DE102011101600B4

DE102011101600B4 - Reibungskupplung

Info

Publication number: DE102011101600B4
Application number: DE102011101600.0A
Authority: DE
Inventors: Tobias Lindenbaum
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2031-05-14
Also published as: DE102011101600A1

Abstract

Reibungskupplung (1b) mit einem Kupplungsgehäuse, einer Anpressplatte (104), einer Gegenanpressfläche und einer Kupplungsscheibe, wobei die Anpressplatte (104) gegenüber der Gegenanpressfläche axial mittels einer Aktoreinrichtung verlagerbar angeordnet ist, um die Kupplungsscheibe axial zu verspannen,
die Anpressplatte (104) gegenüber der Gegenanpressfläche begrenzt verdrehbar ist, wobei die Anpressplatte (104) entlang ihrer äußeren Mantelfläche einzelne radial wirkende Auflagenocken (102) aufweist,
und ein Zentrierring (101) vorgesehen ist, der radial außen an der Anpressplatte (104) über die Auflagenocken (102) anliegt und der Zentrierring (101) innerhalb der Reibungskupplung (1b) drehbar abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (101) auf den Außendurchmesser der Anpressplatte (104) aufgeschrumpft ist, wobei der Zentrierring (101) radial nicht über seinem gesamten Umfang auf dem Außendurchmesser der Anpressplatte (104) aufliegt, sondern nur an den radial wirkenden Auflagenocken (102).

