DE102007004168A1

DE102007004168A1 - Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102007004168A1
Application number: DE102007004168A
Authority: DE
Inventors: Gerd Ahnert
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-01-27
Publication date: 2007-08-30

Abstract

Reibungskupplung umfassend eine Druckplatte, die mittels einer Tellerfeder gegenüber einem Kupplungsdeckel axial verlagerbar ist, wobei eine Zusatzfeder nach einem ersten Teil (s1) des Verlagerungsweges (s) der Druckplatte eine zusätzliche Kraft parallel zu der Tellerfeder aufbringt. Die Zusatzfeder ist an dem Kupplungsdeckel angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reibungskupplung umfassend eine Druckplatte, die mittels einer Tellerfeder gegenüber einem Kupplungsdeckel axial verlagerbar ist, wobei eine Zusatzfeder nach einem ersten Teil des Verlagerungsweges der Druckplatte eine zusätzliche Kraft parallel zu der Tellerfeder aufbringt.

Eine gattungsgemäße Reibungskupplung ist aus der DE 19707785 bekannt. Die Tellerfeder umfasst hier zusätzliche Federelemente, die nach Zurücklegen eines ersten Teiles des Ausrückweges mit Anschlagmitteln in Kontakt kommen und so für eine höhere Federsteifigkeit der Tellerfeder im weiteren Kupplungsweg sorgen. Die Anschlagmittel sind hier Zungen des Kupplungsdeckels, die durch entsprechende Öffnungen der Tellerfeder auf die der Kupplungsscheibe zugewandte Seite der Tellerfeder ragen und dort einen Anschlag bilden.

Wird eine pneumatische Betätigungsvorrichtung für die Reibungskupplung verwendet, so ist deren eigene Steifigkeit verglichen mit einer rein mechanischen, elektromechanischen oder hydraulischen Lösung vergleichsweise gering. Dies hat zur Folge, dass sich durch die Kraft/Weg-Kennlinie der Kupplung und die Kraft/Weg-Kennlinie der pneumatischen Ausrückvorrichtung eine Gleichgewichtslage für Kupplung und Betätigungsvorrichtung bildet. Sind die Steigungen der jeweiligen Kennlinie deutlich unterschiedlich, so bildet sich eine eindeutige Gleichgewichtslage aus. Liegen die Steigungen aber bereichsweise nah beieinander, so bildet sich keine eindeutige Gleichgewichtslage aus. Dies hat zur Folge, dass der Kupplungsweg bei einem gegebenen pneumatischen Druck nicht definiert ist, die Kupplungsstellung kann dann wenn überhaupt nur mit einer großen Ungenauigkeit angegeben werden. Eine aus dem Stand der Technik bekannte Lösung des Problems für eine pneumatische Kupplungsbetätigung besteht in einer Anpassung der ursprünglichen Kraftkennlinie einer Tellerfeder. Wird durch eine entsprechend dimensionierte Tellerfeder während der Betätigung die Kraftkennlinie permanent steifer als die entsprechende Luftfeder der Betätigungsvorrichtung gehalten, so ist eine Ausbildung der Kupplungskennlinie entsprechend den Erfordernissen der pneumatischen Betätigung erreichbar. Eine derartige Feder hat eine Kraft/Weg-Kennlinie, die über den gesamten Betätigungsbereich progressiv verläuft. Dadurch sind erheblich größere Betätigungskräfte notwendig. Des Weiteren kann eine Tellerfeder mit einem derartigen Kraftverlauf nur durch höheren Materialeinsatz hergestellt werden, beispielsweise durch ein dickeres Material der Tellerfeder, was die Kosten erhöht.

Nachteilig an der bekannten Lösung ist eine vergleichsweise aufwendige Gestaltung des Kupplungsdeckels. Ein weiterer Nachteil ist, dass die zusätzlichen Federelemente unmittelbar in die Tellerfeder integriert sind, so dass im Bereich des ersten Kupplungsweges nur ein Teil der Tellerfeder zum Einsatz kommt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Reibungskupplung anzugeben, die die zuvor genannten Nachteile vermeidet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kupplung bzw. Kupplungskennlinie anzugeben, die eine Betätigung der Kupplung mit einem pneumatischen Betätigungsmittel ermöglicht.

