CN113544398A - 膜片弹簧离合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于有选择地连接第一轴(1)和第二轴(3)、特别是驱动轴和从动轴的膜片弹簧离合器，所述膜片弹簧离合器包括双稳态的膜片弹簧装置(6)，利用双稳态的膜片弹簧装置在不施加外力的情况下不仅维持建立起在这两个轴(1、3)之间的力锁合连接的闭合状态而且维持将这两个轴(1、3)彼此分离的断开状态。

Description

膜片弹簧离合器
技术领域
本发明涉及一种膜片弹簧离合器、特别是一种用于使用在机动车传动系或类似装置中的膜片弹簧离合器。本发明特别是涉及一种带有膜片弹簧的双稳态换挡离合器。
背景技术
膜片弹簧离合器按照现有技术普遍公知。例如参考DE102014226520A1。
在公知的膜片弹簧离合器中，通过膜片弹簧产生了用于连接两个轴的闭合力。膜片弹簧迫使与其中一个轴连接的第一离合器元件压到与之对应的、与第二轴抗扭地连接的第二离合器元件上。为了分离离合器元件，必须克服膜片弹簧的作用施加外力。只要外力作用到膜片弹簧上，传统的膜片弹簧离合器分离，只要没有外力作用，传统的膜片弹簧离合器就闭合。人们将这种离合器也称为NC离合器(常闭离合器，NC＝“normally closed”)。公知的膜片弹簧离合器不是尤为能量高效的，因为必须始终耗费外力来保持分离的或者说断开状态。
除了NC离合器外，也已知所谓的NO离合器(常开离合器，NO＝“normally open”)。DE102016222739A1公开了这种NO离合器。为了传输扭矩，在这种离合器中必须不断施加很大的力，因而这个离合器不是特别能量高效的。
发明内容
本发明的任务是，消除现有技术的缺点。尤其应当说明一种有更好的能效的膜片弹簧离合器。按照本发明的另一个目标，膜片弹簧离合器应当在超负荷时实现轴的相对运动。
该任务通过权利要求1的特征解决。本发明的适宜的设计方案由从属权利要求的特征得出。
按照本发明，建议一种用于有选择地连接第一轴和第二轴、特别是驱动轴和从动轴的膜片弹簧离合器，其包括双稳态的膜片弹簧装置，利用该膜片弹簧装置在不施加外力的情况下既维持建立起在这两个轴之间的力锁合连接的闭合状态也维持将这两个轴彼此分离的断开状态。
通过按照本发明使用双稳态的膜片弹簧装置，可以在不施加外力的情况下既维持闭合状态也维持断开状态。所建议的膜片弹簧离合器具有更好的能效。此外，可以简单地制造所建议的膜片弹簧离合器。
膜片弹簧装置包括至少一个膜片弹簧。也可以考虑的是，使用按膜片弹簧堆或者说膜片弹簧组的样式的多个膜片弹簧。
按照一种有利的设计方案，对于膜片弹簧适用下列关系式：
h0/t>2.83
其中，t是膜片弹簧的材料厚度。h0是计算辅助参量，适用h0＝l0-t，其中，l0是膜片弹簧的未受负荷时的结构高度。已经表明，符合之前的关系式的膜片弹簧是“双稳态的”。这就是说，在施加外力到膜片弹簧上时，膜片弹簧的高度l从第一稳定状态起减小，直至膜片弹簧达到不稳定状态。在不稳定状态中，外力为零。在继续施加外力时，高度l继续减小。自动形成了一个“负截锥”，这就是说，膜片弹簧自动卡固或者说锁固到第二稳定状态中。
膜片弹簧有利地具有多个径向于其内周或外周延伸的弹簧舌。在这种设计方案中，用很小的力耗实现了膜片弹簧从一稳定状态到另一稳定状态的状态变化。这使得能使用简单且利于成本的操纵装置来施加外力。
按照一种有利的设计方案，安装在第一轴上的第一离合器元件构造成锥体并且安装在第二轴上的第二离合器元件构造成与该锥体对应的配合锥体。在这种设计方案中能在较小的结构尺寸下将大扭矩从一个轴传输到另一个轴。由多个锥体或配合锥体构成的一种布置结构也是可能的。
按照另一种设计方案也可能的是，安装在第一轴上的第一离合器元件构造成盘并且安装在第二轴上的第二离合器元件构造成与该盘对应的配合盘。所建议的膜片弹簧离合器也可以构造成片式离合器，这就是说包括多个摩擦片。