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit einem Kupplungsgehäuse, einer Anpressplatte, einer Gegenanpressfläche und einer Kupplungsscheibe, wobei die Anpressplatte gegenüber der Gegenanpressfläche axial mittels einer Aktoreinrichtung verlagerbar angeordnet ist, um die Kupplungsscheibe axial zu verspannen.
Herkömmliche Reibungskupplungen sind mittels der Gegendruckplatteneinrichtung beispielsweise an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine aufgenommen, wobei zwischen dem Gehäuse der Gegendruckplatteneinrichtung und der Anpressplatte eine Hebeleinrichtung wie Tellerfeder oder Hebelfeder angeordnet wie verspannt ist, wobei eine gehäusefest angeordnete und drehentkoppelte Aktoreinrichtung die Hebeleinrichtung axial beaufschlagt. Hierdurch wird je nach Abstützung des Hebelsystems an dem Gehäuse und die Beaufschlagung der Anpressplatte sowie dem Kraftangriff der Aktoreinrichtung die axial verlagerbar und drehfest an der Gegendruckplatteneinrichtung aufgenommene Anpressplatte verlagert und damit die Reibungskupplung unter Verspannung der Reibbeläge zugedrückt oder zugezogen beziehungsweise eine im nicht belasteten Zustand geschlossene Reibungskupplung aufgedrückt oder aufgezogen. Dabei können zwei Reibungskupplungen zu einer Doppelkupplung kombiniert sein, wobei bevorzugt eine einzige Gegendruckplatte vorgesehen ist, die an beiden Seiten mit Reibbelägen und drehfest an die Gegendruckplatte angebundenen Anpressplatten jeweils für eine Reibungskupplung die entsprechenden Reibeingriffe ausbildet.
Weitere gattungsgemäße Reibungskupplungen sind aus der DE 100 31 598 A1 und DE 198 48 582 A1 bekannt.
Alternativ zu diesen Reibungskupplungen beziehungsweise Doppelkupplungen wird in der DE 10 2009 042 828 A1 eine Doppelkupplung mit zwei Reibungskupplungen vorgeschlagen, wobei jede Reibungskupplung ohne Hebelsystem im Sinne herkömmlicher Reibungskupplungen ausgebildet ist und Aktoreinrichtungen für jede Reibungskupplung in dieser aufgenommen ist und eine direkte axiale Verlagerung der Anpressplatte gegenüber der Gegendruckplatteneinrichtung bewirkt. Hierzu ist eine feinfühlige Regelung des Axialwegs der Aktoreinrichtung bei gleichzeitig hohen Betätigungskräften erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist die vorteilhafte Weiterbildung von Reibungskupplungen mit geringen Betätigungskräften und damit kleineren Aktoreinheiten mit geringerem Gewicht und geringerem Kostenaufwand.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße Reibungskupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder 2.
Die erfindungsgemäße Lösung umfasst eine Reibungskupplung mit einem Kupplungsgehäuse, einer Anpressplatte, einer Gegenanpressfläche und einer Kupplungsscheibe, wobei die Anpressplatte gegenüber der Gegenanpressfläche axial mittels einer Aktoreinrichtung verlagerbar angeordnet ist, um die Kupplungsscheibe axial zu verspannen, wobei die Anpressplatte gegenüber der Gegenanpressfläche begrenzt verdrehbar ist, wobei die Anpressplatte entlang ihrer äußeren Mantelfläche einzelne radial wirkende Auflagenocken aufweist, und ein Zentrierring vorgesehen ist, der radial außen an der Anpressplatte über die Auflagenocken anliegt und der Zentrierring innerhalb der Reibungskupplung drehbar abgestützt ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der beigefügten Figur näher erläutert.
Eine Reibungskupplung 1b weist eine Gegendruckplatteneinrichtung auf, die aus einer nicht dargestellten Gegendruckplatte und dem mit dieser fest verbundenen Gehäuse gebildet ist. Die Gegendruckplatteneinrichtung kann beispielsweise drehfest mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine als Einmassenschwungrad, Sekundärmasse eines geteilten Schwungrads oder zentrale Gegendruckplatte einer Doppelkupplung mit zwei einander zugewandten Reibungskupplungen und einem entsprechenden Gehäuse gebildet sein. Die Gegendruckplatteneinrichtung umfasst u. a. die Gegenanpressfläche zum Klemmen der Kupplungsscheibe in Zusammenarbeit mit der Anpressplatte 104.
An der Gegendruckplatteneinrichtung ist begrenzt um die Drehachse verdrehbar die Anpressplatte 104 aufgenommen und mittels der an dem Gehäuse aufgenommenen Zentrierrollen 105 und der komplementär zu diesen hier am Außenumfang der Anpressplatte 104 angearbeiteten Zentrierflächen zentriert.
