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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder.
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In modernen Scheibenkupplungen werden üblicherweise Wellfedern eingesetzt, um die Kupplungsscheiben im ausgekuppelten Zustand auseinanderzudrücken und ein Aneinanderschlagen der Reibbeläge zweier benachbarter Kupplungsscheiben zu verhindern.
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Bekannte Wellfedern zur Anwendung in Scheibenkupplungen sind üblicherweise als Ringe ausgebildet, wobei jeweils ein Wellfederring zwischen zwei benachbarten Kupplungsscheiben angeordnet ist. Die Wellfederringe können gestanzt oder gewunden sein und sind als einzelne offene oder geschlossene Ringe ausgebildet, deren Enden miteinander verschweißt sind und die zwischen den Kupplungsscheiben angeordnet werden.
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Die Ausrichtung der Wellfederringe erfolgt üblicherweise durch Führungslaschen, die sich an den Wellfederringen befinden und diese zu einem jeweils benachbarten Wellfederring ausrichten. Dabei befinden sich mindestens drei Führungslaschen oder Freischnitte an einem Wellfederring.
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Die Herstellung solcher Wellfederringe ist aufwendig und teuer, da die Führungslaschen oder Freischnitte an den Wellfederringen nur durch Stanzen hergestellt werden können.
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Aus der
DE 1 020 496 A ist eine gewellte Ringscheibenfeder mit radial gerichteten Wellenbergen und Wellentälern zum Lösen der Lamellen von Lamellenkupplungen bekannt.
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Die
US 3 081 854 A offenbart eine Vorrichtung zum Übertragen eines Drehmoments, die eine Mehrzahl von Scheiben umfasst, die derart angeordnet sind, dass sie durch Druck verkuppelt und durch Federn entkuppelt werden. Eine Scheibe umfasst ein oder mehrere elastische Elemente, die entgegengesetzt wirkende und sich axial davon erstreckende Federfinger aufweist. Diese entgegengesetzt wirkenden Federn drängen die gegenüberliegenden Scheiben aus einer Drehmomentübertragungsbeziehung mit benachbarten Scheiben heraus.
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In der
DE 24 51 104 A1 ist eine reibschlüssige Mehrscheiben-Eingriffsvorrichtung gezeigt, die aus einem Rückstellorgan besteht, das in einem Gehäuse beidseitig einer Zwischenscheibe angeordnet ist, und einen Kolben von Scheiben trennt, die auf einem Abstützflansch bewegbar sind. Als Rückstellorgan sind mehrere an dem Umfang der Zwischenscheibe verteilt angeordnete Spreizelemente vorgesehen.
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Die
DE 858 343 B beschreibt eine Lamellenkupplung mit gewellten Federringen zum Abheben der Lamellen, wobei ein dünner Federdraht Öffnungen einer Lamelle, z. B. deren Zahnlücken, wechselweise durchsetzt.
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Aus der
US 2 447 319 A ist eine Kupplung mit mehreren Scheiben bekannt, wobei das zylindrische Gehäuse der Kupplung in axialer Richtung elastisch ist und die äußeren Scheiben innerhalb des Gehäuses angebracht sind. Beim Einkuppeln wird Druck auf die Scheiben ausgeübt und das elastische Gehäuse wird zusammengedrückt. Eine Trennung der Scheiben im Moment des Entkuppelns wird dadurch erreicht, dass der Druck auf die Scheiben abgesenkt wird und sich, infolgedessen, das Gehäuse ausdehnt und die Scheiben zueinander beabstandet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in der Herstellung kostengünstiges und einfach handhabbares Wellfederelement anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder ist die Wellfeder als kreisförmiges Federband mit einer Mehrzahl von Windungen ausgebildet, von denen wenigstens zwei Windungen über den Umfang des kreisförmigen Federbandes eine um eine radiale Bezugsebene oszillierende Wellenlinie mit Wellenbergen und Wellentälern beschreiben. Des Weiteren umfasst die Kupplungsscheibenanordnung wenigstens zwei Kupplungsscheiben, von denen wenigstens eine derart zwischen jeweils zwei benachbarten Windungen angeordnet ist, dass die Wellenberge der darunter liegenden Windung und die Wellentäler der darüber liegenden Windung einander in axialer Richtung gegenüberliegend an der Kupplungsscheibe anliegen. Betrachtet man die jeweilige Kupplungsscheibe als Bezugsebene für die Ausrichtung der Wellenberge und der Wellentäler der daran anliegenden Windungen, so sind bei den an der Kupplungsscheibe anliegenden Windungen Wellenberg zu Wellenberg und Wellental zu Wellental ausgerichtet.
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Gegenüber konventionellen Kupplungsscheibenanordnungen mit einzelnen Wellfederringen weist die erfindungsgemäße Kupplungsscheibenanordnung mit einer einzigen Wellfeder, die ein kreisförmiges Federband mit einer Mehrzahl von Windungen umfasst, den Vorteil auf, dass zur Ausrichtung der Wellenberge und Wellentäler zweier benachbarter Windungen der Wellfeder zueinander keine zusätzlichen Mittel erforderlich sind und die Ausrichtung automatisch durch den Aufbau der Wellfeder erfolgt. Die Wellenberge und die Wellentäler benachbarter Wellfederringe sind stets so ausgerichtet, dass sie einander gegenüber stehen, und so eine optimale Kraftübertragung zwischen den Kupplungsscheiben sicherzustellen.
