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Schaltbare Reibungskupplung für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine schaltbare Reibungskupplung für Kraftfahrzeuge mit Drehmomentbegrenzung mit einer zwischen Mitnehmerringen unter Federwirkung eingespannten Kupplungsscheibe und einer Spreiz- yorrichtung, welche die Federspannung in Abhängigkeit vom jeweils übertragenen Drehmoment ändert. Die bekannten derartig schaltbaren Reibungskupplungen haben den Nachteil, dass sich das Grenzdrehmoment, bei welchem die Kupplung zum Rutschen kommt, nicht genau einhalten lässt. Das Drehmoment hängt bei gleicher Federkraft von dem jeweiligen Reibungsbeiwert ab ; letzterer kann durch Betriebseinflüsse Schwan- kungen unterworfen sein.
In Verbindung mit selbsttätig schaltenden Getrieben, welche insbesondere vom
Drehmoment abhängig arbeiten, wäre es aber sehr erwünscht, wenn die Kupplung weitgehend mit ihrem
Grenzdrehmoment unabhängig vom Reibungswert des Kupplungsbelages bleibt. Aber auch für die übliche
Anwendung mit schaltbaren Getrieben ist eine solche Kupplung vorteilhaft, deren Grenzdrehmoment unter den üblichen Betriebseinflüssen konstant bleibt. Die Triebwerksteile können dann geringer bemessen wer- den, weil die Überbeanspruchung infolge eines zu hohen Grenzdrehmomentes ausgeschlossen ist.
Es wurde bereits vorgeschlagen, bei Reibungskupplungen, deren Reibflächen unter Federkraft stehen, die Grösse der Federspannung in Abhängigkeit von dem übertragenen Drehmoment durch die Anwendung einer besonders ausgebildeten Spreizvorrichtung zu verändern, um eine grössere Unabhängigkeit von den
Reibwertschwankungen zu erzielen. Diese bekannten Kupplungen können aber nur verhältnismässig ge- ringfügige Schwankungen des Reibwertes ausgleichen, wenn nicht die Dimension der verwendeten Federn unwirtschaftlich gross wird. Diese bekannten Kupplungen haben auch den Nachteil, dass die Anpresskraft nachlässt, wenn sich die Reibungsflächen abnutzen. Das übertragbare Grenzdrehmoment wird dadurch mit zunehmender Abnutzung kleiner.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dass die mit in Ausnehmungen des einen Kupplungsteiles angeordneten Wälzkörpern, vorzugsweise Kugeln, versehene Spreizvorrichtung durch eine Tellerfeder mit abfallender Kennlinie und gegebenenfalls durch zusätzlich mit der Tellerfeder oder gegen sie wirkende Federn beaufschlagt ist, wobei der Spreizweg der Spreizvorrichtung auf die Spannung der Tellerfeder abgestimmt ist und mit einem infolge wachsenden Reibwertes ansteigenden Drehmoment die Anpresskraft der Tellerfeder abnimmt bzw. bei abnehmendem Reibwert die Federspannung zunimmt, so dass bei den im Betrieb vorkommenden Schwankungen des Reibwertes das Produkt aus Belag-Reibwert und der Anpresskraft der Tellerfeder im wesentlichen konstant bleibt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Tellerfeder zwischen einem im Gehäuse der Kupplung axial verschiebbaren, jedoch gegenüber dem Gehäuse undrehbar angeordneten Haltering und dem Gehäuse eingespannt und durch axial angeordnete Verbindungsschrauben auf die erforderliche Spannung eingestellt. Die Tellerfeder ist dabei innen mit Einkerbungen versehen, welche mit einer entsprechenden Verzahnung auf einem undrehbar mit dem Kupplungsgehäuse verbundenen, flanschartigen Kupplungsteil in Eingriff stehen, und aussen mit zungenartigen Erhebungen in Ausnehmungen eines Halteringes eingreifen, welcher Vertiefungen für kugelförmige Spreizorgane trägt.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind auf dem axial verschiebbar mit dem Gehäuse verbundenen flanschartigen Kupplungsteil Hebel in an sich bekannter Weise schwenkbar abgestützt, welche
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in der Nähe der Kupplungswelle von einem axial verschiebbaren Gleitstück beaufschlagt werden und aussen an einstellbaren Schraubenbolzen angreifen.
