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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe, die insbesondere bei einem Kupplungssystem eines Kraftfahrzeugs in Kontakt mit einer anderen Kupplungsscheibe gebracht werden kann, um einen Drehzahlausgleich herbeizuführen und ein Drehmoment zu übertragen.
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Aus
DE 10 2008 061 589 A1 ist eine Kupplungsscheibe mit mehreren Trägerelementen bekannt, wobei mit den Trägerelementen Kupplungsbeläge zur reibschlüssigen Übertragung eines Drehmoments befestigt werden können.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis Kraftfahrzeugbauteile derart auszugestalten, dass sich für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs Komfortverbesserungen ergeben. Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Kupplungsscheibe zu schaffen, die einen verbesserten Komfort ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Kupplungsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Kupplungsscheibe für ein Kupplungssystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, mit einer Mitnehmerscheibe zum Montieren auf eine Welle, insbesondere auf eine Eingangs- oder Ausgangswelle eines Antriebsstranges, und mehreren Trägerelementen in drehfester Verbindung mit der Mitnehmerscheibe um deren Umfang zur Aufnahme mindestens eines Kupplungsbelags zur reibschlüssigen Übertragung eines Drehmoments, wobei jedes Trägerelement paarweise angeordnete Federsegmente aufweist, die zusammen als Federung für den mindestens einen Kupplungsbelag dienen, wobei die gepaarten Federsegmente derart angeordnet sind, dass sie ab einem vorgegebenen Federweg parallel wirken und sich dadurch in deren Federkraft addieren.
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Auf dieser Weise erlaubt es die erfindungsgemäße Kupplungsscheibe, eine Belagfederung mit weichem, flachem Verlauf im Bereich der Anfahrmomente mit einem ebenfalls möglichst flachen Verlauf bis zur Anpresskraft zu kombinieren. Dabei muss die Materialdicke nicht erhöht werden, so dass das Massenträgheitsmoment und die gespannte Dicke der Kupplungsscheibe mehr oder weniger konstant gehalten werden können.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedes Federsegment mit Wellungen geformt, wobei die gepaarten Federsegmente derart angeordnet sind, dass sich die Federkraft jeweils zusammenwirkender Wellungen ab dem vorgegebenen Federweg addieren. Hierbei kann mindestens eine der Wellungen des einen Federsegments in Richtung zum anderen gegenüberliegenden Federsegment eines jeweiligen Trägerelements aufgestellt sein, sodass diese in die Wellungen des gegenüberliegenden Segments passt. Besonders bevorzugt können die Wellungen der beiden Federsegmente, insbesondere bei Doppelsegmenten, auch teilweise in Serie wirken. Das heißt, die beiden Federsegmente jedes Trägerelements können auch in einem Bereich so zueinander orientiert sein, dass sich der Federweg beider Segmente in diesem Bereich addiert.
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Der mindestens eine Reibbelag der Kupplungsscheibe wird daher mit Hilfe von Federsegmenten an die Mitnehmerscheibe angebunden. Um eine gute Anfahrbarkeit zu erreichen, sind diese Segmente vorzugsweise gewellt ausgeführt und bilden zusammen dadurch die Federung. Je nach Anwendungsbereich werden Einzel- oder Doppelsegmente eingesetzt. Die Federcharakteristik kann durch die Wahl des Materials und der Materialdicke sowie die Höhe und Form der Wellung angepasst werden. Insbesondere stellt die Erfindung eine Wellungsform und eine Segmentgeometrie bereit, die eine Federung mit weichem, flachem Verlauf im Bereich der Anfahrmomente mit einem ebenfalls möglichst flachen Verlauf bis zur Anpresskraft kombinieren.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirken die Federsegmente als Doppelsegmente und die Wellung der Federsegmente ist derart ausgeführt, dass bei geringen Kräften die Wellungen beider Federsegmente genau wie bei Doppelsegmentfederungen herkömmlicher Bauart wie zwei in Reihe geschaltete Federn wirken und sich dabei der Federweg addiert. Damit wird der weiche Anteil der Belagfederung erzeugt.
