DE10035518A1 - Kupplungsscheibe - Google Patents

Abstract

Eine Kupplungsscheibe (1) mit Reibbelägen (7, 8) aus einem metallischen Sintermaterial hat in Abhängigkeit von der Temperatur axial vorspannbare Reibbeläge (5, 6) aus einem organischen Material. Die aus dem organischen Material gefertigten Reibbeläge (5, 6) gelangen bei niedriger Temperatur zuerst gegen Platten der Kupplung. Bei einer hohen Temperatur werden die aus dem organischen Material gefertigten Reibbeläge (5, 6) zurückgezogen, so dass ausschließlich die aus dem metallischen Sintermaterial an den Platten anliegen. Hierdurch wird ein hoher Einkuppelkomfort bei einer langen Lebensdauer der Kupplungsscheibe (1) erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe mit Reibbe­ lägen für eine Platten zum Einspannen der Reibbeläge zur Erzeugung eines Reibschlusses aufweisende Kupplung, mit Belagträgern zur Halterung der Reibbeläge, wobei zumin­ dest einige der Reibbeläge im montierten Zustand der Kupplungsscheibe gegenüber den Belagträgern axial zu den Platten bewegbar sind.

Eine solche Kupplungsscheibe ist aus der FR 1.132.609 be­ kannt. Hierbei sind die Reibbeläge in Umfangsrichtung in Abschnitte unterteilt. Die Abschnitte sind abwechselnd aus Asbest und aus Sintermaterial gefertigt. Die aus As­ best gefertigten Reibbeläge sind mittels elastischen Fe­ derelementen von den Belagträgern weggespannt. Im mon­ tierten Zustand der Kupplungsscheibe gelangen die Platten zunächst gegen die aus Asbest gefertigten Reibbeläge. Die Reibbeläge werden anschließend von den Platten in Rich­ tung der Belagträger bewegt, bis die Platten gegen die aus Sintermaterial gefertigten Reibbeläge gelangen. Die aus Asbest gefertigten Reibbeläge ermöglichen ein komfor­ tables und ruckfreies Einkuppeln der Kupplung und die aus Sintermaterial gefertigten Reibbeläge eine lange Lebens­ dauer.

Nachteilig bei der bekannten Kupplung ist jedoch, dass die aus Asbest gefertigten Reibbeläge einem höheren Ver­ schleiß unterliegen als die aus Sintermaterial gefertig­ ten Reibbeläge. Bei einem Verschleiß ändert sich zudem die Vorspannung der Federelemente. Dies führt nach eini­ ger Zeit dazu, dass die Drehmomente der Kupplung nahezu ausschließlich über die aus Sintermaterial gefertigten Reibbeläge übertragen werden. Das Einkuppeln erfolgt an­ schließend ruckartig und unkomfortabel.

Durch die DE 36 14 600 A1 ist ebenfalls eine Kupplungs­ scheibe mit Reibbelägen mit unterschiedlichen Reibkoeffi­ zienten bekannt geworden. Die Reibbeläge sind jeweils auf Federelementen mit unterschiedlichen Vorspannkräften an­ geordnet. Der unterschiedliche Belagverschleiß soll da­ durch verhindert werden, dass die Reibbeläge mit dem be­ sonders hohen Reibungskoeffizienten einen besonders klei­ nen Belagverschleiß aufweisen. Hierdurch gestaltet sich jedoch die Kupplungsscheibe sehr kostenintensiv. Weiter­ hin lassen sich die Vorspannkräfte der Federelemente nur unvollkommen über den Belagverschleiß einstellen.

