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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell Reibvorrichtungen, wie Kupplungs-
oder Bremseinheiten, zur Verwendung in Getrieben, Differentialgetrieben
oder Bremssystemen. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf Mehrscheibenreibungskupplungs- oder -bremssysteme,
die eine selektiv betätigte
Schmierung zum Kühlen
der Kupplung auf Anforderung besitzen.
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Mehrscheibenreibungsvorrichtungen
finden in einem großen
Anwendungsbereich Verwendung, wie beispielsweise als Kupplungen
oder Bremsen. Beispielsweise finden derartige Reibvorrichtungen häufig in
Landfahrzeugen Verwendung. Generell gesagt benötigen Landfahrzeuge drei grundlegende Komponenten.
Diese Komponenten umfassen eine Antriebseinheit (beispielsweise
eine Verbrennungskraftmaschine), einen Antriebszug und Räder. Die Hauptkomponente
des Antriebszuges wird üblicherweise
als „Getriebe" bezeichnet. Das
Drehmoment und die Drehzahl des Motors werden in Abhängigkeit von
den Traktionsanforderungen des Fahrzeuges im Getriebe umgewandelt.
Getriebe umfassen einen oder mehrere Zahnradsätze, die ein inneres Sonnenrad,
Zwischenplanetenräder,
die von ihren Trägern gelagert
werden, und äußere Ringräder umfassen können. Diverse
Komponenten der Zahnradsätze werden
stationär
gehalten oder angetrieben, um die Übersetzungsverhältnisse
im Getriebe zu verändern. Bei
einer Mehrscheibenpackungskupplung handelt es sich um eine Reibvorrichtung,
die üblicherweise als
Haltemechanismus in einem Getriebe oder einem Differentialgetriebe
Verwendung findet. Ferner finden Mehrscheibenreibvorrichtungen für industrielle
Anwendungsfälle
Verwendung, beispielsweise als Nassbremsen, um die Räder von
sich auf dem Boden bewegenden Einrichtungen abzubremsen.
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Die
Mehrscheibenpackungskupplungs- oder -bremseinheit besitzt eine Kupplungsuntereinheit,
die eine Reihe von Platten und eine Reihe von Reibscheiben aufweist,
die miteinander verschachtelt sind. Die Platten und Reibscheiben
befinden sich in einem kontinuierlichen Schmiermittelfluss und drehen
sich im Betrieb bei „offener
Packung" normalerweise
ohne Kontakt aneinander vorbei. Die Kupplungs- oder Bremseinheit
umfasst ferner typischerweise einen Kolben. Wenn eine Komponente
eines Zahnradsatzes gehalten werden soll, wie beispielsweise während eines
speziellen Gangbereiches, wird ein Kolben betätigt, damit die Platten und
Reibscheiben miteinander in Kontakt treten. Bei bestimmten Anwendungsfällen ist
es bekannt, diverse Mehrscheibenpackungsreibvorrichtungen in Kombination
zu verwenden, um unterschiedliche Antriebsverbindungen über das
Getriebe oder Differential und unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse
zu erreichen oder eine Komponente abzubremsen.
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Die
gegenüberliegenden
Flächen
der miteinander verschachtelten Platten und Reibscheiben sind mit
Reibflächen
bedeckt. Wenn eine Reibvorrichtung in Eingriff gebracht wird, wird
kinetische Energie in thermische Energie überführt und eine beträchtliche
Wärmemenge
erzeugt. Wenn die Reibflächen
zu heiß werden,
können
sie verbrennen, wodurch die Reibflächen beschädigt werden und die Wirkung
der Kupplung oder Bremse herabgesetzt wird. Daher muss die beim
Einrücken
einer Reibvorrichtung erzeugte Wärme
abgeführt
werden.
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Mehrscheibenreibungskupplungs-
und -bremssysteme besitzen traditionell eine kontinuierliche „Spritzzufuhr" eines Kühlmittels,
typischerweise eines Fluides für
automatische Getriebe (ATF), um die während des Betriebes erzeugte
Wärme zu
entfernen. Das Kühlmittel
wird am Innenumfang der Scheiben oder in der Nähe desselben zugeführt und bewegt
sich radial nach außen über die
Reibfläche unter
dem Einfluss von Zentrifugalkräften.
Obwohl die Zentrifugalkräfte
wichtig sind, um das Kühlmittel zwischen
den eingerückten
Reibscheiben zu bewegen, neigt das Kühlmittel aufgrund der Tatsache, dass
der Umfang der Platten am Außendurchmesser größer ist
als am Innendurchmesser, dazu, sich in Tröpfchen aufzulösen, wodurch
die Befeuchtung der Reibflächen
verringert und gleichzeitig das Kühlvermögen des Fluides reduziert wird.
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Wenn
die Scheiben nicht eingerückt
sind, wird normalerweise wenig oder kein Kühlmittel benötigt.
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Bei
herkömmlichen
Kühlmittelschemata,
die beim Stand der Technik Anwendung finden, wird jedoch oft der
offenen Kupplung oder Bremse Kühlmittel
zugeführt,
das nicht benötigt wird.
Wenn dies auftritt, wird das Kühlmittel
in der Reibvorrichtung von den miteinander verschachtelten Platten
und Reibscheiben aufgrund der unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten
des Antriebselementes und angetriebenen Elementes, die von der Kupplung
oder Bremse überbrückt werden,
auf Scherung beansprucht. Dieser Zustand reduziert die Effizienz
der Kraftübertragung
durch Scherverluste im Strömungsmittel
und verringert schließlich
die Kraftstoffeffizienz.
