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Die
Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 sowie ein Axialfederelement mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 12.
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Bei
herkömmlichen
Lamellenkupplungen besteht das Problem, dass im geöffneten
Zustand die aus Lamellenscheiben gebildeten Reibpaarungen nicht
oder nicht immer vollständig
von einander getrennt sind, so dass insbesondere bei so genannten nassen
Kupplungen, also Lamellenkupplungen, die zwecks Kühlung in Öl geführt sind,
unerwünscht hohe
Schleppmomente durch Scherkräfte
auftreten. Dieses Problem tritt verstärkt bei niedrigen Temperaturen
auf, wenn das Öl
dickflüssig
ist und dadurch einen relativ hohen Widerstand darstellt. Neben
erhöhtem
Energieverbrauch beeinflusst dieser negative Effekt auch die Regelung
der Lamellenkupplung bei Schließ-
und Öffnungsvorgängen.
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Aus
der
JP 08170653 A ist
eine nasse Lamellenkupplung für
einen Retarder bekannt. Bei dieser Lamellenkupplung ist zwischen
zwei Außenlamellen
eine Wellenfeder angeordnet, um die beiden Außenlamellen auseinander zu
drücken,
wenn die Kupplung geöffnet
ist. Nachteilig ist jedoch, dass bei dieser Lösung eine schnellstmögliche Trennung
der Reibpaarungen bei ausgekuppeltem Zustand nicht immer gewährleistet
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Lamellenkupplung anzugeben, die ein verbessertes
Trennverhalten der Lamellen voneinander aufweist. Zudem ist es Aufgabe
der Erfindung, ein Axialfederelement anzugeben, welches das Trennverhalten
einer Lamellenkupplung verbessert.
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Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäß durch
eine Lamellenkupplung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie
durch ein Axialfederelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs
12 gelöst.
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Die
Lamellenkupplung weist einen Außenlamellenträger auf,
an dem Außenlamellen
axial beweglich und in Umfangsrichtung formschlüssig abgestützt sind sowie einen Innenlamellenträger, an
dem Innenlamellen axial beweglich und in Umfangsrichtung formschlüssig abgestützt sind.
Dabei ist in axialer Richtung neben einer Innenlamelle eine Außenlamelle
angeordnet. Zudem ist zwischen zwei Lamellen ein Axialfederelement
angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist das
Axialfederelement unter Aufspannung einer Ebene zumindest überwiegend
als Ring ausgebildet. In dieser Ebene liegt ein Teil des Federelements,
wobei die Ebene überwiegend
parallel zu einer axialen Oberfläche
der Lamellen angeordnet ist. Das bedeutet, dass der eine Teil des
Federelements in einer Ebene angeordnet ist oder die gedachte Ebene
durch den Ring läuft.
Die Tatsache, dass ein Teil des Federelements in einer Ebene angeordnet
ist, bedeutet, dass das Federelement grundsätzlich nicht vollständig in
einer Ebene liegen muss. Es sind auch konkav oder konvex gewölbte Grundformen
von der Erfindung umfasst sowie auch solche, die eine abgewinkelte
Grundform aufweisen.
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Das
Axialfederelement weist stellenweise Kröpfungen auf, die derart aus
der aufgespannten Ebene abragen, dass die Kröpfungen unter axialer Krafteinwirkung
in Richtung der Ebene biegbar sind. Die Kröpfungen schließen dabei
mit der Ebene einen Kröpfungswinkel α ein, der
in der Regel 45° nicht überschreitet.
In vorteilhafter Weise kann das Axialfederelement in einem Biege-
oder Tiefziehverfahren aus einem Federstahl hergestellt sein. Einsatz
finden die erfindungsgemäßen Lamellenkupplungen
in Kraftfahrzeugantriebsträngen,
insbesondere als Überbrückungskupplungen
in Drehmomentwandlern oder als Kupplungen bzw. Bremsen in Automatikgetrieben.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die Kröpfungen
am Umfang des Axialfederelements ausgebildet. Dadurch kann das Axialfederelement
in seiner radialen Erstreckung klein ausgeführt werden, wodurch nur ein
kleiner Bauraum in der Lamellenkupplung beansprucht wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ragen benachbarte Kröpfungen
in unterschiedlichen Richtungen aus der Ebene ab. Dadurch kann der
Kröpfungswinkel
zwischen Kröpfung
und Ebene gegenüber
einer Ausführung
mit nur Kröpfungen
auf einer Seite der Ebene reduziert ausgeführt werden. Die aufgespannte
Ebene liegt somit zwischen den abragenden Kröpfungen der beiden Seiten.
