DE102020007750A1

DE102020007750A1 - Lamellenschaltelement mit einem Lamellenträger

Info

Publication number: DE102020007750A1
Application number: DE102020007750.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Elsner; Cornelius Hentrich
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lamellenschaltelement (1) mit einem Lamellenträger (2.1, 2.2) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Lamellenträger (2.1, 2.2) in einem in eine axiale Richtung (X) begrenzten Abschnitt (ax) mindestens einen umfänglich um den Lamellenträger (2.1, 2.2) angeordneten Verstärkungskörper (3) aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungskörper (3) als ein mittels eines thermischen Fügeverfahrens aufgeschmolzener metallischer Verstärkungskörper (3) ausgebildet ist, welcher an sämtlichen Kontaktstellen mit dem Lamellenträger (2.1, 2.2) stoffschlüssig mit diesem verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lamellenschaltelement mit einem Lamellenträger für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Lamellenkupplungen sind generell aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei handelt es sich um unter Last schaltbare Kupplungen die überwiegend in Automatikgetrieben von Fahrzeugen, in hochbelasteten Haupt- oder Anfahrkupplungen oder in Sperrdifferentialen zum Einsatz kommen. Lamellenkupplungen können nasslaufend, als auch trockenlaufend ausgeführt sein. Eine Lamellenkupplung umfasst eine Antriebs- und eine Abtriebswelle, welche über wenigstens ein Lamellenpaar aus einer Innen- und einer Außenlamelle in Wirkverbindung gebracht werden. Hierzu werden die Innen- und Außenlamellen zum Übertragen eines Drehmoments mit Hilfe einer Anpresskraft gegeneinandergedrückt, sodass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Lamellen entsteht. Zum Lösen der Kupplung wird die Anpresskraft aufgehoben, wodurch sich die Außen- von den Innenlamellen lösen. Das Lösen der Lamellen kann dabei auch unter Verwendung von der Anpresskraft entgegenwirkenden Federelementen und/oder einer Druckstange erfolgen.
Typischerweise handelt es sich bei einer Innenlamelle um ein kreisrundes Blech mit einer konzentrischen Aussparung zur Aufnahme, beziehungsweise zum Hindurchführen der Antriebs- oder Abtriebswelle. Zur Erhöhung einer Standfestigkeit der Lamellen und/oder einer zwischen den Lamellen übertragenen Reibkraft, können die einzelnen Lamellen Reibbelege aufweisen. Ferner lässt sich ein zwischen der Antriebs- und Abtriebswelle übertragenes Moment erhöhen, indem mehrere Paare aus Innen- und Außenlamellen vorgesehen werden. Hierdurch lässt sich eine Vergrößerung einer Fläche auf der die Lamellen aneinander anliegen erreichen, wodurch höhere Momente bei gleicher Betätigungskraft der Lamellenkupplung übertragen werden können.
Bei einer Außenlamelle handelt es sich ebenfalls um ein kreisrundes plattenförmiges Gebilde mit in einer radialen Richtung nach außen hervorstehenden Vorsprüngen, welche zur Weiterleitung des über die Kupplung übertragenen Moments von einem innenverzahnten rohrförmigen Träger aufgenommen werden. Lamellenkupplungen lassen sich vergleichsweise kompakt und preisgünstig ausführen.
Im Betrieb werden Lamellenkupplungen aufgrund vergleichsweise hoher übertragener Drehmomente und Drehzahlen stark belastet. Insbesondere bei hohen Drehzahlen weiten sich einzelne Komponenten einer Lamellenkupplung durch radial nach außen wirkende Fliehkräfte auf, wodurch sie ihre Maßhaltigkeit verlieren. Dies kann schlimmstenfalls zum Klemmen oder Anstreifen der Lamellen an einem Gehäuse sowie zu Rissbildung durch Überschreiten einer elastischen Verformungsfähigkeit der Lamellen führen. Dieses Problem nimmt mit Einführung von teil- oder vollelektrischen Antrieben zu, weil diese im Vergleich zu klassischen Verbrennungsmotoren eine höhere Rotationsleistung übertragen. So übertragen elektrische Antriebe typischerweise höhere Momente bei höheren Drehzahlen und weisen dabei auch noch einen höheren Lamellendurchmesser als für Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommende Lamellenkupplungen auf.
