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Die
Erfindung betrifft eine Kupplungslamelle aus zwei Trägerblechen
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Auf
dem Gebiet der Fertigung von mechanisch hoch belasteten rotierenden
Brems- oder Kupplungslamellen, wie sie beispielsweise in Automatikgetrieben
von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, ergibt sich das Problem,
dass die mit den Lamellen zusammenwirkenden Reibbeläge
oder auch die Lamellen selbst oftmals fertigungsbedingte Unebenheiten
auf der Außenfläche aufweisen oder unter Belastung
ausbilden.
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Durch
die erhöhte Flächenpressung und die damit einhergehende
Reibung im Bereich der Erhebungen solcher Unebenheiten ergeben sich
bei einer Drehzahldifferenz zwischen den Lamellen und den zugeordneten
Reibbelägen punktuelle Temperaturmaxima, die auch als Hot
Spots bezeichnet werden. Diese Hot Spots sind oftmals der Hauptgrund
für den vorzeitigen Verschleiß der heutzutage
verwendeten Kupplungslamellen.
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Aus
der
EP 1 650 454 A1 ist
eine Lamelle aus mehreren segmentierten Trägerblechen bekannt,
bei der die einzelnen Trägerbleche miteinander verklebt
oder verschweißt sind. Obgleich durch die Verklebung der
einzelnen Trägerblechsegmente die Neigung zu einem Auftreten
von Hot Spots verringert wird, ist das Verkleben der Trägerbleche
sehr aufwendig und führt zu erhöhten Produktionskosten. Ein
weiteres Problem der beschriebenen Lamelle besteht darin, dass die
zum Verkleben der Segmente benötigten Klebstoffe bei den
unter hohen Belastungen in Kupplungen entstehenden Temperaturen
von mehreren 100°C in der Regel nicht beständig
sind, so dass die Klebeverbindung dazu neigt, sich temperaturbedingt
aufzulösen.
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Demgemäß ist
es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungslamelle
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Neigung zu einem
Auftreten von Hot Spots verringert ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kupplungslamelle
mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß der
Erfindung umfasst eine Kupplungslamelle ein erstes und ein zweites
Trägerblech, die in einer Kontaktebene aneinander angrenzen. Unter
Kontaktebene ist hierbei diejenige Ebene zu verstehen, in der die
Kontaktflächen der beiden Trägerbleche aneinander
anliegen. Die erfindungsgemäße Kupplungslamelle
zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eines der beiden Trägerbleche,
die aus einem federelastischen Werkstoff, wie z. B. Stahl, bestehen,
im Bereich der Kontaktebene eine umlaufende Ausnehmung aufweist,
die zwischen den Trägerblechen einen umlaufenden Hohlraum
bildet. Dieser Hohlraum, an seiner breitesten Stelle beispielsweise
eine Breite von 20 Mikrometern oder mehr besitzen kann, führt
dazu, dass die beiden Trägerbleche der erfindungsgemäßen
Kupplungslamelle einer lokal überhöhten Druckkraft,
die über einen an der Kupplungslamelle anliegenden Reibbelag
auf die Lamelle übertragen wird, in einem lokal begrenzten Bereich
federnd nachgeben können.
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Hierdurch
ergibt sich der Vorteil, dass die wirksame Anlagefläche
zwischen der Lamelle und dem angrenzenden Reibbelag, über
die die Antriebsleistung zwischen der Lamelle und dem Reibbelag übertragen
wird, bei vergleichsweise kleinen Andruckkräften insgesamt
um ein Vielfaches vergrößert wird, da nicht nur
der vergleichsweise kleine Bereich um die Unebenheit herum als Anlagefläche
wirkt, sondern im Wesentlichen die gesamte Fläche des Reibbelages.
Aufgrund dieser deutlich vergrößerten Anlagefläche
ergibt sich insbesondere bei hohen Differenzdrehzahlen zwischen
der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung, wie sie z.
B. beim Anfahren eines Fahrzeugs auftreten, eine großflächige Verteilung
der erzeugten Reibungswarme auf nahezu die gesamte Fläche
des Reibbelages, bzw. der Kupplungslamelle, was dem Auftreten von
Hot Spots entgegenwirkt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Kupplungslamelle besitzt wenigstens eines der beiden Trägerbleche,
bevorzugt jedoch beide Trägerbleche eine Ausnehmung, deren
Innenwand in der Weise gewölbt ist, dass der Hohlraum eine
im Wesentlichen linsenförmige Querschnittsform besitzt.