Dieses Problem wird gelöst durch eine Reibungskupplung umfassend eine Druckplatte, die mittels einer Tellerfeder gegenüber einem Kupplungsdeckel axial verlagerbar ist, wobei eine Zusatzfeder nach einem ersten Teil des Verlagerungsweges der Druckplatte eine zusätzliche Kraft parallel zu der Tellerfeder aufbringt, wobei die Zusatzfeder an dem Kupplungsdeckel angeordnet ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zusatzfeder nach dem ersten Teil des Verlagerungsweges der Druckplatte mit der Tellerfeder in Kontakt kommt. Die Druckscheibe ist mittels der Tellerfeder in Richtung einer Gegendruckplatte verlagerbar. Die Zusatzfeder wird erst nach Zurücklegen eines ersten Teils des Kupplungsweges wirksam und trägt dann zur zusätzlichen Kraft bei. Unter Zusatzfeder wird hier jedes Element verstanden, das eine Federwirkung hat, das also eine Kraft/Weg abhängige Kennlinie aufweist. Die Feder kann dabei eine lineare Kennlinie aufweisen. Die Federkraft wirkt dabei gegen die Betätigungskraft. Eine eventuell vorhandene Nachstellung der Kupplung hält die Bewegungsbereiche von Tellerfeder und Zusatzfeder auch nach Verschleiß und Nachstellen relativ konstant, so dass sich die Kupplungskennlinie insgesamt nicht oder nur unwesentlich ändert. Die Kraftwirkung der Zusatzfeder tritt erst nach einem anfänglichen Betätigungsweg der Kupplung auf und kann so dimensioniert werden, dass diese nur im Bereich der Degression der Tellerfeder wirkt. Die maximale Betätigungskraft der Kupplung steigt damit nicht oder nur gering an. Die Arbeit zur Kupplungsbetätigung steigt damit ebenfalls nur gering an. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zusatzfeder ein Stützring ist, der auf der dem Kupplungsgehäuse abgewandten Seite der Tellerfeder angeordnet ist. Der Stützring weist vorzugsweise eine Sicke auf, die ein stützringseitiges Schwenklager für die Tellerfeder bildet. Der Stützring ist vorzugsweise mit Befestigungsmitteln z.B. mit Nieten oder ähnlichen Befestigungs- und Abstandmitteln wie Schrauben, Bolzen oder dergleichen, beabstandet von dem Kupplungsdeckel angeordnet. Der Stützring weist bevorzugt im Wesentlichen radial verlaufende Federzungen auf, wobei die Federzungen vorzugsweise axial in Richtung der Tellerfeder vorstehende Kontaktbereiche aufweisen. Im Kontaktpunkt der Schwenkbewegung der Federzungen mit der Tellerfeder tritt eine Schwenk bewegung mit relativ großem Schwenkradius ein, so dass die Relativbewegung zwischen beiden gering und die Reibung zwischen beiden damit ebenfalls gering ist. Dadurch wird auch eine Hysterese zwischen beiden Betätigungsrichtungen der Kupplung, mithin also dem Betätigen und dem Loslassen der Kupplung, gering. Vorzugsweise ist weiter vorgesehen, dass der Kupplungsdeckel ein deckelseitiges Schwenkauflager umfasst und die Tellerfeder zwischen dem deckelseitigen Schwenkauflager und dem stützringseitigen Schwenkauflager eingespannt ist.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplung in dreidimensionaler Darstellung;
2 einen weiteren Teilschnitt durch das Ausführungsbeispiel der 1;
3 einen Teilschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stützringes wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwendet;
4 ein Diagramm der Kupplungskraft über dem Ausrückweg.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reibungskupplung 1 in einer räumlichen Darstellung im Teilschnitt. Die Reibungskupplung 1 umfasst eine Druckplatte 5, die gegenüber einem Kupplungsdeckel 2 in axialer Richtung, diese ist durch eine Rotationsachse 17 gekennzeichnet, in Richtung einer Kupplungsscheibe 15 sowie einer Gegendruckplatte 14 verlagerbar ist. Die Gegendruckplatte 14 ist in axialer Richtung festgelegt und üblicherweise mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden, die Kupplungsscheibe 15 ist üblicherweise mit einer Getriebeeingangswelle eines Untersetzungsgetriebes verbunden. Durch ein Aufeinanderdrücken der Druckplatte 5 auf die