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Wenn
Kühlmittel
einer Reibvorrichtung zugeführt
wird, die in einem offenen Packungsmodus arbeitet, weil kein Kühlmittel
benötigt
wird, wird darüber hinaus
das Kühlmittel
nicht von den Reibvorrichtungen verwendet, die in Eingriff stehen
oder sonstwie eine Kühlung
benötigen.
Hierdurch wird das Volumen des für
ein vorgegebenes Getriebe, Differenzial oder Bremssystem benötigten Öles vergrößert, wodurch auf
unnötige
Weise die Leistung der zugehörigen Pumpe
erhöht
wird.
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Es
ist beim Stand der Technik bekannt, der Kupplungspackung wahlweise
Kühlmittel
zuzuführen,
wenn die Reibvorrichtung eingerückt
ist, und die Kühlmittelzufuhr
zur Kupplungspackung wahlweise zu unterbrechen, wenn die Reibvorrichtung
ausgerückt
ist. Generell besitzen jedoch die hierfür im Stand der Technik vorgeschlagenen
Systeme den Nachteil, dass sie eine zu komplexe Betriebsweise besitzen
oder nur schwierig auf kosteneffektive Weise hergestellt werden
können.
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Die
FR-A-2586769, auf der der Oberbegriff von Patentanspruch 1 basiert,
offenbart eine Reibvorrichtung, die umfasst: ein Antriebselement
und ein angetriebenes Element, die um eine gemeinsame Achse drehbar
sind und dazwischen ein Kupplungsgehäuse bilden, eine ringförmige Kupplungspackung mit
einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser, die das Antriebselement
und das angetriebene Element miteinander verbindet und voneinander
trennt, um Drehmoment dazwischen zu übertragen und die Übertragung
zu unterbrechen, eine Kolbeneinheit, die im Kupplungsgehäuse gelagert
ist und eine expandierbare Kammer zwischen der Kolbeneinheit und
dem Kupplungsgehäuse
bildet, und eine Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels,
die in Verbindung mit der expandierbaren Kammer steht, wobei die
Kolbeneinheit auf den Strömungsmitteldruck
in der expandierbaren Kammer anspricht, um sich zwischen einer ausgerückten und
eingerückten
Position zu bewegen und auf diese Weise die Kupplungspackung zum
Verbinden und Trennen des Antriebselementes und des angetriebenen
Elementes zu betätigen,
und wobei die Kupplungseinheit den Strom des Kühlmittels unter Druck vom Außendurchmesser
der Kupplungspackung bis zum Innendurchmesser derselben steuert, um
die Kupplungspackung zu kühlen,
wenn das Antriebselement und angetriebene Element miteinander verbunden
sind, und den Strom des unter Druck stehenden Kühlmittels zur Kupplungspackung
zu stoppen, wenn das Antriebselement und das angetriebene Element
voneinander getrennt sind.
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Andere
Mehrscheibenreibvorrichtungen sind in der EP-A-0450673 und der US-A-5495927 offenbart.
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Daher
verbleibt ein Bedarf nach einer Reibvorrichtung, die wahlweise unter
Verwendung eines unter Druck stehenden Kühlmittelstromes auf Bedarf gekühlt werden
kann, wenn die Kupplung oder Bremse eingerückt ist, und bei der das der
Kupplung oder Bremse zugeführte
Kühlmittel
wahlweise unterbrochen werden kann, wenn es nicht benötigt wird,
beispielsweise wenn die Kupplung oder Bremse ausgerückt ist.
Ferner besteht ein Bedarf nach einer Reibvorrichtung mit einem Kühlschema,
bei dem die Reibscheiben vollständig
benetzt werden, wenn sie eingerückt
sind.
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Erfindungsgemäß wird eine
Reibvorrichtung zur Verfügung
gestellt, die umfasst: ein Antriebselement und ein angetriebenes
Element, die um eine gemeinsame Achse drehbar sind und dazwischen
ein Kupplungsgehäuse
bilden, eine ringförmige
Kupplungspackung mit einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser,
die das Antriebselement und das angetriebene Element miteinander
verbindet und voneinander trennt, um Drehmoment dazwischen zu übertragen
und die Übertragung
zu unterbrechen, eine Kolbeneinheit, die im Kupplungsgehäuse gelagert
ist und eine expandierbare Kammer zwischen der Kolbeneinheit und
dem Kupplungsgehäuse
bildet, und eine Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels,
die in Verbindung mit der expandierbaren Kammer steht, wobei die
Kolbeneinheit auf den Strömungsmitteldruck
in der expandierbaren Kammer anspricht, um sich zwischen einer ausgerückten und
eingerückten
Position zu bewegen und auf diese Weise die Kupplungspackung zum
Verbinden und Trennen des Antriebselementes und des angetriebenen
Elementes zu betätigen,
und wobei die Kupplungseinheit den Strom des Kühlmittels unter Druck vom Außendurchmesser
der Kupplungspa ckung bis zum Innendurchmesser derselben steuert, um
die Kupplungspackung zu kühlen,
wenn das Antriebselement und das angetriebene Element miteinander
verbunden sind, und den Strom des unter Druck stehenden Kühlmittels
zur Kupplungspackung zu stoppen, wenn das Antriebselement und das
angetriebene Element voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kolbeneinheit einen Hauptkörper mit einem Außenring
umfasst, der ringförmig
um den Hauptkörper
angeordnet ist und eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, die sich
durch den Außenring
erstrecken und relativ zueinander um die gemeinsame Achse bogenförmig beabstandet
sind, wobei der Außenring
zwischen einer ersten Position, in der die Öffnungen geschlossen und das
Antriebselement und angetriebene Element getrennt sind, und einer
zweiten Position, in der die Öffnungen
offen sind, um einen Strom des unter Druck stehenden Strömungsmittels
durch die Öffnungen
in Kontakt mit der Kupplungspackung zu ermöglichen, bewegbar ist, um auf
diese Weise die Kupplungspackung zu kühlen, wenn das Antriebselement
und angetriebene Element über
die Kupplungspackung miteinander verbunden sind.