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Eine zwangsläufige Ausrichtung der Wellenberge und Wellentäler zueinander, wie sie durch die erfindungsgemäße Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder erreicht wird, stellt einen optimalen Kraftschluss zwischen den jeweiligen Kupplungsscheiben der Kupplungsscheibenanordnung sicher und ein Verdrehen oder Schrägstellen der Kupplungsscheiben zueinander wird zuverlässig verhindert. Im ausgekuppelten Zustand ist eine Ausrichtung der Wellenberge und Wellentäler zueinander insofern von Vorteil, als dass benachbarte Kupplungsscheiben gleichmäßig auseinandergedrückt werden und somit ein Aufeinanderschlagen oder Reiben zweier benachbarter Reibbeläge der Kupplungsscheiben verhindert wird.
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Des Weiteren wird durch die Verwendung einer einzigen Wellfeder, anstatt einer Vielzahl von einzelnen Wellfederringen, die zueinander ausgerichtet werden müssen, die Anzahl der Komponenten in einer Kupplungsscheibenanordnung reduziert, wodurch Herstellungskosten und Montagezeit eingespart werden können.
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Ferner werden bei der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder Fehler bei der Montage der Kupplungsscheiben mit der Wellfeder minimiert, da eine Ausrichtung der Wellenberge und Wellentäler zweier benachbarter Windungen zueinander automatisch erfolgt und eine Ausrichtung der Wellfeder durch den Monteur nicht erforderlich ist.
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Die Ausrichtung der Wellenberge und Wellentäler zweier benachbarter Wellfederringe gestaltet sich in konventionellen Kupplungsscheibenanordnungen üblicherweise schwierig, da der Montageraum relativ klein ist und eine präzise Ausrichtung der Wellentäler und Wellenberge zueinander erforderlich ist, um ein gleichmäßiges Auseinanderdrücken der Kupplungsscheiben zu erreichen. Diese Ausrichtung wird erfindungsgemäß wesentlich vereinfacht.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder besteht darin, dass auf die zur Ausrichtung konventioneller Wellfederringe zueinander benötigten Führungslaschen verzichtet werden kann. Die erfindungsgemäße Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder ist daher in der Herstellung einfacher und kostengünstiger als konventionelle Wellfederringe.
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Bekannte Wellfederringe werden üblicherweise durch Stanzen hergestellt, wobei aus einem gewalzten Vormaterial des Federbandes ein Wellfederring ausgestanzt wird. Dabei entstehen zum einen Stanzkanten an dem Wellfederring und zum anderen ist die Faserrichtung des gewalzten Vormaterials über den Umfang des Wellfederrings ungleichmäßig ausgerichtet. Für die Lebensdauer des Wellfederrings ist eine ungleichmäßige Faserrichtung über den Umfang der Wellfeder ungünstig und sorgt außerdem für eine ungleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Wellfederrings. Solche Stanzkanten und eine solche ungleichmäßige Faserrichtung werden erfindungsgemäß vermieden, was die Lebensdauer erhöht und die Kraftverteilung verbessert. Darüber hinaus können weitere Arbeitsschritte, die durch das Stanzen erforderlich sind, wie beispielsweise das Gleitschleifen des Stanzgrats entfallen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder ist es möglich, eine gewundene Wellfeder zu verwenden, wobei die Wellfeder dabei aus einem gewalzten Federdraht besteht, der kreisringförmig gewunden wird. Die Faserrichtung des gewalzten Federdrahtes ist bei einer gewundenen Wellfeder immer in Umfangsrichtung ausgerichtet und eine optimale Kraftverteilung über die Wellfeder ist gegeben. Gewundene Wellfedern sind daher für dynamische Beanspruchungen des Werkstoffes, wie sie bei Kupplungen regelmäßig vorkommen, besser geeignet.
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Stanzen stellt im Allgemeinen eine teurere Herstellungsvariante dar als das Wickeln des Federdrahtes, da das Wickelwerkzeug geringere Werkzeugkosten bedingt. Außerdem entsteht beim Wickeln des Federdrahtes kein Materialverschnitt und im Vergleich zum Stanzen kann eine Materialeinsparung von ca. 95% erreicht werden.
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Selbstverständlich können bei der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung auch mehrere Kupplungsscheiben vorgesehen sein, die so zwischen jeweils zwei benachbarten Windungen angeordnet sind, dass die Wellenberge der darunter liegenden Windung und die Wellentäler der darüber liegenden Windung einander in axialer Richtung gegenüberliegend an der Kupplungsscheibe anliegen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die radialen Bezugsebenen der einzelnen Windungen parallel zueinander angeordnet und das Federband weist Übergänge mit Steigungen zwischen zwei jeweils benachbarten Windungen auf.
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Durch eine parallele Anordnung der radialen Bezugsebenen der jeweiligen Windungen zueinander wird sichergestellt, dass die Kupplungsscheiben, die jeweils zwischen zwei benachbarten Windungen angeordnet sind, parallel zueinander ausgerichtet sind. Daraus ergibt sich eine optimale Kraftübertragung zwischen den Kupplungsscheiben in axialer Richtung der Kupplungsscheibenanordnung. Darüber hinaus wird ein ungleichmäßiges Abnutzen der Oberflächen der jeweiligen Kupplungsscheiben verhindert, da so sichergestellt wird, dass im eingekuppelten Zustand die Kupplungsscheiben gleichmäßig aufeinander liegen.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder weist jede der Kupplungsscheiben zumindest eine Aussparung auf.