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Hierbei
ist es von Vorteil, wenn die Wölbung zu ihrem Rand hin
fließend, d. h. unter Ausschluss einer Knickstelle in eine
ebene, parallel zur Kontaktebene verlaufende Anlagefläche übergeht,
da die Vermeidung von Knickstellen im Randbereich der Wölbung
ein gleichmäßiges Zusammendrücken des Hohlraumes
begünstigt, was wiederum zu einer homogenen Federwirkung über
im Wesentlichen die gesamte effektiv wirksame Reibfläche
der Lamelle hinweg führt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Trägerblech
eine Außenwand auf, die im Wesentlichen entsprechend der
konkav gewölbten Innenwand der Ausnehmung konvex gewölbt
ist, so dass das Trägerblech eine im Querschnitt entlang
der Wölbung betrachtete homogene Dicke besitzt. Hierdurch
ergibt sich der Vorteil, dass das Trägerblech auch bei
einer minimalen Materialstärke eine ausreichend hohe Festigkeit
und Stabilität aufweist, ohne dass die federelastischen
Eigenschaften des Trägerblechmaterials z. B. durch eine fertigungsbedingte
Kaltverfestigung des Materials nachteilig beeinträchtigt
werden.
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Bei
dieser Ausführungsform der Erfindung wird auf der Außenseite
des Trägerblechs bevorzugt ein Reibbelag angeordnet, der
auf der der Kontaktebene zugewandten Seite eine Ausnehmung aufweist, die
der Form der Wölbung der Außenwand des Trägerblechs
angepasst ist und der auf der der Kontaktebene abgewandten Seite
eine ebene Reibfläche besitzt. Dies begünstigt
in besonders vorteilhafter Weise eine über die gesamte
Breite des Reibbelags verteilte gleichmäßige Krafteinleitung.
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Alternativ
kann das Trägerblech an der der Wölbung gegenüberliegenden
Außenfläche eine ebene Oberfläche aufweisen,
wobei auf der Außenfläche des Trägerblechs
ein Reibbelag mit einer im Wesentlichen homogenen Dicke angeordnet
ist, der demgemäß eine bevorzugt ebene Reibfläche
aufweist. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise die Weiterleitung
der durch Reibung erzeugten Wärmeenergie von dem Reibbelag
in das Trägerblech begünstigt, wodurch die nachteiligen
Auswirkungen von lokalen Überhitzungen weiter vermindert
werden.
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Nach
einem weiteren der Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken wird die
Ausnehmung durch ein Prägeverfahren in den Werkstoff eingebracht,
aus dem die Lamellen gefertigt werden. Bei diesem handelt es sich
bevorzugt um Kaltband, welches durch wiederholtes Walzen und Rekristallisationsglühen
in der gewünschten Stahlqualität hergestellt wird.
Das Kaltband, aus welchem die bevorzugt identisch zueinander ausgebildeten
ersten und zweiten Trägerbleche in bekannter Weise durch
einen Stanzvorgang erzeugt werden, kann z. B. eine Dicke im Bereich
von 0,5 bis 1,2 mm besitzen.
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Das
Einbringen der Ausnehmung durch ein Prägeverfahren ermöglicht
in besonders vorteilhafter Weise eine einfache Produktion der Trägerbleche
mit gleichbleibender Qualität, wobei die Ausnehmungen beim
Stanzen der Trägerbleche bevorzugt gleichzeitig in einem
Arbeitsgang in diese eingebracht werden. Die Ausnehmung kann an
ihrer tiefsten Stelle z. B. eine maximale Tiefe von 10 Mikrometern
oder mehr besitzen.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen,
dass die beiden Trägerbleche, welche im Bereich der Kontaktebene
aneinander angrenzen, nach dem Formgebungsprozess des Kaltbandwerkstoffs
drehfest miteinander verbunden werden.
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Hierbei
ist es von Vorteil, wenn die beiden Trägerbleche, welche
zusammen eine Kupplungslamelle bilden, nach dem Stanzen und Prägen – beispielsweise
durch Einlegen in eine geeignete Form – zuerst in die gewünschte
Position gebracht und anschließend in einem weiteren Arbeitsschritt
an mehreren Stellen miteinander verbunden werden, um die Handhabung
der erfindungsgemäßen Kupplungslamellen beim Einsetzen
der Außenlamellen in den sogenannten Kupplungskorb oder
beim Befestigen der Innenlamellen auf der sogenannten Kupplungsnabe zu
vereinfachen.