Aus der DE 36 19 894 A1 ist eine Kupplungsscheibe be­ kannt, bei der für eine hohe zu übertragende Last Reibbe­ läge mit einem Keramik-Metall-Verbund und für eine nied­ rige Last aus organischem Material gefertigte Reibbeläge vorgesehen sind. Der aus einem Keramik-Metall-Verbund ge­ fertigte Reibbelag ist dabei dicker als der aus organi­ schem Material gefertigte Reibbelag. Hierdurch soll ein Anfangsschwund in der Phase des ersten Betriebs der Kupp­ lungsscheibe ausgeglichen werden. Nach einer kurzen Be­ triebsdauer gelangen unter Last jedoch alle Reibbeläge gleichzeitig gegen die Platten, so dass sich der Einkup­ pelvorgang unkomfortabel gestaltet.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Kupplungs­ scheibe der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass sie einen sehr hohen Einkuppelkomfort ermöglicht und eine sehr lange Lebensdauer aufweist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch Mittel zur Erfassung der Temperatur der Reibbeläge und zur Steu­ erung der axialen Bewegung der Reibbeläge in Abhängigkeit von deren Temperatur.

Durch diese Gestaltung können im montierten Zustand der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe bei einer kalten Kupp­ lung zunächst ein Teil Reibbeläge gegen die Platten ge­ langen, so dass der höchste Einkuppelkomfort gewährleis­ tet ist. Diese Reibbeläge werden sich dabei sehr schnell aufheizen. Oberhalb einer vorgesehenen Temperatur können die übrigen Reibbeläge gegen die Platten gelangen, so dass anschließend ein zuverlässiger Kraftschluss und da­ mit eine besonders hohe Lebensdauer sichergestellt ist.

Zur weiteren Erhöhung des Einkuppelkomforts und der Le­ bensdauer der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe trägt es bei, wenn die Reibbeläge unterschiedliche Reibkoeffizien­ ten aufweisen. Der Einkuppelkomfort und die Lebensdauer hängt im wesentlichen von der Wahl der Materialien der Reibbeläge ab. Dank der Erfindung können im montierten Zustand der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe bei einer kalten Kupplung zunächst diejenigen Reibbeläge gegen die Platten gelangen, bei denen der höchste Einkuppelkomfort gewährleistet ist. Oberhalb einer vorgesehenen Temperatur lassen sich diese Reibbeläge zurückziehen, so dass an­ schließend die eine besonders hohe Lebensdauer und eine hohe thermische Belastbarkeit aufweisenden Reibbeläge zum Einsatz kommen.

Die erfindungsgemäße Kupplungsscheibe hat eine besonders hohe Lebensdauer, wenn ein Teil der Reibbeläge eine be­ sonders hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.

Zur weiteren Erhöhung des Einkuppelkomforts und zur Erhö­ hung der Lebensdauer der erfindungsgemäßen Kupplungs­ scheibe trägt es bei, wenn die axial bewegbaren Reibbelä­ ge aus einem organischen Material und die übrigen Reibbe­ läge wahlweise aus einem metallischen Sintermaterial oder/und einem anderen nicht organischen Material gefer­ tigt sind.

Zum wechselnden Einsatz der Reibbeläge in Abhängigkeit von der Temperatur könnten alle Reibbeläge jeweils auf die Platten zu oder von diesen weg bewegt werden. Alter­ nativ dazu können die eine hohe thermische Belastbarkeit aufweisenden Reibbeläge bei hohen Temperaturen in Rich­ tung der Platten bewegt werden. Die erfindungsgemäße Kupplungsscheibe lässt sich jedoch besonders kostengüns­ tig fertigen, wenn die aus metallischem Sintermaterial gefertigten Reibbeläge unmittelbar auf den Belagträgern befestigt und dicker gestaltet sind als die axial beweg­ lichen Reibbeläge. Hierdurch lassen sich die axial beweg­ lichen Reibbeläge in eine Position zurückziehen, in der sie keinen Kontakt mit den Platten haben.

Die Mittel zur Erfassung der Temperatur der Reibbeläge und zur Steuerung der axialen Bewegung der Reibbeläge gestalten sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn sie ei­ ne sich bei verändernder Temperatur um ein vorgesehenes Maß bewegende Feder aufweisen.