Zur Erhöhung einer Drehzahlfestigkeit von Lamellenkupplungen sind verschiedene Lösungsansätze bekannt. Typischerweise wird ein Lamellenträger zur Aufnahme von Außen- oder Innenlamellen mit einem kreisrunden Verstärkungsring versehen, welcher zu einer Steifigkeitserhöhung des Lamellenträgers führt, sodass sich dieser unter einer Fliehkrafteinwirkung weniger stark in die radial nach außen wirkende Richtung aufweiten kann. Solche Verstärkungsringe lassen sich aus verschiedenen Materialien wie Metallen oder Faserkunststoffverbundmaterialien fertigen. Die Ringe werden beispielsweise auf ein Lamellenträger aufgepresst und/oder mit diesem Punktverschweißt. Eine Drehzahlfestigkeitserhöhung von Lamellenkupplungen mit Hilfe von Verstärkungsringen und/oder unter Einsatz einer flanschartigen Verstärkung, welche an einer axialen Stirnseite eines Lamellenträgers vorgesehen ist, ist jedoch mit einem hohen Aufwand und hohen Kosten verbunden. Zur Erhöhung einer Steifigkeit eines Lamellenträgers kann auch eine Wandstärke eines hochbelasteten Abschnitts des Lamellenträgers vergrößert werden. Hierdurch nimmt der Lamellenträger jedoch mehr Bauraum ein, was ein Risiko birgt, dass der Lamellenträger nicht mehr in ein vorgesehenes Getriebegehäuse passt.
Ebenso muss dieser Ring eine gewisse Eigensteifigkeit und damit Wandstärke haben, um sich bei einem Aufpressprozess nicht zu verformen. Dies bedeutet eine Vergrößerung eines Trägheitsmoments des mit einem Verstärkungsring versehenen Lamellenträgers sowie eine Erhöhung von Verlusten bei Betrieb des Automatikgetriebes, in welcher der mit einem Verstärkungsring versehen Lamellenträger verbaut ist, und es kann auch zu Unrundheiten durch den Aufpressprozess kommen, da üblicherweise Presspassungen verwendet werden müssen. Die Presspassungen müssen vergleichsweise hohe Überdeckungen aufweisen, um in allen Betriebszuständen, wie beispielsweise kalter oder warmer Verbrennungsmotor, Stillstands- oder Volllastbetrieb oder Schub-oder Zugbetrieb, einen sicheren Halt der Lamellenkupplung zu gewährleisten. Daher muss auch die Steifigkeit des Lamellenträgers an sich schon ausreichend groß sein, was mit hohen Wandstärken des Lamellenträgers, und/oder mittels einer Auswahl geeigneter Materialien für die Ausbildung des Lamellenträgers möglich ist, sichergestellt werden.
Aus der DE 10 2010 008 735 A1 sind ein Lamellenträger für eine Lamellenkupplung und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Lamellenträgers bekannt. Die Druckschrift offenbart einen aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellten Verstärkungsring zur Erhöhung einer Drehzahlfestigkeit des Lamellenträgers. Der Verstärkungsring umfasst bevorzugt mehrere Wickellagen eines Faserwerkstoffes, insbesondere eines Faserwerkstoffes in Form von Kohlenstofffasern (CFK). Zum Aufziehen des Verstärkungsrings auf den Lamellenträger wird der Lamellenträger in eine radiale Richtung zusammengestaucht und der Verstärkungsring in eine axiale Richtung über den Lamellenträger geschoben. Zum Fixieren des Verstärkungsrings auf dem Lamellenträger wird der Verstärkungsring entweder alleinig durch eine Anpresskraft auf den Lamellenträger gehalten, es ist jedoch auch möglich diesen zusätzlich mit einem Adhäsiv, beziehungsweise einem Kunstharz, zu fixieren. Durch Vorsehen eines separaten Verstärkungsrings steigt jedoch ein Produktionsaufwand des Lamellenträgers. So ist eine zusätzliche Bauteil-, beziehungsweise Sachnummer zur Kennzeichnung des Verstärkungsrings notwendig, was einen Logistikaufwand erhöht. Zudem geht ein zusätzliches Bauteil auch mit erhöhten Kosten einher. Ferner sind Faserkunststoffverbundbauteile teuer in der Herstellung, insbesondere unter Einsatz von Kohlenstofffasern. Ferner lässt sich der in der Druckschrift offenbarte Verstärkungsring nur mit einem hohen Aufwand auf den Lamellenträger anbringen. Zudem ist der Verstärkungsring vergleichsweise massiv, auch wenn er aus einem Faserkunststoffverbundmaterial hergestellt wurde, wodurch ein Trägheitsmoment des Lamellenträgers zunimmt. Hierdurch wird ein dynamisches Ansprechverhalten der Lamellenkupplung verschlechtert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Lamellenschaltelement mit einem Lamellenträger anzugeben, welches eine gesteigerte Drehzahlfestigkeit aufweist und dabei einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Lamellenschaltelement mit einem Lamellenträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.
