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Dokumentenidentifikation DE102005007566B4 22.02.2007
Titel Kupplungsanordnung mit Schwingungsdämpfer
Anmelder General Motors Corp., Detroit, Mich., US
Erfinder Springer, James A., Ann Arbor, Mich., US;
Samanich, Robert S., Brighton, Mich., US;
Haka, Raymond J., Brighton, Mich., US;
Maguire, Joel M., Northville, Mich., US;
Devlin, Peter E., Ann Arbor, Mich., US
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 18.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005007566
Offenlegungstag 15.09.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.02.2007
IPC-Hauptklasse F16D 13/64(2006.01)A, F, I, 20060915, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16D 13/74(2006.01)A, L, I, 20060915, B, H, DE   F16D 25/0638(2006.01)A, L, I, 20060915, B, H, DE   F16F 15/173(2006.01)A, L, I, 20060915, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 20. Februar 2004 eingereichten US-Patentanmeldung Seriennummer 60/546,114, die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit einbezogen ist.

Diese Erfindung bezieht sich auf Kupplungsanordnungen mit Dämpfungseinrichtungen, die innerhalb einer Kupplungsnabe integral angeordnet sind, um eine Selbstanregung der Kupplungsanordnung während eines Einrückens oder Ausrückens der Kupplung zu reduzieren.

Im Allgemeinen umfasst ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs mehrere Zahnradelemente und selektiv in Eingriff bringbare Reibelemente (worauf hierin als Kupplungen verwiesen wird), die gesteuert werden, um eines von mehreren Vorwärtsübersetzungsverhältnissen zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen des Getriebes einzurichten. Die Eingangswelle ist typischerweise durch eine Fluidkopplung wie z.B. einen Drehmomentwandler mit dem Fahrzeugmotor gekoppelt, und die Ausgangswelle ist über einen Differentialgetriebesatz mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs gekoppelt.

Das Schalten von einem gegenwärtig eingerichteten Übersetzungsverhältnis zu einem neuen Übersetzungsverhältnis ist in den meisten Fällen mit einem Ausrücken einer Kupplung (einer auseinandergehenden Kupplung), die mit dem gegenwärtigen Übersetzungsverhältnis verbunden ist, und einem Einrücken einer Kupplung (zusammengehende Kupplung) verbunden, die mit dem neuen Übersetzungsverhältnis verbunden ist. Das Einrücken und Ausrücken einer Kupplung kann eine Selbstanregung der Kupplung zur Folge haben, während die Kupplung schleift.

Die DE 1 171 274 B beschreibt eine Kupplungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kupplungsanordnung bereitzustellen, die ein hörbares Geräusch eliminiert oder reduziert.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Es wird eine Kupplungsanordnung geschaffen, die ein hörbares Geräusch eliminiert oder reduziert, das durch eine Selbstanregung der Kupplung während eines Einrückens oder Ausrückens erzeugt werden kann. Die Kupplungsanordnung umfasst eine um eine Achse drehbare Kupplungsnabe. Die Nabe weist eine Innenfläche und ein Nabenreibfläche auf. Die Innenfläche und die Nabenreibfläche wirken zusammen, um zumindest teilweise einen Hohlraum zu definieren. Ein Dämpfungselement (worauf manchmal auch als "Dämpfer" verwiesen wird) befindet sich innerhalb des Hohlraums und steht mit der Nabenreibfläche in Kontakt. Das Dämpfungselement ist bezüglich der Kupplungsnabe um die Achse drehbar, so dass eine relative Bewegung zwischen dem Dämpfungselement und der Nabenreibfläche eine Energieabsorption und -dissipation zur Folge hat, um eine unerwünschte Kupplungsvibration zu minimieren. Der Dämpfungsring verhindert oder reduziert eine Oszillation und Selbstanregung der Kupplungsanordnung im Gegensatz zu Dämpfungseinrichtungen nach dem Stand der Technik, welche Quellen externer Anregung wie z.B. Zündimpulse von einem Motor absorbieren. Da das Dämpfungselement sich innerhalb eines Hohlraums in der Nabe befindet, hat es keinen nachteiligen Effekt auf den Getriebeeinbau. Dämpfungselemente nach dem Stand der Technik wie z.B. diejenigen, die an Motoren verwendet werden, werden an ein bestehendes System "angebaut" und erfordern zusätzlichen Einbauraum.