Die erfindungsgemäße Kupplungsscheibe hat besonders ge­ ringe Abmessungen, wenn die Feder zwischen den Reibbelä­ gen und den Belagträgern angeordnet ist.

Die Feder lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders kostengünstig her­ stellen, wenn die Feder als Bimetallfeder mit einem Grundblech und einem Deckblech ausgebildet ist, wobei das Grundblech und das Deckblech unterschiedliche Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten aufweisen. Hierbei könnte eines der Metalle aus einer Aluminiumlegierung gefertigt und das andere Metall Stahl sein.

Die Feder vermag gemäß einer anderen vorteilhaften Wei­ terbildung der Erfindung beim Einkuppeln der Kupplung sehr große Kräfte abzustützen, wenn das Grundblech der als Bimetallfeder ausgebildeten Feder wellenförmig ges­ taltet ist und wenn auf den konvexen oder den konkaven Bereichen des Grundblechs jeweils Deckbleche befestigt sind. Das Grundblech könnte hierbei beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung gefertigt sein.

Die Feder vermag die Temperatur der Reibbeläge besonders genau zu erfassen und die Reibbeläge ohne Zeitverzögerung zu bewegen, wenn die Deckbleche unmittelbar an den Reib­ belägen anliegen.

Die axial beweglichen Reibbeläge lassen sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in Abhängigkeit von einer vorgesehenen Grenztemperatur bewegen, wenn die Feder aus einem Material mit einer Formgedächtnislegie­ rung gefertigt ist. Vorzugsweise hat die Formgedächtnis­ legierung einen sogenannten Zweiwegeeffekt. Durch diese Gestaltung lässt sich der Feder eine vorgesehene Form un­ terhalb der Grenztemperatur und eine vorgesehene oberhalb der Grenztemperatur einprägen. Die Feder wechselt zwi­ schen diesen Formen und kann dabei die axial verschiebli­ chen Reibbeläge bewegen. Diese Gestaltung der Feder hat den Vorteil, dass die Reibbeläge oberhalb der Grenztempe­ ratur mit einer von einem weiteren Temperaturanstieg un­ abhängigen Vorspannung an den Platten anliegen. Der wei­ tere Temperaturanstieg kann daher auch nicht zu einer Be­ schädigung der Feder führen.

Bei der erfindungsgemäßen, in eine Kupplung für ein Kraftfahrzeug eingesetzten Kupplungsscheibe lässt sich die die Formgedächtnislegierung aufweisende Feder auf ei­ ne vorgesehene Grenztemperatur zwischen -30° und 250°C einstellen, wenn sie eine FeMnSi-Legierung ist. Es ist dabei auch denkbar, alternativ die Feder aus einer Titan- Nickel-Legierung (TiNi), einer Kupferbronce (CuZnAL) oder Gold-Kadmium-Legierung (AuCd) herzustellen, um den vor­ genannten Effekt zu bewirken.

Die Reibbeläge können durch die Feder gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung um große Beträ­ ge bewegt werden, wenn die Feder eine ihre temperaturab­ hängige Bewegung übersetzende Hebelanordnung hat.

Die Zeitspanne zwischen der Erwärmung der axial bewegba­ ren Reibbeläge und deren Bewegung in ihre vorgesehene Po­ sition lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Wei­ terbildung der Erfindung besonders gering halten, wenn die axial bewegbaren Reibbeläge Einlagen aus gut wärme­ leitendem Material aufweisen.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei da­ von in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kupplungsscheibe in einer Draufsicht,

Fig. 2a-2c jeweils einen gekrümmten Schnitt durch die Kupplungsscheibe aus Fig. 1 entlang der Linie II-II bei unterschiedlichen Belagtemperaturen,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Reibbelag einer weiteren Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Kupplungsscheibe.