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Zum
Verbinden der beiden Trägerbleche einer erfindungsgemäßen
Kupplungslamelle kann es dabei beispielsweise vorgesehen sein, dass
die Trägerbleche durch eine Schweißnaht, insbesondere eine
Laserschweißnaht, miteinander verbunden werden, welche
bevorzugt im Bereich der Verzahnung oder im Bereich der der Ausnehmung
radial gegenüberliegenden Stirnflächen der Trägerbleche
eingebracht werden kann. Eine durch einen Laser erzeugte Schweißnaht
stellt hierbei eine einfache und kostengünstige Methode
dar, die Trägerbleche der erfindungsgemäßen
Kupplungslamelle drehfest miteinander zu verbinden, ohne die metallurgischen
Eigenschaften des Trägerblechmaterials großflächig
zu verändern.
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Alternativ
kann es vorgesehen sein, dass die Trägerbleche durch einen
oder mehrere Schweißpunkte miteinander verbunden werden,
die durch Anwendung eines bekannten Schweißverfahrens,
bevorzugt durch Kontaktschweißen, an den beiden Trägerblechen
angebracht werden. Die Schweißpunkte werden dabei bevorzugt
an einer Außen- oder Innenverzahnung der Kupplungslamelle
erzeugt, wenn eine solche vorgesehen ist. Hierdurch ergibt sich
der Vorteil, dass mit einem vergleichsweise geringen Vorrichtungsaufwand
in kostengünstiger Weise mehrere Schweißpunkte
zum Verbinden der zusammengesetzten Trägerbleche gleichzeitig
in einem Arbeitsschritt erzeugt werden können.
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Obgleich
die beiden Trägerbleche jeweils einteilig, z. B. durch
Stanzen und Prägen von Kaltband, gefertigt werden können,
ist es nach einem weiteren der Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken
vorgesehen, das erste Trägerblech aus zwei oder mehreren
ersten Trägerblechsegmenten und das zweite Trägerblech
aus zwei oder mehreren zweiten Trägerblechsegmenten zu
bilden, die in Umfangsrichtung betrachtet versetzt zueinander angeordnet
sind. Die ersten bzw. zweiten Trägerblechsegmente können
dabei – ähnlich zweier zueinander korrespondierender
Puzzleteile – an ihren jeweiligen umfänglich aneinander
angrenzenden Stirnflächen mit formschlüssigen
Verbindungselementen, wie z. B. kopfartigen Abschnitten und diesen
von der Form her angepassten Aufnahmeabschnitten versehen sein,
die für eine formschlüssige Verbindung der einzelnen
Segmente eines jeden Trägerblechs sorgen. Durch den segmentierten
Aufbau des ersten und/oder zweiten Trägerbleches können
die Trägerbleche mit möglichst wenig Verschnitt
aus dem Kaltband ausgestanzt werden, was die Produktionskosten in
vorteilhafter Weise reduziert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand
einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittdarstellung einer Lamellenkupplung mit einer
Mehrzahl von erfindungsgemäßen Kupplungslamellen,
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2 eine
schematische Querschnittdarstellung der einen Hälfte einer
ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Kupplungslamelle, und
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3 eine
schematische Querschnittdarstellung der einen Hälfte einer
weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Kupplungslamelle.
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Wie
der Darstellung von 1 entnommen werden kann, weist
eine Lamellenkupplung 1 eine Vielzahl von erfindungsgemäßen
Kupplungslamellen 2 auf, die abwechselnd in Form von Außenlamellen 2a und
Innenlamellen 2b in einem nicht näher bezeichneten
Kupplungsgehäuse bevorzugt in einem ebenfalls nicht näher
dargestellten Ölbad angeordnet sind.
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Wie
der Darstellung von 1 weiterhin entnommen werden
kann, weisen die Außenlamellen 2a eine Außenverzahnung 30a auf,
durch welche sie mit einem Kupplungskorb 6 drehfest und
axial zu diesem verschiebbar verbunden sind, der bevorzugt in Antriebsverbindung
mit einem nicht näher gezeigten Motor steht. Demgegenüber
besitzen die Innenlamellen 2b eine Innenverzahnung 30b, über
die sie drehfest und axial verschiebbar mit einer Kupplungsnabe 8 verbunden
sind, die abtriebsseitig bevorzugt mit einer nicht näher
gezeigten Getriebeeingangswelle verbunden ist.
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Zur Übertragung
der Drehbewegung des Kupplungskorbes 6 auf die abtriebsseitige
Kupplungsnabe 8 werden die Kupplungslamellen 1 in
der durch die Pfeile 32 angedeuteten Richtung beispielsweise über
eine nicht näher gezeigte Andruckplatte und eine hydraulische
Betätigungseinrichtung gegeneinander gedrückt,
um mithilfe von Reibbelägen 22 in bekannter Weise
eine reibschlüssige Verbindung zwischen den Außenlamellen 2a und
den Innenlamellen 2b herzustellen.