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Durch eine mit einer Aussparung versehene Kupplungsscheibe kann eine einfachere Montage der Wellfeder an den Kupplungsscheiben erreicht werden, wobei die Wellfeder um die Kupplungsscheiben herum aufgefädelt wird. Es ist des Weiteren möglich, dass der Wellfederdraht zwischen den einzelnen Windungen durch die zumindest eine Aussparung der an der jeweiligen Windung anliegenden Kupplungsscheibe verläuft.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder ist die zumindest eine Aussparung in der Kupplungsscheibe am äußeren Umfangsrand der Kupplungsscheibe angeordnet.
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Aussparungen am äußeren Umfangsrand der Kupplungsscheibe erleichtern das Auffädeln des Wellfederdrahts auf die Kupplungsscheiben. Bei der Montage der Kupplungsscheibenanordnung mit der Wellfeder kann der Wellfederdraht durch die Aussparungen am äußeren Umfangsrand der Kupplungsscheiben verlaufen und somit die Kupplungsscheiben gegen Verdrehen und Verrutschen fixieren.
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Es ist ebenfalls möglich, die Aussparung in radialer Richtung nach innen in der Kupplungsscheibe anzuordnen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Kupplungsscheibe einen größeren Radius als die Wellfeder aufweisen kann, was die Verwendung kleinerer Wellfedern ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder weist die Aussparung eine Breite auf, die mindestens der Breite des Federbandes entspricht, sodass das Federband im montierten Zustand durch die Aussparungen der einzelnen Kupplungsscheiben verläuft.
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Entspricht die Breite der Aussparung in der Kupplungsscheibe ungefähr der Breite des Federbandes, so kann das Federband ohne wesentliches Spiel durch die Aussparungen verlaufen, und eine zusätzliche radiale Fixierung der Kupplungsscheiben wird erreicht, da ein Verdrehen der Kupplungsscheiben in Umfangsrichtung verhindert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder verlaufen die Übergangsbereiche mit Steigung des Federbands zwischen zwei benachbarten Windungen durch die Aussparung der entsprechenden Kupplungsscheibe.
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Dadurch können die Kupplungsscheiben lediglich in dem Bereich der Wellfeder angeordnet werden, der eine Steigerung aufweist, was die Kupplungsscheiben automatisch zwischen zwei benachbarten Windungen der Wellfeder mit parallelen Bezugsebenen positioniert. Somit wird erreicht, dass die Kupplungsscheiben parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Darüber hinaus können auch zwei oder mehr Aussparungen in einer Kupplungsscheibe angeordnet sein. Dadurch ist es möglich, mehrere Wellfedern in einer Kupplungsscheibenanordnung zu platzieren und dadurch beispielsweise die Stabilität und die Federkraft zu erhöhen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder sind im montierten Zustand die Aussparungen zweier benachbarter Kupplungsscheiben in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet.
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Durch eine versetzte Anordnung der Aussparungen zweier benachbarter Kupplungsscheiben wird ein optimaler Kraftfluss in axialer Richtung durch die Kupplungsscheibenanordnung sichergestellt. Da die im eingekuppelten Zustand auf die Kupplungsscheibenanordnung wirkende Kraft über die Aussparung nicht optimal von einer Kupplungsscheibe auf die jeweils benachbarte Kupplungsscheibe übertragen werden kann, ist es vorteilhaft, die Aussparungen der jeweiligen Kupplungsscheiben versetzt zueinander anzuordnen, um die Kraft über die Kupplungsscheibenanordnung gleichmäßig zu verteilen und eine höhere Stabilität in axialer Richtung zu erreichen.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder weist die Kupplungsscheibe einen Durchmesser auf, der mindestens so groß ist wie der des kreisförmig aufgewickelten Federbandes.
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Dadurch liegt die Wellfeder mit ihrer gesamten Oberfläche an den Kupplungsscheiben an und diese können durch das wellenförmige Federband im ausgekuppelten Zustand optimal auseinandergedrückt werden.
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Der Durchmesser des kreisförmig aufgewickelten Federbandes kann auch genau so groß wie der Durchmesser der Kupplungsscheibe sein. Um die Kupplungsfunktion der Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder zu gewährleisten, ist es wichtig, dass die Wellfeder einen Durchmesser aufweist, der nicht größer ist als der Durchmesser der Kupplungsscheibe.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder werden im ausgekuppelten Zustand die Kupplungsscheiben durch die Wellfeder in axialer Richtung auseinandergedrückt.
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Dadurch werden die Kupplungsscheiben im ausgekuppelten Zustand voneinander getrennt, und die Oberflächen der einzelnen benachbarten Kupplungsscheiben liegen nicht mehr aufeinander. Um eine Abnutzung der Oberflächen zu minimieren, ist es wichtig, dass im ausgekuppelten Zustand ein Schleifen benachbarter Kupplungsscheibenoberflächen aufeinander verhindert wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder weisen die Kupplungsscheiben Reibbeläge auf den einander zugewandten Oberflächen auf.
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Durch Reibbeläge auf den einander zugewandten Oberflächen zweier Kupplungsscheiben wird die Kraftübertragung zwischen zwei Kupplungsscheiben erhöht. Reibbeläge auf Kupplungsscheiben haben die Funktion, den Reibwert zwischen zwei Kupplungsscheiben zu erhöhen und somit die relative Reibbewegung zweier Kupplungsscheiben beim Einkuppeln zu minimieren.