Fig. 1 zeigt eine Kupplungsscheibe 1 mit einer Nabe 2 und mit auf Belagträgern 3, 4 befestigten Reibbelägen 5-8 in einer Draufsicht dargestellt. Die Nabe 2 hat eine zentrische Öffnung 9 zur Durchführung einer nicht darge­ stellten Welle und zur Durchführung von ebenfalls nicht dargestellten Befestigungselementen vorgesehene Ausneh­ mungen 10. Die Reibbeläge 5-8 sind mittels Nieten 11, 12 an den Belagträgern 3, 4 befestigt. Die Belagträger 3, 4 sind mit der Nabe 2 vernietet. Zwei der Reibbeläge 5, 6 sind aus einem organischen Material gefertigt, während die zwei anderen Reibbeläge 7, 8 aus einem metallischen Sintermaterial gefertigt sind.

Die Fig. 2a bis 2c zeigen jeweils die Kupplungsscheibe 1 aus Fig. 1 bei unterschiedlichen Temperaturen. Hierbei ist zu erkennen, dass die Reibbeläge 5, 7 auf beiden Stirnseiten der Kupplungsscheibe 1 angeordnet sind. Zur Veranschaulichung des montierten Zustandes der Kupplungs­ scheibe 1 sind in der Zeichnung strichpunktiert Platten 13, 14 der Kupplung dargestellt. Im eingerückten Zustand der Kupplung wird die Kupplungsscheibe 1 zur Erzeugung eines Kraftschlusses zwischen den Platten 13, 14 einge­ spannt. Im ausgerückten Zustand haben die Platten 13, 14 hingegen keinen Kontakt mit der Kupplungsscheibe 1. Die aus metallischem Sintermaterial gefertigten Reibbeläge 7 sind unmittelbar mit den Belagträgern 4 verbunden. Die aus organischem Material gefertigten Reibbeläge 5 sind auf einer wellenförmigen Feder 15 angeordnet. Die Feder 15 ist einteilig mit dem in Fig. 1 dargestellten Belag­ träger 3 aus einer Formgedächtnislegierung mit einem Zweiwegeeffekt gefertigt. Hierdurch nimmt die Feder 15 im unbelasteten Zustand unterhalb einer vorgesehenen materi­ alabhängigen Grenztemperatur eine in Fig. 2a dargestell­ te Form und oberhalb dieser Grenztemperatur die in Fig. 2b dargestellte Form ein.

In Fig. 2a ist die Kupplungsscheibe 1 während des Ein­ kuppelvorganges dargestellt. Hierbei hat die Kupplungs­ scheibe 1 noch eine geringe Temperatur, so dass die aus einem organischen Material gefertigten Reibbeläge 5 von der Feder 15 axial in Richtung der Platten 13, 14 vorge­ spannt sind. Hierdurch berühren die Platten 13, 14 zu­ nächst die aus dem organischen Material gefertigten Reib­ beläge 5. Hierbei entsteht Reibungswärme, die zu einer Aufheizung der Reibbeläge 5 führt. Die Reibbeläge 5 lei­ ten die Reibungswärme an die aus der Formgedächtnislegie­ rung gefertigte Feder 15 weiter.

Übersteigt die Temperatur der Feder 15 die Grenztempera­ tur, so nimmt diese die in Fig. 2b dargestellte Form ein. In dieser Stellung sind die aus organischem Material gefertigten Reibbeläge 5 von den Platten 13, 14 getrennt. Der Reibschluss der Kupplung wird nun über die aus dem metallischen Sintermaterial gefertigten Reibbeläge 7 übertragen. Hierdurch können sich die aus organischem Ma­ terial gefertigten Reibbeläge 5 abkühlen.

Nach einer Abkühlphase bewegen sich die aus organischem Material gefertigten Reibbeläge 5 wieder in Richtung der Platten 13, 14. Fig. 2c zeigt die aus organischem Mate­ rial und die aus metallischem Sintermaterial gefertigten Reibbeläge 5, 7 in einer gemeinsam an den Platten 13, 14 anliegenden Stellung. In dieser Stellung ist die Vor­ spannkraft der Platten 13, 14 größer als die Federkraft der Feder 15.

