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Vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe, insbesondere für eine Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 2.
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Aus dem Stand der Technik sind Kupplungsscheiben bekannt, die verstärkte, insbesondere stahlverstärkte, Reibbeläge aufweisen. Dabei weist ein verstärkter Reibbelag einen Belagträger, beispielsweise aus Stahl, auf, der den Reibbelag trägt. Der Reibbelag kann dabei mit dem Belagträger beispielsweise verklebt oder vernietet sein. Die verstärkten Beläge zeigen allerdings bei hohen Umgebungstemperaturen eine deutliche axiale Verformung. Diese Verformungskräfte können dabei auch auf benachbarte Bauteile, wie beispielsweise auf die Belagfedern, wirken, die sich dann ebenfalls in axialer Richtung verformen. Diese axiale Verformung führt dazu, dass der Freigang der Kupplung aufgebraucht wird, so dass ein Trennen der Kupplung nicht zuverlässig vollzogen werden kann. Um dennoch eine Trennung bereitzustellen, kann die Reibungskupplung mit mehr Abhub versehen sein, was jedoch bei den gegebenen Bauräumen an Grenzen stößt und den Kupplungsweg verlängert. Alternativ wird bewusst ein Schleifen der Kupplung wird bei hohen Temperaturen akzeptiert.
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Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Kupplungsscheibe bereitzustellen, die eine verringerte axiale Verformung unter thermischer Last aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kupplungsscheibe gemäß Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 2 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird eine Kupplungsscheibe, insbesondere für eine Reibungskupplung in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens einer ersten und einer zweiten Belagfeder vorgeschlagen, wobei die erste Belagfeder einen ersten Reibbelag und die zweite Belagfeder einen zweiten Reibbelag trägt. Der erste und/oder der zweite Reibbelag ist drehfest mit einem ersten und/oder zweiten Belagträger verbunden. Dabei basiert die Erfindung auf der Idee, die erste und die zweite Belag-feder mittels mindestens einem, vorzugsweise axial begrenzenden, Belagfederbefestigungselement im Wesentlichen drehfest aneinander zu befestigen. Der Reibbelag selbst wird von einem Reibbelagträger getragen und verstärkt, an dem er mittels beispielsweise Kleben oder Vernieten befestigt ist. Unter Kleben sind im Folgenden auch die Verfahren zu verstehen, die ohne ein zusätzliches Klebemittel auskommen. Also beispielsweise das direkte Verbinden des Belags mit dem Trägerblech während des Pressens des Belags. Zudem kann der Reibbelag mittels Reibbelagbefestigungsmittel an der Belagfeder befestigt sein.
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Explizit sei darauf hingewiesen, dass ein Reibbelagbefestigungsmittel ein Element ist, das den Reibbelag an dem Belagträger befestigt. Dies kann beispielsweise durch Nieten oder Kleben erfolgen. Davon klar zu unterscheiden ist das Belagfederbefestigungselement, das die beiden Belagfedern axial begrenzend aneinander befestigt. Das Belagfederbefestigungselement kann indirekt über den Reibbelagträger wirken. Üblicherweise hat das Belagfederbefestigungselement aber keine befestigende Wirkung auf den Reibbelag selbst.
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Wie oben beschrieben hat die Verstärkung des Reibbelags mittels eines Belagträgers den Nachteil, dass aufgrund von thermischer Belastung eine axiale Verformung des Belagträgers und damit des Reibbelags auftreten kann. Diese Verformung kann sich auch auf die Belagfeder auswirken. Da jedoch erfindungsgemäß die Belagfeder axial im Wesentlichen unbeweglich miteinander verbunden sind, können die auf die Beläge wirkenden Verformungskräfte kompensiert werden. Dadurch verbleiben die Reibbeläge auch bei hoher thermischer Last im Wesentlichen plan, so dass ein vollständiges Trennen der Kupplung auch bei hohen Temperaturen gewährleistet ist.