Selbstverständlich
können
die Kröpfungen
auch in einem ungleichen Verhältnis
von der Ebene abragen, also mehr Kröpfungen in die eine als die
andere Richtung.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement
aus einem gebogenen Draht hergestellt. In vorteilhafter Weise ist
das Federelement einstückig
ausgebildet, aus Federdraht hergestellt und durch ein Biege- oder Tiefziehverfahren dreidimensional
verformt. Der Federdraht weist dabei einen überwiegend runden Querschnitt
mit einem Durchmesser von ca. 0,7 bis 2 mm, insbesondere ca. 1 mm
auf. Die Biegeradien sind in Bezug auf den Drahtdurchmesser minimiert,
weisen somit vorteilhafterweise einen Biegeradius auf, der dem Drahtdurchmesser
entspricht. Dadurch wird eine kompakte Bauform erzielt und gleichzeitig
eine Schwächung der
Steifigkeit in den Biegeradien vermieden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen den Kröpfungen
angeordnete Zwischenstege derart gestaltet, dass sie unter Erhöhung einer
Federspannung elastisch tordierbar sind, wenn die Kröpfungen
in die aufgespannte Ebene verschwenkt werden. Durch diese Tordierbarkeit
wird erreicht, dass unter axialer Krafteinwirkung auf das Federelement
die Kröpfungen
allenfalls gering durch Biegung beansprucht werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Axialfederelement
am Umfang unter Ausbildung zweier voneinander beabstandeter Stoßflächen innerhalb
einer Kröpfung
aufgetrennt. Dadurch bleibt bei Biegebeanspruchung der Kröpfungen
in Richtung Ebene die Torsionsbelastung der Zwischenstege zwischen
den Kröpfungen
ausgeglichen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die umfängliche
Breite einer Kröpfung
kleiner als die umfängliche
Zahnbreite eines Lamellenzahns. Unter umfänglicher Breite einer Kröpfung ist
dabei die Bogenlänge
der Kröpfung
am Umfang des Federelements zu verstehen, also der Bereich, der
zwischen den inneren Biegeradien liegt. Dem entsprechend ist unter
der umfänglichen
Zahnbreite eines Lamellenzahns die Breite des Lamellenzahns am Zahnfuß zu verstehen.
Durch eine derartige konstruktive Dimensionierung des Federelements
wird sichergestellt, dass die Zwischenstege zwischen den Kröpfungen
auch bei Vorhandensein von üblichen Fertigungstoleranzen
an einem der Lamellenträger anliegen.
Insbesondere liegt das Federelement mit den Stegen an der Gehäuseinnenwand
des Außenlamellenträgers zumindest
teilweise an. Diese Anlage wird gewährleistet durch eine radiale
Vorspannung, die das Federelement aufweist. Somit ist der Durchmesser
des Federelements im uneingebauten Zustand größer als der Innendurchmesser
des Außenlamellenträgers. Das
ungehinderte Stauchen des Federelements ist aufgrund der Auftrennung
zwischen den zwei Stoßflächen möglich.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Axialfederelement
radial um eine Innenlamelle herum angeordnet. Diese Anordnung des
Federelements lässt
eine in axialer Richtung kurze Bauform der Lamellenkupplung zu,
da für
das Federelement kein zusätzlicher
Bauraum in axialer Richtung benötigt
wird. Trotzdem wirken die Kröpfungen
des Federelements auf benachbarte Außenlamellen und drücken diese
bei axialer Entlastung des Federelements in axialer Richtung auseinander,
so dass sich eine zwischen diesen beiden Außenlamellen angeordnete Innenlamelle
von den Außenlamellen
lösen kann.