Die Erfindung besteht auch darin, dass die zweite mit fortschreitender Belagabnutzung eine Gegen- kraft zur Tellerfeder liefernde Feder als Schenkelfeder je einen Hebel hält, so dass jeder Hebel an einer
Stellmutter der Bolzen anliegt. Erfindungsgemäss ist es auch möglich, dass eine oder mehrere vorgespannte
Federn zusätzlich in der Wirkungsrichtung der Tellerfeder angebracht sind, welche bei neuen Kupplungs- belägen zusätzlich zur Kraft der Hauptfeder eine Höchstspannung wirksam werden lassen, die mit fort- schreitender Abnutzung des Reibbelages vermindert wird.
Die Erfindung ist ferner gekennzeichnet durch die Anordnung von zwei Ringen konzentrisch zur Kupp- lungsnabe, welche an ihren einander zugekehrten Stirnflächen mit Vertiefungen versehen sind, in denen
Kugeln ruhen, die durch die Vorspannung der Tellerfeder beaufschlagt werden und die Spannung der Tel- lerfeder von einer Druckplatte auf einen im Gehäuse axial verschiebbaren, drehbaren Druckring überlei- ten. Erfindungsgemäss ist auf einem Haltering an der Druckplatte eine zusätzliche Tellerfeder angebracht, deren Spannung mit Hilfe einer Regelmutter verstellt werden kann, und die mit fortschreitender Belagabnutzung eine Gegenkraft zur Tellerfeder liefert.
Schliesslich besteht die Erfindung darin, dass die Druckplatte in symmetrisch angeordneten Vertiefungen drehfest eingelegte Muttern trägt, in denen Stellschrauben über Federteller verschwenkbar abgestützt sind, wobei die Vorspannung von Schraubenfedern so gewählt ist, dass keine Kraft auf den Druckring abgegeben werden kann, wenn die Kupplungsbeläge abgenutzt sind.
Die schaltbare Reibungskupplung nach der Erfindung weist den Vorteil auf, dass das Grenzdrehmoment unabhängig vom Reibwert des Kupplungsbelages bleibt. Die im Betrieb vorkommenden Reibwertschwankungen einschliesslich der Differenz zwischen ruhender und gleitender Reibung können zuverlässig ausgeglichen werden. Das Federmittel kann verhältnismässig klein bemessen werden, wodurch der Raumbedarf der Kupplung gering ist und diese im Gehäuse einer genormten Kraftwagenkupplung untergebracht werden kann. Dabei sind die Herstellungskosten gering und die Kupplung lässt sich zum Auswechseln von Einzelteilen leicht demontieren. Auch mit fortschreitender Abnutzung des Kupplungsbelages bleibt die Konstanz des Produktes aus Reibbeiwert und Federspannung unabhängig von einem schwankenden Reibbeiwert erhalten.
Die Kupplung kann daher auch längere Zeit ohne Überholung in Betrieb bleiben.
Die erfindungsgemässe Kupplung ist in der Zeichnung in Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 eine Kupplung in Seitenansicht im Schnitt, Fig. 2 eine stirnseitigeAnsicht der Kupplung nach Fig. l, Fig. 3 in einer perspektivischen Darstellung einen Teilschnitt der Tellerfeder und eines ringförmigen Kupplungsteiles mit den A usnehmungen für die kugelförmigen Spreiz-bzw. Steuerorgane, Fig. 4 eine an- dereAusführungsform der Kupplung nach der Erfindung mit einer Gegenfeder, Fig. 5 einen Schnitt A-B aus Fig. 4, und Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Kupplung nach der Erfindung im Seitenschnitt.