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die Nachteile des Standes der Technik bei einer Reibvorrichtung
mit einem Antriebselement und einem angetriebenen Element, die um
eine gemeinsame Achse drehbar sind und dazwischen ein Kupplungsgehäuse bilden.
Eine Kupplungspackung ist zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen
Element angeordnet und verbindet das Antriebselement und angetriebene
Element und trennt dieselben, um Drehmoment dazwischen zu übertragen
und die Übertragung
zu unterbrechen. Eine Kolbeneinheit ist im Kupplungsgehäuse gelagert
und bildet eine expandierbare Kammer zwischen der Kolbeneinheit und
dem Kupplungsgehäuse.
Eine Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels steht in Verbindung
mit der expandierbaren Kammer. Die Kolbeneinheit spricht auf den
Druck des Strömungsmittels
in der expandierbaren Kammer an, um sich zwischen einer ausgerückten und
eingerückten
Position zu bewegen und auf diese Weise die Kupplungspackung zum
Verbinden und Trennen des Antriebselementes und angetriebenen Elementes
zu betätigen.
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Die
Kolbeneinheit umfasst einen Hauptkörper mit einem Außenring,
der ringförmig
um den Hauptkörper
angeordnet ist. Der Außenring
besitzt mindestens eine Öffnung,
die sich durch den Außenring
erstreckt. Er ist zwischen einer ersten Position, in der die Öffnung geschlossen
ist und das Antriebselement und angetriebene Element getrennt sind,
und einer zweiten Position, in der die Öffnung offen ist und einen
Strom des unter Druck stehenden Strömungsmittels durch die Öffnung in
Kontakt mit der Kupplungspackung ermöglicht, um auf diese Weise die
Kupplungspackung zu kühlen,
wenn das Antriebselement und angetriebene Element über die
Kupplungspackung miteinander verbunden sind, bewegbar.
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Somit
kann die Kolbeneinheit den Strom des Kühlmittels unter Druck vom Außendurchmesser
der Kupplungspackung zwischen den benachbarten Platten und Scheiben
bis zum Innendurchmesser der Kupplungspackung steuern, um diese
zu kühlen, wenn
das Antriebselement und angetriebene Element miteinander verbunden
sind. Ferner kann die Kolbeneinheit den Strom des unter Druck stehenden Kühlmittels
stoppen und die Kupplungspackung evakuieren, wenn das Antriebselement
und angetriebene Element voneinander getrennt sind.
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Auf
diese Weise führt
die Reibvorrichtung der vorliegenden Erfindung der Kupplungspackung Kühlmittel
zu, wenn Kühlmittel
benötigt
wird, beispielsweise im eingerückten
Zustand der Kupplung oder Bremse, und unterbricht die Kühlmittelzufuhr zur
Kupplungspackung, wenn kein Kühlmittel
benötigt
wird, beispielsweise im ausgerückten
Zustand der Kupplung oder Bremse.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, dass eine
Reibvorrichtung mit wahlweiser Kühlung
auf Bedarf geschaffen wird.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine
Reibvorrichtung mit einer Zwangsschmierung vom Außendurchmesser
der Kupplungspackung zum Innendurchmesser derselben gegen irgendwelche
Zentrifugalkräfte,
was zum vollständigen
Benetzen der eingerückten
Reibflächen
führt,
geschaffen wird.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Viskoscherverluste
im Kühlmittel
während
des Betriebes mit offener Packung reduziert werden.
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Noch
ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
die Verwendung einer Pumpe mit geringerer Leistung im Vergleich
zu herkömmlichen
System erleichtert wird, wodurch die Kosten des zugehörigen Betriebes,
Differentials oder Bremssystems weiter verringert werden.
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Schließlich werden
diese Vorteile bei einer Reibvorrichtung, wie einer Kupplungs- oder
Bremseinheit, erreicht, die im Vergleich zu den vorgeschlagenen
komplexen Systemen des Standes der Technik im Betrieb effizient
ist und auf kostenwirksame Weise hergestellt werden kann.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird nunmehr eine beispielhafte Ausführungsform derselben
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen erläutert.
Hiervon zeigen:
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1 eine
Teilseitenschnittansicht, die die Reibvorrichtung der vorliegenden
Erfindung zeigt, die im Betrieb mit offener Packung arbeitet;
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2 eine
Teilseitenschnittansicht der Reibvorrichtung der 1,
bei der die Kupplung oder Bremse eingerückt ist;
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3 eine
Teilseitenschnittansicht einer anderen Ausführungsform der Reibvorrichtung
der vorliegenden Erfindung, die im Betrieb mit offener Packung arbeitet;
und
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4 eine
Teilseitenschnittansicht der Reibvorrichtung der 3,
wobei die Kupplung oder Bremse eingerückt ist.