Die Kupplungsanordnung ist vorzugsweise so konfiguriert, dass der Hohlraum mit einer Quelle eines Fluidschmiermittels in Fluidverbindung steht, und ist so gestaltet, dass das Fluidschmiermittel zwischen dem Dämpfungselement und der Nabenreibfläche zur Innenfläche strömt. Löcher, die in der Nabe durch die Innenfläche ausgebildet sind, schaffen einen Kanal für das Fluid, damit es zu Kupplungsscheiben strömt.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

1 einen schematischen Querschnitt einer Kupplungsanordnung mit einem Dämpfungsring in einem Automatikgetriebe;

2 eine schematische perspektivische Ansicht des Dämpfungsrings von 1;

3 eine andere perspektivische Ansicht des Dämpfungsrings von 1 und 2;

4 einen schematischen Querschnitt eines Teils der Kupplungsanordnung von 1; und

5 einen schematischen Querschnitt des Teils der Kupplungsanordnung von 4, mit Pfeilen, um Fluidströmungswege durch die Kupplungsanordnung und insbesondere um den Dämpfungsring anzugeben.

In 1 ist eine Kupplungsanordnung 10 in einem Automatikgetriebe 12 eines Fahrzeugs schematisch dargestellt. Die Kupplungsanordnung 10 umfasst eine Kupplungsnabe 14, die um eine Achse A auf einer Nabenwelle 16 drehbar ist. Die Kupplungsnabe 14 ist gekennzeichnet durch eine Innenfläche 18, die im Wesentlichen axial, d.h. parallel zur Achse A, orientiert ist, und eine Außenfläche 22, die der Innenfläche 18 gegenüberliegt. Die Kupplungsnabe 14 umfasst eine Wand 26, die eine Nabenreibfläche 28 definiert. Die Wand 26 und die Nabenreibfläche 28 sind im Wesentlichen radial, d.h. senkrecht zur Achse A, orientiert. Mehrere Kupplungsscheiben 32 sind an der Außenfläche 22 mit der Nabe 14 für eine gemeinsame Drehung wirksam verbunden. Die Innenfläche 18 und die Außenfläche 22 können keilverzahnt sein.

Die Nabenreibfläche 28 und die Innenfläche 18 definieren in der dargestellten Ausführungsform teilweise einen ringförmigen Hohlraum 30. Ein ringförmiges Dämpfungselement oder ein Dämpfungsring 34 befindet sich im Hohlraum 30. Der Dämpfungsring 34 und der Hohlraum 30 befinden sich in der Nabe 14 zwischen den Scheiben 32 und der Drehachse A, so dass der Dämpfungsring 34 den Getriebeeinbau nicht beeinflusst.

Nach 2 und 3, worin gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten von 1 verweisen, besteht der Dämpfungsring 34 aus Metallpulver, um das Massenmoment unter vernünftigen Kosten zu maximieren. Der Dämpfungsring 34 weist eine ringförmige erste Dämpfungsreibfläche 36 auf, die von einer mit einer Seite des Rings verbundenen ersten Reibscheibe 38 gebildet wird, und eine ringförmige zweite Dämpfungsreibfläche 40, die von einer mit einer gegenüberliegenden Seite des Rings 30 verbundenen zweiten Reibscheibe 42 gebildet wird. Die Reibscheiben 38, 42 sind vorzugsweise ein die Reibung steigerndes Material wie z.B. Reibpapier. Die erste Reibscheibe 38 ist von mehreren radialen Rillen 44 oder Schlitzen unterbrochen.

Nach 4, worin gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten aus 13 verweisen, steht die (vergrößert dargestellte) erste Reibscheibe 38 mit der Nabenreibfläche 28 in Kontakt. Ein Einrückelement für die Dämpfungseinrichtung, das heißt eine Einrückplatte 46, übt eine axiale Kraft auf die (vergrößert dargestellte) zweite Reibscheibe 42 aus, um den Dämpfungsring 34 im Hohlraum 30 festzuhalten und einen Kontakt zwischen der ersten Dämpfungsreibfläche 36 und der Nabenreibfläche 28 aufrechtzuerhalten. Die Einrückplatte 46 für die Dämpfungseinrichtung ist durch einen in eine ringförmige Rille 50 in der Nabe 14 eingesetzten gewellten Schnappring 48 auf der Nabe 14 elastisch (d.h. nicht starr, um so eine Federkonstante zu erzeugen) gestützt.

Der Dämpfungsring 34 ist um die Achse A drehbar und bezüglich der Kupplungsnabe 14 drehbar. Eine relative Bewegung zwischen der Nabenreibfläche 28 und der ersten Reibscheibe 38 hat eine Energieabsorption und -dissipation zur Folge, um eine unerwünschte Kupplungsvibration zu minimieren, um so ein durch eine Selbstanregung der Kupplung hervorgerufenes Geräusch zu reduzieren oder zu eliminieren. Eine relative Bewegung zwischen der Einrückplatte 46 und der zweiten Reibscheibe 42 ergibt entsprechend eine Energieabsorption und -dissipation.