In der Ausführungsform nach den Fig. 1 - 3 ist die Scheibe 2 mit dem nabenförmigen Kupplungsteil 1 fest verbunden. Sie wird zwischen einem Haltering 3 und einer Planfläche 4 im Gehäuse 5 eingepresst, wobei die Anpressung durch eine vorgespannte Tellerfeder 6 hervorgerufen wird, welche den Haltering 3 axial gegen die Scheibe 2 drückt. Ein zweiter Haltering 8 vermittelt die Übertragung der Spannung der Tellerfeder 6 über die Wälzkörper 9 auf den Haltering 3, wobei zwischen beiden Ringen 3 und 8 in entsprechend geformten Ausnehmungen Spreiz-bzw. Steuerorgane 9 in Kugelform eingelegt sind. Die Tellerfeder 6 ist innen mit Ausnehmungen 10 versehen, welche mit einer entsprechenden Verzahnung auf einem nabenförmigen Ansatz 11 des flanschartigen Kupplungsteiles 12 in Eingriff stehen.
Aussen hat die Tellerfeder 6 zungenartige Ansätze 13, welche in entsprechende Vertiefungen am Haltering 8 eingreifen. Der flanschartige Kupplungsteil 12 ist undrehbar mit dem Gehäuse 5 verbunden. Auf ihm sind Hebel 14 schwenkbar gelagert, welche an einem Ende von einem axial verschiebbaren Gleitring 15 beaufschlagt werden und am andern Ende mit Schraubenbolzen 16 verbunden sind, die in Vertiefungen des einen Halteringes 3 ruhen. Durch einen (nicht dargestellten) Endanschlag wird an den Hebeln 14 die Spannung der Tellerfeder 6 abgestützt. Schenkelfedern 17 halten die Hebel 14 in einer solchen Lage, dass sie an der Stellmutter der Bolzen 16 anliegen. Die Tellerfeder 6 hat eine zunächst bis zu einem Maximum, d. h. einem Scheitelpunkt, ansteigende Kennlinie.
Sie wird hier so eingespannt dass ihr Arbeitsbereich jenseits des Scheitelpunktes, also in dem Teil mit abfallender Kennlinie liegt.
Die Wirkungsweise der Ausführungsbeispiele der Kupplung nach Fig. 1 - 3 ist folgende : Bei ansteigendem Reibwert werden die Halteringe 3 und 8 durch die kugelförmigen Sperr- bzw. Steuerorgane 9 auseinandergespreizt und die Tellerfeder 6 weiter gespannt. Da diese Feder 6 im abfallenden Ar-
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beitsbereich arbeitet, nimmt ihre Anpresskraft hiebei ab. Durch eine entsprechende Wahl der Federken- nung und des möglichen Spreizweges an den Halteringen 3 und 8 in Abstimmung mit den im Betrieb praktisch vorkommenden Schwankungen des Reibwertes ist es möglich, das Produkt aus Anpresskraft und
Reibbeiwert im wesentlichen konstant zu halten.
Umgekehrt wird bei einem Sinken des Reibbeiwertes die
Spannung der Tellerfeder 6 vermindert, wobei infolge der abfallenden Kennlinie die Anpresskraft an den Reibungsflächen der Kupplung steigt. Bei einem Verschleiss an den Reibbelägen 7 nimmt ebenfalls die Anpresskraft nicht ab, sondern eher zu. Eine allmähliche Ermüdung der Tellerfeder 6 wird so durch die natürliche Abnutzung an den Reibflächen ausgeglichen.
Wird der Gleitring 15 axial verschoben, so wird die Anpressung des Halteringes 3 über die drei
Hebel 14 und dieVerbindungs-und Einstellschrauben 16 aufgehoben, sofern die Bewegung in Fig. 1 nach links erfolgt. Bei einer Bewegung nach rechts wird dagegen die Anpressung wieder hergestellt und die vorher ausgerückte Kupplung wieder eingerückt.