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Beim Einkuppeln wird eine Antriebswelle mit einer Abtriebswelle verbunden, um ein Drehmoment vom Antrieb zum Abtrieb zu übertragen. Dabei können Drehmomentverluste durch das Reiben der Kupplungsscheiben aufeinander auftreten. Dieser Drehmomentverlust kann durch Reibbeläge auf den Oberflächen der Kupplungsscheiben minimiert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder sind die Enden des Federbandes hakenförmig ausgebildet und die Kupplungsscheibe ist mit einer Aussparung versehen, in welche das hakenförmige Federbandende eingreifen kann.
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Um eine optimale Befestigung der Wellfeder an der Kupplungsscheibenanordnung zu garantieren, muss das Federbandende an der jeweils außen liegenden Kupplungsscheibe fixiert werden. Eine solche Fixierung kann beispielsweise durch eine hakenförmige Ausbildung des Federbandendes realisiert werden. Dazu ist es notwendig, die an dem Federbandende anliegende Kupplungsscheibe beispielsweise mit einer Aussparung zu versehen, in die das hakenförmige Federbandende eingreifen kann. Eine Fixierung der Federbandenden an den jeweils außen liegenden Kupplungsscheiben verhindert eine Bewegung der Wellfeder relativ zu den Kupplungsscheiben.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder weist das Federband einen rechteckigen Querschnitt auf.
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Ein Federdraht mit einem rechteckigen Querschnitt ist ein so genannter Flachdraht, der beispielsweise aus einem gewalzten oder geschnittenen Vormaterial bestehen kann und eine einheitliche Faserrichtung besitzt.
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Dadurch bietet die Wellfeder eine größere Auflagefläche der Wellenberge und Wellentäler an den daran anliegenden Kupplungsscheiben, und die Federwirkung der Wellfeder wird erhöht. Das Federband ist vorzugsweise über die schmalere Seite des rechteckigen Querschnitts kreisringförmig aufgewickelt.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder besteht darin, dass das Federband eine Breite in einem Bereich von 0,5 mm bis 8,0 mm und eine Dicke im Bereich von 0,2 mm bis 3,0 mm aufweist.
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Der Durchmesser des kreisringförmig aufgewickelten Federdrahtes befindet sich vorzugsweise in einem Bereich von 10 mm bis 300 mm.
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Die genannten Werte haben sich im Bezug auf Festigkeit, Montierbarkeit und Herstellung des Federdrahtes als vorteilhaft erwiesen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibenanordnung ist die Anzahl der Wellen, bestehend aus einem Wellenberg und einem Wellental, einer Windung jeweils ein nichtganzzahliges Vielfaches von 0,5, also 2,5; 3,5; 4,5; 5,5; 6,5; 7,5; 8,5 usw., wobei nichtganzzahlige Vielfache von 0,5 zwischen 4,5 und 9,5 bevorzugt sind.
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Vorteilhafterweise werden so die jeweils benachbarten Wellenberge und Wellentäler einer Windung optimal zueinander ausgerichtet.
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Durch den Aufbau der Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder ist des Weiteren eine Geometrieänderung der Wellfeder einfach möglich, da die Wellfeder gewunden und nicht wie bei konventionellen Wellfederringen gestanzt wird. Das ist z. B. im Entwicklungsstadium einer Kupplungsscheibenanordnung von Vorteil, da die Geometrie der Wellfeder so leicht der Kupplungsscheibenanordnung angepasst werden kann.
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Als Material für das Federband werden bevorzugt spezielle Federstähle oder auch Kupfer-Beryllium-Legierungen eingesetzt. Ferner sind auch Faserverbundstoffe sowie spezielle glasfaserverstärkte Kunststoffe denkbar. Federstähle sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine sehr hohe Elastizitätsgrenze besitzen und daher nach einer aufgeprägten Spannung ohne bleibende Verformung elastisch in den Ausgangszustand zurückkehren.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Dabei dienen die Angaben wie „oben” und „unten” bzw. „links” und „rechts” der besseren Erläuterung der in den Figuren gezeigten schematischen Darstellung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, ohne die Erfindung auf die gezeigten Ausführungsbeispiele oder eine bestimmte Einbauposition zu beschränken.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer Kupplungsscheibenanordnung mit Wellfeder in isometrischer Ansicht, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2: eine vergrößerte schematische Ansicht eines Ausschnitts der Kupplungsscheibenanordnung mit Wellfeder aus 1; und
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3: eine schematische Draufsicht der Kupplungsscheibenanordnung mit Wellfeder aus 1.
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1 zeigt eine Kupplungsscheibenanordnung 2 mit einer Wellfeder 4, wobei die Anordnung 2 drei Kupplungsscheiben 12 umfasst, die zwischen den Windungen der Wellfeder 4 angeordnet sind.
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In 1 ist ein ausgekuppelter Zustand der Kupplungsscheibenanordnung 2 mit der Wellfeder 4 gezeigt.
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Die in 1 dargestellte Wellfeder 4 zeigt insgesamt vier Windungen, deren radiale Bezugsebenen parallel zueinander verlaufen. Die Wellfeder 4 ist kreisringförmig aufgewickelt, wobei jede der Windungen der Wellfeder 4 eine Wellenlinie beschreibt. Die Wellenlinie einer jeden Windung des Federbandes 4 oszilliert dabei um die radiale Bezugsebene der jeweiligen Windung und bildet auf der ersten oberen Windung 22 der Wellfeder 4 der in 1 dargestellten Kupplungsscheibenanordnung 2 insgesamt 7,5 Wellenberge 6 und 7,5 Wellentäler 8 aus. In einer darunter angeordneten zweiten Windung 24 der Wellfeder 4 sind durch die isometrische Ansicht der Kupplungsscheibenanordnung nur drei der acht Wellenberge 6 und drei Wellentäler 8 zu erkennen.