Bei einem Lamellenschaltelement mit einem Lamellenträger der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß der Verstärkungskörper als ein mittels eines thermischen Fügeverfahrens aufgeschmolzener metallischer Verstärkungskörper ausgebildet. Der metallische Verstärkungskörper ist an sämtlichen Kontaktstellen mit dem Lamellenträger stoffschlüssig verbunden.
Indem der metallische Verstärkungskörper auf den Lamellenträger aufgeschmolzen wird, lässt sich eine Drehzahlfestigkeit des Lamellenschaltelements beziehungsweise des Lamellenträgers besonders einfach und kostengünstig verbessern. Dabei lässt sich ein Werkstoffauftrag zur Erzeugung des metallischen Verstärkungskörpers gezielt steuern. Da der metallische Verstärkungskörper an sämtlichen Kontaktstellen mit dem Lamellenträger stoffschlüssig verbunden ist, wird der metallische Verstärkungskörper besonders zuverlässig auf dem Lamellenträger gehalten und benötigt auch vorteilhaft keine erhöhte Eigensteifigkeit des Lamellenträgers. Dies ist bei einem metallischen Verstärkungskörper in Form eines Metallrings, welcher lediglich über mehrere Punktschweißstellen mit den Lamellenträger verbunden ist nicht der Fall, da die einzelnen Punktschweißstellen bei einer Überlastung leichter versagen können. Somit weist ein aufgeschmolzener metallischer Verstärkungskörper, welcher an sämtlichen Kontaktstellen mit dem Lamellenträger stoffschlüssig verbunden ist, eine erhöhte Belastbarkeit auf. Unnötiges Material, das allein einer Versteifung eines Verstärkungsrings in einem Aufpressvorgang des Verstärkungsrings dient, kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verstärkungskörpers vermieden werden. Da eine Anbindung des erfindungsgemäßen Verstärkungskörpers über den gesamten Umfang erfolgt, werden mögliche Unrundheiten und Unwuchten durch die partiellen Verbindungsstellen an den Punktschweißpunkten bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verstärkungskörpers von vornherein vermieden.
Dabei wird ein Zusatzwerkstoff zur Ausbildung des metallischen Verstärkungskörpers auf den Lamellenkörper aufgetragen, wobei ein Durchmesser des Lamellenträgers, an einem axialen Abschnitt zu dem der metallische Verstärkungskörper auf dem Lamellenträger vorgesehen ist, nur vergleichsweise wenig zunimmt. Beispielsweise haben sich dabei Schichthöhen von 0,5 - 2 Millimeter, bevorzugt 0,5 - 1 Millimeter bewährt. Hierdurch kann eine nachteilige Zunahme eines Trägheitsmoments des Lamellenträgers vermieden werden. Da somit nur vergleichsweise wenig Zusatzwerkstoff benötigt wird, lässt sich der Verstärkungskörper günstig herstellen. In diesem Falle wird auch ein Wärmeeintrag in den Lamellenträger begrenzt, wodurch nachteilige Gefügeumwandlungen und damit Verzüge reduziert werden. Da ein Ort eines Werkstoffauftrags nur durch eine Position eines Laserbearbeitungskopfes relativ zum Lamellenträger definiert wird, sind auch Mischformen aus radialem und axialem Werkstoffauftrag denkbar.
Dabei wird der Werkstoffauftrag zur Erzeugung des aufgeschmolzenen metallischen Verstärkungskörpers an eine Bauteilgeometrie des Lamellenträgers gezielt angepasst. Beispielsweise wird eine radiale Stärke des metallischen Verstärkungskörpers und/oder seine axiale Ausdehnung an wechselnde Einsatzbedingungen des Lamellenschaltelements angepasst. Dies erfolgt direkt während des thermischen Fügeverfahrens, wodurch eine Anpassung an verschiedene Bauteilgeometrien besonders einfach und flexibel umsetzbar ist.
