Bezeichnung der Erfindung

Kupplungsausrücklager mit einem Einstellring

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kupplungsausrücklager mit einem Einstellring, mit einem nicht rotierenden Lagering, mit einem rotierenden Lagerring sowie mit Wälzkörpern zwischen den Lagerringen, wobei

der rotierende Lagerring relativ zu dem nicht rotierenden Lagerring um eine gedachte Rotationsachse des Kupplungsausrücklagers rotiert,

- dem Einstellring ein erster Kalottenabschnitt zugeordnet ist,

dem rotierenden Lagerring ein zweiter Kalottenabschnitt zugeordnet ist,

- der zweite Kalottenabschnitt in einem Kontakt mit dem ersten

Kalottenabschnitt ist,

die Kalottenabschnitte im Kontakt geometrisch miteinander korrespondieren,

der rotierende Lagerring an dem ersten Kalottenabschnitt an dem Kontakt schwenkbar abgestützt ist,

der rotierende Lagerring und der Einstellring gemeinsam um die Rotationsachse rotieren und der Kontakt eine Gleitschicht zwischen den Kalottenabschnitten aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiges Kupplungsausrücklager ist in EP 1 647 731 A2 beschrieben. Der Einstellring weist an der Oberfläche eines nach außen wölbten Kugelkalottenabschnitts eine Gleitbeschichtung aus Kunststoff auf. Der Kalottenabschnitt an dem Einstellring greift in einen nach innen wölbten Kalottenabschnitt an dem Innenring ein. Die Innenform des konkaven Kalottenabschnitts an dem Innenring korrespondiert mit der konvexen Außenform des Kalottenabschnitts am Einstellring, so dass der Innenring zum Außenring gelenkig schwenkbar ist.

Eine Gleitbeschichtung zwischen den Kalottenabschnitten mindert die Reibung im normalen Betrieb wesentlich, ist jedoch für Dauerbetrieb, insbesondere in Getrieben mit Doppelkupplung bei Betriebstemperaturen über 180 ⁰ C und kurzzeitigen Temperaturintervallen mit bis zu 220 ⁰ C anfällig bzw. nicht geeignet. Eine auf Lebensdauer der Kupplung ausgelegte Schicht aus Kunststoff muss aufgrund der geringen Verschleißfestigkeit und der Schmiereigenschaften und der daraus resultierenden Abtragung relativ dickwandig sein, insbesondere dann, wenn die gelenkige Verbindung nahezu oder vollständig ungeschmiert trocken läuft. Dickwandige Kunststoffschichten mindern jedoch die Steifigkeit des axial mit Ausrückkräften belasteten Kupplungsausrücklagers nachteilig und beanspruchen relativ viel axialen Bauraum.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein selbst einstellendes Kupplungsaus- rücklager zu schaffen, welches den Anforderungen an geringen axialen Bauraum, an hohe axiale Belastung, an Trockenlauf und den Anforderungen bei Betrieb mit hohen Betriebstemperaturen genügt.

Diese Aufgabe ist nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Gleitschicht an einem Sinterwerkstoff ausgebildet ist.

Sinterwerkstoffe sind pulverförmige oder feinkörnige Stoffe bzw. Mischungen pulverisierter Stoffe, die durch Druck und Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes durch Sintern = Verdichten hergestellt werden. Die Ausgangsstoffe des Sinterbauteils oder der Sinterschicht sind Metallpulver oder nicht metallischem Ausgangsmaterialen wie Keramik. Die Werkstoffe sind teils sehr harte Mischungen aus Metallen und Oxiden, Carbiden oder Boriden. Sinteralumini- um zum Beispiel enthält fein verteiltes Oxid und wird wegen seiner höheren Warmfestigkeit für thermisch beanspruchte Teile verwendet.

Wichtige Eigenschaften des Sinterwerkstoffes sind neben der Festigkeit unter anderem auch die Dichte und Porengröße. Poren sind kleine zur Oberfläche geöffnete Kammern oder Hohlräume in dem Werkstoff, die je nach Ausführung des Werkstoffs miteinander vernetzt sind. Die zugehörige Stoffeigenschaft ist die Porosität, das Verhältnis des Volumens aller Hohlräume δV eines porösen Festkörpers zu dessen äußerem Volumen V. Es handelt sich also um ein Maß dafür, wie viel Raum der eigentliche Feststoff aufgrund seiner Korngrößen oder Feststruktur innerhalb eines bestimmten Volumens ausfüllt bzw. welche Hohlräume er in diesem aufweist. Die Poren sind dabei in der Regel mit Luft oder, wie mit einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, wenigstens in der Randschicht zumindest teilweise oder vollständig mit Gleit- und oder Schmierstoffen gefüllt. Das Porenvolumen stellt neben dem Grad der Vernetzung der Poren den wichtigsten Faktor der Permeabilität (Durchlässigkeit) oder Teilpermeabilität dar. Die Porosität wird üblicherweise mit dem Formelbuchstaben φ bezeichnet und in Prozent φ = (δV : V) ^x 100 oder als Fraktion (Bruchteile von 1 = %/100) angegeben und.

