hinblick auf die Drehrichtung schräg nach hinten geneigt. Folglich liegt die umfangsmäßige Position des äußeren Endes der Nut 14 hinter der umfangsmäßigen Position des inneren Endes der Nut 14, und zwar hinsichtlich der Drehrichtung der Reibscheibe 10. Die zweite Nut 15 zweigt an einer zwischen dem Innenrand und dem Außenrand der Reibfläche liegenden Stelle von der ersten Nut 14 ab und erstreckt sich auf ähn­ liche Weise in Richtung des Außenrandes 17. Die zweite Nut 15 ist im Hinblick auf die Drehrichtung ebenfalls nach hinten geneigt, wie dies durch den Verlauf der ersten Nut 14 der Fall ist. Jedoch weist die Nut 15 zu der Radialen einer größeren Nei­ gungswinkel auf, als dies bei Nut 14 der Fall ist. Folglich divergieren die beiden Nu­ ten 14, 15 voneinander und nähern sich so - in divergierender Weise - dem Außen­ rand 17. Die erste Nut 14 und die zweite Nut 15 weisen beide über ihre gesamte Länge hinweg eine konstante Breite auf. Die Nuten 14 und 15 können jedoch auch derart ausgebildet sein, daß sie sich in Richtung des Außenrandes 17 auf der Reib­ fläche allmählich erweitern.

Zur Gegenüberstellung der dynamischen Reibungskoeffizienten µi bei verschiedenen Oberflächendrücken bzw. Anpreßdrücken und zum Vergleich des Drehmomentver­ laufs von Beginn des Eingriffs bishin zum Reibschluß wurden Vergleichstests mit herkömmlichen Reibscheiben und der zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Reibscheibe 10 durchgeführt. Ergebnisse dieser Vergleichstests sind in Fig. 2 darge­ stellt. Aus diesen Vergleichstests läßt sich folgendes herleiten.

Erstens weist die Reibscheibe 10 einen beachtlichen hohen dynamischen Reibungs­ koeffizienten µi im Vergleich zu dem dynamischen Reibungskoeffizienten der in Fig. 10 dargestellten herkömmlichen Reibscheibe auf, insbesondere bei geringen An­ preß- bzw. Oberflächendrücken.

Zweitens zeigen die Drehmomentverläufe bei relativ niedrigen Anpreß- bzw. Oberflä­ chendrücken unter Bezugnahme auf den unteren Teil der Fig. 2, daß bei einer Nu­ tenanordnung gemäß der Fig. 1 die Drehmomentübertragung bereits während der Anfangsphase der Reibverbindung groß ist. Mit allmählicher Abnahme einer Relativ­ geschwindigkeit zwischen den Reibteilen nimmt die Drehmomentübertragung ab. Im Gegensatz dazu wird bei der in Fig. 10 gezeigten herkömmlichen Reibscheibe die Drehmomentübertragung nicht geringer. Die vorteilhafte Charakteristik der erfin­ dungsgemäßen Reibscheibe gemäß der Darstellung in Fig. 2 resultiert aus einem frühen Entfernen des Ölfilms, das durch Nuten gemäß voranstehend beschriebener Form erreicht wird.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Reibteil 40 mit bandförmiger Ausgestaltung. Dieses Reibteil 40 ist mit einer Einfassung 41 verbunden. Nuten 43 sind in der zum Eingriff dienenden Reibfläche ausgebildet.

In Fig. 3 zeigt ein Pfeil die Drehrichtung des zum Eingriff dienenden Gegenstücks an, bei dem es sich gewöhnlicherweise um eine Trommel handelt, die mit dem Brems­ band zusammenwirkt. Die Nuten 43 sind derart ausgebildet, daß sie sich mit Nähe­ rung an die Seitenränder 46, 47 von der Mitte der zum Eingriff dienenden Reibfläche her erweitern. Des weiteren erstrecken sich die Nuten in Bezug auf die Drehrichtung des Gegenstücks nach hinten geneigt. Folglich erstrecken sich die Mittellinien der Nuten schräg nach hinten geneigt. Die mit dem einen Seitenrand 46 kommunizieren­ den Nuten und die mit dem anderen Seitenrand 47 kommunizierenden Nuten sind versetzt zueinander angeordnet bzw. weisen eine Phasenverschiebung zueinander auf, d. h. die auf einer Seite der Reibfläche ausgebildeten Nuten sind umfangsmäßig zu den auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten Nuten versetzt. Dadurch ist sichergestellt, daß in der Nähe jeglicher Bereiche der Reibfläche Nuten zum Entfer­ nen des Ölfilms von allen Teilen der Reibfläche vorgesehen sind.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen bandförmigen Reibteils 50 liegt eine Ähnlichkeit zu dem in Fig. 3 dargestellten Aus­ führungsbeispiel vor. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich lediglich darin, daß die hinteren Ränder der Nuten 53 durch eine konvexe, vorzugsweise kreisförmige, Begrenzung gebildet sind.