Neben einer Auftragsmenge und Bauteiltemperatur lässt sich auch eine Anbindung einer Zusatzwerkstoffschicht an den Lamellenträger während des thermischen Fügeverfahrens überwachen. Eine entsprechende Information lässt sich dabei auch zur Regelung des Herstellungsprozesses nutzen. So kann ein Vorschub des Lamellenträgers und/oder des metallischen Zusatzwerkstoffs, eine Energiemenge zum Aufschmelzen des metallischen Zusatzwerkstoffs und/oder eine Menge und Verteilung des Zusatzwerkstoffs auf dem Lamellenträger gezielt eingestellt werden. Hierdurch lässt sich eine Variable Verstärkungskörpergeometrie erzeugen. Dies bietet Vorteile gegenüber der Verwendung eines aus einem Zusatzbauteil bestehenden Verstärkungskörpers, wie beispielsweise einem Faserkunststoffverbundverstärkungskörper. So lässt sich mit Hilfe des thermischen Fügeverfahrens auch eine bessere Maßhaltigkeit des metallischen Verstärkungskörpers gegenüber einem Faserkunststoffverbundverstärkungskörper einhalten.
Generell ist es auch denkbar, dass ein Wärmeeintrag während des thermischen Fügeverfahrens gezielt gesteuert wird, um einen vorteilhaften Anlasseffekt im Lamellenträger zu erreichen, wodurch beispielsweise durch einen Kaltumformprozess in den Lamellenträger eingebrachte Spannungen abgebaut werden. Andererseits kann durch schnelle Abkühlung auch ein Härteeffekt, sofern vom Werkstoff her möglich, erzielt werden, um die Gestaltfestigkeit zu erhöhen. Da der metallische Verstärkungskörper während des thermischen Fügeverfahrens gleichzeitig hergestellt und auf dem Lamellenträger aufgetragen wird, wird ein Aufwand zum Vorsehen eines Verstärkungskörpers auf einem Lamellenträger reduziert. Zudem entfällt das Erfordernis des Vorsehens einer zusätzlichen Bauteil- beziehungsweise Sachnummer, was Logistikvorteile mit sich bringt. Auch können damit auf Basis eines einheitlichen Lamellenträgers für beispielsweise eine Anwendung mit leistungsschwächeren Verbrennungsmotoren durch das entsprechende Werkstoffauftragen mehr oder minder starker Verstärkungen höher belastbare Varianten erzeugt werden. Der Aufwand für zusätzliche Werkzeuge, Lagerhaltung, Ersatzteile für verschiedene Anwendungsvarianten entfällt.
Um eine Haftung eines metallischen Zusatzwerkstoffs auf dem Lamellenträger im thermischen Fügeverfahren zu verbessern, lässt sich der Lamellenträger vor dem thermischen Fügeverfahren auch in einem Laserreinigungsprozess auf das Fügen vorbereiten. Hierdurch lassen sich beispielsweise Schmutzpartikel, Öl-, Fett- und/oder ein Kühlschmierstofffilm entfernen, was eine besonders zuverlässige stoffschlüssige Verbindung zwischen dem metallischen Verstärkungskörper und dem Lamellenträger ermöglicht.
Da der Verstärkungskörper ein Metall beziehungsweise eine Metalllegierung umfasst, lässt sich dieser stärker thermisch belasten als ein vergleichbarer aus einem faserverstärkten Kunststoffverbundmaterial gefertigter Verstärkungskörper. Dies bietet Vorteile bei ölgeschmierten Kupplungen, da sich das Öl im Betrieb der Kupplung so stark aufheizen kann, dass ein aus einem Kunststoffverbundmaterial gefertigter Verstärkungskörper aufgrund einer thermisch bedingten Festigkeitsreduktion einer auf ihn wirkenden Beanspruchung nicht mehr standhalten kann. Metallische Werkstoffe sind zudem ölbeständig und altern nicht wie dies beispielsweise bei Kunststoffen der Fall ist. Zudem ist der erfindungsgemäße Lamellenträger leichter zu recyclen, da der metallische Verstärkungskörper keinen Kunststoff umfasst. Des Weiteren lässt sich eine Oberfläche des metallischen Verstärkungsringes in weiteren Verfahrensschritten als Funktions- und/oder Spannhilfsfläche nutzen. Dies ist mit einem aus einem Faserkunststoffmaterial gefertigten Verstärkungskörper nicht möglich.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Lamellenschaltelementes sieht vor, dass der metallische Verstärkungskörper in eine Umfangsrichtung um den Lamellenträger durchgehend verläuft. In diesem Falle lassen sich fliehkraftbedingte Zugspannungen, die in die Umfangsrichtung wirken, vom metallischen Verstärkungskörper noch effizienter aufnehmen, wodurch die Drehzahlfestigkeit des Lammelenschaltelements noch weiter verbessert werden kann. Dies kann noch durch eine entsprechende Wärmeführung und/oder dem Aufbringen mehrerer dünner Schichten unterstützt werden.