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Die erste Windung 22 und die zweite Windung 24 des Wellfederbandes 4 sind durch einen Bereich verbunden, in dem die Wellfeder 4 eine Steigung 30 gegenüber der radialen Bezugsebene aufweist. Der Steigungsbereich 30 kann durch entsprechendes Winden bei der Herstellung der Federgeometrie der Wellfeder 4 ausgebildet werden. Alternativ dazu kann der Steigungsbereich 30 dadurch entstehen, dass die Wellfeder 4 bei der Montage mit den Kupplungsscheiben in Position gedrückt wird und die Wellfeder 4 dabei entsprechend gebogen wird.
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Des Weiteren zeigt 1 eine unter der zweiten Windung 24 angeordnete dritte Windung 26, bei welcher ebenfalls nur drei der acht Wellenberge 6 und Wellentäler 8 des Wellenfederbandes 4 zu sehen sind. Zwischen der zweiten Windung 24 und der dritten Windung 26 des Federbandes 4 ist ebenfalls ein Übergang 30 dargestellt, welcher eine Steigung relativ zu der radialen Bezugsebene aufweist. Der Übergang 30 zwischen der zweiten Windung und der dritten Windung 26 der Wellfeder 4 ist in Bezug auf den Übergang 30 von der ersten Windung 22 zur zweiten Windung 24 der Wellfeder 4 in Umfangsrichtung nach rechts versetzt angeordnet.
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In 1 ist des Weiteren eine vierte untere Windung 28 des Wellfederbandes 4 gezeigt, wobei von dieser nur drei der acht Wellentäler 8 und Wellenberge 6 zu erkennen sind. Der Übergang 30 zwischen der dritten Windung 26 und der vierten Windung 28 beschreibt eine Steigung 30 relativ zu der radialen Bezugsebene und ist in Bezug auf den Übergang 30 zwischen der zweiten 24 und der dritten Windung 26 in Umfangsrichtung nach rechts versetzt angeordnet.
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Vorteilhafterweise weisen alle Windungen der Wellfeder die gleiche Anzahl von Wellenbergen 6 und Wellentälern 8 auf, damit sich jeweils Wellenberge und Wellentäler benachbarter Windungen gegenüberliegen können.
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Wie in 1 zu erkennen ist, liegen die Wellentäler 8 einer jeweiligen Windung den Wellenbergen 6 in axialer Richtung einer jeweils benachbarten Windung des Wellfederbandes 4 gegenüber. Dadurch werden die Kupplungsscheiben 12 in dem hier dargestellten ausgekuppelten Zustand in axialer Richtung auseinandergedrückt und eine Berührung der Kupplungsscheiben 12 untereinander verhindert.
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Durch eine Ausrichtung der Wellenberge 6 und Wellentäler 8 zueinander wird eine bestmögliche Federwirkung zwischen zwei Kupplungsscheiben 12 und ein optimaler Kraftschluss zwischen den benachbarten Kupplungsscheiben 12 der Kupplungsscheibenanordnung 2 sichergestellt. Die durch den Kupplungsvorgang entstehende Kraft wird optimal in die Kupplungsscheibenanordnung 2 eingeleitet. Das wird dadurch erreicht, dass die Kupplungsscheiben 12 zwischen den Windungen der Wellfeder 4 parallel zueinander ausgerichtet sind und somit eine gleichmäßige Belastung der Oberflächen der Kupplungsscheiben 12 erzeugt wird, wodurch beispielsweise eine unregelmäßige Abnutzung der Oberflächen durch Reibung der Kupplungsscheiben 12 aneinander verhindert wird.
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Ferner ist ein Verdrehen oder Schrägstellen der Kupplungsscheiben 12 zueinander nicht möglich, da eine gleichmäßige Kraft durch die an der Ober- und Unterseite der jeweiligen Kupplungsscheibe anliegenden Wellfederwindungen auf die Kupplungsscheibe 12 aufgebracht wird.
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Darüber hinaus wird sichergestellt, dass in einem hier nicht dargestellten eingekuppelten Zustand, wobei die Kupplungsscheiben 12 in axialer Richtung zusammengedrückt werden, die Oberflächen der sich jeweils zugewandten Kupplungsscheiben 12 gleichmäßig aufeinander liegen und daher der Abnutzungsgrad der Oberflächen gleichmäßig verteilt ist.
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1 zeigt ferner drei Kupplungsscheiben 12, die zwischen den vier Windungen der Wellfeder 4 angeordnet sind. Die gezeigten Kupplungsscheiben 12 sind kreisförmig ausgebildet und in axialer Richtung parallel zueinander angeordnet.
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In der gezeigten Darstellung liegen die Wellenberge 6 einer unterhalb der Kupplungsscheibe 12 angeordneten Windung, sowie die Wellentäler 8 einer oberhalb der Kupplungsscheibe 12 angeordneten Windung an der jeweiligen Kupplungsscheibe 12 an.
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Die oberste der drei in 1 gezeigten Kupplungsscheiben 16 weist zwei Aussparungen 10 auf. Die Aussparungen 10 in der oberen Kupplungsscheibe sind sich gegenüberliegend am äußeren Umfangsrand der Kupplungsscheibe 16 um 180° versetzt angeordnet und weisen einen rechteckigen Querschnitt auf.