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Alternativ kann die gestellte Aufgabe auch dadurch gelöst werden, eine Kupplungsscheibe mit mindestens einer Belagfeder vorzusehen, die im Wesentlichen drehfest mit zumindest einem ersten Reibbelag verbunden ist, wobei der mindestens eine erste Reibbelag einen ersten Belagträger aufweist. Erfindungsgemäß ist zumindest der erste Reibbelag und der ersten Belagträger radial innen mittels mindestens eines Reibbelagbefestigungsmittels, insbesondere einem Niet, an der Belagfeder befestigt.
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Beide Alternativen können selbstverständlich auch miteinander kombiniert werden.
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Des Weiteren ist besonders vorteilhaft, wenn der Belagträger dazu ausgelegt ist, eine Vorschirmung des Reibbelags zu ermöglichen. Die gezielte Vorschirmung ist dabei derart ausgelegt, dass sie dem thermischen Schirmen des Belags entgegenwirkt.
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Da sich üblicherweise bei hohen thermischen Belastungen der Reibbelag an seinen umfänglichen Rändern von der Belagfeder wegkrümmt, also bezüglich der Belagfeder eine konkave Krümmung einnimmt, bewirkt eine bezüglich der Belagfeder konvexe Grundkrümmung oder Vorschirmung des Belagträgers, dass sich die Krümmungen bei hoher thermischer Last ausgleichen. Damit jedoch auch unter Normalbedingungen bzw. im kalten Zustand eine plane Ausgestaltung der Reibflächen gewährleistet ist, wird erfindungsgemäß der Reibbelag unter Vorspannung am Reibbelagträger befestigt. Dadurch wird die plane Form im Normalbetrieb erzwungen und kann aufgrund der sich ausgleichenden Krümmungen im Hochtemperaturbetrieb trotzdem beibehalten werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Belagfederbefestigungsele-mente im Wesentlichen in der Mitte der Belagfeder angeordnet sein. Alternativ kann auch eine Anordnung der Belagfederbefestigungselemente an den beiden radialen Rändern der Belagfeder vorgesehen sein.
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Die Belagfederbefestigungselemente bewirken, dass die Belagfedern axial eingefangen werden, wodurch ihre axiale Steifheit vergrößert wird. Dies wiederum bewirkt, dass sie der axialen Verformung der Reibbeläge entgegenwirken können.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Belagfederbefestigungselement ein Niet. Dies ist vorteilhaft, da Nieten einfach zu montierende axial begrenzende Befestigungselemente darstellen.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann alternativ oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Vorschirmung des Belagträgers auch die erste und/oder die zweite Belagfeder nicht plan ausgebildet sein, sondern im nicht montierten Zustand eine Vorschirmung aufweisen. Dazu kann die Belagfeder, insbesondere im Fußbereich, d.h. radial innen, gewinkelt ausgebildet sein, so dass nach Anbringen des Belagfederbefestigungselements die Belagfeder eine Vorspannung aufweist. Diese Vorspannung erzeugt wiederum eine erhöhte axiale Steifheit, wodurch der axialen Verformung weiter entgegengewirkt werden kann.
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Wie oben beschrieben ist es vorteilhaft den Belagträger mit einer Vorschirmung auszustatten. Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann dazu der Belagträger und damit der Reibbelag konisch vorgeschirmt ausgebildet sein, wobei vorzugsweise die axiale Ausdehnung des Reibbelags radial innen größer ist als radial außen. Diese Vorschirmung hat den Vorteil, dass dadurch der axialen Verformung unter thermischer Last entgegengewirkt werden kann. Wie ebenfalls oben erwähnt wird durch die Vorschirmung beim Befestigen des Reibbelags eine Vorspannung erzeugt, die der axialen Verformung entgegenwirkt. Gleichzeitig ist jedoch sichergestellt, dass auch unter Normalbedingungen die Reibflächen im Wesentlichen plan ausgebildet sind.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Befestigung des Reibbelags an dem Belagträger bzw. der Belagfeder mittels eines Reibbelagbefestigungsniets vorgesehen. Diese Befestigungsart ermöglicht ein zuverlässiges Befestigen des Reibbelags an der Belagfeder und kann zudem einen vorgeschirmten Reibbelag unter Vorspannung an der Belagfeder befestigen. Alternativ können jedoch die Reibbeläge auch, wie oben bereits erwähnt, mit dem Belagträger verklebt sein.