Gegendruckplatte 14 wird die Kupplungsscheibe 15 in bekannter Weise zwischen beiden eingeklemmt, sodass eine reibschlüssige Verbindung hergestellt wird. Die Verlagerung der Druckplatte 5 gegenüber dem Kupplungsdeckel 2 erfolgt mittels einer Tellerfeder 3, die sich an dem Kupplungsdeckel 2 an einem deckelseitigen Schwenkauflager 4, das als umlaufende oder unterbrochen umlaufende Ausbuchtung gestaltet ist, abstützt. Die Tellerfeder 3 stützt sich an der Druckplatte 5 an einer Kontaktstelle 11 eines Nachstellringes 6 ab. Der Nachstellring 6 ist gegenüber der Druckplatte 5 verdrehbar und weist hier nicht dargestellte, an sich bekannte rampenförmige Bereiche auf, die ein automatisches Nachstellen der Kupplung bei Verschleiß bewirken. Die Tellerfeder 3 stützt sich an dem deckelseitigen Schwenkauflager 4 sowie der Kontaktstelle zwischen Tellerfeder 3 und Nachstellring 11 ab und drückt dabei die Druckplatte 5 in Richtung der Gegendruckplatte 14. Die Tellerfeder 3 umfasst Federzungen 18 mit Kontaktbereichen 19, gegen die zum Öffnen der Reibungskupplung 1 ein Druck beispielsweise von einem Ausrücklager, das hier nicht dargestellt ist, ausgeübt wird. Ein Druck auf die Kontaktbereiche 19 in Richtung des Pfeiles 20 bewirkt ein Schwenken der Tellerfeder 3 um das deckelseitige Schwenkauflager 4 bei einer gleichzeitigen Verformung der Tellerfeder 3, so dass die Druckkraft F auf eine Kontaktstelle 11 zwischen Tellerfeder 3 und Nachstellring 6 verringert wird und die Reibungskupplung 1 geöffnet wird.
Auf der Seite der Tellerfeder 3, die dem Kupplungsdeckel 2 abgewandt ist, mithin auf der Seite der Tellerfeder 3, die der Druckplatte 5 und damit der Gegendruckplatte 14 und der Kupplungsscheibe 15 zugewandt ist, ist ein Stützring 7 angeordnet, der radial sich erstreckende Federzungen 8 aufweist. Der Stützring ist mit Nieten 10 fest mit dem Kupplungsdeckel 2, aber beabstandet von diesem, verbunden. Axial gegenüber dem deckelseitigen Schwenkauflager 4 weist der Stützring 7 eine Sicke 13 auf, die ein stützringseitiges Schwenklager 9 bildet. Radial von dem Schwenklager 9 nach innen betrachtet bleibt zwischen dem Stützring 7 und dem Kupplungsdeckel 2 ein axialer Freiraum 21, der eine axiale Bewegung der Tellerfeder 3 in dem Bereich der Tellerfeder 3, der sich von dem Schwenkauflagern 4, 9 nach innen erstreckt, ermöglicht.
Wird die Tellerfeder 3 an den Kontaktbereichen 19 in Richtung des Pfeiles 20 gedrückt, so schlägt diese, nachdem sie einen ersten Teilweg S1 zurückgelegt hat, an Kontaktbereichen 16 der Federzungen 18 an. Eine weitere Bewegung der Kontaktbereiche 19 in Richtung des Pfeiles 20 erfolgt nun gegen die zusätzliche Federkraft der Federzungen 8 des Stützringes 7. Die gesamte Kennlinie der Reibungskupplung 1, mithin die Kennlinie der Kraft über den Verschiebeweg in Richtung des Pfeiles 20, wird dadurch sprunghaft steiler. Diese Federkennlinie wird weiter unten anhand der 4 beschrieben.
2 zeigt einen Teilschnitt entsprechend der Darstellung der 1 unter einem anderen Winkel, sodass eine der Nieten 10 geschnitten ist. Wie zu erkennen ist, besteht bei den Nieten 10 eine feste Verbindung zwischen Stützring 7 und Kupplungsdeckel 2. Zu erkennen ist des Weiteren eine Abkantung 12 des Stützringes 7, der eine Zentrierung des Stützringes 7 gegenüber der Druckplatte 5 bewirkt.
In 3 ist der Stützring 7 als Einzelteil dargestellt. Zu erkennen ist die umlaufende Sicke 13, die das stützringseitige Schwenklager 9 bildet. Über den Umfang verteilt sind Bohrungen 22 eingebracht, die der Aufnahme der Niete 10 zur Verbindung mit dem Kupplungsdeckel 2 dienen. Die Federzungen 8 weisen schlanke Bereiche 8a auf, deren Umfangsbreite BU und deren Dicke d die Federsteifigkeit der Federzungen 8 in axialer Richtung bestimmt. Zwischen den Federzungen 8 sind jeweils axial in Einbaulage in Richtung der Druckplatte 5 angeordnete stückweise umlaufende Abkantungen 12 angeordnet, die z.B. am Innenring der Druckplatte 5 anliegen und für eine Zentrierung des Stützringes 7 in Einbaulage sorgen. Die Kontaktbereiche 16 der Federzungen 8 sind in Umfangsrichtung so verbreitert, dass eine möglichst große Auflagefläche für die Tellerfeder 3 bewirkt wird.