Der Fachmann erkennt, dass solche Eigenschaften einer Energieabsorption eine Funktion des Trägheitsmoments des Dämpfungsrings 34, des Reibungskoeffizienten zwischen der Nabenreibfläche 28, der Einrückplatte 46 bzw. den Reibscheiben 38, 42, der effektiven Radien der Reibelemente, der Anzahl aktiver Reibflächen und der von der Einrückplatte 46 auf den Dämpfungsring 34 ausgeübten axialen Kraft sind. Konkreter ist die Energieabsorption der Dämpfungseinrichtung eine Funktion der Beschleunigung der Kupplungsnabe, des Trägheitsmoments des Dämpfungsrings und des "Losbrech"-Moments (das Produkt des Reibungskoeffizienten, der Anzahl aktiver Flächen, des effektiven Radius und der axialen Kraft).

Die optimale Energiedissipation findet statt, wenn das Losbrechmoment so eingestellt ist, dass der Trägheitsring etwa die halbe Zeit schleift. Die dissipierte Energie ist das Produkt des Losbrechmoments und der Winkelverschiebung. Bei einem Losbrechmoment Null ist die Winkelverschiebung groß, das Produkt der beiden aber ist Null. Bei sehr hohen Werten des Losbrechmoments wird die Winkelverschiebung Null, weil eine relative Bewegung zwischen der Nabe 14 und dem Ring 34 verhindert wird, und die dissipierte Energie ist wieder Null. Folglich gibt es einen optimalen Wert für das Losbrechmoment, der die Energiedissipation maximiert. Dieser optimale Wert ist eine Funktion des Trägheitsmoments des Dämpfungsrings und der Beschleunigung der Nabe (Verschiebung, multipliziert mit der Frequenz im Quadrat).

Nach 5, worin gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten aus 14 verweisen, umfasst das Getriebe 12 ein Axiallager 54 zwischen zwei Wellen 16, 58. Das Axiallager 54 steht mit einer Quelle 62 für unter Druck gesetztes Fluid wie z.B. einer Pumpe zur Schmierung und Kühlung des Axiallagers 54 in Fluidverbindung. Die Kupplungsanordnung 10 ist so konfiguriert und angeordnet, dass sie ein Fluidschmiermittel 66 über das Axiallager 54 von der Fluidquelle empfängt.

Die Einrückplatte 46 ist bezüglich des Schmierungsausgangs 70 des Axiallagerlaufrings 74 angeordnet, um aus dem Laufring 74 des Lagers austretendes Fluid 66 umzuleiten oder zu führen, damit es entlang oder um den Dämpfungsring 34 strömt. Eine geringe Menge Fluid 66 strömt zwischen der zweiten Reibscheibe 42 und der Einrückplatte 46. Das meiste Fluid 66 strömt entlang dem Innendurchmesser 78 des Dämpfungsrings 34, dann zwischen der Nabenreibfläche 28 und dem Dämpfungsring 34 durch die Rillen, die in der (in der 5 nicht dargestellten) ersten Reibfläche ausgebildet sind, um die erste Reibfläche und die Nabenreibfläche 28 zu schmieren und zu kühlen. Alternativ dazu und innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung kann die Nabenreibfläche 28 von mehreren Rillen unterbrochen sein, um den Strom des Schmiermittels 66 zwischen dem Dämpfungsring 34 und der Nabenreibfläche 28 zu erleichtern.

In der Nabe 14 ausgebildete Löcher 82 erstrecken sich von der Innenfläche 18 zur Außenfläche 22. Der Außendurchmesser 88 des Dämpfungsrings 34 und die Innenfläche 18 definieren dazwischen einen ringförmigen Strömungsweg für das Schmiermittel, der in 4 bei 90 dargestellt ist. Nachdem es durch die Rillen in der ersten Reibscheibe geströmt ist, wird das Schmiermittel 66 in den Strömungsweg 90 zugeführt und dann durch die Löcher 82, um die Scheiben 32 zu schmieren.

Obgleich die besten Verfahren zum Ausführen der Erfindung ausführlich beschrieben wurden, erkennt der Fachmann für die Technik, auf die sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung innerhalb der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen. Eine Kupplungsanordnung weist eine Nabe mit einer Nabenreibfläche und einer Innenfläche auf, die zusammenwirken, um einen Hohlraum zu definieren. Innerhalb des Hohlraums ist ein Dämpfungselement angeordnet und steht mit der Nabenreibfläche in Kontakt. Das Dämpfungselement ist bezüglich der Nabe so drehbar, dass eine relative Bewegung zwischen dem Dämpfungsring und der Nabenreibfläche eine Energieabsorption und -dissipation zur Folge hat, um eine unerwünschte Kupplungsvibration zu minimieren. Der Dämpfungsring befindet sich innerhalb der Kupplungsnabe, so dass er einen Getriebeeinbau nicht nachteilig beeinflusst. Die Kupplungsanordnung weist vorzugsweise ein Element auf, das dafür ausgelegt ist, ein Schmiermittel entlang einem Innendurchmesser des Dämpfungselements zu leiten, so dass es anschließend zwischen dem Dämpfungsring und der Nabenreibfläche und durch die Löcher in der Nabe strömt, um Kupplungsscheiben zu schmieren.