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Zur
besseren Veranschaulichung der erfindungsgemäßen
Einzelheiten ist die Breite der Kupplungslamellen 2 übertriebenen
dargestellt, und der Spalt zwischen den Reibbelägen 22 einer
Außenlamelle 2a und einer Innenlamelle 2b vergrößert
wiedergegeben. Ebenso sind die Reibbeläge 22 in
den Darstellungen beispielhaft als mit den Trägerblechen 10 verbundene
Reibbeläge dargestellt, die jedoch in gleicher Weise insbesondere
auch als zwischen den Innen- und Außenlamellen 2a, 2b getrennt
von diesen beweglich angeordnete einteilige Reibbeläge ausgestaltet
sein können.
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Jede
der erfindungsgemäßen Kupplungslamellen 1 umfasst
zwei Trägerbleche 10, denen jeweils Reibbeläge 22 zugeordnet
sind. Das erste und zweite Trägerblech 10 grenzen
dabei in einer Kontaktebene 12 aneinander an und weisen
jeweils im Bereich der Kontaktebene 12 eine umlaufende
Ausnehmung 14 auf, die zwischen den Trägerblechen 10 einen
umlaufenden Hohlraum 16 definiert. Der Hohlraum 16 kann
hierbei einen kapillaren Spalt 34 aufweisen, über
welchen der Hohlraum 16 mit dem nicht näher gezeigten
Getriebeöl in Strömungsverbindung steht, um den
Hohlraum 16 zusätzlich durch das Öl zu
kühlen.
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Gemäß der
Querschnittsdarstellung der 2 und 3,
die jeweils lediglich die eine Hälfte einer erfindungsgemäßen
Kupplungslamelle 2 zeigen, sind die beiden aneinander anliegenden
Trägerbleche 10 im Bereich der Außen-
oder Innenverzahnung 30a, 30b bevorzugt durch
wenigstens einen Schweißpunkt 28 miteinander verbunden,
wohingegen die Verbindung auf der gegenüberliegenden Seite
des Hohlraums 16 bevorzugt mittels einer Schweißnaht 26 erfolgt.
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Wie
der Darstellung von 2 hierbei weiter im Detail entnommen
werden kann, weisen die Trägerbleche 10 der dargestellten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Kupplungslamelle 1 eine konvex gewölbte Außenwand 20 auf,
die in ihrer Form im Wesentlichen der Form der konkaven Wölbung
der Innenwand 18 der Ausnehmung 14entspricht.
In gleicher Weise weist der auf der Außenseite der beiden Trägerbleche 10 angeordnete
Reibbelag 22 auf seiner der Kontaktebene 12 zugewandten
Seite eine Ausnehmung oder Vertiefung 23 auf, die bevorzugt exakt
der Form der Wölbung der Außenwand 20 der Trägerbleche 10 entspricht.
Auf der der Ausnehmung 23 in axialer Richtung gegenüberliegenden
Seite besitzt der Reibbelag 22 hingegen eine ebene Reibfläche 24.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in 3 ausschnittsweise
im Detail dargestellt ist, kann es vorgesehen sein, dass die Außenwände 20 der
Trägerbleche 10 eine ebene Fläche aufweisen.
Die zwischen den Innen- und Außenlamellen 2a, 2b dieser
Ausführungsform angeordneten Reibbeläge, die insbesondere
auch einteilig und in Umfangsrichtung betrachtet relativ zu den
Kupplungslamellen 2 beweglich ausgestaltet sein können, besitzen
in diesem Falle eine homogene Dicke.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lamellenkupplung
- 2
- Kupplungslamellen
- 2a
- Außenlamelle
- 2b
- Innenlamelle
- 4
- Rotationsachse
- 6
- Kupplungskorb
- 8
- Kupplungsnabe
- 10
- Trägerblech
- 12
- Kontaktebene
- 14
- Ausnehmung
- 16
- Hohlraum
- 18
- Innenwand
- 20
- Außenwand
- 22
- Reibbelag
- 23
- Ausnehmung
in Reibbelag
- 24
- eben
Reibfläche
- 26
- Schweißnaht
- 28
- Schweißpunkt/Schweißlinse
- 30a
- Außenverzahnung
- 30b
- Innenverzahnung
- 32
- Pfeil
- 34
- kapillarer
Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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