4 zeigt ein Beispiel einer Federkennlinie einer erfindungsgemäßen Reibungskupplung 1. Dargestellt ist die axiale Kraft, die durch die Kontaktbereiche 19 beispielsweise auf ein Ausrücklager ausgeübt wird, diese ist hier als F bezeichnet und über den Ausrückweg des Ausrücklagers s aufgetragen. Der Ausrückweg s ist in 1 durch einen Pfeil mit der Bezeichnung s angedeutet. In der entlasteten Stellung der Reibungskupplung 1, wenn also beispielsweise ein Ausrücklager von den Kontaktbereichen 19 vollständig abgehoben ist bzw. kraftlos gerade eben in Kontakt mit den Kontaktbereichen 19 ist, ist der Ausrückweg s gleich Null. In 4 dargestellt ist die Kupplungskennlinie 23 sowie Beispiele von Kennlinien 24.1 und 24.2 einer nicht dargestellten Ausrückvorrichtung. Es wird ausgegangen von einer pneumatischen Ausrückvorrichtung, die Kurven 24.1 und 24.2 sind hier Kraft/Weg-Kennlinien für einen konstanten pneumatischen Druck auf der Ausrückvorrichtung. Zu jedem pneumatischen Druck auf der pneumatischen Ausrückvorrichtung gehört eine Kurve 24. Von dieser Kurvenschar sind hier zwei Kurven 24.1 und 24.2 als Beispiele dargestellt. Wird also der Druck beispielsweise bei der Kurve 24.2 der pneumatischen Ausrückvorrichtung konstant gehalten und diese zusammengedrückt, so verläuft die Kraft/Weg-Kennlinie entsprechend der Kurve 24.2. Ein Zusammendrücken der pneumatischen Ausrückvorrichtung entspricht einer Verringerung des Kupplungsweges. Eine Gleichgewichtslage zwischen der Stellung der Reibungskupplung 1 und der Stellung der pneumatischen Ausrückvorrichtung wird jeweils bei einem Schnittpunkt einer der Kurven 24 mit der Kurve 23 erreicht. Wie zu erkennen ist, steigt die Kurve 23 stetig über den Kupplungsweg S an. Die Kurven 24 fallen stetig gegenüber dem Kupplungsweg S ab. Dies hat zur Folge, dass jeweils nur eine eindeutige Gleichgewichtslage existiert.
Zum Vergleich sind in 4 eine Kupplungskennlinie 25 für eine bekannte kommerzielle Kupplung sowie eine Kupplungskennlinie 26 für eine Kupplung mit einer rein progressiven Tellerfeder dargestellt. Bei der Kupplungskennlinie 25 einer konventionellen Kupplung treten Bereiche auf, in denen der Gradient der Kupplungskraft F über dem Ausrücklagerweg s deutlich negativ ist, so dass eine Steigung der Kurve vergleichbar mit der Steigung der Kraft/Weg-Kennlinie der Ausrückvorrichtung vorliegt. Die Kurve 24.1 aus der Kurvenschar der Ausrückkennlinien für verschiedene pneumatische Drücke zeigt, dass hier über einen weiten Bereich Gleichgewichtslagen vorliegen. Demgegenüber ist die Kupplungskennlinie 23 der erfindungsgemäßen Kupplung so gestaltet, dass in keinem Teilbereich der Kupplungskennlinie eine Steigung entsprechend einer der Kurvenscharen der Kennlinie der Ausrückvorrichtung vorliegt. Zum weiteren Vergleich ist eine Kupplungskennlinie 26 für eine rein progressive Tellerfeder eingezeichnet. Bei einer rein progressiven Tellerfeder ist die aufzubringende Kupplungskraft höher als bei der erfindungsgemäßen Reibungskupplung. Die Kennlinie der erfindungsgemäßen Kupplung setzt sich zusammen aus der Kennlinie der Tellerfeder 3 sowie der Kennlinie des Stützringes 7. Letztere ist mit dem Bezugszeichen 27 in 4 dargestellt. Wie zu erkennen ist beträgt der Kraftanteil des Stützringes 7 bis zu einem Kupplungsweg s1 den Wert 0. Bei Erreichen des Kupplungsweges s1 liegt die Tellerfeder 3 an den Kontaktbereichen 16 des Stützringes 7 an. Von diesem Weg an trägt der Stützring 7, genauer gesagt die Federzungen 8 des Stützringes 7, zum weiteren Kraftverlauf bei. Als Beispiel ist hier ein linearer Kraftverlauf der Federzungen 8 über dem Weg dargestellt, hier können aber auch beliebig andere progressive oder degressive Federkennlinien verwendet werden.