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Die darunter liegende zweite und dritte Kupplungsscheibe 18 und 20 zeigen ebenfalls jeweils eine rechteckige Aussparung 10, die am äußeren Umfangsrand der kreisförmigen Kupplungsscheibe angeordnet ist.
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Die parallelen Kupplungsscheiben 12 sind kreisförmig ausgebildet und weisen einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des kreisringförmig aufgewickelten Federbandes 4. Ein Verrutschen der Wellfeder 4 von den Kupplungsscheiben 12 wird somit verhindert und die Wellfeder 4 liegt mit ihrer gesamten Auflagefläche an den einzelnen Kupplungsscheiben 12 an.
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An der oberen ersten Kupplungsscheibe 16 liegt auf der Oberseite die obere erste Windung 22 der Wellfeder 4 und auf der unteren Seite die untere zweite Windung 24 der Wellfeder 4 an. Der Übergang 30 zwischen der ersten und zweiten Windung der Wellfeder 4, der eine Steigung 30 relativ zu der radialen Bezugsebene aufweist, verläuft durch die in 1 vordere der beiden Aussparungen 10 der obersten Kupplungsscheibe 16.
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Die Aussparungen 10 der obersten Kupplungsscheibe 16 sowie die der zweiten 18 und dritten Kupplungsscheibe 20 weisen eine Breite auf, die der Breite des Federbandes 4 der Wellfeder entspricht. Dadurch wird das durch die Aussparungen verlaufende Federband 4 an den Kupplungsscheiben 12 fixiert. Darüber hinaus werden die Kupplungsscheiben 12 so in der Kupplungsscheibenanordnung ausgerichtet und eine Bewegung der Kupplungsscheiben 12 relativ zueinander ist nicht mehr möglich.
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Der Übergang 30 zwischen der zweiten und dritten Windung der Wellfeder 4 verläuft durch die in der zweiten Kupplungsscheibe 18 ausgebildete Aussparung 10. Die Aussparung 10 der zweiten Kupplungsscheibe 18 ist dabei relativ zu der Aussparung 10 der oberen ersten Kupplungsscheibe 16 in Umfangsrichtung nach rechts versetzt.
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Durch eine versetzte Anordnung der Aussparungen zweier benachbarter Kupplungsscheiben wird ein optimaler Kraftfluss in axialer Richtung durch die Kupplungsscheibenanordnung sichergestellt. Da die im eingekuppelten Zustand die auf die Kupplungsscheibenanordnung wirkende Kraft über die Aussparung nicht optimal von einer Kupplungsscheibe auf die jeweils benachbarte Kupplungsscheibe übertragen werden kann, ist es vorteilhaft, die Aussparung der jeweiligen Kupplungsscheiben versetzt zueinander anzuordnen, um die Kraft über die Kupplungsscheibenanordnung gleichmäßig zu verteilen.
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Dadurch, dass die Übergänge der Windungen des Wellfederbandes 4 durch die Aussparungen 10 in den jeweils an den Windungen anliegenden Kupplungsscheiben 12 verlaufen, werden die Kupplungsscheiben 12 in radialer Richtung fixiert und gegen ein Verdrehen im Umfangsrichtung gesichert.
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Bei dem in 1 dargestellten Federband 4 handelt es sich um einen Flachdraht, welcher einen rechteckigen Querschnitt 14 aufweist. Das Federband 4 ist dabei um die schmalere Seite des rechteckigen Querschnitts 14 kreisringförmig aufgewickelt. Durch die Verwendung eines Flachdrahtes wird eine größere Auflagefläche der einzelnen Windungen an den dazwischen liegenden Kupplungsscheiben 12 erreicht, und die Federwirkung der Wellfeder wird erhöht.
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Des Weiteren ist die Verwendung eines Flachdrahtes insofern vorteilhaft, als dass ein gewalzter Federdraht verwendet werden kann, welcher anschließend kreisringförmig gewunden wird. Ein gewundener Federdraht bietet eine einheitliche Faserrichtung in Umfangsrichtung der kreisringförmig aufgewickelten Wellfeder 4 und sorgt daher für eine gleichmäßige Kraftverteilung innerhalb des Federbandes 4. Durch die einheitliche Faserrichtung eignet sich ein gewalztes und anschließend aufgewickeltes Federmaterial besser für eine dynamische Beanspruchung der Feder, wie sie bei Kupplungsanwendungen auftritt. Zudem ist bei einem gewalzten Federmaterial kein Stanzgrat vorhanden und die Kanten verlaufen gleichmäßig. Ein Entgraten der Kanten ist nicht notwendig, wodurch das Verbleiben von Restschmutz auf dem Federdraht vermieden wird.
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Ein Winden des Federbandes 4 ist des Weiteren im Gegensatz zu einem gestanzten Wellfederring kostengünstiger, da beispielsweise kein Verschnitt wie bei der Herstellung der Stanzteile entsteht und somit eine Materialeinsparung von bis zu 95% erreicht werden kann.
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Des Weiteren ist das zum Stanzen benötigte Stanzwerkzeug relativ teuer und die Herstellung einer gewundenen Feder im Gegensatz zum Stanzen einfacher.
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Außerdem sind weitere, wie z. B. kreisringförmige Querschnitte des Federbandes 4 denkbar.