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Alternativ kann der Reibbelag auch mittels einer zweireihigen Befestigung an dem Belagträger festgelegt sein. Dies ermöglicht auch eine Verwendung von nicht vorgeschirmten Belagträgern.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das Reibbelagbefestigungsmittel als Stufenniet ausgebildet, wobei vorzugsweise eine erste Stufe des Stufenniets eine axiale Begrenzung der ersten Belagfeder und des ersten Belagträgers ermöglicht. Wird dieses Stufenglied alternierend von beiden Seiten am ersten bzw. zweiten Reibbelag befestigt, so erfolgt eine axiale Festlegung von erster bzw. zweiter Belagfeder. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn lediglich eine radial innen angeordnete Reibbelagbefestigungsmittelreihe vorgesehen ist, und nicht zusätzlich die Belagfedern selbst aneinander mittels der Belagfederbefestigungselemente befestigt sind.
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Statt des erwähnten Stufenniets kann der Reibbelagniet auch als Hohlniet ausgebildet sein. Der Hohlniet ermöglicht ebenfalls eine axiale begrenzende Befestigung.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung definiert.
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Im Folgenden soll die Erfindung näher unter Bezugnahme auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Dabei sind die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele rein exemplarischer Natur und sollen nicht den Rahmen der Erfindung festlegen.
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Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungsscheibe
- a. in Aufsicht;
- b. als Schnittansicht;
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2: eine schematische umfängliche Schnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe;
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3: eine schematische umfängliche Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe;
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4: eine schematische umfängliche Schnittansicht durch ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe;
- a. nach bzw.
- b. vor dem Vernieten
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5: eine schematische radiale Darstellung von Reibbelag und Belagfeder
- a. vor bzw.
- b. nach dem Vernieten;
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6: eine schematische Darstellung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels vorliegender erfindungsgemäßer Kupplungsscheibe; und
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7: eine schematische Aufsicht auf ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbei-spiel vorliegender erfindungsgemäßer Kupplungsscheibe.
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Im Folgenden werden gleiche oder gleichwirkende Bestandteile mit denselben Bezugszeichen beziffert.
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1 zeigt eine Kupplungsscheibe aus dem Stand der Technik in Aufsicht (1a) und entlang einer umfänglichen Schnittlinie I (1b). Wie üblich besitzt eine Kupplungsscheibe 1 eine das Ausgangsteil der Kupplungsscheibe bildenden Nabenscheibe 2 mit einer Innenverzahnung 4 zur drehfestenden Verbindung mit einer Getriebeeingangswelle. Radial außen an der Nabenscheibe 2 sind Belagfedern 6 befestigt, die in ihrem Fußbereich 8 mit der Nabenscheibe 2 über Nieten 10 drehfest verbunden sind. Die Belagfedern 6 wiederum sind drehfest mit einem Reibbelag 12 verbunden, wobei der Reibbelag 12 mithilfe eines Belagträgers 14 verstärkt ausgebildet ist.
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Der Belag 12 ist drehfest mittels Belagfederbefestigungselementen, in diesem Fall Nieten 16, mit der Belagfeder 6 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Reibbelag 12 und dem Belagträger 14 kann, wie dargestellt, durch Kleben erreicht werden.
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Üblicherweise ist die Kupplungsscheibe 1 an ihren beiden Seiten mit Reibbelägen 12a, 12b ausgestattet, wobei die Nabenscheibe 2, jeweils zwei Belagfedern 6a, 6b aufweisen kann. Dieser Aufbau wird in den umfänglichen Schnittansichten deutlich (siehe dazu auch 1b).