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In 1 ist
eine Reibvorrichtung, wie eine Kupplungs- oder Bremseinheit, der vorliegenden
Erfindung generell mit 10 bezeichnet. Die Reibvorrichtung 10 kann
in Verbindung mit einem Getriebe, Differential oder Bremssystem
verwendet werden. Beispielsweise umfassen Getriebeeinheiten, wie
allgemein beim Stand der Technik üblich, jedoch nicht in den
vorliegenden Figuren dargestellt, eine Eingangswelle, die mit einer
primären
Bewegungseinheit, wie einer Verbrennungskraftmaschine, gekoppelt
ist. Bei Verwendung in Kraftfahrzeugen umfasst die Getriebeeinheit
ferner eine Ausgangswelle, die über
Antriebszugkomponenten, wie eine Antriebswelle und eine Achse mit
einem Differential, mit angetriebenen Rädern gekoppelt ist. Mindestens
ein Zahnradsatz und oft eine Vielzahl von Zahnradsätzen befindet
sich zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. Das Getriebegehäuse lagert
die Eingangswelle, die Ausgangswelle und die Zahnradsätze der
Getriebeeinheit.
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Diverse
Komponenten der Zahnradsätze werden
stationär
gehalten oder angetrieben, um die Übersetzungsverhältnisse
im Getriebe zu verändern. Hierzu
besitzt die Getriebeeinheit typischerweise mindestens eine Reibvorrichtung 10.
Für den
Durchschnittsfachmann versteht es sich jedoch, dass die Getriebeeinheit
irgendeine beliebige Zahl von Reibvorrichtungen aufweisen kann,
die Zahnradsätze
halten oder antreiben können,
um das Übersetzungsverhältnis des
Getriebes zu verändern.
Ferner versteht es sich für
den Durchschnittsfachmann, dass trotz der Bezugnahme auf ein Kraftfahrzeug
im vorliegenden Text die vorliegende Erfindung in irgendeinem Getriebe,
Differential oder Bremssystem Verwendung finden kann, und zwar unabhängig davon, ob
diese nun in einem Kraftfahrzeug oder für industrielle Anwendungszwecke
eingesetzt werden. Der hier verwendete Begriff „Kupplung" hat daher seine größtmögliche Bedeutung und ist nicht
auf Kupp lungen und Bremsen zum Einsatz in Getrieben, Differentialgetrieben
oder Bremssystemen aller Typen beschränkt.
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Die
Reibvorrichtung 10 besitzt ein Antriebselement, generell
mit 12 bezeichnet, und ein angetriebenes Element, generell
mit 14 bezeichnet, die beide um eine gemeinsame Achse (nicht
gezeigt) drehbar sind und ein mit 16 bezeichnetes Kupplungsgehäuse bilden.
Ein Axialdrucklager 18 ist zwischen dem Antriebselement 12 und
angetriebenen Element 14 angeordnet, um Axiallasten aufzunehmen,
die sich von den verschiedenen Komponenten her im Getriebe aufbauen
können.
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Eine
ringförmige
Kupplungspackung, von der eine Hälfte
generell mit der geschweiften Klammer bei 20 gekennzeichnet
ist, ist zwischen dem Antriebselement 12 und dem angetriebenen
Element 14 angeordnet und verbindet das Antriebselement 12 und
angetriebene Element 14 miteinander und unterbricht diese
Verbindung, um dazwischen Drehmoment zu übertragen und die Übertragung
zu unterbrechen. Die Kupplungspackung 20 besitzt eine Vielzahl von
ringförmigen
Platten 22, die bei 24 mit einer Antriebsnabe 26 verkeilt
sind. Eine Vielzahl von ringförmigen
Reibscheiben 28 ist bei 30 mit der angetriebenen
Nabe 32 verkeilt und zwischen den Platten 22 verschachtelt.
Zusammen bilden die Platten 22 und Scheiben 28 der
ringförmigen
Kupplungspackung 20 einen Außendurchmesser etwa am Keil 24 der
Antriebsnabe 26 und einen Innendurchmesser etwa an den
Keilen der angetriebenen Nabe 32. Bei einer in 1 dargestellten
Anordnung drehen sich die Platten 22 und Reibscheiben 28 ohne
Kontakt aneinander vorbei. Die Platten 22 und Reibscheiben 28 sind ferner
relativ zu ihren entsprechenden verkeilten Naben 26, 32 axial
beweglich, um in Reibeingriff zu treten und auf diese Weise die
Relativdrehung zwischen den Platten 22 und Scheiben 28 zu
reduzieren oder zu eliminieren. Ein Paar von Halteringen 34, 36 ist
an der Antriebsnabe 26 montiert und befindet sich auf jeder
Seite der Kupplungspackung 20. Eine Druckplatte 38 mit
einer O-Ring-Stopfbüchse 40 wirkt
ebenfalls mit dem Haltering 36 zusammen, um die Axialbewegung
der Platten 22 und Reibscheiben 28 zu beschränken. Wenn
die Scheiben und Platten miteinander in Eingriff stehen, ist die
Kupplungspackung 20 an ihrem Außendurchmesser abgedichtet.
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Diese
Axialbewegung wird durch die Betätigung
einer Kolbeneinheit erzielt, die generell mit 42 bezeichnet
ist und im Kupplungsgehäuse 16 gelagert ist.
Die Kolbeneinheit 42 und das Kupplungsgehäuse 16 wirken
zusammen und bilden eine expandierbare Kammer 44 zwischen
der Kolbeneinheit 42 und dem Kupplungsgehäuse 16.
Eine Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels steht über eine Drucköffnung 46 mit
der expandierbaren Kammer in Verbindung. Die Kolbeneinheit 42 spricht
auf den Druck des Strömungsmittels
in der expandierbaren Kammer 44 an und bewegt sich zwischen
einer ausgerückten
und eingerückten
Position, um auf diese Weise die Kupplungspackung 20 zu
betätigen
und das Antriebselement 12 sowie das angetriebene Element 14 miteinander
zu verbinden oder die Verbindung zu unterbrechen, wie vorstehend
erläutert.