在之前提到的两种设计方案中，第二离合器元件有利地抗扭地并且能轴向移动地与第二轴连接。在之前提到的两种设计方案中可能的是，设置多个锥体和配合锥体或者多个盘和配合盘，因此促成了摩擦接触的平行连接。摩擦接触的这种平行连接使得能传输特别大的扭矩。膜片弹簧离合器的释放力在此保持不变。
有利地，在第一离合器元件和/或第二离合器元件上安装摩擦衬片。该摩擦衬片能以传统的方式例如由用烧结黄铜、压制石墨或类似物制成的碳衬片、纸衬片形成。
按照一种有利的结构性的设计方案，膜片弹簧的内周边缘以能转动的方式保持在设置在第一轴上的第一槽中。膜片弹簧的内周边缘可以由弹簧舌的末端形成。膜片弹簧的外周边缘则可以保持在设置在换挡接合套上的第二槽中。在此，第二槽的侧面可以例如由弹簧圈形成。所建议的结构设计能特别简单和利于成本地付诸实践。
换挡接合套适宜地与第二离合器元件连接。所述连接可以是能转动的。适宜地设置有第一换挡拨叉用于轴向移动换挡接合套，该第一换挡拨叉嵌接到设置在换挡接合套的外周上的第三槽中。所建议的结构设计是简单的并且该结构设计实现了双稳态的膜片弹簧离合器的利于成本的制造。在所建议的膜片弹簧离合器中设置的槽可以一体式设计。但也可能的是，一个或多个槽分别形成了一个组件。槽的一个或多个侧面可以例如由一个或多个弹簧圈形成。
在膜片弹簧装置的一种备选的设计方案中，设置有第二换挡拨叉用于轴向移动第二离合器元件，该第二换挡拨叉包围设置在第二离合器元件的外周上的环绕式接片。所建议的结构设计还要更为简单并且实现了双稳态的膜片弹簧离合器的还要更为利于成本的制造。
附图说明
接下来借助附图更为详细地阐释本发明的实施例。图中：
图1示出了在闭合状态下的第一膜片弹簧离合器的部分切开的立体视图；
图2示出了在断开状态下的按图1的膜片弹簧离合器；
图3示出了按图1的剖视图；
图4示出了按图2的剖视图；
图5示出了膜片弹簧的示意性的剖视图；
图6示出了第二膜片弹簧离合器的剖视图；
图7示出了第一膜片弹簧离合器的第一立体视图；
图8示出了第一膜片弹簧离合器的第二立体视图；
图9示出了第二膜片弹簧离合器的第一立体视图；
图10示出了按图7的第二膜片弹簧离合器的第二立体视图；
图11a示出了膜片弹簧特性曲线；
图11b示出了按图11a的膜片弹簧的偏转；
图12示出了在闭合状态下的第一膜片弹簧离合器的第一原理图；
图13示出了在断开状态下的按图12的原理图；
图14示出了带有可选的元件的第一膜片弹簧离合器的按图12的原理图；
图15示出了带有可选的元件的第二膜片弹簧离合器的第二原理图。
具体实施方式
在附图中用附图标记1标注第一轴，第一离合器元件2牢固地安装在该第一轴上。第一离合器元件2在此构造成锥体。用附图标记3标注第二轴，从该第二轴延伸有带动件、例如齿盘4。第二离合器元件5嵌接到齿盘4中。因此，第二离合器元件5抗扭地与第二轴3连接。第二离合器元件能关于齿盘4或第二轴3轴向移动。
用附图标记6标注双稳态膜片弹簧，该双稳态膜片弹簧用其内周嵌接到设置在第一轴上的第一槽7中。膜片弹簧6具有多个径向于其内周延伸的弹簧舌6a。膜片弹簧6用其外周边缘嵌接到设置在换挡接合套8上的第二槽9中。用附图标记10标注第一换挡拨叉，所述第一换挡拨叉嵌接到设置在换挡接合套8上的第三槽11中。
第二离合器元件5构造成与第一离合器元件2对应的配合锥体。该配合锥体在其锥形的内面上具有摩擦衬片12。第二离合器元件5的外周边缘嵌接到设置在换挡接合套8上的第四槽13中。在图1至4中示出的第一膜片弹簧离合器的功能如下：
在图1和3中示出的闭合状态下，通过膜片弹簧6的作用迫使第一离合器元件2压到保持在换挡接合套8中的第二离合器元件5上。在第一离合器元件2和第二离合器元件5之间建立起了摩擦锁合连接。因此，扭矩能从第一轴1传输到第二轴3上。在超过预定的最大的扭矩时，在第一离合器元件2和第二离合器元件5之间的摩擦锁合连接分离。因此可以在传输扭矩时避免不期望的负荷峰值。