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Wie oben beschrieben hat die Verstärkung des Reibbelags 12 mit dem Belagträger 14 den Nachteil, dass sich der Reibbelag 12 bei hoher thermischer Belastung axial verformen kann. Dadurch klaffen die beiden Reibbeläge 12a, 12b unter hoher thermischer Last auseinander. Dieses axiale Auseinanderklaffen der beiden Reibbeläge 12a, 12b kann auch nicht durch die Nieten 16 verhindert werden.
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Die Nieten 16 sind, wie 1b zu entnehmen ist, zwar als Stufennieten 16a und 16b ausgeführt, wobei der Stufenniet 16a den ersten Belag 12a und die erste Belagfeder 6a befestigt, während der zweite Stufenniet 16b dazu ausgelegt ist, den zweiten Reibbelag 12b und die zweite Belagfeder 16b zu fixieren. Verformt sich der Belagträger 14 oder die Belagfedern 6a, 6b unter thermischer Last, so kann der Stufenniet 16a, 16b nicht verhindern, dass die Reibbeläge auseinanderklaffen, da die Klemmung der Belagfedern 6a, 6b spielbehaftet ausgeführt ist.
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Erfindungsgemäß ist deshalb vorgeschlagen, wie das Ausführungsbeispiel von 2 zeigt, die Belagfedern 6a und 6b axial mittels mindestens einem Belagfederbefestigungselement 18 aneinander festzulegen. Diese erfindungsgemäße feste Verbindung zwischen den Belagfedern 6a, 6b wirkt der axialen Verformung entgegen, so dass ein Auseinanderklaffen der Reibbeläge 12a und 12b auch unter hoher thermischer Last zuverlässig verhindert werden kann.
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Statt der mittigen Anordnung der Belagfederbefestigungselemente 18, können, wie in 3 gezeigt, die Belagfedern 6a, 6b auch an ihrem radialen Rand mit Belagfederbefestigungselementen 18, 20 axial befestigt sein.
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4 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe 1, bei dem der Stufenniet 16a derart ausgebildet ist, dass die Belagfeder 6a und der Belagträger 14a von einer ersten Stufe 22 der Stufenniet 16a axial festgelegt werden, während der Stufenniet 16b den zweiten Belagträger 14b und die zweite Belagfeder 6b in seiner ersten Stufe 24 axial einklemmt. Da der Belagträger 14a bzw. 14b mit jeweils dem ersten bzw. zweiten Reibbelag 12a; 12b fest verbunden bzw. verklebt ist, kann dadurch einer axialen Verformung entgegengewirkt werden. Zusätzlich kann ein Belagfederbefestigungselement 18 vorgesehen sein, das wiederum die Belagfedern 6a, 6b axial fest miteinander verbindet.
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Auf ein derartiges zusätzliches Befestigungselement 18 kann jedoch auch eventuell verzichtet werden, wenn die Belagträger 14a, 14b eine Vorschirmung aufweisen, was eine Vorschirmung des Reibbelags 12a, 12b induziert. Diese Vorschirmung steht der axialen Verformung unter Last entgegen und führt dazu, dass die Belagfedern 6a, 6b und die Belagträger 14a, 14b fest in dem Niet 16a, 16b eingeklemmt sind. Dadurch wird der maximale Spielraum der Nieten auch im Normalbetrieb ausgenützt, so dass eine plane Fläche der Reibbeläge auch unter thermischer Last gegeben ist. Schematisch ist ein derartig gezielt vorgeschirmter Reibbelag in 4b dargestellt, wobei 4b den Reibbelag 12 im nicht an der Belagfeder 6 montierten Zustand zeigt.
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Statt des in 4b vorgeschirmten Belagträgers 14a, 14b kann auch die Belagfeder 6a, 6b selbst als nicht plan ausgeführt sein. Beispielsweise kann eine Vorbiegung der Belagfederfüße 8 im unmontierten Zustand (5a) in einer vorgespannten, der Vorschirmung entgegenstehenden Ausgestaltung resultieren. Im unmontierten Zustand klaffen die Beläge 12a und 12b genauso wie die Belagfedern 6a und 6b auseinander. Nach dem Vernieten (siehe 5b) liegen die Belagfedern 6a und 6b vorgespannt aneinander an, so dass die Reibflächen 12a und 12b plan ausgebildet sind. Diese Vorspannung wirkt, wie bereits beschrieben, der Verformung unter thermischer Belastung entgegen, so dass auch bei hohen Temperaturen die plane Ausgestaltung der Reibbeläge beibehalten werden kann.