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Ein
generell mit 48 bezeichnetes Vorspannelement kann Verwendung
finden, um die Kolbeneinheit 42 in ihre ausgerückte Position
zu bewegen. Dieses Vorspannelement 48 ist im Kupp lungsgehäuse 16 unterhalb
eines Schmiermitteldamms 50 gelagert, der sich auf der
Unterseite der angetriebenen Nabe 32 befindet. Wie in den 1 und 2 gezeigt, handelt
es sich bei dem Vorspannelement um eine Rückzugsfedereinheit 48 mit
einer Schraubenfeder 52, die in einem Halter 54 eingefangen
ist, wobei ein Ende 56 der Feder 52 gegen die
Kolbeneinheit 42 vorgespannt ist. Es versteht sich für den Durchschnittsfachmann,
dass die Rollen der expandierbaren Kammer 44 und des Vorspannelementes 48 auch vertauscht
werden können,
so dass das Vorspannelement 48 zum Einrücken der Kupplungspackung 20 Verwendung
finden kann. Ferner versteht es sich, dass das Vorspannelement 48 irgendeinen
bekannten Vorspannmechanismus aufweisen kann und nicht auf eine
Schraubenfeder beschränkt
ist.
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Wie
vorstehend angedeutet, treten die Platten 22 und Scheiben 28 unmittelbar
vor dem Einrücken
der Kupplungspackung 20 miteinander in Reibkontakt, bis
die relative Drehgeschwindigkeit zwischen den Platten 22 und
Scheiben 28 Null wird. In dieser Anordnung drehen sich
entweder die Platten 22 und Scheiben 28 mit einer
Geschwindigkeit oder werden beide gegen eine Drehung gehalten, und zwar
in Abhängigkeit
vom speziellen Anwendungsfall in einem Getriebe, Differential oder
Bremssystem. In jedem Fall wird während des Eingriffes der Platten 22 und
Scheiben 28 kinetische Energie in thermische Energie umgewandelt
und eine beträchtliche
Wärmemenge
erzeugt. Diese Wärme
muss vernichtet werden.
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Hierzu
besitzt die Kolbeneinheit 42 einen Hauptkörper 58 mit
einem Außenring 60,
der ringförmig
um den Hauptkörper 58 angeordnet
ist. Der Außenring 60 besitzt
mindestens eine Öffnung 62,
vorzugsweise eine Vielzahl von Öffnungen 62,
die sich durch den Außenring 60 erstrecken
und bogenförmig um
eine gemeinsame Achse voneinander beabstandet sind. Der Außenring 60 ist
unabhängig
vom Hauptkörper 58 der
Kolbeneinheit 42 zwischen einer ersten Position gemäß 1,
in der die Öffnungen 62 geschlossen
und das Antriebselement 12 und angetriebene Element 14 voneinander
getrennt sind, und einer zweiten Position gemäß 2, in der
die Öffnungen 62 offen
sind, so dass unter Druck stehendes Strömungsmittel aus der expandierbaren
Kammer 44 durch die Öffnungen 62 in
Kontakt mit der Kupplungspackung 20 strömen kann, bewegbar. In der
in 2 gezeigten Anordnung ist das Kupplungsgehäuse 16 am
Außendurchmesser
der Kupplungspackung 20 abgedichtet. Das unter Druck stehende Strömungsmittel
füllt das
Kupplungsgehäuse 16 vom Außendurchmesser
bis zum Innendurchmesser der Kupplungspackung 20. Genauer
gesagt, das unter Druck stehende Strömungsmittel bewegt sich von der
Antriebsnabe 26 über
die Platten 22 und Reibscheiben 28 entgegen allen
Zentrifugalkräften,
die über
die Kupplungspackung 20 auf die angetriebene Nabe 32 einwirken.
Jede der Platten 22 und Reibscheiben 28 kann Nuten
aufweisen, um das Kühlen der
Reibflächen
zu erleichtern. Der Strom des unter Druck stehenden Kühlmittels
vom Außendurchmesser
bis zum Innendurchmesser der Kupplungspackung sichert jedoch eine
vollständige
Benetzung der Reibflächen,
wodurch die Kühleffizienz
der Kupplung verbessert wird. Die Bewegung des Kühlmittels gegen die Richtung
der üblichen
Zentrifugalkräfte
stellt darüber
hinaus sicher, dass das Kühlmittel
nicht in Tröpfchen
zerfällt
oder sonstwie in der Kupplungspackung 20 atomisiert wird.
Das unter Druck stehende Strömungsmittel,
typischerweise ATF, kühlt
somit die Kupplungs packung 20, wenn das Antriebselement und
angetriebene Element miteinander in Betriebsverbindung stehen. Überschüssiges Strömungsmittel kann
das Kupplungsgehäuse 16 über die Öffnung 64 benachbart
zur Druckplatte 36 verlassen und strömt aus der Abführung 66 in
einen ATF-Sumpf (nicht gezeigt).
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Die
Reibeinheit 10 besitzt ferner mindestens eine Auslassöffnung 68,
vorzugsweise eine Vielzahl von Auslassöffnungen 68, die im
Kupplungsgehäuse 16,
in diesem Falle in der Antriebsnabe 26, ausgebildet sind.
Der Außenring 60 ist
bewegbar, um die Auslassöffnung 68 zu öffnen, so
dass auf diese Weise unter Druck stehendes Strömungsmittel von der Kupplungspackung 20 abgeführt werden
kann, wenn das Antriebselement 12 und das angetriebene
Element 14 voneinander getrennt sind (1).