Fig. 3 zeigt einen Teilbereich einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Kupplungsscheibe. Hier sind nur ein einzel­ nes Paar mit auf beiden Seiten einer Feder 16 befestigten Reibbelägen 17 dargestellt. Die Feder 16 ist als Bime­ tallfeder ausgebildet und hat ein aus einer Aluminiumle­ gierung gefertigtes Grundblech 18. Auf dem Grundblech 18 sind mehrere Deckbleche 19, 20 stoffschlüssig befestigt. Die Deckbleche 19, 20 weisen im Vergleich zu dem Grund­ blech 18 einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Hierdurch bewegen sich die auf der Feder 16 angeord­ neten Reibbeläge 17 mit sinkender Temperatur nach außen.

Claims (17)

1. Kupplungsscheibe mit Reibbelägen für eine Platten zum Einspannen der Reibbeläge zur Erzeugung eines Reibschlus­ ses aufweisende Kupplung, mit Belagträgern zur Halterung der Reibbeläge, wobei zumindest einige der Reibbeläge im montierten Zustand der Kupplungsscheibe gegenüber den Be­ lagträgern axial zu den Platten bewegbar sind, gekennzeichnet durch Mittel zur Erfassung der Temperatur zumindest einiger der Reibbeläge (5-8, 17) und zur Steuerung der axialen Be­ wegung zumindest eines Teils der Reibbeläge (5-8, 17) in Abhängigkeit von deren Temperatur.

2. Kupplungsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbeläge (5-8, 17) unterschiedliche Reibko­ effizienten aufweisen.

3. Kupplungsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Reibbeläge (7, 8) eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit aufweist.

4. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial bewegbaren Reibbeläge (5, 6, 17) aus einem organischen Material und die übrigen Reibbeläge (7, 8) aus einem metallischen Sintermaterial oder einem anderen nicht organischem Material gefertigt sind.

5. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus metallischem Sintermaterial gefertigten Reibbeläge (7, 8) unmittelbar auf den Belagträgern (4) befestigt und dicker gestaltet sind als die axial beweg­ lichen Reibbeläge (5, 6, 17).

6. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erfassung der Temperatur der Reibbe­ läge (5-8, 17) und zur Steuerung der axialen Bewegung der Reibbeläge (5-8, 17) eine sich bei verändernder Temperatur um ein vorgesehenes Maß bewegende Feder (15, 16) aufweisen.

7. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (15, 16) zwischen den Reibbelägen (5, 6, 17) und den Belagträgern (3) angeordnet ist.

8. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (16) als Bimetallfeder mit einem Grund­ blech (18) und einem Deckblech (19, 20) ausgebildet ist, wobei das Grundblech (18) und das Deckblech (19, 20) un­ terschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.

9. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundblech (18) der als Bimetallfeder ausgebil­ deten Feder (16) wellenförmig gestaltet ist und dass auf den konvexen oder den konkaven Bereichen des Grundblechs (18) jeweils Deckbleche (19, 20) befestigt sind.

10. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbleche (19, 20) unmittelbar an den Reibbelä­ gen (17) anliegen.

11. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (15) aus einem Material mit einer Formge­ dächtnislegierung gefertigt ist.

12. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnislegierung der Feder (15) eine FeMnSi-Legierung ist.

13. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnislegierung der Feder (15) eine TiNi-Legierung ist.

14. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnislegierung der Feder (15) eine CuZnAL-Legierung ist.

15. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnislegierung der Feder (15) eine AuCd-Legierung ist.

16. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (15, 16) eine ihre temperaturabhängige Be­ wegung übersetzende Hebelanordnung hat.

17. Kupplungsscheibe nach zumindest einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial bewegbaren Reibbeläge (5, 6, 17) Einlagen aus gut wärmeleitendem Material aufweisen.