图2和4示出了在断开状态下的第一膜片弹簧离合器。第一换挡拨叉10以及换挡接合套8相对第一离合器元件2向右移动。膜片弹簧6处在第二稳定状态中，在所述第二稳定状态中第二离合器元件5在没有外力作用的情况下保持在与第一离合器元件2分离的状态中。
图5示出了膜片弹簧6的材料厚度t以及计算辅助参量h0。对于未受负荷时的结构高度l0适用：
l0＝h0+t
图6示出了第二膜片弹簧离合器的剖视图。在第二膜片弹簧离合器中，环绕式接片14从第二离合器元件5径向向外延伸。接片14嵌接到设置在第二换挡拨叉10a上的第五槽14a中。
图7和8示出了第一膜片弹簧离合器的另外的立体视图。
图9和10示出了第二膜片弹簧离合器的立体视图。第二膜片弹簧离合器的设计方案与第一膜片弹簧离合器的区别基本上在于省去了换挡接合套8。第二换挡拨叉10a在其面朝第二离合器元件5的内侧上具有第五槽14a(参看图6)，该第五槽包围设置在第二离合器元件5的外周上的环绕式接片14。
图11a示出了双稳态的膜片弹簧的弹簧特性曲线。在x轴上绘出了弹簧行程s和计算辅助参量h0的商。对于h0适用h0＝l0-t，其中，l0是膜片弹簧的未受负荷时的结构高度并且t是膜片弹簧的材料厚度(也参看图5)。在y轴上绘出了膜片弹簧的正向力或者说压力F与膜片弹簧在平坦位置中的计算力FC的商。在点“x”处，膜片弹簧处在第一稳定状态中。如由图11a可知，不需要外力来维持第一稳定状态。为了使膜片弹簧转入第二稳定状态，必须从点“x”至点“y”施加外力。在膜片弹簧离合器的闭合状态下，运行范围B适宜地处在力的最大值周围的范围中。在点“y”中有不稳定的重力。从点“y”起，膜片弹簧变换或者卡固(或锁固)到第二稳定状态中。膜片弹簧在此产生了负向力或者说拉力。在达到点“z”时，膜片弹簧处在无需施加外力就能维持的第二稳定状态中。膜片弹簧离合器在达到膜片弹簧的第二稳定状态时处在断开状态中。
图11b为了阐明图11a中的弹簧特性曲线而示出了膜片弹簧6关于第一轴1的位置。点x尚未达到，因为膜片弹簧离合器在运行范围B中处于在闭合状态下。
图12和13示出了所建议的第一膜片弹簧离合器的第一原理图。在图12和13中又为已经示出的组成部分使用相同的附图标记。附图标记15标注的是驱动装置、例如电动马达。第一轴1在此形成了驱动装置15的驱动轴。第二轴3构造成从动轴。在第一膜片弹簧离合器的在图12中所示的闭合状态下，膜片弹簧6通过换挡接合套8将力施加到第二离合器元件5上，从而迫使所述第二离合器元件与第一离合器元件2摩擦锁合地接触。不必借助第一换挡拨叉10使用外力来维持闭合状态。
在第一膜片弹簧离合器的在图13中所示的断开状态下，膜片弹簧2处在第二稳定状态中。又不必借助第一换挡拨叉10将外力施加到换挡接合套8上来维持这种状态。
图14示出了第一膜片弹簧离合器的另一原理图。在该另外的原理图中示出了附加的可选的特征。附图标记16标注回位弹簧，其用作导引元件并且用于第二离合器元件5的正确的定位。回位弹簧16在此设计成压力弹簧。回位弹簧当然也可以设计成拉力弹簧。齿盘4形成了带动件。
用附图标记17标注第一带动件，该第一带动件可选能设置用于在周向方向上将第二离合器元件5保持在换挡接合套8上。从第二离合器元件5延伸的第一带动件元件18嵌接到第一带动件17中，从而形成了在离合器元件5和换挡接合套8之间的抗扭连接。
用附图标记19标注第二带动件，该第二带动件可选能设置用于在周向方向上将第二膜片弹簧6保持在换挡接合套8上。第二带动件元件20嵌接到第二带动件19中，由此形成了在膜片弹簧6和换挡接合套8之间的抗扭连接。
用附图标记21标注第三带动件，从第一离合器元件2延伸的第三带动件元件22嵌接到该第三带动件中，从而形成了在第一离合器元件2和换挡接合套8之间的抗扭连接。这种设计方案是由第一带动件17和第一带动件元件18构成的一种布置结构的备选方案。
用附图标记23标注第四带动件，第四带动件元件24嵌接到该第四带动件中。第四带动件元件24从膜片弹簧6起延伸。通过第四带动件23和第四带动件元件24形成了在膜片弹簧6和第一离合器元件2之间的抗扭连接。由第四带动件23和第四带动件元件24构成的布置结构形成了由第二带动件19和第二带动件元件20构成的布置结构的备选方案。