Ferner ist der Außenring 60 bewegbar,
um die Auslassöffnung 68 zu
schließen,
wenn das Antriebselement 12 und angetriebene Element 14 miteinander
in Verbindung treten (2). Wenn somit die Kupplungspackung 20 offen
ist und relativ wenig Wärme
erzeugt wird, ist die Auslassöffnung 68 offen,
strömt
kein Strömungsmittel
durch die Öffnungen 62 in
den Außenring 60 und
kann im Gehäuse 16 befindliches Strömungsmittel
durch die Auslassöffnungen 68 abgeführt werden.
Wenn jedoch die Kupplungspackung 20 eingerückt ist,
wird die Auslassöffnung 68 vom
Außenring 60 geschlossen,
wie nachfolgend in größeren Einzelheiten
erläutert
wird.
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Um
die Relativbewegung des Außenringes 60 zum
Hauptkörper 58 zu
erleichtern, besitzt der Hauptkörper 58 einen
ersten Abschnitt 70, der sich relativ zur gemeinsamen Drehachse radial
nach außen
erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 72, der sich relativ
zur gemeinsamen Drehachse in Axialrichtung erstreckt. Der zweite
Abschnitt 72 bildet eine Umfangslagerfläche 74. Der Außenring 60 wird
von der Umfangslagerfläche 74 zwischen
dessen erster und zweiter Position axial gelagert. Ferner ist die
Umfangslagerfläche 74 relativ
zum Außenring 60 gleitend
bewegbar, nachdem der Außenring 60 seine zweite
Position (2) erreicht hat und bevor der
Außenring 60 seine
Bewegung aus seiner zweiten Position in seine erste Position beginnt.
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Der
Außenring 60 besitzt
einen Innendurchmesser 76 und einen Außendurchmesser 78.
Elastomerdichtungen 80 sind um den Innendurchmesser 76 und
Außendurchmesser 78 angeordnet.
Der Außenring 60 hat
eine Schulter 82 die sich radial vom Außendurchmesser 78 aus
erstreckt und mit dem Kupplungsgehäuse 16 in Eingriff
steht, um die erste Position des Außenringes 60 festzulegen.
Zusätzlich hat
das Außengehäuse 16 ein
Anschlagelement 84, das mit der Schulter 82, zusammenwirkt,
um die zweite Position festzulegen, in der die Öffnungen 62 offen
sind und die Auslassöffnung 68 geschlossen
ist (2). Das Anschlagelement ist ein sich radial nach innen
erstreckender Flansch oder Ring 84. Die Schulter 82 am
Außenring 60 tritt
mit dem Flansch 84 in ihrer zweiten Position in Anschlag.
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Der
Hauptkörper 58 der
Kolbeneinheit 42 hat ein Rückzugselement 86,
das ebenfalls mit der Radialschulter 82 des Außenrings 60 zusammenwirkt,
um den Ring 60 aus seiner zweiten Position in seine erste
Position zu bewegen, in der die Öffnungen 62 geschlossen
sind und die Auslassöffnung 68 of fen
ist. Bei dem Rückzugselement
handelt es sich um einen Flansch 86, der radial außerhalb
vom distalen Ende der radialen Lagerfläche 74 des Hauptkörpers 58 der Kolbeneinheit 42 angeordnet
ist und sich in Axialrichtung auf den Außenring 60 erstreckt.
Der Flansch 86 tritt in Anschlag mit dem Außenring 60,
wenn der Hauptkörper 58 der
Kolbeneinheit 42 vom Vorspannelement 48 in seine
ausgerückte
Position vorgespannt wird.
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Es
wird nunmehr auf die 3 und 4 Bezug
genommen, in denen gleiche Bezugszeichen, die um 100 erhöht wurden,
zur Bezeichnung von gleichen Teilen Verwendung finden. Die in diesen
Figuren dargestellte andere Ausführungsform
der Reibvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist das Bezugszeichen 110 auf.
Die Reibvorrichtung 110 besitzt ein Antriebselement, das
generell mit 112 bezeichnet ist, und ein angetriebenes
Element, das generell mit 114 bezeichnet ist, die beide
um eine gemeinsame Achse (nicht gezeigt) drehbar sind und ein Kupplungsgehäuse 116 bilden.
Ein Axialdrucklager 118 ist zwischen dem Antriebselement 112 und
dem angetriebenen Element angeordnet, um Axiallasten aufzunehmen,
die sich von den diversen Komponenten im Getriebe aufbauen können.
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Eine
ringförmige
Kupplungspackung, von der eine Hälfte
mit der geschweiften Klammer bei 120 versehen ist, ist
zwischen dem Antriebselement 112 und dem angetriebenen
Element 114 angeordnet und verbindet und trennt das Antriebselement 112 und
das angetriebene Element 114 zur Übertragung von Drehmoment dazwischen
und zur Unterbrechung dieser Übertragung.
Die Kupplungspackung 120 besitzt eine Vielzahl von ringför migen Platten 122,
die bei 124 mit einer Antriebsnabe 126 verkeilt sind.
Eine Vielzahl von ringförmigen
Reibscheiben 128 ist bei 130 mit der angetriebenen
Nabe 132 verkeilt und mit den Platten 122 verschachtelt.
Zusammen besitzen die Platten 122 und Scheiben 128 der ringförmigen Kupplungspackung 120 einen
Außendurchmesser
etwa am Keil 124 der Antriebsnabe 126 und einen
Innendurchmesser etwa an den Keilen 130 der angetriebenen
Nabe 132. Bei der in 3 gezeigten
Anordnung drehen sich die Platten 122 und Reibscheiben 128 kontaktfrei
aneinander vorbei. Die Platten 122 und Reibscheiben 128 sind
ferner relativ zu ihren entsprechenden verkeilten Naben 126, 132 axial
bewegbar, um in Reibeingriff zu treten und auf dieser Weise die
Relativdrehung zwischen den Platten 122 und Scheiben 128 zu
reduzieren oder zu eliminieren. Ein Paar von Halteringen 134, 136 ist
an der Antriebsnabe 126 montiert und auf jeder Seite der
Kupplungspackung 120 angeordnet. Eine Druckplatte 138 mit
einer O-Ring-Stopfbüchse 140 wirkt ebenfalls
mit dem Haltering 136 zusammen, um die Axialbewegung der
Platten 122 und Reibscheiben 128 zu begrenzen.