An der Anpressplatte 104 sind über den Umfang verteilt und über den Umfang mit axial ansteigendem Profil die Rampen in einer Anzahl beispielsweise zwischen drei und zwölf - hier sechs - Rampen vorgesehen. Auf den Rampen wälzen bei Verdrehung der Gegendruckplatteneinrichtung gegen die Anpressplatte 104 Tragrollen ab. Diese Tragrollen sind an dem die Anpressplatte 104 übergreifenden Deckelteil des Gehäuses mittels der Lager verdrehbar angeordnet. Aufgrund der Abwälzbewegung der Tragrollen entlang der Rampen wird die Anpressplatte 104 gegen die Gegendruckplatte axial verlagert, so dass die zwischen Anpressplatte 104 und Gegendruckplatte angeordneten - nicht dargestellten - Reibbeläge einer Kupplungsscheibe mit diesen einen Reibeingriff bilden und damit ein Kupplungsmoment zwischen der Gegendruckplatteneinrichtung und der Kupplungsscheibe - also beispielsweise von einer Kurbelwelle auf eine mit der Kupplungsscheibe drehfest verbundenen Getriebeeingangswelle übertragen.
Die Verdrehung der Anpressplatte 104 gegenüber der Gegendruckplatteneinrichtung erfolgt mittels der Aktoreinrichtung. Die Aktoreinrichtung ist im Ausführungsbeispiel als Linearaktor mit einer axial gegenüber dem Aktorgehäuse linear verlagerbaren Aktorstange ausgebildet. Zur Verlagerung der Aktorstange kann beispielsweise ein nicht dargestelltem Elektromotor in Verbindung mit einem Spindelgetriebe vorgesehen werden.
Das Aktorgehäuse und die Aktorstange sind jeweils mittels der Augen gelenkig mit der Gegendruckplatteneinrichtung - hier mit dem Deckelteil - und der Anpressplatte 104 verbunden.
Die Anpressplatte 104 beschreibt bei einer Verdrehung gegenüber der Gegendruckplatteneinrichtung eine Schraubbewegung mit der Steigung der Rampen. Um die Wälzbewegung der Zentrierrollen 105 gegenüber den Zentrierflächen ohne Gleitreibung auszubilden, sind diese windschief auf mit der Gegendruckplatteneinrichtung verbundenen oder einteilig aus dieser, beispielsweise aus dem Deckelteil ausgeformten Achsen aufgenommen. Diese sind in bevorzugter Weise mit dem Winkel der Orthogonalen zu den Abwälzflächen der Rampen gegenüber der Drehachse geneigt. Die Drehachse der Tragrollen schneidet sich in der zuvor genannten Drehachse.
Die Gegendruckplatteneinrichtung weist die Gegendruckplatte mit der Reibfläche und dem mit dieser fest verbundenen Gehäuse mit dem die Anpressplatte 104 mit der Reibfläche umgreifenden und ein Widerlager für die Tragrollen bildenden Deckelteil auf. Die Tragrollen wälzen bei einer Verdrehung der Anpressplatte 104 gegenüber der Gegendruckplatte auf den zugehörigen Rampenflächen der Anpressplatte 104 mit hier dargestelltem linearen Steigungsverlauf ab. Alternative Steigungsverläufe können aber auch nichtlinear, beispielsweise konvex, konkav oder in Freiform ausgebildet sein. Die Rampen steigen dabei entgegen der Relativgeschwindigkeit zwischen der Gegendruckplatte und den die Anpressplatte 104 bei Reibeingriff zumindest schlupfend mitnehmenden Reibbelägen mit den Reibflächen der Kupplungsscheibe, die von der langsamer drehenden Getriebeeingangswelle gegenüber der Gegendruckplatte abgebremst wird. Auf diese Weise erfolgt das Schließen der Reibungskupplung 1b durch die an den Augen aufgenommene Aktoreinrichtung selbstverstärkend, wodurch die Aktoreinrichtung entsprechend mit geringer Leistung ausgelegt werden kann.
F_T bezeichnet die Tragrollenkraft der Tragrollen auf die Rampen, F_L die Aktorkraft der Aktoreinrichtung auf das Auge der Anpressplatte 104, F_A die Anpresskraft der Anpressplatte 104 auf die Reibbeläge der Kupplungsscheibe, F_R die aus der Anpresskraft F_A resultierende Reibkraft des Reibeingriffs zwischen Anpressplatte 104 und Gegendruckplatte einerseits und den Reibbelägen der Kupplungsscheibe andererseits. Der Rampenwinkel α gibt die Steigung der Rampen gegenüber der Reibfläche der Anpressplatte an. Der Reibwinkel p beschreibt die Verdrehung der Reibfläche gegenüber der der Reibfläche zugewandten Reibfläche der Reibbeläge. Hierbei ist der Reibwinkel p mit dem Reibwert der Reibpaarungen der Reibflächen der Anpressplatte 104 einerseits und der Reibflächen der Reibbeläge einerseits und der Gegendruckplatte andererseits verknüpft. Ist beispielsweise der Reibwert hoch, wird bei kleinen Anpresskräften F_A und damit geringen Rampenwinkeln α eine hohe Reibkraft F_R erzielt, woraus wiederum kleine Reibwinkel p resultieren. Dies bedeutet eine hohe Selbstverstärkung bei hohen Reibwerten und eine verschlechterte Selbstverstärkung bei verringerten Reibwerten.
Verschiedenen Reibwerten können beispielsweise in einem Toleranzbereich der Reibwerte einer Reibungskupplung bedingt durch Serienstreuung, Betriebsbedingungen wie beispielsweise Belastung, Kupplungstemperatur, Laufleistung und dergleichen auftreten. Um die Aktoreinrichtung gleichmäßig belasten zu können, wird bei einer Auslegung des Rampenwinkels α auf einen Reibwinkel p bei einem mittleren Reibwert des Toleranzbereichs ein Einrückvorgang erzielt, bei dem die Aktorkraft F_L praktisch Null ist. Dies bedeutet, dass die Anpresskraft F_A durch die einsetzende Reibkraft F_R kompensiert wird. Hierbei wird die Reibkraft F_R vom Drehimpuls der Gegendruckplatte, also vom Drehantrieb der Gegendruckplatte beispielsweise von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bereitgestellt und von der Kupplungsscheibe beziehungsweise von der mit dieser drehfest verbundenen Getriebeeingangswelle entgegengehalten.