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Die 2 zeigt einen Ausschnitt einer Kupplungsscheibenanordnung mit einer Wellfeder 32, in einer vergrößerten isometrischen Ansicht. In dem in 2 gezeigten Ausschnitt sind drei Kupplungsscheiben 12 dargestellt, sowie das Federband der Wellfeder 32.
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Die 2 dient der Vergrößerung einiger für die Funktion der Kupplungsscheibenanordnung 2 wichtigen Bereiche und der Verdeutlichung des Wirkprinzips der Wellfeder 4 auf die Kupplungsscheiben. Daher ist der Verlauf des Federbandes 4 durch die Aussparungen 10 der Kupplungsscheiben 12 sowie die präzise Ausrichtung der Wellenberge 6 und Wellentäler 8 zweier benachbarter Windungen zueinander vergrößert dargestellt.
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Das Wellfederband 4 weist in dem gezeigten Ausschnitt vier Windungen auf, deren radiale Bezugsebenen parallel zueinander verlaufen. In dem in 2 dargestellten Ausschnitt sind bei der obersten ersten Windung 22 vier Wellentäler 8 und fünf Wellenberge 6 zu erkennen. Von der darunter liegenden zweiten 24, dritten 26 und vierten Windung 28 zeigt der Ausschnitt in 2 lediglich jeweils zwei Wellenberge 6 und Wellentäler 8 pro Windung.
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In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen 10 an den Kupplungsscheiben 12 rechteckig dargestellt und weisen eine Breite auf, die in etwa der Breite des Federbandes 4 entspricht.
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Der in 2 dargestellte Ausschnitt zeigt eine vergrößerte Ansicht der Aussparungen 10 in den Kupplungsscheiben 12 und den Verlauf des Federbandes 4 durch diese Aussparungen 10 und es ist zu erkennen, dass das Federband 4 lediglich an der inneren länglicheren Seite der Aussparungen 10 anliegt und die beiden nach innen weisenden Seiten der Aussparungen 10 nicht berührt.
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Es ist des Weiteren möglich, die Aussparungen 10 in den Kupplungsscheiben 12 in radialer Richtung weiter nach innen versetzt anzuordnen, um beispielsweise eine Wellfeder mit einem geringeren Durchmesser zu verwenden.
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Durch die zweite Aussparung 10 der oberen Kupplungsscheibe 16, die um 180° versetzt bezüglich der ersten Aussparung 10 angeordnet ist, verläuft kein Abschnitt des Federbandes 4 der Wellfeder. Ein solcher zweiter Ausschnitt in einer Kupplungsscheibe 12 ermöglicht beispielsweise eine weitere Ausrichtung der Kupplungsscheibe 12. Für den Fall, dass nach einigen Betriebsstunden der Kupplungsscheibenanordnung 2 eine der Kupplungsscheiben 12 in einem Oberflächenbereich eine größere Abnutzung erfährt, kann diese beispielsweise um 180° gedreht werden und das Federband 4 der Wellfeder würde dann durch die zweite weitere Aussparung 10 der Kupplungsscheibe 12 verlaufen.
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Ferner ist es denkbar, mehr als zwei Aussparungen 10 pro Kupplungsscheibe 12 in Empfangsrichtung über die Kupplungsscheibe 12 anzuordnen. Dadurch kann eine präzisere Ausrichtung der Kupplungsscheibe 12 ermöglicht werden.
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Eine Aussparung in der Kupplungsscheibe erzeugt ferner eine Unwucht bei der Drehbewegung, die durch die Kupplungsscheibe übertragen wird. Eine zweite Aussparung in der Kupplungsscheibe sorgt daher zusätzlich für einen Massenausgleich. Diese Aussparung bzw. dieser Durchbruch kann auch außerhalb des Federbereiches angeordnet sein.
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Außerdem ist es möglich, eine weitere Wellfeder 4 zwischen den Kupplungsscheiben 12 anzuordnen, um die Federwirkung zu erhöhen. Solche zwei Wellfedern würde ineinander geschraubt werden.
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Die in 1 und 2 dargestellte Kupplungsscheibenanordnung bietet den Vorteil, dass lediglich eine Wellfeder 4 verwendet werden muss, im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungsscheibenanordnungen, in welche ca. 2 bis 8 Stanzteile zwischen den Kupplungsscheiben 12 angeordnet werden. Durch die Wellfeder 4 erfolgt darüber hinaus eine automatische Ausrichtung der Wellenberge 6 und Wellentäler 8 zwei benachbarter Windungen zueinander, um einen gleichmäßigen Kraftfluss zwischen den Kupplungsscheiben 12 sicherzustellen. Bei dieser Anordnung bedarf es keines weiteren Ausrichtungselements an dem Wellfederband 4, wie beispielsweise Führungslaschen an den einzelnen Wellfederringen.
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Daher werden Montagefehler durch die gezeigte Wellfeder 4 in der Kupplungsscheibenanordnung 2 verhindert und eine falsche Ausrichtung der Wellentäler 8 und Wellenberge 6 zweier benachbarter Windungen der Wellfeder 4 zueinander ist nicht mehr möglich. Es wird durch die in 1 und 2 gezeigte Anordnung in jedem Fall ein gleichmäßiger Kraftfluss zwischen den Kupplungsscheiben 12 sichergestellt.
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3 zeigt eine Draufsicht in axialer Richtung der Kupplungsscheibenanordnung aus 1 und 2 mit einer Wellfeder 34. Dabei ist die oberste erste Kupplungsscheibe 16 gezeigt, die zwei Aussparungen 10 aufweist. In 3 ist lediglich die oberste Windung 22 der Wellfeder 4 gezeigt, die auf der Oberseite der oberen, ersten Kupplungsscheibe 16 anliegt.