In dem Ausführungsbeispiel der Kupplung nach Fig. 4 ist die Kupplungsscheibe 2 mit dem naben- förmigen Kupplungsteil l fest verbunden. Dieselbe wird zwischen einem Druckring 3 und einer Planfläche 4 im Gehäuse 5 durch die Spannung einer Tellerfeder 6 eingepresst. Der Druckring 3 wird dabei axial in Richtung zur Planfläche 4 des Gehäuses 5 gedrückt.
Zwei konzentrisch zur Kupplungsnabe 1 angeordnete Ringe 39,40 nach Fig. 4 und 5 sind an ihren einander-zugekehrten Stirnflächen mit Vertiefungen 47,48 versehen, in denen Kugeln 41 gelagert sind. Der eine Ring 40 ist unmittelbar beaufschlagt durch die axiale Spannung einer Tellerfeder 6, welche im negativen Kennungsbereich arbeitet. Die Schrägflächen in den Vertiefungen 47 und 48 sind mit der Kennung der Tellerfeder 6 abgestimmt in einer solchen Weise, dass eine Verdrehung der beiden Ringe 39,40 gegeneinander eine Änderung der Spannung der Tellerfeder 6 zur Folge hat.
Die Tellerfeder 6 ist durch Mitnehmer an ihrer Innenbohrung drehfest gekuppelt mit dem Ring 40 und greift aussen am Mitnehmer 45 bzw. 52 des Druckringes 3 an, so dass eine Drehung des letzte- ren auf den Ring 40 übertragen wird. Der Ring 39 ist dagegen mit dem Gehäuse 5 über eine Druckplatte 44 gekuppelt. Die Abstimmung der Schrägflächen in den Vertiefungen 47 und 48 (Fig. 5) auf die Kennung der Tellerfeder 6 wird so gewählt, dass bei einer Änderung der Spannung an der Tellerfeder 6, hervorgerufen durch einen sich ändernden Reibwert des Kupplungsbelages, das Produkt aus der Federspannung und dem Reibwert im wesentlichen konstant bleibt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist auf einem Haltering 46 eine zusätzliche Tellerfeder 57 angebracht, deren Spannung mit Hilfe einer Regelmutter 58 verstellt werden kann. Die Tellerfeder 57 wird so eingebaut, dass sie bei neuen Reibbelägen keine Vorspannung hat.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 trägt die Druckplatte 44 in symmetrisch angeordneten Vertiefungen 55 drehfest eingelegte Muttern 56, in denen Stellschrauben 67 über Federteller 68 verschwenkbare Schraubenfedern 69 abstützen. Letztere sind bei neuem Kupplungsbelag vorgespannt und stützen sich über die Stifte 52 gegen den Druckring 3 ab. Die Vorspannung der Schraubenfedern 69 wird so gewählt, dass keine Kraft mehr auf den Druckring 3 abgegeben werden kann, wenn die Kupplungsbeläge soweit abgenutzt sind, dass eine Erneuerung erforderlich wird.
Die Wirkungsweise der Kupplung nach den Ausführungsbeispielen in Fig. 4 und 6 ist folgende : Wird die Spannung der Tellerfeder 6 durch Abnutzung an den Kupplungsbelägen und dadurch hervorgerufene Verschiebung des Druckringes 3 in axialer Richtung verändert, so erfolgt eine Korrektur des Anpress- druckes auf den Kupplungsbelag durch die Zusatzfedern 57 bzw. 69. Bei dem Beispiel nach Fig. 4 wird die Zusatzfeder 57 mit zunehmender Abnutzung des Belages gespannt und liefert eine wachsende Gegenkraft zur Spannung der Tellerfeder 6, so dass durch die Abnutzung an den Kupplungsbelägen die Anpresskraft nicht verändert werden kann.
Bei dem Beispiel nach Fig. 6 wird die Spannung der zunächst voi gespannten Schraubenfedern 69 mit zunehmender Abnutzung des Kupplungsbelages abgebaut, so dass der sich mit zunehmender Belagabnutzung verstärkende Anpressdruck durch die Tellerfeder 6 und die zusätzlichen Schraubenfedern 69 ausgleicht.
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