Entsprechend einem Kraftverhältnis bei einem geringen Reibwert an der Toleranzgrenze mit gegenüber dem Rampenwinkel α kleineren Reibwinkel p muss die fehlende Selbstverstärkung durch eine entsprechende Aktorkraft F_L ausgeglichen werden. Bei einem hohen Reibwert an einer gegenüberliegenden Toleranzgrenze wird eine übermäßige Selbstverstärkung und damit eine unkontrolliert einrückende Reibungskupplung durch Gegensteuerung der Aktoreinrichtung mittels der der Reibkraft F_R entgegenwirkenden Aktorkraft F_L kompensiert.
Die Aktoreinrichtung dreht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Reibungskupplung 1b, so dass zu deren Stromversorgung entsprechende Drehkontaktierungen zur Verbindung mit einer gehäusefest angeordneten Stromversorgungs- und Steuereinrichtung der Reibungskupplung vorgesehen sind. Die Signalübertragung zur Steuerung der Aktoreinrichtung kann alternativ drahtlos, die Stromversorgung induktiv erfolgen. Entsprechende Einrichtungen können in der Reibungskupplung 1b vorgesehen sein. Es versteht sich, dass die Reibungskupplung zum Ausgleich der Massen der Aktoreinrichtung entsprechende Ausgleichsmassen enthalten und entsprechend gewuchtet sein kann.
Die vorliegende Reibungskupplung 1b kann auch Teil einer Mehrfachkupplung sein. So kann eine der beiden Teilkupplungen einer Doppelkupplung oder können beide Teilkupplungen der Doppelkupplung als eine solche Reibungskupplung 1b mit begrenzt verdrehbaren Anpressplatten 104 und ggf. mitdrehenden Aktoreinrichtungen ausgebildet sein.
Bei den vorstehend beschriebenen vorzugsweise selbstverstärkenden Kupplungen wird die begrenzt drehbare Anpressplatte 104 gegenüber der Zentralplatte der Kupplung direkt durch, insbesondere drei gleichmäßig über deren Umfang verteilte, radial wirkende 105 Zentrierrollen zentriert. Der Begriff „Zentralplatte“ wird in der Regel zwar nur für Doppelkupplungen verwendet, soll aber im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als gleichbedeutend zum vorstehend verwendeten Begriff „Gegendruckplatteneinrichtung“ verstanden werden. Die Lehre der vorliegenden Erfindung ist also gleichermaßen bei Doppelkupplungen im Drei-Platten-Design mit Zentralplatte oder bei Doppelkupplungen im Vier-Platten-Design mit zwei Gegenanpressflächen oder bei Einzelkupplungen mit Gegendruckplatte anwendbar.
Temperaturdifferenzen zwischen der zu zentrierenden 104 Anpressplatte und der Zentralplatte / Gegenanpressfläche / Gegendruckplatte können durch unterschiedliche radiale Ausdehnungen zum Verklemmen der Zentrierung und damit zu einer Überlastung und Schädigung der Laufrollen oder zu Spiel in der Zentrierung führen. In diesem Falle sollte also eine radial wirkende Zentrierung der Anpressplatte 104 relativ zur Kupplung vorliegen, deren Wirkung (Kontaktkräfte auf die Zentrierrollen 105, radiale Spielfreiheit, radiale Steifigkeit, Festigkeit) sich robust gegenüber Temperaturschwankungen von Anpressplatte 104 und Zentralplatte verhält. Ein Ausführungsbeispiel mit einer solchen Zentrierung ist in der Figur gezeigt, wobei ein Zentrierring 101 aus Stahl mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen ist, der auf den Außendurchmesser der Anpressplatte 104 aufgeschrumpft ist. Dabei liegt der Zentrierring 101 radial nicht über seinem gesamten Umfang auf dem Außendurchmesser der Anpressplatte 104 auf, sondern nur an einzelnen (idealerweise 6) radial wirkenden Auflagenocken 102.
Die vorliegend im Rahmen sämtlicher Ausführungsbeispiele vorgeschlagenen (drei) Zentrierrollen wirken radial auf den Außendurchmesser des Zentrierrings 101 und zwar so, dass die Kontaktstellen umfangsmäßig möglichst mittig zwischen zwei benachbarten Auflagenocken 102 der Anpressplatte 104 liegen. Bei schnell erfolgender starker Erwärmung der Anpressplatte 104 (z.B. durch eine Berganfahrt) dehnt sich beim Ausführungsbeispiel in der Figur diese aus, wobei der Zentrierring 101 selber aufgrund der durch die Nocken 102 bedingte kleine Kontaktfläche zur Anpressplatte 104 sich nicht so stark erwärmt wie diese. Daher dehnt sich der Zentrierring 101 (auch unter Berücksichtigung seines gegenüber dem Anpressplattenmaterial höheren Wärmedehnungskoeffizienten) weniger stark aus als die Anpressplatte 104 selbst. Das führt dazu, dass der Außendurchmesser des Zentrierrings 101 im Bereich der Kontaktstellen zu den Zentrierrollen 105 kaum radial wächst. Die Kontaktkraft auf die Zentrierrollen 105 ändert sich deshalb kaum.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur ist der Zentrierring 101 also doppelt radial vorgespannt:

