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Die
Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Durch
die
US 6,158,562 A ist
eine Kupplungsscheibe mit einem Reibbelag bekannt, der mit einer
Belagträgerseite
an einem Belagträger
in Anlage gehalten ist, und an einer hiervon abgewandten Reibflächenseite
eine Reibfläche
aufweist, über
die er mit einer Gegenreibfläche
in Wirkverbindung versetzbar ist. wobei im radialen Erstreckungsbereich der
Reibfläche
zumindest eine im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsvertiefung vorgesehen
ist.
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Derartige
Umfangsvertiefungen werden, ebenso wie in der US-Patentschrift gezeigte
Radialvertiefungen, jeweils durch fertigungsbedingtes Einpressen
mittels eines Pressbereichs eines Presswerkzeuges hergestellt. Aufgrund
dieses Einpressens wird jeweils im Erstreckungsbereich einer Vertiefung
eine den Reibbelag bildende Reibzementmasse verdichtet.
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In
jüngster
Zeit kommen Brennkraftmaschinen mit immer höheren Maximaldrehzahlen zur
Entwicklung, wodurch insbesondere bei Kupplungsscheiben mit größeren Durchmessern,
etwa ab 240 mm, das Problem besteht, die geforderte Berstdrehzahl
zu erreichen. Durch die Umfangsvertiefung gemäß der US-Patentschrift ist
zwar nicht auszuschließen,
dass diese aufgrund der erwähnten
Verdichtung der Reibzementmasse eine Festigkeitserhöhung bewirken
könnte,
jedoch sind Zweifel angebracht, ob sich hierdurch ein wirklich nutzbarer
Vorteil im Hinblick auf die Berstdrehzahl des Reibbelages erzielen lässt, zumal
dann, wenn der letztgenannte über Durchmesser
ab etwa 250 mm verfügt.
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Bei
gebräuchlichen
Kupplungsscheiben mit großen
Durchmessern wird daher gerne auf ein Trägerblech zurückgegriffen,
das auf die von der Reibfläche
abgewandte Belagträgerseite
des Reibbelages aufgeklebt wird und die Berstdrehzahl des Reibbelages
erhöhen
soll. Mit einem derartigen Trägerblech erhöht sich
allerdings das Massenträgheitsmoment in
unerwünschter
Weise und führt
zu verschleißfördernden
Synchronisationsproblemen im Getriebe. Zudem wird die Kupplungsscheibe
aufgrund der komplizierteren Ausbildung des Reibbelages teuerer.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Reibbelag einer Kupplungsscheibe
derart zu gestalten, dass sich bei geringem technischen Aufwand eine
hohe Berstdrehzahl ergibt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hierbei
wird eine Reibzementmasse des Reibbelags mit Verstärkungsfasern,
wie Glas- oder Aramidfasern versehen, deren Packungsdichte in denjenigen
Bereichen des Reibbelages erhöht wird,
in denen durch einen Pressbereich eines Presswerkzeuges eine Verdichtung
vorgenommen wird. Insbesondere die Erhöhung der Packungsdichte dieser
Verstärkungsfasern
im radialen Erstreckungsbereich der Umfangsvertiefung wirkt sich
im Hinblick auf die Berstdrehzahl des Reibbelags vorteilhaft aus,
da sich hierdurch eine im Wesentlichen ringförmige Fliehkraftversteifung
innerhalb des Reibbelags ergibt.
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Die
Fliehkraftversteifung des Reibbelags kann weiter erhöht werden,
wenn zumindest im radialen Erstreckungsbereich der Umfangsvertiefung
die Packungsdichte an Fasern weiter erhöht wird, indem zusätzlich zu
den Verstärkungsfasern
zumindest eine weitere Zusatzfaser in die Umfangsvertiefung eingebracht
wird. Diese Zusatzfaser kann aus dem gleichen Werkstoff bestehen
wie die Verstärkungsfasern, jedoch
ist mit Vorzug auf eine Zusatzfaser zurückzugreifen, die eine andere
Zusammensetzung als die Verstärkungsfasern
aufweist und sich insbesondere durch eine höhere Zerreißfestigkeit auszeichnet. Idealerweise
wird die Zusatzfaser in Form einer Wicklung schnurähnlich endlos
in die Umfangsvertiefung eingebracht, und zwar vor einem endgültigen Einpressen
der Umfangsvertiefung in den Reibbelag. Beim anschließenden Einpressen
der Umfangsvertiefung im Reibbelag wird die Zusatzfaser in ihrem Vertiefungsbett
innerhalb von Reibzementmasse und Verstärkungsfasern endgültig positioniert.