Bei der in Fig. 5 dargestellten dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen bandförmigen Reibteils 60 weist jede Gruppierung von Nuten 63 auf der Reibfläche des Reibteils 60 eine erste Nut 64 auf, die sich unter einem rechten Winkel zu den Rändern der Reibfläche erstreckt. Eine zweite Nut 65 erstreckt sich bezüglich der Drehrichtung des Gegenstücks schräg nach hinten geneigt.

Bezüglich des in Fig. 3 dargestellten Reibteils 40 und des herkömmlichen, in Fig. 11 gezeigten Reibteils wurden vergleichende Tests durchgeführt, wobei beide Reibteile im Rahmen einer Bandbremse eines automatischen Getriebes verwendet wurden. Bei den Tests wurde der Drehmomentverlauf während des Reibvorgangs zwischen Bandbremse und Trommel ermittelt. Ergebnisse dieser Tests sind in Fig. 6 gezeigt, die verdeutlicht, daß das Reibteil 40 beim Zustandekommen der Reibverbindung ei­ ne größere Drehmomentübertragung aufweist und daß das durch das Reibteil 40 er­ reichte Drehmoment erheblich größer ist als das mit einem herkömmlichen Reibteil erreichte Drehmoment, insbesondere während der Anfangsphase der Reibverbin­ dung. Aufgrund des größeren Drehmoments ist es möglich, die zur Vervollständigung des Reibschlusses erforderliche Zeit zu verringern. Des weiteren zeigt der Reibungs­ koeffizient die Tendenz, sich mit abnehmender Drehgeschwindigkeit der Trommel allmählich zu verringern. Folglich wird ein Rucken bzw. Vibrieren bei Erreichen eines vollständigen Kraftschlusses, ein sog. "Shift-Shock", verringert.

Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Lehre erleichtert das Entfernen eines Ölfilmes von der zum Eingriff dienenden Reibfläche und bewirkt während der An­ fangsphase einer Reibverbindung einen hohen Reibungskoeffizienten. Dies ist sogar dann der Fall, wenn der Anpreßdruck bzw. gegenseitige Flächendruck niedrig ist, wobei die zum Erreichen eines völligen Reibschlusses erforderliche Zeit verkürzt wird. Wie die Testergebnisse gezeigt haben, neigt die Drehmomentübertragung bei Verringerung der Relativgeschwindigkeit zwischen Reibteil und Gegenteil zu einer allmählichen Abnahme der Drehmomentübertragung, wodurch das zuvorgenannte Rucken bzw. Vibrieren - "Shift-Shock" - bei Erreichen des Kraftschlusses verringert ist.

Ohne von der erfindungsgemäßen Lehre abzuweichen, lassen sich auch weitere, von den zuvor beschriebenen Modifikationen abweiechende zahlreiche Ausführun­ gen realisieren.

Claims (3)

1. Naß-Reibscheibe (10), die sich im eingebauten Zustand in eine vorgegebene Richtung dreht und eine ringscheibenartige, zum Eingriff dienende Reibfläche mit einem Innenrand (16) und einem Außenrand (17) aufweist und wobei in der Reibfläche Nuten (14, 15) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten(14, 15) einen ersten Nutensatz und einen zweiten Nutensatz bilden, daß jede Nut (14, 15) sich in einem bezüglich der Drehrichtung zur Radialen schräg nach rückwärts ge­ neigten Winkel von dem Innenrand (16) zu dem Außenrand (17) erstreckt und daß der Neigungswinkel der Nuten (15) des zweiten Nutensatzes größer als der Neigungswinkel der Nuten (14) des ersten Nutensatzes ist, und daß jede der zweiten Nuten (15) von einer zwischen dem Innenrand (16) und dem Au­ ßenrand (17) liegenden Stelle einer ersten Nut (14) ausgehend sich zu dem Außenrand (17) erstreckt.

2. Bandförmiges, zylindrisch gewölbtes Naß-Reibteil (40) mit einer zum Eingriff mit einem in eine vorgegebene Richtung drehenden zylindrischen Gegenstück dienenden Reibfläche mit Seitenrändern (46, 47), wobei in der Reibfläche Nuten (43) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nuten(43) von einer Stelle zwischen den Seitenrändern (46, 47) in Richtung eines der Seitenränder (46, 47) in einem im Hinblick auf die Drehrichtung des Gegenstücks nach rückwärts geneigten Winkel erstrecken und sich dabei verbreitern.

3. Bandförmiges, zylindrisch gewölbtes Naß-Reibteil (60) mit einer zum Eingriff mit einem in eine vorgegebene Richtung drehenden zylindrischen Gegenstück dienenden Reibfläche mit Seitenrändern, wobei in der Reibfläche Nuten (64, 65) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (64, 65) in Gruppie­ rungen (63) aus einer ersten Nut (64) und einer zweiten Nut (65) angeordnet sind, und daß sich die erste Nut (64) unter einem rechten Winkel zu einem Rand der Reibfläche hin erstreckt und daß sich die Zweite Nut (65) bezüglich der Drehrichtung des Gegenstücks schräg nach rückwärts geneigt zu demselben Rand hin erstreckt.