Wenn die Scheiben und Platten miteinander in Eingriff stehen, ist
die Kupplungspackung 120 an ihrem Außendurchmesser abgedichtet.
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Diese
Axialbewegung wird durch die Betätigung
einer Kolbeneinheit erreicht, die generell mit 142 bezeichnet
und im Kupplungsgehäuse 116 gelagert
ist. Die Kolbeneinheit 142 und das Kupplungsgehäuse 116 wirken
zusammen und bilden eine expandierbare Kammer 144 zwischen
der Kolbeneinheit 142 und dem Kupplungsgehäuse 116.
Eine Quelle eines unter Druck stehenden Strömungsmittels steht über eine
Drucköffnung 146 mit
der expandierbaren Kammer in Verbindung. Die Kolbenein heit 142 spricht
auf den Strömungsmitteldruck
in der expandierbaren Kammer 144 an und bewegt sich zwischen einer
ausgerückten
und eingerückten
Position, um auf diese Weise die Kupplungspackung 120 zu
bewegen und das Antriebselement 112 sowie das angetriebene
Element 114 miteinander zu verbinden und voneinander zu
trennen, wie vorstehend erläutert.
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Ein
generell mit 148 bezeichnetes Vorspannelement kann Verwendung
finden, um die Kolbeneinheit 142 in ihre ausgerückte Position
zu bewegen. Dieses Vorspannelement 148 ist im Kupplungsgehäuse 116 auf
der linken Seite eines Ausgleichsdammes 150 gelagert. Wie
in den 3 und 4 gezeigt, handelt es sich bei
dem Vorspannelement um eine Tellerfeder 148, die zwischen
der Kolbeneinheit 142 und dem Ausgleichsdamm 150 eingefangen
ist. Es versteht sich für
den Durchschnittsfachmann, dass die Rollen der expandierbaren Kammer 144 und des
Vorspannelementes 144 auch vertauscht werden können, so
dass das Vorspannelement 148 dazu verwendet wird, um mit
der Kupplungspackung 120 in Eingriff zu treten. Ferner
versteht es sich, dass es sich bei dem Vorspannelement 148 um
irgendeinen bekannten Vorspannmechanismus handeln kann, der nicht
auf eine Tellerfeder beschränkt
ist.
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Wie
vorstehend angedeutet, treten die Platten 122 und Scheiben 128 miteinander
in Reibeingriff, unmittelbar bevor die Kupplungspackung 120 eingerückt ist,
bis die Relativdrehungsgeschwindigkeit zwischen den Platten 122 und
den Scheiben 121 Null wird. In dieser Anordnung drehen
sich entweder die Platten 122 und Scheiben 128 zusammen
mit einer Geschwindigkeit oder werden beide gegen eine Drehung stationär gehalten,
je nach dem speziellen Anwendungsfall in einem Getriebe, Differential
oder Bremssystem. In jedem Fall wird während des Einrückens der
Platten 122 und Scheiben 122 kinetische Energie
in thermische Energie umgewandelt und eine beträchtliche Wärmemenge erzeugt. Diese Wärme muss
vernichtet werden.
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Hierzu
besitzt die in den 3 und 4 gezeigte
Kolbeneinheit 142 einen Hauptkörper 158 mit einem
Außenring 160,
der ringförmig
um den Hauptkörper 158 angeordnet
ist. Der Außenring 160 besitzt mindestens
eine Öffnung 162,
vorzugsweise eine Vielzahl von Öffnungen 162,
die sich durch den Außenring 160 erstrecken
und bogenförmig
um eine gemeinsame Achse beabstandet sind. Der Außenring 160 ist
unabhängig
vom Hauptkörper 158 der
Kolbeneinheit 142 zwischen einer ersten in 3 gezeigten
Position, in der die Öffnungen 162 geschlossen
sind und das Antriebselement 112 und angetriebene Element 114 voneinander
getrennt sind, und einer zweiten Position gemäß 4, in der
die Öffnungen 162 offen
sind, so dass unter Druck stehendes Strömungsmittel aus der expandierbaren
Kammer 144 durch die Öffnungen 162 in
Kontakt mit der Kupplungspackung 120 strömen kann,
bewegbar. Bei der in 4 gezeigten Anordnung ist das
Kupplungsgehäuse 116 am
Außendurchmesser
der Kupplungspackung 120 abgedichtet. Das unter Druck stehende
Strömungsmittel
füllt das
Kupplungsgehäuse 116 vom
Außendurchmesser
bis zum Innendurchmesser der Kupplungspackung 120. Genauer
gesagt, das unter Druck stehende Strömungsmittel bewegt sich von
der Antriebsnabe 126 über
die Platten 122 und Reibscheiben 128 entgegen
den über
die Kupplungspackung 120 wirkenden Zentrifugalkräften bis
zur angetriebenen Nabe 132. Jede der Platten 122 und Reibscheiben 128 kann
Nuten aufweisen, um die Kühlung
der Reibflächen
zu erleichtern. Der Strom des unter Druck stehenden Kühlmittels
vom Außendurchmesser
zum Innendurchmesser der Kupplungspackung stellt jedoch eine vollständige Benetzung
bei Flächen
sicher, wodurch die Kühleffizienz
der Kupplung verbessert wird. Die Bewegung des Kühlmittels gegen die Richtung
der üblichen
Zentrifugalkräfte
stellt ferner sicher, dass sich das Kühlmittel nicht in Tropfen zersetzt
oder sonstwie in der Kupplungspackung 120 zerstäubt wird.