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Generell
ist es auch möglich,
das Axialfederelement radial innerhalb der Außenlamellen anzuordnen, um
die Innenlamellen axial auseinander zu drücken. Hierbei sind jedoch die
Zentrifugalkräfte
zu beachten, die bei Drehung des Innenlamellenträgers auf das Federelement einwirken
und dieses aufweiten.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der radiale Abstand
zwischen Kröpfung
und Außenlamellenträger derart
groß gewählt, dass
diese Kröpfung
klemmfrei in Richtung der aufgespannten Ebene biegbar ist.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Lamellenkupplung
sowie des erfindungsgemäßen Axialelements
näher beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Axialfederelement
in Längsrichtung,
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2a eine
Seitenansicht auf ein in eingebautem Zustand ohne umgebende Bauteile
befindliches Axialfederelement gem. 1,
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2b eine
Seitenansicht auf ein in unverbautem Zustand befindliches Axialfederelement,
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3 einen
Detailausschnitt aus der Seitenansicht gem. 2a,
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4 einen
Ausschnitt aus einem Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Lamellenkupplung
und
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5 eine
dreidimensionale Schrägansicht auf
eine erfindungsgemäße Lamellenkupplung.
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Gleiche
oder gleichwirkende Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Axialfederelement 10 in
verbautem Zustand, jedoch freigeschnitten, d.h. ohne umgebende Bauteile
dargestellt. Dieses aus einem Federdraht der Dicke d (siehe 3)
geformte Federelement 10 weist einen kreisförmigen Grundkreis 12 auf,
aus dem zwanzig Kröpfungen 15 radial
nach außen
stehen. Die Erfindung ist selbstverständlicher Weise nicht auf diese
Anzahl von Kröpfungen 15 beschränkt. Zwischen
den Kröpfungen 15 liegen
den Grundkreis 12 bildende Zwischenstege 13. Dieser
Grundkreis 12 liegt in einer Ebene, die durch die angegebenen y-
und z-Achse aufgespannt ist. Die in z-Richtung weisende Kröpfung 15 ist
unter Ausbildung zweier von einander beabstandeter Stoßflächen 17 aufgetrennt.
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In 2a, 2b und 3 sind
jeweils Seitenansichten des erfindungsgemäßen Axialfederelements dargestellt.
Dabei ist in 2a eine Ausführungsform dargestellt, bei
der – wie
in 1 – die Zwischenstege 13 in
einer Ebene angeordnet sind. Benachbarte Kröpfungen 15 ragen dabei
abwechselnd einmal in positiver x-Richtung, einmal in negativer
x-Richtung aus der y-z-Ebene heraus. Auf diese regelmäßig abwechselnde
Verteilung der Kröpfungsrichtungen
ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt, vielmehr können die
Kröpfungsrichtungen
auch erst nach zwei oder mehreren Kröpfungen 15 wechseln.
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In 2b ist
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Axialfederelements 10 in
unverbautem Zustand dargestellt, bei der das Federelement 10 zwischen
den Stoßflächen 17 einen
axialen Versatz 18 und somit eine Steigung aufweist. Deutlich
erkennbar ist auch der gegenüber
der verbauten Variante in 2a größere Innendurchmesser 11 sowie
der größere Stoßflächenabstand 19 in
Umfangsrichtung. Es sei darauf hingewiesen, dass die in 2a dargestellte
Ausführungsform
im verbauten Zustand, insbesondere unter axialer Krafteinwirkung, eine
den in 1 und 2a vergleichbare
Lage einnehmen kann. Die in 2b angegebene
Steigung muss nicht maßstäblich sein.
Eine Steigung kann gewollt, aber auch durch Fertigungstoleranzen bedingt
sein.
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In 3 ist
zur deutlicheren Darstellung eine Detailansicht eines oberen Ausschnitts
aus 2a in dreidimensionaler Form wiedergegeben. Zu
erkennen sind die in der y-z-Ebene liegenden Zwischenstege 13 sowie
die aus der y-z-Ebene unter einem Kröpfungswinkel α abragenden
Kröpfungen 15.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Kröpfungswinkel α nicht auf
beiden Seiten der y-z-Ebene gleich sein muss.
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In 4 ist
ein Ausschnitt aus einem Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Lamellenkupplung 20 dargestellt.
Ein Außenlamellenträger 21 weist
ein rohrförmiges
Gehäuse 22 auf,
welches an der Gehäuseaußenwand 23 in
regelmäßigen Abständen über den
Umfang verteilte, domartige Ausbuchtungen 25 aufweist.