Neben einer Aufbringung eines Zusatzwerkstoffes in Pulverform für eine Ausbildung des erfindungsgemäßen Verstärkungskörpers, das in einen Laserstrahl über ein Trägergas gefördert wird und der damit verbunden Nachteile, wie Overspray, Verunreinigung des Bauteiles und höherer Kosten) sieht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lamellenschaltelementes vor, dass es sich bei dem metallischen Verstärkungskörper um einen durch Aufschmelzen eines Metalldrahts erzeugten Verstärkungskörper handelt. Unter Verwendung eines Metalldrahtes lässt sich der metallische Zusatzwerkstoff besonders einfach und gezielt auf dem Lamellenträger aufbringen. Insbesondere wird dabei ein Metall beziehungsweise eine Metalllegierung verwendet, welche gegenüber einem Grundmaterial des Lamellenträgeres mindestens gleiche, aber vorteilhafter höhere Festigkeitskennwerte aufweist. Ferner ist es möglich verschiedene Werkstofftypen zu kombinieren. Beispielsweise kann der Metalldraht aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl wie 1.4301 oder einem Einsatzwerkstoff wie 16MnCr5 hergestellt sein. Dabei lässt sich im thermischen Fügeverfahren ein Wärmeeintrag zum Aufschmelzen des Metalldrahts gezielt einstellen, sodass ein Gefüge des Metalldrahtes gezielt verändert wird. So kann das Metallgefüge des aufgeschmolzenen Metalldrahtes insbesondere härter oder zäher oder duktiler ausgeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Lamellenschaltelementes sieht ferner vor, dass das thermische Fügeverfahren ein Laserstrahlschweißverfahren ist. Insbesondere handelt es sich dabei um additives Laserauftragsschweißen. So lässt sich unter Verwendung von Laserstrahlschweißen eine Geometrie des durch Aufschmelzen hergestellten metallischen Verstärkungskörpers sowie eine Position auf dem Lamellenträger an der der Zusatzwerkstoff aufgetragen wird, besonders fein steuern. Ferner lässt sich ein Wärmeeintrag in den Lamellenträger gezielt steuern, wodurch der Wärmeeintrag gegenüber anderen Fertigungsverfahren reduziert werden kann, wodurch wiederum unerwünschte Gefügeumwandlungen unterbunden beziehungsweise erwünschte gefördert werden. Dabei ist es üblich, dass sich zum Auftragen des metallischen Zusatzwerkstoffes auf dem Lamellenträger der Lamellenträger unterhalb einer Optik einer Laserschweißanlage dreht, und der metallische Zusatzwerkstoff in einen Laserstrahl eingebracht wird, um diesen auf dem Lamellenträger aufzutragen. Ferner lassen sich bestehende Laserschweißanlagen zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lamellenschaltelementes mit dem Lamellenträger nutzen. Hierzu ist lediglich eine entsprechende Optik beziehungsweise Materialzufuhr nachzurüsten. Hierdurch lassen sich Kosten in der Fertigung des erfindungsgemäßen Lamellenschaltelementes weiter reduzieren. Da somit keine hohen Werkzeuginvestitionskosten notwendig sind, eignet sich Laserstrahlschweißen vorteilhaft auch für geringe Produktionsmengen, wie beispielsweise höher motorisierte Kraftfahrzeuge, oder Hybrid- und Elektrofahrzeugvarianten in geringeren Stückzahlen.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lamellenschaltelementes weist der metallische Verstärkungskörper Schrumpfspannungen auf, welche im Wesentlichen in eine Umfangsrichtung des Verstärkungskörpers orientiert sind. Solche Schrumpfspannungen stellen hilfreiche Eigenspannungen dar, mit deren Hilfe die Drehzahlfestigkeit des Lamellenschaltelements verbessert werden kann. Dabei wirken Zugspannungen in Umfangsrichtung und Druckspannungen in Richtung einer Drehachse des Lamellenträgers bei einer späteren Verwendung in einer Kupplung. Somit wirken die Druckspannungen entgegen einer Fliehkraft, wodurch sich der Lamellenträger insbesondere bei vergleichsweise hohen Drehzahlen