1. relativ zur Anpressplatte 104 durch die Tatsache, dass er auf diese aufgeschrumpft ist, was zu einer reibschlüssigen Verbindung mit dieser führt,
2. durch die drei an der Zentralplatte befestigten Zentrierrollen 105, deren Teilkreisdurchmesser so ausgelegt ist, dass unter allen möglichen Maßtoleranzen der beteiligten Bauteile und Temperaturverhältnissen eine radiale Spielfreiheit zwischen den Zentrierrollen 105 und dem Zentrierring 101 gewährleistet ist.

Der Querschnitt des Zentrierrings 101 ist vorliegend so ausgelegt, dass die für das Konzept der selbstverstärkenden Kupplung erforderliche radiale Steifigkeit der Zentrierung gewährleistet ist.
Die Figur zeigt also ein Ausführungsbeispiel mit einer radiale Zentrierung der relativ zur Kupplung (genauer: gegenüber der Zentralplatte bzw. dem Kupplungsgehäuse) begrenzt drehbar gelagerten Anpressplatte 104 einer selbstverstärkenden Reibungskupplung 1b, die in ihrer Funktion robust gegen Temperaturschwankungen der Anpressplatte 104 und übrigen Kupplung sowie Maßtoleranzen der beteiligten Bauteile ist, wobei die Lehre der vorliegenden Erfindung für automatisierte Einfach- und Doppelkupplungen angewandt werden kann.
Bezugszeichenliste