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Zum
Einbringen der Zusatzfasern werden diese entweder zuerst in eine
zumindest teilweise eingedrückte
Umfangsvertiefung eingelegt und anschließend durch das Presswerkzeug
verpresst, oder aber die Zusatzfasern werden dem Presswerkzeug in dessen
Pressbereich beigefügt
und bei Ausbildung der Umfangsvertiefung im Reibbelag an der hierfür vorgesehenen
Position eingebracht. Damit ist die bereits erwähnte, im Wesentlichen ringförmige Fliehkraftversteifung
innerhalb des Reibbelags mit einer endlosen Wicklung versehen und
daher extrem widerstandsfähig
gegen Fliehkraft.
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Was
das Einbringen der Zusatzfasern in die Umfangsvertiefungen betrifft,
bleibt nachzutragen, dass diese Zusatzfasern mit Vorzug vor dem
thermischen Ausbacken des Reibbelages in denselben eingebracht werden.
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Aufgrund
der im Wesentlichen ringförmigen Fliehkraftversteifung
innerhalb des Reibbelags kann auch bei hohen Drehzahlen eines die
Kupplungsscheibe beaufschlagenden Antriebs, wie beispielsweise einer
Brennkraftmaschine, noch eine hinreichende Sicherheit bei der Berstdrehzahl
eingehalten werden, und dies auch dann, wenn die Kupplungsscheibe über einen
relativ großen
Durchmesser, wie beispielsweise 250 mm verfügt. Gleichzeitig erhöht sich
durch die Zugabe der Fasern in der Umfangsvertiefung das Massenträgheitsmoment
der Kupplungsscheibe nur unwesentlich, so dass keine Synchronisationsprobleme
im Getriebe zu erwarten sind.
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Besonders
vorteilhaft ist die Ausbildung der Umfangsvertiefung im radial inneren
Erstreckungsbereich des Reibbelages. Das erklärt sich wie folgt:
Zum
einen treten im radial inneren Bereich die höchsten Spannungen im Reibbelag
auf, und zum anderen wird sich der mittlere Reibdurchmesser des
Reibbelages vergrößern, wenn
sich die Umfangsvertiefung bis an den Innendurchmesser des Reibbelages
erstreckt. Dies gilt dann, wenn die Umfangsvertiefung an der Reibflächenseite
des Reibbelages vorgesehen ist, und wirkt sich vorteilhaft auf die
Drehmoment-Übertragungsfähigkeit
der Kupplungsscheibe aus.
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Ist
die Umfangsvertiefung stattdessen an der von der Reibfläche abgewandten
Seite des Reibbelags, also an dessen Belagträgerseite vorgesehen, so ist
die radiale Positionierung der Umfangsvertiefung im Hinblick auf
den mittleren Reibradius und damit auf die Drehmoment-Übertragungsfähigkeit
nicht mehr gegeben, jedoch ergeben sich auch dann Vorteile, da durch
die Umfangsvertiefung Raum für
Befestigungsmittel entsteht, durch welche eine Verbindung der Reibbeläge mit den
Belagträgern
herstellbar ist.
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Die
Tiefe der Umfangsvertiefung, ausgehend von der Reibfläche des
Reibbelages bis zu einem Boden der Umfangsvertiefung, ist derart
dimensioniert, dass auch bei maximalem am Reibbelag auftretendem
Belagverschleiß die
Funktion als Fliehkraftversteifung gewährleistet ist.