Als Kontakt ist der Bereich, die Fläche, sind die Flächenabschnitte und im ungünstigsten Fall sind die Linienabschnitte zu verstehen, an dem die beiden Kalottenabschnitte sich aneinander abstützen, gegeneinander gleiten oder in sonstiger Weise aneinander wirken.

Ein Beispiel für einen für die Erfindung einsetzbaren Sinterwerkstoff ist ein Werkstoff der Bezeichnung „Sint - C10" aus Stahl mit einem Massenanteil von ca. 1 ,5% Kupfer und mit einer Porosität von 15 +/- 2,5 %, der eine Dichte von ca. 6,4 bis 6, 8 g/cm ³ aufweist.

Das erfindungsgemäße Kupplungsausrücklager kann die an entweder an dem nach innen gewölbten und/oder, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, an dem Rand des nach außen gewölbten ersten Kalottenabschnitts zumindest in dem Bereich, in dem Kontakt mit dem nach innen gewölbten Kalottenabschnitt stattfindet, eine Schicht aus Sinterwerkstoff aufweisen. Alternativ dazu ist einer oder sind beide Kalottenabschnitte oder ganz teilweise aus Sinterwerkstoff. Alternativ ist ein einteiliger aus Sinterwerkstoff hergestellter Einstellring vorgesehen. Sinterteile sind sehr genau herstellbar, so dass im zuletzt genannten Fall eine spanabhebende Nachbearbeitung einer eines durch Sintern hergestellten Einstellrings entfallen kann.

Ausgestaltungen der Erfindungen sehen vor, dass zumindest die poröse und wenigstens teils permeable Oberfläche des Sinterwerkstoffs an dem Kontakt mit Schmierstoffen getränkt, befüllt oder imprägniert ist. Die Schmierstoffe sind flüssig oder fest. Schmierstoffe sind zum Beispiel synthetische öle mit Arbeitsbereichen bei Betriebstemperaturen bis zu 250° oder Graphit, Schmierstoffe mit Notlaufeigenschaften wie Kupfer, Messing oder Bronze. Denkbar ist auch, das der Sinterwerkstoff selbst diese Festschmierstoffe wie Graphit enthält. Die öle sind in den Poren des Werkstoffs gespeichert und werden bei Betrieb durch Leckage oder durch elastische Verformungen durch Druck aus Betätigungskräften an die Oberfläche in den Kontakt abgegeben.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in die Poren der Randschicht mindestens eines, insbesondere des Kalottenabschnitts am Einstellring, ein Gleitwerkstoff integriert ist. Dieser Gleitwerkstoff ist vorzugsweise ein Kunststoff mit Gleiteigenschaften, wie Polytetrafluorethylen (PTFE). Der Kunststoff wird sich bei Betriebstemperaturen ausdehnen und/oder im Kontakt

mit Schmierstoffen aufquellen und somit in den Reibkontakt gepresst um dort als Gleitwerkstoff die Reibung zwischen den Reibpartnern zu mindern.

Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass die Reibung mindern de bzw. gleitfördernde Anordnung kaum axialen Bauraum beansprucht, da die Schmier- bzw. Gleitstoffe zum großen Teil in den Poren eines der Kalottenabschnitte gespeichert und nicht als Schicht auf die Oberfläche aufgetragen sind. Die Steifigkeit des Kupplungsausrücklagers bei hohen Belastungen ist von dieser Anordnung nicht beeinflusst. Die reibungsmindernden Maßnahmen sind sehr beständig gegen hohe Temperaturen, da Schmier- und oder Gleitwerkstoffe aufgrund des dünnen Gleitfilms im Reibkontakt nach der Temperaturbeständigkeit und nicht nach mechanischen Festigkeitseigenschaften ausgewählt werden können.

Mit einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass entweder der Sinterwerkstoff des Kalottenabschnitts oder nur die Oberfläche des Kalottenabschnitts aus Sinterbronze, vorzugsweise mit Sinterbronzekugeln ist. Denkbar ist der Einsatz von Sinterbronzen oder von graphithaltigen Sinterbronzen mit Dichten von 6,0 bis 7,7g/cm ³ und mit Porositäten von 15 bis 25 +/- 2,5% beispielsweise der Materialbezeichnung A50 (A51 ), B50 (B51 ) oder C50 (C51 ).