Das unter Druck stehende Strömungsmittel,
typischerweise ATF, kühlt
somit die Kupplungspackung 120, wenn das Antriebselement
und angetriebene Element miteinander in Verbindung stehen. Überschüssiges Strömungsmittel
kann das Kupplungsgehäuse 116 über die Öffnung 164 benachbart
zur Druckplatte 136 verlassen und strömt durch die Abführung 166 bis
zu einem ATF-Sumpf
(nicht gezeigt).
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Die
Reibvorrichtung 110 umfasst ferner mindestens eine Auslassöffnung 168,
vorzugsweise eine Vielzahl von Auslassöffnungen 168, die
im Kupplungsgehäuse 116,
in diesem Falle der Antriebsnabe 126 ausgebildet sind.
Der Außenring 160 ist
bewegbar, um die Auslassöffnung 168 zu öffnen und
unter Druck stehendes Strömungsmittel
aus der Kupplungspackung 120 abzuführen, wenn das Antriebselement 112 und
das angetriebene Element 114 voneinander getrennt sind
(3). Ferner ist der Außenring 160 zum Schließen der
Auslassöffnung 168 bewegbar,
wenn das Antriebselement 112 und angetriebene Element 114 miteinander
in Verbindung stehen ( 4). Wenn somit die Kupplungspackung 120 offen
ist und relativ wenig Wärme
erzeugt wird, ist die Auslassöffnung 168 offen,
strömt
kein Strömungsmittel
durch die Öffnungen 162 in
den Außenringen 160 und
kann das Strömungsmittel
im Gehäuse 116 über die
Auslassöffnung 168 abgeführt werden.
Wenn die Kupplungspackung 120 eingerückt ist, wird die Auslassöffnung 168 durch
den Außenring 160 verschlossen,
wie später
in größeren Einzelheiten
erläutert wird.
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Um
die Relativbewegung des Außenringes 160 zum
Hauptkörper 158 zu
erleichtern, besitzt der Hauptkörper 158 einen
ersten Abschnitt 170, der sich in Bezug auf die gemeinsame
Drehachse generell radial nach außen erstreckt, und einen zweiten
Abschnitt 172, der sich in Bezug auf die gemeinsame Drehachse
generell in Axialrichtung erstreckt. Der zweite Abschnitt 172 bildet
eine Umfangslagerfläche 174.
Der Außenring 160 wird
in Axialrichtung von der Umfangslagerfläche 174 zwischen seiner
ersten und zweiten Position gelagert. Des Weiteren ist die Umfangslagerfläche 174 relativ
zum Außenring 160 gleitend
bewegbar, nachdem der Außenring 160 eine zweite
Position (4) erreicht hat und bevor der
Außenring 160 mit
seiner Bewegung von seiner zweiten Position in seine erste Position
beginnt. Zusätzlich
zu den Öffnungen 162 ist
mindestens ein Strömungskanal 190,
vorzugsweise eine Vielzahl von Strömungskanälen 190, im ersten
Abschnitt 170 des Hauptkörpers 158 der Kolbeneinheit 142 ausgebildet,
um den Strom des unter Druck stehenden Strömungsmittels von der expandierbaren
Kammer 144 durch die Vielzahl der Öffnungen 162 im Außenring 160 zu
steuern. Wie in den 3 und 4 gezeigt,
ist die Vielzahl der Strömungskanäle 190 geschlossen,
wenn sich die Kolbeneinheit 142 in der ausgerückten Position
befindet, in der sie von der Tellerfeder 148 in dieser
Figur nach links vorge spannt wird. Die Strömungskanäle 190 sind jedoch
offen, wenn sich die Kolbeneinheit 142 in der in 4 gezeigten
eingerückten
Position befindet. Somit wird bei der in den 3 und 4 gezeigten
Ausführungsform
der Strom des unter Druck stehenden Kühlmittels zum Außenring 160 durch
die Strömungskanäle 190 im ersten
Abschnitt 170 des Hauptkörpers 158 der Kolbeneinheit 142 gesteuert.
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Ferner
besitzt das Kupplungsgehäuse 116 ein
Anschlagelement 184, das mit dem Außenring 160 zusammenwirkt,
um die zweite Position festzulegen, in der die Öffnungen 162 offen
sind und die Auslassöffnung 168 geschlossen
ist (4). Bei dem Anschlagelement handelt es sich um
einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch oder Ring 184. Der
Außenring 160 tritt
mit dem Flansch 84 in seiner zweiten Position in Anschlag.
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Der
Hauptkörper 158 der
Kolbeneinheit 142 besitzt ein Rückführelement 186, das
ebenfalls mit dem Außenring 160 zusammenwirkt,
um den Ring 160 aus seiner zweiten Position in seine erste
Position zu bewegen, in der die Öffnungen 162 geschlossen
sind und die Auslassöffnung 168 offen
ist. Bei den in den 3 und 4 gezeigten
Ausführungsformen
umfasst das Rückführelement
einen ringförmigen
Wulst 186, der um die Umfangslagerfläche 164 des Hauptkörpers 158 der
Kolbeneinheit 142 angeordnet ist. Der wulst 186 tritt
mit dem Außenring 160 in
Eingriff, um den Außenring 160 aus
seiner zweiten Position in seine erste Position zu bewegen.