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Im übrigen ist,
was die Verbindung des Reibbelages mit dem Belagträger betrifft,
von Vorteil, wenn der Reibbelag in demjenigen Bereich, der das jeweilige
Befestigungsmittel für
die Herstellung der Verbindung umgibt, mit einer partiellen Einpressung versehen
ist, in welcher die Packungsdichte der Verstärkungsfasern erhöht wird.
Dadurch wird insbesondere an den Rändern von zum Durchgang dieser
Befestigungsmittel im Reibbelag vorgesehenen Durchgangsbohrungen
eine höhere
Festigkeit gegen Belastungen, die von diesen Befestigungsmitteln
ausgehen, erzielt.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1:
Die obere Hälfte
eines Schnittes durch eine Kupplungsscheibe mit Reibbelägen, die über Umfangsvertiefungen
verfügen;
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2:
eine Draufsicht auf den in 1 linken
Reibbelag gem. der Linie II – II
in 1;
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3:
Eine vergrößerte Herauszeichnung des
in 1 linken Reibbelages an der Schnittstelle III – III in 2;
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4:
Eine stark vergrößerte Herauszeichnung
des in 3 in strichpunktierter Darstellung eingekreisten
Bereichs X;
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5:
Eine Draufsicht auf den in 4 herausgezeichneten
Bereich mit Blickrichtung A;
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6:
Ein Presswerkzeug.
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1 behandelt
eine Kupplungsscheibe
1, die bezüglich ihrer Anordnung im Drehmomentenfluss
zwischen einer als Antrieb
3 wirksamen Schwungmasse
5 und
einer als Abtrieb
7 wirksamen Getriebeeingangswelle
9 angeordnet
ist. Bei der Schwungmasse
5 handelt es sich um ein Bauteil, das,
wie beispielhaft aus der
DE
44 09 694 A1 entnommen werden kann, mit einer Kurbelwelle
einer Brennkraftmaschine verbunden ist und zudem zur Aufnahme eines
Kupplungsgehäuses
dient, das über eine
in demselben angeordnete Membranfeder eine Anpressplatte beaufschlagt,
die bei der vorliegenden
1 mit der Bezugsziffer
25 bezeichnet
ist.
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Wie
ebenfalls der
DE 44
09 694 A1 entnommen werden kann, sind derartige Kupplungsscheiben in
einer ersten Position der Membranfeder mit Reibbelägen zwischen
Schwungmasse und Anpressplatte reibschlüssig eingespannt, um die Bewegung
der Schwungmasse auf die Getriebeeingangswelle zu übertragen,
während
in einer zweiten Stellung die Membranfeder die Reibverbindung zwischen
den Reibbelägen
der Kupplungsscheibe und der Schwungmasse sowie der Anpressplatte
und damit die Drehmomentübertragung
zumindest teilweise aufgehoben ist.
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Zurückkommend
auf 1, sind die Reibbeläge mit der Bezugsziffer 11 versehen,
wobei der in 1 linke Reibbelag 11 mit
einer von der Schwungmasse 5 abgewandten Belagträgerseite 13 an
einen Belagträger 15 befestigt
ist, was, wie 3 zeigt, durch Befestigungsmittel 49 in
Form einer Vernietung 17 erfolgen kann. Ebenso ist der
in 1 rechte Reibbelag 11 mit seiner von
der Anpressplatte 25 abgewandten Belagträgerseite 13 am
zugeordneten Belagträger 15 befestigt.
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Die
Belagträger 15 sind
in ihren radial inneren Bereichen durch eine Vernietung 18 an
einer Nabenscheibe 19 befestigt, die gegenüber einer
Nabe 61 relativ drehbar ist. Fest mit der Nabe 61 verbunden
sind dagegen beidseits der Nabenscheibe 19 angeordnete
Deckbleche 53, die für
die Aufnahme von sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckenden
Energiespeichern 59 über
Aussparungen 55 verfügen.