1b: Reibungskupplung
FA: Anpresskraft
FL: Aktorkraft
FR: Reibkraft
FT: Tragrollenkraft
α: Rampenwinkel
p: Reibwinkel
101: Zentrierring
102: Auflagenocken
104: Anpressplatte
105: Zentrierrolle

Claims

Reibungskupplung (1b) mit einem Kupplungsgehäuse, einer Anpressplatte (104), einer Gegenanpressfläche und einer Kupplungsscheibe, wobei die Anpressplatte (104) gegenüber der Gegenanpressfläche axial mittels einer Aktoreinrichtung verlagerbar angeordnet ist, um die Kupplungsscheibe axial zu verspannen, die Anpressplatte (104) gegenüber der Gegenanpressfläche begrenzt verdrehbar ist, wobei die Anpressplatte (104) entlang ihrer äußeren Mantelfläche einzelne radial wirkende Auflagenocken (102) aufweist, und ein Zentrierring (101) vorgesehen ist, der radial außen an der Anpressplatte (104) über die Auflagenocken (102) anliegt und der Zentrierring (101) innerhalb der Reibungskupplung (1b) drehbar abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierring (101) auf den Außendurchmesser der Anpressplatte (104) aufgeschrumpft ist, wobei der Zentrierring (101) radial nicht über seinem gesamten Umfang auf dem Außendurchmesser der Anpressplatte (104) aufliegt, sondern nur an den radial wirkenden Auflagenocken (102).
Reibungskupplung (1b) mit einem Kupplungsgehäuse, einer Anpressplatte (104), einer Gegenanpressfläche und einer Kupplungsscheibe, wobei die Anpressplatte (104) gegenüber der Gegenanpressfläche axial mittels einer Aktoreinrichtung verlagerbar angeordnet ist, um die Kupplungsscheibe axial zu verspannen, die Anpressplatte (104) gegenüber der Gegenanpressfläche begrenzt verdrehbar ist, wobei die Anpressplatte (104) entlang ihrer äußeren Mantelfläche einzelne radial wirkende Auflagenocken (102) aufweist, und ein Zentrierring (101) vorgesehen ist, der radial außen an der Anpressplatte (104) über die Auflagenocken (102) anliegt und der Zentrierring (101) innerhalb der Reibungskupplung (1b) drehbar abgestützt ist, gekennzeichnet durch mehrere, vorzugsweise drei, Zentrierrollen (105), welche radial auf den Außendurchmesser des Zentrierrings (101) wirken und diesen drehbar lagern.
Reibungskupplung (1b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wirksam zwischen Gegendruckplatteneinrichtung und Anpressplatte (104) über den Umfang ausgerichtete und verteilte sowie axial ansteigende Rampen vorgesehen sind.
Reibungskupplung (1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung an der Reibungskupplung (1b) aufgenommen ist, oder dass die Aktoreinrichtung gehäusefest angeordnet ist und mittels eines Getriebes die Anpressplatte (104) gegenüber der Gegendruckplatte verlagert.
Reibungskupplung (1b) nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstellen von Zentrierrollen (105) und Zentrierring (101) umfangsmäßig möglichst mittig zwischen zwei benachbarten Auflagenocken (102) der Anpressplatte (104) liegen.
Reibungskupplung (1b) nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilkreisdurchmesser der Zentrierrollen (105) so ausgelegt ist, dass unter allen möglichen Maßtoleranzen der beteiligten Bauteile und Temperaturverhältnissen eine radiale Spielfreiheit zwischen den Zentrierrollen (105) und dem Zentrierring (101) gewährleistet ist.
Reibungskupplung (1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Zentrierrings (101) so ausgelegt, dass die durch das Konzept der selbstverstärkenden Kupplung erforderliche radiale Steifigkeit der Zentrierung gewährleistet ist.
Reibungskupplung (1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gegendruckplatteneinrichtung auf den Rampen abwälzende Tragrollen aufgenommen sind.
Reibungskupplung (1b) nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Achsen der Zentrierrollen (105) orthogonal zu einer Rampenfläche der Rampen angeordnet sind.