weniger stark in die radiale Richtung aufweitet. Dies kann noch durch eine entsprechende Wärmeführung und/oder durch ein Aufbringen mehrerer dünner Schichten unterstützt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Lamellenschaltelementes sieht ferner vor, dass der metallische Verstärkungskörper zumindest abschnittsweise auf einer in der axialen Richtung liegenden Stirnfläche des Lamellenträgers angeordnet ist. Hierdurch lässt sich ein zur Verfügung stehender Bauraum noch effizienter nutzen. So besteht die Möglichkeit, dass ein Kupplungsgehäuse einen zu geringen Bauraum zur Aufnahme eines in die radiale Richtung ausgebildeten Verstärkungskörpers aufweist. In diesem Falle lässt sich ein entsprechender Lamellenträger trotzdem verstärken, indem der metallische Verstärkungskörper an der Stirnseite des Lamellenträgers vorgesehen wird. Dies ist insbesondere unter Verwendung eines aus einem Faserkunststoffverbundmaterial hergestellten Verstärkungskörpers nicht möglich, da dieser radial außen auf einen Lamellenträger aufgeschoben wird. Auch ein metallischer Verstärkungsring wäre an dieser Stelle durch die Erfordernis einer Nutgeometrie zum Aufpressen oder einer umlaufenden Schweißverbindung nachteilig.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lamellenschaltelementes ist der metallische Verstärkungskörper aus zumindest zwei Werkstoffschichten ausgebildet, wobei jeweilige Schichtstärken in etwa 0,1 bis 1,5 Millimeter betragen.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Lamellenschaltelementes ist der metallische Verstärkungskörper zumindest abschnittsweise auf einer in einer radialen Richtung liegenden Umfangsfläche des Lamellenträgers angeordnet. Dabei kann der metallische Verstärkungskörper sowohl an einer radialen Außenfläche, als auch an einer radialen Innenfläche des Lamellenträgers verlaufen. Dabei kann er vollständig radial außen, vollständig radial innen, als auch abschnittsweise radial außen und abschnittsweise radial innen entlang des Lamellenträgers verlaufen. Dabei kann der metallische Verstärkungskörper auch zumindest abschnittsweise an der in die axiale Richtung liegenden Stirnfläche des Lamellenträgers verlaufen. Somit lässt sich eine flexible bauteilabhängige Geometrie des metallischen Verstärkungskörpers erzeugen. Dadurch kann der metallische Verstärkungskörper noch gezielter an wechselnde Anforderungen angepasst werden. Hierdurch lässt sich beispielsweise eine gezielte Massenverteilung erreichen und/oder eine gezielte Steifigkeit des Lamellenträgers einstellen.
Bevorzugt ist eine an einer festgelegten Position des Lamellenträgers zur Ausbildung des Verstärkungskörpers aufgeschmolzene Zusatzwerkstoffmenge von einer Unwucht des Lamellenträgers, von einem Verzug des Lamellenträgers und/oder von einem verfügbaren Bauraum abhängig. Beispielsweise lässt sich eine Zusatzwerkstoffmenge so steuern, dass eine Unwucht des Lamellenträgers ausgeglichen beziehungsweise vermieden wird. Ebenso lässt sich ein Verzug des Lamellenträgers gegebenenfalls kompensieren. Wie bereits erwähnt, kann der Zusatzwerkstoff auch an solchen Positionen an dem Lamellenträger aufgebracht werden, sodass der mit Hilfe des metallischen Verstärkungskörpers verstärkte Lamellenträger auch in einem Kupplungsgehäuse aufnehmbar ist, welches besondere Anforderungen an einen zur Verfügung stehenden Bauraum stellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Lamellenschaltelementes ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.
Dabei zeigen:

1 eine schematische, geschnittene Darstellung eines bekannten Lamellenschaltelementes;
2 eine schematische, geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Lamellenträgers; und
3 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Lamellenträger.