图15示出了在闭合状态下第二膜片弹簧离合器的第二原理图。在第二膜片弹簧离合器中省去了换挡接合套8。接片14从第二离合器元件5延伸，所述接片嵌接到设置在(在此未示出的)第二换挡拨叉上的第五槽14a中。与在图14中所示的可选方案类似的是，即使在第二膜片弹簧离合器中，膜片弹簧6也可以备选借助第二带动件19和第二带动件元件20与第二离合器元件5抗扭地连接或者借助第四带动件23和第四带动件元件24与第一离合器元件2抗扭地连接。
附图标记列表
1 第一轴
2 第一离合器元件
3 第二轴
4 齿盘
5 第二离合器元件
6 膜片弹簧
6a 弹簧舌
7 第一槽
8 换挡接合套
9 第二槽
10 第一换挡拨叉
10a 第二换挡拨叉
11 第三槽
12 摩擦衬片
13 第四槽
14 接片
14a 第五槽
15 驱动装置
16 回位弹簧
17 第一带动件
18 第一带动件元件
19 第二带动件
20 第二带动件元件
21 第三带动件
22 第三带动件元件
23 第四带动件
24 第四带动件元件

Claims (12)

1.膜片弹簧离合器，其用于有选择地连接第一轴(1)和第二轴(3)、特别是驱动轴和从动轴，所述膜片弹簧离合器包括双稳态的膜片弹簧装置(6)，利用所述双稳态的膜片弹簧装置在不施加外力的情况下既维持建立起在这两个轴(1、3)之间的力锁合连接的闭合状态也维持将这两个轴(1、3)彼此分离的断开状态。
2.按照权利要求1所述的膜片弹簧装置，其中，所述膜片弹簧装置(6)包括至少一个膜片弹簧。
3.按照前述权利要求中任一项所述的膜片弹簧装置，
其中，对于所述膜片弹簧(6)适用下列关系式：
h0/t＞2.83
其中，t是所述膜片弹簧(6)的材料厚度并且h0是计算辅助参量，对于计算辅助参量适用：h0＝l0-t，
其中，l0是所述膜片弹簧(6)的未受负荷时的结构高度。
4.按照前述权利要求中任一项所述的膜片弹簧装置，其中，所述膜片弹簧(6)具有多个径向于其内周或外周延伸的弹簧舌(6a)。
5.按照前述权利要求中任一项所述的膜片弹簧装置，其中，安装在所述第一轴(1)上的第一离合器元件(2)构造成锥体并且安装在所述第二轴(3)上的第二离合器元件(5)构造成与所述锥体对应的配合锥体，
其中，第二离合器元件(5)抗扭地并且能轴向移动地与所述第二轴(3)连接。
6.按照前述权利要求中任一项所述的膜片弹簧装置，
其中，安装在所述第一轴(1)上的第一离合器元件(2)构造成盘并且安装在所述第二轴(3)上的第二离合器元件(5)构造成与所述盘对应的配合盘，
其中，所述第二离合器元件(5)抗扭地并且能轴向移动地与所述第二轴(3)连接。
7.按照前述权利要求中任一项所述的膜片弹簧装置，其中，在所述第一离合器元件(2)和/或所述第二离合器元件(5)上安装有摩擦衬片(12)。
8.按照前述权利要求中任一项所述的膜片弹簧装置，其中，所述膜片弹簧(6)的内周边缘以能转动的方式保持在设置在所述第一轴(1)上的第一槽(7)中。
9.按照前述权利要求中任一项所述的膜片弹簧装置，其中，所述膜片弹簧(6)的外周边缘保持在设置在换挡接合套(8)上的第二槽(9)中。
10.按照前述权利要求中任一项所述的膜片弹簧装置，其中，所述换挡接合套(8)与所述第二离合器元件(5)连接。
11.按照前述权利要求中任一项所述的膜片弹簧装置，其中，设置有第一换挡拨叉(10)用于轴向移动所述换挡接合套(8)，所述第一换挡拨叉嵌接到设置在所述换挡接合套(8)的外周边缘上的第三槽(11、14)中。
12.按照权利要求1至10中任一项所述的膜片弹簧装置，其中，设置有第二换挡拨叉(10a)用于轴向移动所述第二离合器元件(5)，所述第二换挡拨叉包围设置在所述第二离合器(5)的外周上的环绕式接片(14)。
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