BU: Umfangsbreite
d: Dicke
1: Reibungskupplung
2: Kupplungsdeckel
3: Tellerfeder
4: deckelseitigen Schwenkauflager
5: Druckplatte
6: Nachstellring
7: Stützring
8: Federzunge des Stützringes
8a: Bereich
9: stützringseitiges Schwenklager
10: Niet zwischen Kupplungsdecke und Stützring
11: Kontaktstelle zwischen Tellerfeder und Nachstellring
12: Abkantung
13: Sicke des Stützringes
14: Gegendruckplatte
15: Kupplungsscheibe
16: Kontaktbereich
17: Rotationsachse
18: Federzungen
19: Kontaktbereiche
20: Pfeil
21: Freiraum
22: Bohrungen
23: Kupplungskennlinie, Kurve
24.1, 24.2, 24.3: Kennlinie einer Ausrückvorrichtung
25: Kennlinie Kupplung nach Stand der Technik
26: Kennlinie Kupplung nach Stand der Technik mit rein progressiver Tellerfeder
27: Kennlinie Federzungen 8 des Stützringes 7

Claims

Reibungskupplung (1) umfassend eine Druckplatte (5), die mittels einer Tellerfeder (3) gegenüber einem Kupplungsdeckel (2) axial verlagerbar ist, wobei eine Zusatzfeder (7, 8) nach einem ersten Teil (s1) des Verlagerungsweges (s) der Druckplatte (5) eine zusätzliche Kraft parallel zu der Tellerfeder (3) aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder (7, 8) an dem Kupplungsdeckel (2) angeordnet ist.
Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder nach dem ersten Teil (s1) des Verlagerungsweges (s) der Druckplatte (5) mit der Tellerfeder (3) in Kontakt kommt.
Reibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzfeder ein Stützring (7) ist, der auf der dem Kupplungsdeckel (2) abgewandten Seite der Tellerfeder (3) angeordnet ist.
Reibungskupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (7) eine Sicke (13) aufweist, die ein stützringseitiges Schwenklager (9) für die Tellerfeder (3) bildet.
Reibungskupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (7) mit Befestigungsmitteln (10) beabstandet von dem Kupplungsdeckel (2) angeordnet ist.
Reibungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (7) im Wesentlichen radial verlaufende Federzungen (8) aufweist.
Reibungskupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen (8) axial in Richtung der Tellerfeder (3) vorstehende Kontaktbereiche (16) aufweisen.
Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsdeckel (2) ein deckelseitiges Schwenkauflager (4) umfasst und die Tellerfeder (3) zwischen dem deckelseitigen Schwenkauflager (4) und dem stützringseitigen Schwenkauflager (9) eingespannt ist.