Ein in 1 dargestelltes Lamellenschaltelement 1 ist Bestandteil einer Kupplung eines Fahrzeugautomatikgetriebes. Das Lamellenschaltelement 1 umfasst einen Außenlamellenträger 2.1 und einen Innenlamellenträger 2.2 welche zur Drehmomentübertragung über eine Vielzahl an Außenlamellen 6.1 und Innenlamellen 6.2 in Wirkverbindung stehen. Dabei werden die Außenlamellen 6.1 vom Außenlamellenträger 2.1 und die Innenlamellen 6.2 von Innenlamellenträger 2.2 aufgenommen. Hierzu weisen die jeweiligen Lamellenträger 2.1 und 2.2 entsprechende in eine axiale Richtung X verlaufende Nuten auf, in die die jeweiligen Lamellen 6.1 und 6.2 eingeschoben sind. Die Außenlamellen 6.1 und die Innenlamellen 6.2 sind in die axiale Richtung X entlang der jeweiligen Lamellenträger 2.1 und 2.2 beweglich. Durch Ausüben einer Anpresskraft in die axiale Richtung X mit Hilfe eines Anpresskolbens 7 werden die Außenlamellen 6.1 und die Innenlamellen 6.2 kraftschlüssig verbunden, sodass eine Momentenübertragung zwischen dem Außenlamellenträger 2.1 und den Innenlamellenträger 2.2 ermöglicht wird. Hierzu sind die jeweiligen Lamellenträger 2.1 und 2.2 mit einer entsprechenden Antriebs- beziehungsweise Abtriebswelle (nicht dargestellt) verbunden. Ferner können der Außenlamellenträger 2.1, als auch der Innenlamellenträger 2.2, Zähne 8 zur Ausbildung einer Verzahnung zur Abgabe eines Drehmomentes an weitere Getriebekomponenten aufweisen. Da das Lamellenschaltelement 1, insbesondere der Außenlamellenträger 2.1 aufgrund einer Rotation in eine Umfangsrichtung U um eine Rotationsachse 10 vergleichsweise stark in eine radiale Richtung r auf Fliehkraft beansprucht wird, kann das Lamellenschaltelement 1 gegebenenfalls bei einer hinreichend großen übertragenen Leistung beschädigt werden. Zur Verstärkung des Außenlamellenträgers 2.1 beziehungsweise des Innenlamellenträgers 2.2 ist eine Fliehkraftverstärkung 9 in Form eines in die Umfangsrichtung U verlaufenden Faserkunststoffverbundringes vorgesehen. Mit Hilfe der Fliehkraftverstärkung 9 lässt sich eine Drehzahlfestigkeit des jeweiligen Lamellenträgers 2.1 oder 2.2 erhöhen. Das Vorsehen eines entsprechenden Verstärkungsringes ist jedoch vergleichsweise aufwändig und führt zu einer Trägheitsmomentenzunahme des Lamellenschaltelementes 1, was ein dynamisches Ansprechverhalten der Lamellenkupplung verschlechtert. Ferner entsteht durch das Vorsehen eines zusätzlichen Bauteils ein vergrößerter logistischer Aufwand, da der Verstärkungsring mit einer zusätzlichen Bauteil- beziehungsweise Sachnummer versehen werden und in einer entsprechenden Bauteildatenbank gepflegt werden muss.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in 1 gezeigten Details A. In 2 ist anstelle eines von einem Faserkunststoffverbundring ausgebildeten Verstärkungskörpers zur Erhöhung der Drehzahlfestigkeit des Außenlamellenträgers 2.1 ein metallischer Verstärkungskörpers 3 vorgesehen. Dieser ist mit einem thermischen Fügeverfahren durch Aufschmelzen eines Zusatzwerkstoffs auf den Außenlamellenträger 2.1 aufgebracht worden. Dabei sind in 2 vier verschiedene mögliche Positionen an denen der metallische Verstärkungskörper 3 am Außenlamellenträger 2.1 angeordnet sein kann gezeigt. So kann der metallische Verstärkungskörper 3 wenigstens abschnittsweise an einer in die Axialrichtung X verlaufenden Stirnfläche 4 am Außenlamellenträger 2.1 angeordnet sein und/oder wenigstens abschnittsweise auf einer in die Umfangsrichtung U verlaufenden Umfangsfläche 5 des Außenlamellenträgers 2.1 angeordnet sein. Dabei kann der metallische Verstärkungskörper 3 sowohl in die radiale Richtung r betrachtet an einer Außenumfangsfläche 5_a des Außenlamellenträgers 2.1, als auch an einer Innenumfangsfläche 5_i am Außenlamellenträger 2.1 vorgesehen sein. Dabei erstreckt sich der metallische Verstärkungskörper 3 in die axiale Richtung X entlang eines axialen Abschnitts ax. Mit Hilfe des thermischen Fügeverfahrens, insbesondere additives Laser-Auftragsschweißen lässt sich der metallische Zusatzwerkstoff zur Ausbildung des metallischen Verstärkungskörpers 3, beispielsweise in Form eines Metalldrahts oder eines Metallpulvers gezielt auf dem Außenlamellenträger 2.1 aufbringen. Dabei wird der metallische Zusatzwerkstoff als auch ein entsprechender in die Umfangsrichtung U verlaufender axialer Abschnitt ax des Außenlamellenträgers 2.1 durch die entstehende Prozesswärme aufgeschmolzen. Hierdurch gehen der metallische Zusatzwerkstoff und der Außenlamellenträger 2.1 einen Stoffschluss ein. Somit wird eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen dem metallischen Verstärkungskörper 3 und dem Außenlamellenträger 2.1 hergestellt. Zudem kann eine Geometrie des metallischen Verstärkungskörpers 3 beliebig ausgeführt sein, und der metallische Verstärkungskörper 3 an beliebigen Positionen der Stirnfläche 4 beziehungsweise den Umfangsfläche 5_a und 5_i am Außenlamellenträger 2.1 vorgesehen sein. Hierdurch kann eine gezielte Massenverteilung erreicht werden, um beispielsweise eine Unwucht und/oder einen Verzug des Außenlamellenträgers 2.1 auszugleichen. Zudem kann vermehrt dort Masse vorgesehen werden, wo mehr Bauraum zur Verfügung steht.