Anspruch[de]
Kupplungsanordnung (10), mit:

einer Kupplungsnabe (14), die um eine Achse (A) drehbar ist, wobei die Kupplungsnabe (14) eine Nabenreibfläche (28) aufweist, die zumindest teilweise einen Hohlraum (30) definiert; und

einem Dämpfungsring (34), der innerhalb des Hohlraums (30) angeordnet ist, mit der Nabenreibfläche (28) in Kontakt steht, um Vibration zu minimieren, und bezüglich der Kupplungsnabe (14) um die Achse (A) drehbar ist;

dadurch gekennzeichnet,

dass ein Einrückelement (46) auf der Kupplungsnabe (14) gestützt und ausreichend gestaltet und angeordnet ist, um eine axiale Kraft in Richtung der Nabenreibfläche (28) auf den Dämpfungsring (34) auszuüben.
Kupplungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (10) derart konfiguriert ist, dass der Hohlraum (30) mit einer Quelle (62) für ein Fluidschmiermittel in Fluidverbindung steht, und die Kupplungsanordnung (10) ausreichend gestaltet ist, um das Schmiermittel zwischen dem Dämpfungsring (34) und der Nabenreibfläche (28) zu leiten. Kupplungsanordnung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einrückelement (46) ausreichend gestaltet und angeordnet ist, um Schmiermittel von der Quelle (62) zu leiten oder zurückzuhalten, so dass das Schmiermittel axial entlang zumindest einem Teil des Innendurchmessers des Dämpfungsrings (34) strömt. Kupplungsanordnung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsring (34) eine Dämpfungsreibfläche (36) in Kontakt mit der Nabenreibfläche (28) aufweist und die Nabenreibfläche (28) oder die Dämpfungsreibfläche (36) von mehreren Rillen unterbrochen ist, um den Strom eines Schmiermittels zwischen dem Dämpfungsring (34) und der Nabenreibfläche (28) zu erleichtern. Kupplungsanordnung (10) nach Anspruch 2,

gekennzeichnet durch

mehrere Kupplungsscheiben (32), die mit der Kupplungsnabe (14) für eine gemeinsame Drehung wirksam verbunden sind;

wobei die Kupplungsnabe (14) gekennzeichnet ist durch eine Innenfläche (18), die mit der Nabenreibfläche (28) zusammenwirkt, um den Hohlraum (30) zu definieren;

die Kupplungsnabe (14) gekennzeichnet ist durch eine Außenfläche (22), die der Innenfläche (18) gegenüberliegt;

der Dämpfungsring (34) durch einen Außendurchmesser (88) gekennzeichnet ist, der mit der Innenfläche (18) der Kupplungsnabe zusammenwirkt, um dazwischen einen Strömungsweg (90) für das Schmiermittel zu definieren;

der Strömungsweg (90) für das Schmiermittel ausreichend gestaltet ist, um Schmiermittel von zwischen dem Dämpfungsring (34) und der Nabenreibfläche (28) zuzuführen; und

in der Kupplungsnabe (14) mehrere, von der Innenfläche (18) zur Außenfläche (22) verlaufende Löcher (82) vorgesehen sind, durch die Schmiermittel vom Strömungsweg (90) für das Schmiermittel strömen kann, um die Kupplungsscheiben (32) zu schmieren und zu kühlen.
Kupplungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kupplungsscheiben (32) mit der Kupplungsnabe (14) für eine gemeinsame Drehung wirksam verbunden sind; und der Dämpfungsring (34) zumindest teilweise zwischen zumindest einer der Kupplungsscheiben (32) und der Achse (A) liegt. Getriebe (12), mit:

einer Kupplungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6;

und

zwei Wellen (16, 58), einem Lager (54) zwischen den beiden Wellen (16, 58), und einer Quelle (62) für ein unter Druck gesetztes Fluidschmiermittel in Fluidverbindung mit dem Lager (54);

wobei der Hohlraum (30) mit dem Lager (54) in Fluidverbindung steht, um von dort ein Schmiermittel zu empfangen.
Getriebe (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einrückelement (46) ausreichend angeordnet und gestaltet ist, um Schmiermittel vom Lager (54) entlang zumindest einem Teil des Innendurchmessers des Dämpfungsrings (34) umzuleiten oder zu führen.






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