Auch die Nabenscheibe 19 verfügt über eine Aussparung 56 zur
Aufnahme der Energiespeicher 59, die, eingespannt zwischen
Nabenscheibe 19 und Deckblechen 53, als Torsionsschwingungsdämpfer 57 der
Kupplungsscheibe 1 wirksam sind. Ergänzt ist dieser Torsionsschwingungsdämpfer 57 durch
Reibbeläge 65,
die jeweils axial zwischen der Nabenscheibe 19 und je einem
der Deckbleche 53 eingespannt sind. Die bereits erwähnte Nabe 61 schließlich verfügt an ihrem
Innendurchmesser über
eine Verzahnung 62, die mit einer an der Getriebeeingangswelle 9 vorgesehenen
Verzahnung 63 eine drehfeste Verbindung eingeht.
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Von
den Reibbelägen 11,
weist der in 1 linke an seiner der Schwungmasse 5 zugewandten Seite
eine Reibfläche 21 auf,
die mit einer an der Schwungmasse 5 vorgesehenen Gegenreibfläche 23 in
Anlage bringbar ist. Ebenso verfügt
der in 1 rechte Reibbelag 11 an seiner der Anpressplatte 25 zugewandten
Seite über
eine Reibfläche 21,
die mit einer Gegenreibfläche 23 der
Anpressplatte 25 verbunden werden kann.
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Die
Reibfläche 21 des
in 1 linken Reibbelages ist im radial äußeren Bereich
mit einer ersten Umfangsvertiefung 27 und in seinem radial
inneren Bereich, herangeführt
bis unmittelbar an sein radial inneres Ende 39, mit einer
zweiten Umfangsvertiefung 27 ausgebildet.
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Wie
die 3 bis 5 zeigen, ist der Reibbelag 11 mit
Verstärkungsfasern 33 versehen,
die in einer Reibzementmasse 31 enthalten sind. Diese Verstärkungsfasern 35 können als
Glas- oder Aramidfasern ausgebildet sein. Darüber hinaus sind, jeweils im
radialen Erstreckungsbereich einer Umfangsvertiefung 27 jeweils
Wicklungen 29 mit Zusatzfasern 37 vorgesehen,
die vor einem thermischen Ausbacken des Reibbelages 11 zusätzlich in
die Umfangsvertiefung 27 eingebracht werden und schnurähnlich endlos
umlaufend sind.
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Mit
Vorzug weisen diese Zusatzfasern 37 eine andere Zusammensetzung
als die Verstärkungsfasern 33 auf,
wobei insbesondere eine sehr hohe Zerreißfestigkeit vorhanden sein
soll. Gleichzeitig sollen durch die Zusatzfasern 37 die
Reibeigenschaften des Reibbelages 11 nicht verändert werden.
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6 zeigt
ein Presswerkzeug 41, das mit seinem Pressbereich 43 für die Herstellung
der Umfangsvertiefung 27 am Reibbelag 11 vorgesehen
ist, gleichzeitig aber für
denjenigen Bereich, in welchem der Reibbelag 11 keine Umfangsvertiefung
aufweisen soll, über
eine Aussparung 45 verfügt.
Im Pressbereich 43 des Presswerkzeuges 41 sind
Zusatzfasern 37 positioniert, die bei der Durchführung des Pressvorganges
im Verlauf der plastischen Verformung des Reibbelages 11 an
ihre Bestimmungsposition im Reibbelag 11 verbracht werden.
Ebenso wäre allerdings
auch denkbar, durch den Pressbereich 43 des Presswerkzeuges 41 in
einem ersten Pressvorgang die Umfangsvertiefung 27 lediglich
mit einem Teil ihrer endgültigen
Tiefe herzustellen, um dann Zusatzfasern 37 in die Umfangsvertiefung
einzubringen, und erst danach durch einen erneuten Pressvorgang
mit dem Pressbereich 43 des Presswerkzeuges 41 die
gewünschte
Positionierung der Zusatzfasern 37 im Reibbelag 11 herzustellen.