Diese Ausbuchtungen 25 weisen an der Gehäuseinnenwand 24 ein
Negativprofil auf, welches zur Aufnahme von radialen Zähnen 27 von innerhalb
des Außenlamellenträgers 21 angeordneten
Außenlamellen 26 dient. Über die
Zähne 27 sind die
Außenlamellen 26 in
bekannter Weise axial verschieblich, aber in Umfangsrichtung kraftschlüssig mit
dem Außenlamellenträger 21 verbunden.
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In
analoger Weise sind Reibbeläge 38 tragende
Innenlamellen 36 über
radial innenliegende Zähne 37 mit
einem ein entsprechendes Profil aufweisenden Innenlamellenträger 31 axial
verschieblich, aber in Umfangsrichtung kraftschlüssig verbunden. Die einzelnen
Reibbeläge 38 sind
in Umfangsrichtung beabstandet zueinander unter Ausbildung kleiner
Kanäle 39 angeordnet,
so dass Kühlflüssigkeit
die Lamellen 26, 36 in radialer Richtung durchströmen kann.
Die in 4 teilweise dargestellte Innenlamelle 36 liegt
in axialer, d.h. in senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufender Richtung
vor der teilweise dargestellten Außenlamelle 26.
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Radial
außerhalb
der dargestellten Innenlamelle 36 und axial neben der teilweise
verdeckten Außenlamelle 26 ist
das erfindungsgemäße Axialfederelement 10 angeordnet.
Dabei liegt das Federelement 10 mit seinen Zwischenstegen 13 an
der Gehäuseinnenwand 24 des
Außenlamellenträgers 21 unter
radialer Vorspannung an. Der Teilungssprung β der Kröpfungen 15, die Länge der
Zwischenstege 13 und die umfängliche Breite einer Kröpfung 15 sind dabei
derart gewählt,
dass axial neben jedem Zahn 27 einer Außenlamelle 26 eine
Kröpfung 15 des
Axialfederelements 10 angeordnet ist und zudem auch bei
Maßabweichungen
durch übliche
Fertigungstoleranzen keine Kröpfung 15 in
Umfangsrichtung am Gehäuse 22 des
Außenlamellenträgers 21 anliegt. Die
eins-zu-eins Zuordnung zwischen Außenlamellenzahn 27 und
Kröpfung 15 ist
jedoch nicht zwingend notwendig, so können beispielsweise die Zwischenstege 13 auch
derart gestaltet sein, dass einzelne Außenlamellenzähne 27 ohne
benachbarte Kröpfung 15 des
Federelements 10 bleiben. Der Abstand zwischen Kröpfung 15 und
Gehäuseinnenwand 24 des
Außenlamellenträgers 21 ist
ebenfalls so bemessen, dass beim Verschwenken der Kröpfungen 15 in
Richtung der y-z-Ebene kein Klemmen zwischen Federelement 10 und
Außenlamellenträger 21 auftreten
kann.
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In 5 ist
eine erfindungsgemäße Lamellenkupplung 20 mit
drei Innenlamellen 36 dargestellt. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist
der Außenlamellenträger 21 nicht
dargestellt. Jeweils radial außerhalb
der drei Innenlamellen 36 ist axial zwischen den Außenlamellen 26 ein
erfindungsgemäßes Axialfederelement 10 angeordnet.
Der jeweilige Grundkörper 12 der
Federelemente 10 liegt mit den Zwischenstegen 13 mittig
zwischen den Außenlamellen 26 und radial
beabstandet von den Innenlamellen 36 angeordnet. In 5 ist
eine hinsichtlich der Kröpfungsausrichtung
symmetrische Anordnung der drei Federelemente 10 dargestellt,
auf die die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
Vielmehr ist die Anordnung der verschiedenen Federelemente 10 zueinander
beliebig. So kann beispielsweise auch ein Zahn 27 einer
Außenlamelle 26 mit
seinen beiden axialen Stirnseiten mit je einer Kröpfung 15 der
beiden ihm benachbarten Federelemente 10 in unmittelbarer
Berührung stehen.
Zudem ist bei der Anordnung unerheblich, ob die Trennfuge jeder
der Federelemente 10 in derselben Zahnreihe der Außenlamellen 26 angeordnet
ist oder nicht.