3 zeigt eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Lamellenträger 2.1, 2.2, hier in Form des Außenlamellenträgers 2.1 entgegen der Axialrichtung X. Mit Hilfe von 3 wird verdeutlicht, wie der metallische Verstärkungskörper 3 in die Umfangsrichtung U sowohl an der Stirnfläche 4, als auch an der Innenumfangsfläche 5_i beziehungsweise der Außenumfangsfläche 5_a um den Außenlamellenträger 2.1 verläuft. Hierzu ist 3 in vier Quadranten I, II, III, IV unterteilt. Dabei verläuft der metallische Verstärkungskörper 3 im ersten Quadranten I entlang der Stirnfläche 4, im zweiten Quadranten II an der Außenumfangsfläche 5_a. im dritten Quadranten III erneut auf der Stirnfläche 4 und im vierten Quadranten IV an der Innenumfangsfläche 5_i. Dabei kann der metallische Verstärkungskörper 3 in Richtung der Umfangsrichtung U auch an einer oder mehreren Umfangsabschnitten unterbrochen sein (nicht gezeigt). Ebenfalls ist es möglich, dass ein metallischer Verstärkungskörper 3 an einem Innenlamellenträger 2.2 vorgesehen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010008735 A1 [0008]

Claims

Lamellenschaltelement (1) mit einem Lamellenträger (2.1, 2.2) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei der Lamellenträger (2.1, 2.2) in einem in eine axiale Richtung (X) begrenzten Abschnitt (ax) mindestens einen umfänglich um den Lamellenträger (2.1, 2.2) angeordneten Verstärkungskörper (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungskörper (3) als ein mittels eines thermischen Fügeverfahrens aufgeschmolzener metallischer Verstärkungskörper (3) ausgebildet ist, welcher an sämtlichen Kontaktstellen mit dem Lamellenträger (2.1, 2.2) stoffschlüssig mit diesem verbunden ist.
Lamellenschaltelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Verstärkungskörper (3) in eine Umfangsrichtung (U) um den Lamellenträger (2.1, 2.2) durchgehend verläuft.
Lamellenschaltelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Verstärkungskörper (3) in die Umfangsrichtung (U) um den Lamellenträger (2.1, 2.2) an wenigstens einer Umfangsposition unterbrochen ist.
Lamellenschaltelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem metallischen Verstärkungskörper (3) um einen durch Aufschmelzen eines Metalldrahts erzeugten Verstärkungskörper (3) handelt.
Lamellenschaltelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem metallischen Verstärkungskörper (3) um einen durch Aufschmelzen eines Metallpulvers erzeugten Verstärkungskörper (3) handelt.
Lamellenschaltelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Fügeverfahren ein Laserstrahlschweißverfahren ist.
Lamellenschaltelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Verstärkungskörper (3) Schrumpfspannungen aufweist, welche im Wesentlichen in eine Umfangsrichtung (U) des Verstärkungskörpers (3) orientiert sind.
Lamellenschaltelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Verstärkungskörper (3) zumindest abschnittsweise auf einer in der axialen Richtung (X) liegenden Stirnfläche (4) des Lamellenträgers (2.1, 2.2) angeordnet ist.
Lamellenschaltelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische Verstärkungskörper (3) zumindest abschnittsweise auf einer in einer radialen Richtung (r) liegenden Umfangsfläche (5) des Lamellenträgers (2.1, 2.2) angeordnet ist.
Lamellenschaltelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine an einer festgelegten Position des Lamellenträgers (2.1, 2.2) zur Ausbildung des Verstärkungskörpers (3) aufgeschmolzene Zusatzwerkstoffmenge von einer Unwucht des Lamellenträgers (2.1, 2.2), von einem Verzug des Lamellenträgers (2.1, 2.2) und/oder von einem verfügbaren Bauraum abhängig ist.