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Wie
insbesondere die 4 und 5 zeigen,
ist, bedingt durch die Ausbildung der Umfangsvertiefung 27,
aber auch durch Einbringung der Zusatzfasern 37, die Packungsdichte
an Fasern im radialen Erstreckungsbereich der Umfangsvertiefung 27 deutlich
höher als
radial außerhalb
derselben. Aufgrund dieser höheren
Packungsdichte an Fasern entsteht die Wirkung einer in den Reibbelag 11 integrierten,
ringförmigen
Fliehkraftversteifung 67, durch welche der Reibbelag 11 abstützbar ist.
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Durch
Ausbildung der Umfangsvertiefung 27 im radial inneren Bereich
des Reibbelages 11 bis zu dessen radial innerem Ende 39 wird
zwar die radiale Größe der Reibfläche 21 reduziert,
nicht aber deren mittlerer Reibdurchmesser, der für die Dehmoment-Übertragbarkeit
verantwortlich ist. Aus dem gleichen Grund ist bei der Darstellung
gem. 3 die radial äußere Umfangsvertiefung 27 mit
radialem Abstand zum radial äußeren Ende 40 des
Reibbelages 11 vorgesehen. Selbstverständlich erhöht sich die Wirkung der Fliehkraftversteifung 67 im
Reibbelag 11, wenn – mit
Radialversatz zueinander – zwei
oder mehrere Umfangsvertiefungen 27 vorgesehen sind.
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Die
Tiefe der Umfangsvertiefung, ausgehend von der Reibfläche 21 des
Reibbelages 11 bis zu einem Boden 69 der Umfangsvertiefung 27 ist
derart dimensioniert, dass auch bei maximalem am Reibbelag 11 auftretendem
Belagverschleiß die
Funktion als Fliehkraftversteifung 67 gewährleistet
ist.
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Wie
weiterhin in 3 erkennbar ist, verfügt der Reibbelag 11 über eine
Durchgangsbohrung 51 für
die Vernietung 17, durch welche er mit dem Belagträger 15 verbunden
werden soll. Für
eine Stabilisierung der Wandung dieser Durchgangsbohrung 51 sowie
auch der Axialaufnahme für
den Kopf der Vernietung 17 ist jeweils eine partielle Einpressung 47 in den
Reibbelag 11 vorgenommen.
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Der
in 1 rechte Reibbelag 11 zeigt, was die
Anordnung der Umfangsvertiefungen 27 betrifft, eine abweichende
Ausgestaltung von der bisher erläuterten
Ausführung.
So ist bei diesem Reibbelag 11 die jeweilige Umfangsvertiefung 27 an
der Belagträgerseite 13 vorgesehen,
so dass die Reibfläche 21 des
Reibbelages 11 unterbrechungsfrei ausgebildet ist. Trotzdem
ist auch diese Umfangsvertiefung als Fliehkraftversteifung 67 im
Reibbelag 11 wirksam.
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- 1
- Kupplungsscheibe
- 3
- Antrieb
- 5
- Schwungmasse
- 7
- Abtrieb
- 9
- Getriebeeingangswelle
- 11
- Reibbeläge
- 13
- Belagträgerseite
- 15
- Belagträger
- 17,
18
- Vernietung
- 19
- Nabenscheibe
- 21
- Reibfläche
- 23
- Gegenreibfläche
- 25
- Anpressplatte
- 27
- Umfangsvertiefung
- 29
- Wicklung
- 31
- Reibzementmasse
- 33
- Verstärkungsfasern
- 37
- Zusatzfasern
- 39
- radial
inneres Ende des Reibbelages
- 40
- radial äußeres Ende
des Reibbelages
- 41
- Presswerkzeug
- 43
- Pressbereich
- 45
- Aussparung
- 47
- partielle
Einpressung
- 49
- Befestigungsmittel
- 51
- Durchgangsbohrung
- 53
- Deckbleche
- 55.
56
- Aussparungen
- 57
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 59
- Energiespeicher
- 61
- Nabe
- 62,
63
- Verzahnung
- 65
- Reibscheiben
- 67
- Fliehkraftversteifung
- 69
- Boden
der Umfangsvertiefung