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In 3 ist ferner zu sehen, dass das Federband 4 durch eine Aussparung 10 in der obersten Kupplungsscheibe 12 verläuft. Die Aussparung 10 ist dabei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel am äußeren Umfangsrand der Kupplungsscheibe 16 angeordnet und weist eine Breite auf, die in etwa der doppelten Breite des Federbandes 4 entspricht. Dadurch ist ein berührungsfreies Durchlaufen des Federbandes 4 durch die Aussparung 10 der Kupplungsscheibe 16 gewährleistet.
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Durch den berührungsfreien Verlauf des Federbandes 4 durch die Aussparung 10 wird eine Reibung des Federbandes 4 an der Kupplungsscheibe 16 verhindert und somit eine Abnutzung des Federbandes 4 minimiert.
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Des Weiteren zeigt 3 das Federbandende 36, welches auf der Oberseite der Kupplungsscheibe 16 anliegt und ein Wellenprofil mit Wellenbergen 6 und Wellentälern 8 aufweist, das in der in 3 dargestellten Ansicht nicht zu erkennen ist.
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Zur Befestigung des Federbandes 4 der Wellfeder auf der Oberfläche der obersten Kupplungsscheibe der Kupplungsscheibenanordnung kann das Federende 36 hakenförmig ausgeführt sein. Dadurch wird ein Verrutschen des Federbandes 4 auf der Oberfläche der Kupplungsscheiben 12 verhindert.
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Zur Fixierung der Wellfeder 4 an der Kupplungsscheibenanordnung ist es notwendig, dass die Kupplungsscheibe beispielsweise eine weitere Aussparung 10 aufweist, in welche das hakenförmige Ende 36 des Federbandes 4 eingreifbar ist. Dabei können eine oder mehrere Aussparungen 10 zum Eingreifen des Federbandendes 36 auf der Kupplungsscheibe angeordnet sein, um unterschiedliche Ausrichtungen des Federbandes 4 auf der Kupplungsscheibe 16 zu ermöglichen.
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Denkbar wäre es außerdem, eine der Hakenform des Federbandes 4 entsprechende Lasche auf der Oberfläche der Kupplungsscheibe 16 anzuordnen, um das Federbandende 36 auf der Kupplungsscheibe 16 zu fixieren.
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Weitere Fixierungsmöglichkeiten des Federbandendes 36 auf der Kupplungsscheibe 16 durch feste Verbindungen, wie beispielsweise Schweißen oder Schrauben sind ebenfalls denkbar.
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Durch die beiden um 180° versetzt angeordneten Aussparungen 10 in der Kupplungsscheibe 16 ist die darunter liegende zweite Kupplungsscheibe zu erkennen. Die zweite Kupplungsscheibe 18 zeigt zwei weitere Aussparungen 10, die ebenfalls um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. Relativ zu der in der ersten obersten Scheibe 16 angeordneten Aussparungen 10 sind die in der zweiten Kupplungsscheibe 18 angeordneten Aussparungen 10 nicht fluchtend, sondern versetzt dazu angeordnet.
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Im Folgenden wird die Funktion der in den 1 bis 3 gezeigten Kupplungsscheibenanordnung mit der Wellfeder 2 erläutert.
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Eine Kupplungsscheibenanordnung, wie in 1 bis 3 dargestellt dient der Drehmomentenübertragung zwischen zwei Wellen. Die hier dargestellte Kupplungsscheibenanordnung zeigt eine Scheibenkupplung, bei welcher im ausgekuppelten Zustand die einzelnen Kupplungsscheiben 12 durch die dazwischen angeordnete Wellfeder 4 auseinandergedrückt werden. Im eingekuppelten Zustand werden die einzelnen Kupplungsscheiben 12 aneinander gedrückt und über den Reibungswiderstand zwischen zwei benachbarten Kupplungsscheiben 12 wird ein Drehmoment von einem Antrieb auf einen Abtrieb übertragen. Die einzelnen Kupplungsscheiben 12 weisen dabei üblicherweise Reibbeläge auf denen sich gegenüberliegenden Oberflächen auf, um den Reibwert der Kupplungsscheibenoberflächen zu erhöhen.
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Im ausgekuppelten Zustand drückt die Wellfeder 4, die sich in axialer Richtung sich gegenüberstehende Wellenberge 6 und Wellentäler 8 der einzelnen Windungen aufweist, die Kupplungsscheiben 12 auseinander und ein Berühren der Reibbeläge zweier benachbarter Kupplungsscheiben 12 im ausgekuppelten Zustand wird verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kupplungsscheibenanordnung mit Wellfeder
- 4
- Federband/Wellfeder
- 6
- Wellenberg
- 8
- Wellental
- 10
- Aussparung
- 12
- Kupplungsscheiben
- 14
- Federbandquerschnitt
- 16
- obere, erste Kupplungsscheibe
- 18
- zweite Kupplungsscheibe
- 20
- dritte Kupplungsscheibe
- 22
- obere, erste Windung
- 24
- zweite Windung
- 26
- dritte Windung
- 28
- vierte Windung
- 30
- Übergang zweier Windungen mit Steigung
- 32
- Ausschnitt einer Kupplungsscheibenanordnung mit Wellfeder
- 34
- Kupplungsscheibenanordnung mit Wellfeder
- 36
- Federbandende