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Statt der in den vorhergehend beschriebenen Figuren dargestellten beidseitig angeordneten Belagfedern 6a, 6b (Doppelfederung), ist es auch möglich, eine einzelne Belagfeder 6 zu verwenden, die an beiden Seiten einen Reibbelag 12a, 12b trägt. Aufgrund der beidseitigen Belastung des gleichen Bauteils ist in diesem Fall der axiale Verformungseffekt weniger stark ausgeprägt, da sich die Steifheit der Belagfeder 6 der Verformung entgegenstellt.
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Dennoch kann auch bei einer einzelnen Belagfeder 6 eine Vorschirmung der Belagträger 14a, 14b und damit der Reibbeläge 12a, 12b vorteilhaft sein, um die mechanische Belastung der Belagfeder 6 zu reduzieren. Dabei ist dann insbesondere von Vorteil, die Belagfeder 6 und die Belagträger 14a, 14b mittels eines als Hohlniet ausgebildeten Reibbelagbefestigungsmittels axial begrenzend zu befestigen. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in 6a dargestellt. Alternativ ist jedoch auch in diesem Fall ein Stufenniet 15 einsetzbar (siehe 6b).
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Zudem sei erwähnt, dass die Verstärkung des Reibbelags 12 durch den Belagträger 14 eine höhere Härtetemperatur in der Reibbelagherstellung ermöglicht. Diese wirkt sich wiederum positiv auf eine reduzierte Geruchsentwicklung unter extremen Einsatzbedingungen aus. Dennoch kann die Berstfestigkeit beibehalten werden.
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Eine weitere Möglichkeit die thermische Verformung einzugrenzen, liegt in einer zwei-reihigen Befestigung der Reibbeläge und der Belagfedern. 7 zeigt eine entsprechend ausgebildete Kupplungsscheibe in Aufsicht. Die radial innen 16a, 16b, bzw. radial außen 16a, 16d, angebrachten Reibbelagbefestigungsmittel legen die Reibbeläge 12 gerade an den kritischen Stellen an der Belagfeder fest. In diesem Fall kann sogar auf eine Vorschirmung der Reibbeläge verzichtet werden.
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Allgemein ist festzuhalten, dass aufgrund der Vorschirmung der verstärkten Reibbeläge eine höhere axiale Steifigkeit erzeugt werden kann, an der sich die Doppelbelagfeder besser den axialen Verformungskräften entgegenstellen kann. Zudem bewirkt die durch die direkte axiale Festlegung der Belagfedern zueinander erzeugte Vorspannung einen Kräfteausgleich bezüglich der Verformung, so dass die axiale Verformung insgesamt reduziert werden kann. Dadurch können sich die Belagfedern gegenseitig unterstützen und auftretende Verformungskräfte kompensieren. Eine derartige Vorspannung kann beispielsweise auch durch ein gezieltes Vorformen der Belagfedern erreicht werden. Des Weiteren kann ein reduzierter Nietkreisdurchmesser der Reibbelagbefestigungsmittel bei einer einreihigen Vernietung dazu führen, dass sich die Niete an der verformungskritischen Stelle befindet und ebenfalls einer Verformung entgegenwirken können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsscheibe
- 2
- Nabenscheibe
- 4
- Innenverzahnung
- 6, 6a, 6b
- Belagfeder
- 8
- Belagfederfuß
- 10
- Niet
- 12, 12a, 12b
- Reibbelag
- 14, 14a, 14b
- Belagträger
- 16, 16a, 16b, 16c, 16d
- Reibbelagbefestigungsmittel
- 18, 20
- Belagfederbefestigungselement
- 22, 24
- Stufe der Stufenniet