In dem Fall, in dem eine Schicht aus Sinterbronze aufgebracht ist, ist das Trägermaterial entweder Stahl oder ein weiterer Sinterwerkstoff. Auf Stahl wird die Sinterschicht aufgepresst, rolliert, gewalzt oder anders stoffschlüssig aufge- bracht. Der Zweikomponenten - Sinterwerkstoff wird vorzugsweise durch Sintern hergestellt. In die Poren der Sinterbronze ist vorzugsweise Polytetrafluor- ethylen (PTFE) integriert. Die Schichtdicken der erfindungsgemäßen Sinterbronzeschicht, sind ca. 0,2 bis 0,35, vorzugsweise 0,3mm dick, beanspruchen deshalb wenig axialen Bauraum, haben somit auch kaum Einfluss auf die axiale Steifigkeit des Kupplungsausrücklagers und sind temperaturbeständig.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Kupplungsausrücklager in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse des Kupplungsausrücklagers,

Figur 2 eine stark vergrößerte Teilansicht des Einstellringes vom

Kupplungsausrücklager nach Figur 1 im gleichen Längs- schnitt,

Figur 3 die vereinfachte Darstellung der Struktur einer Gleitschicht am Rand der Gleitschicht des Einstellrings nach Figur 2, in dem Längsschnitt stark vergrößert und nicht maßstäblich,

Figur 4 die vereinfachte Darstellung der Struktur einer zu Figur 3 alternativen Randschicht eines Einstellrings nach Figur 2, in dem Längsschnitt stark vergrößert und nicht maßstäblich und

Figur 5 ein weiteres Kupplungsausrücklager in einem Längsschnitt entlang der Rotationsachse des Kupplungsausrücklagers.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 zeigt ein Kupplungsausrücklager 1 mit einem Einstellring 2, einem rotierenden Lagerring 3 und einem nicht rotierenden Lagerring 4. Der rotierende Lagerring 3 ist ein innerer Lagerring 21 , der über den Einstellring auf eine nicht dargestellte Kupplungsfeder wirkt und mit dieser gemeinsam mit dem Einstell- ring 2 um die Rotationsachse 7 rotiert. Der nicht rotierende Lagerring 4 ist ein äußerer Lagerring 22, auf den nicht weiter dargestellte Ausrückelemente axial einwirken. Zwischen den als Schrägschulterringen ausgebildeten Lagerringen 3 und 4 sind Wälzkörper 5 angeordnet. Die Wälzkörper 5 sind in einem Käfig 6

gehalten.

Im Idealzustand liegen die Rotationsachse 7 des Kupplungsausrücklagers 1 und die Mittenachse 19 des Einstellrings 2 bzw. die Rotationsachse 7 des La- gers konzentrisch aufeinander. Bei baulichem Versatz von Kupplung und Ausrücklager 1 können diese jedoch um Winkel α zueinander geneigt sein. Diese Neigung wird mittels des gelenkigen Zusammenwirkens des rotierenden Lagerrings 3 mit dem Einstellring 2 ausgeglichen. Dazu weist der Einstellring 2 einen Kalottenabschnitt 8 auf, der in diesem Fall einteilig - einmaterialig mit dem Ein- stellring 2 ausgebildet ist. Die Oberfläche des Kalottenabschnitts 8 ist konvex gewölbt und greift in einen korrespondierenden konkaven Kalottenabschnitt 10 an dem rotierenden Lagerring 3 ein und ist an dem Kontakt 9 = an der Kontaktzone zu diesem schwenkbar. Der konkave Kalottenabschnitt 10 ist einteilig mit dem rotierenden Lagerring 3 ausgebildet und kann aber auch getrennt von die- sem an einem Stützring des rotierenden Lagerringes 3 ausgebildet sein.

In Figur 2 ist ein Detail des Einzelteils Einstellrings 2 dargestellt, dessen Grundkörper 11 entweder aus Stahl oder alternativ aus einem Sinterwerkstoff, z.B. aus Sinterstahl ist. Die Randschicht 12 des Einstellrings 2, die mit dem Kalotte- nabschnitt 8 außen kugelabschnittsförmig gekrümmt ist, ist mindestens in der Kontaktzone zu dem Kalottenabschnitt 10 aus einem Sinterwerkstoff. Die Poren 13 bzw. 15 der Sinterwerkstoffe 16 bzw. 18 sind, wie mit den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, teilweise direkt an der Oberfläche 14 des Kalottenabschnitts 8 ausgebildet und nach außen geöffnet oder sind Hohlräume 20 unter der Oberfläche 14.

Die Poren 13 in dem Sinterwerkstoff 16 nach Figur 3 sind teilweise miteinander vernetzt und mit Kunststoff beispielsweise mit PTFE gefüllt. Der Sinterwerkstoff 16 ist in diesem Fall beispielsweise aus Sinterbronze auf dem Trägermaterial/ dem Grundkörper 17 aus Sinterstahl oder Stahl.

In den Poren 15 des Ausführungsbeispiels nach Figur 4 sind in der Randschicht des Einstellrings 2 aus dem Sinterwerkstoff 18 aus Stahl beispielsweise mit

einem synthetischen öl oder mit öl mit Fluoridzusätzen gefüllt.

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kupplungsausrücklagers 25 mit einem Einstellring 26, einem rotierenden Lagerring 3 und einem nicht rotierenden Lagerring 4. Der rotierende Lagerring 3 ist ein äußerer Lagerring 23, der über den Einstellring 26 auf eine nicht dargestellte Kupplungsfeder wirkt und mit dieser gemeinsam mit dem Einstellring 26 um die Rotationsachse 27 rotiert. Der nicht rotierende Lagerring 4 ist ein innerer Lagerring 24, auf den nicht weiter dargestellte Ausrückelemente, wie zum Beispiel ein Kolben einer hydraulischen Ausrückeinrichtung axial einwirken. Zwischen den als Schrägschulterringen ausgebildeten Lagerringen 3 und 4 sind Wälzkörper 5 angeordnet. Die Wälzkörper 5 sind in einem Käfig 6 gehalten.

Im Idealzustand liegen die Rotationsachse 27 des Kupplungsausrücklagers 25 und die Mittenachse 28 des Einstellrings 26 bzw. die Rotationsachse 27 konzentrisch aufeinander. Bei baulichem Versatz von Kupplung und Ausrücklager 25 können diese jedoch um Winkel α zueinander geneigt sein. Diese Neigung wird mittels des gelenkigen Zusammenwirkens des rotierenden Lagerrings 3 mit dem Einstellring 26 ausgeglichen. Dazu weist der Einstellring 26 einen Kalotte- nabschnitt 29 auf, der in diesem Fall als eine Schicht 30 auf den Einstellring 26 aufgebracht ist. Die Schicht 30 ist im Original sehr dünn und in Figur 5 nicht maßstäblich dargestellt. Die Oberfläche des Kalottenabschnitts 29 ist konkav gewölbt. In den Kalottenabschnitt 29 greift ein korrespondierender konvexer Kalottenabschnitt 31 an dem rotierenden Lagerring 3 ein und ist an dem Kon- takt 33 = an der Kontaktzone zu diesem schwenkbar. Der konvexe Kalottenabschnitt 31 ist einteilig mit dem rotierenden Lagerring 3 ausgebildet und kann aber auch getrennt von diesem an einem Stützring des rotierenden Lagerringes 3 ausgebildet sein.

Der Grundkörper 32 des Einstellrings 26 ist aus Stahl. Die Gleitschicht 30 auf dem Einstellring 26 ist mit dem Kalottenabschnitt 29 kugelabschnittsförmig gekrümmt und mindestens in der Kontaktzone 33 zu dem Kalottenabschnitt 31 aus einem Sinterwerkstoff 16. Die Poren des Sinterwerkstoffs sind, wie in der

Darstellung nach Figur 3, beispielsweise mit PTFE gefüllt und der Sinterwerkstoff 16 ist beispielsweise aus Sinterbronze oder sind, wie in dem Beispiel nach Figur 4, mit einem synthetischen öl oder mit öl mit Fluoridzusätzen gefüllt.

Bezugszeichenliste

Kupplungsausrücklager 30 Gleitschicht

Einstellring 31 Kalottenabschnitt rotierender Lagerring 32 Grundkörper nicht rotierender Lagerring 33 Kontakt

Wälzkörper

Käfig

Rotationsachse

Kalottenabschnitt

Kontakt

Kalottenabschnitt

Grundkörper

Randschicht

Pore

Oberfläche

Pore

Sinterwerkstoff

Grundkörper

Sinterwerkstoff

Mittenachse

Hohlraum innerer Lagerring äußerer Lagerring äußerer Lagerring innerer Lagerring

Kupplungsausrücklager

Einstellring

Rotationsachse

Mittenachse

Kalottenabschnitt