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Die Besonderheit der Belagfederung gemäß der Erfindung ist, dass ab einem vorgegebenen Federweg eine oder mehrere Wellungen der beiden Federsegmente parallel wirken, sodass sich die Kraft der jeweils zusammenwirkenden Wellungen addiert. Damit kann für den Bereich bis zur maximalen Anpresskraft eine deutlich steifere Kennlinie erzeugt werden, wie sie bei Doppelsegmentfederungen herkömmlicher Bauart nur durch die Wahl deutlich dickeren Federstahls möglich wäre. Die parallel wirkenden Wellungen werden vorzugsweise dadurch erzeugt, dass die Wellungsrichtung einer oder mehrerer Wellungen eines oder beider Federsegmente entgegengesetzt zur Richtung der herkömmlichen Bauart aufgestellt ist. Während die Wellung in herkömmlicher Bauart vom Segmentfuß aus gesehen in Richtung zum Belag geht, sind entsprechend der Erfindung eine oder mehrere Wellungen in Richtung zum zweiten gegenüberliegenden Federsegment aufgestellt, sodass sie in die Wellungen dieses Segments passen. Dabei kann die Wellungshöhe so gewählt sein, dass erst nach einem bestimmten Federweg diese beiden Wellungen in Kontakt mit den Belägen kommen und gemeinsam betätigt werden. Alternativ kann auch eine der Wellungen bereits im ungespannten Zustand in Kontakt mit dem nächstgelegenen Belag sein. In diesem Fall kommt die andere aber erst nach einem vorgegebenen Weg in dieser zum liegen, sodass die parallele Wirkung beider Wellungen erst dann einsetzt.
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Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Konstruktion derart, dass bei einem oder beiden Segmenten des Doppelsegment Federpaars mindestens eine Wellung entgegen der Richtung bei Doppelsegmentfederung herkömmlicher Art gewellt ist. Die Wellung weist daher nicht zum nächstgelegenen Belag sondern in Richtung zum zweiten Segment hin. Dies bewirkt, dass während dem Einfedern diese Wellung ab einem bestimmten Federweg in eine Wellung des zweiten Segments passt und diese beiden Wellungen ab diesem Federweg wie parallel betätigte Federn wirksam werden ähnlich einem Blattfederpaket bei dem mehrere gleich gewellte Federelemente aufeinanderliegen und parallel wirken. Die erfindungsgemäße Kupplungsscheibe erreicht damit eine Belagfederungscharakteristik, die einen weichen flachen Anfang bei geringen Kräften aufweist sowie eine möglichst flache Kennlinie im Bereich der Anpresskraft der Kupplung, wobei diese Kennlinie dadurch erzeugt wird, dass in der Doppelsegmentfederung ab einem vorgegebenen Federweg mindestens in einer Wellung die Wellungen der gepaarten Segmente nicht in Reihe sondern parallel wirken und sich dadurch in der Kraft addieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Kupplungsbelag an den mehreren Trägerelementen befestigt, vorzugsweise mittels mehrerer Befestigungselemente, wie beispielsweise Verbindungsniete. Der Kupplungsbelag ist typischerweise ringförmig ausgebildet und erstreckt sich um einen radialen äußeren Umfang einer Seite der Kupplungsscheibe, also im Bereich der Trägerelemente radial außerhalb der Mitnehmerscheibe. Vorzugsweise weist die Kupplungsscheibe zwei Kupplungsbeläge auf, von denen sich jeder um einen radialen äußeren Umfang einer jeweiligen Seite der Kupplungsscheibe erstreckt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befestigt jedes Befestigungselement einen Kupplungsbelag an einem Trägerelement und verbindet dessen beide Federsegmente mit dem Belag. Somit ist jedes Trägerelement mit beiden Kupplungsbelägen befestigt. Vorzugsweise ist jedes Trägerelement an mindestens zwei Stellen mit der Mitnehmerscheibe drehfest verbunden, vorzugsweise mittels Befestigungselemente, wie Niete.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kupplungssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit einer Kupplungsscheibe, die wie vorstehend beschrieben ausund weitergebildet sein kann. Das erfindungsgemäße Kupplungssystem ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet, die einerseits hohe Anforderungen bezüglich Momentenschwankung bei geringen Anfahrmomenten haben und andererseits zur Absicherung der Momentübertragung bei Hochenergie-Anfahrten und damit verbunden starker dynamischer thermischer Topfung der Anpressplatte eine hohe Restfederung benötigen.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht einer Kupplungsscheibe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2: eine Schnittdarstellung eines Teils der Kupplungsscheibe aus 1,
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3: eine perspektivische Ansicht einer Kupplungsscheibe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4: eine Schnittdarstellung eines Teils der Kupplungsscheibe aus 3,
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5: eine perspektivische Ansicht einer Kupplungsscheibe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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6: eine Schnittdarstellung eines Teils der Kupplungsscheibe aus 5,
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7: eine perspektivische Ansicht einer Kupplungsscheibe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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8: eine Schnittdarstellung eines Teils der Kupplungsscheibe aus 7.
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Bezugnehmend zunächst auf alle 1 bis 8 betreffen die vier Ausführungsbeispiele der Erfindung jeweils eine Kupplungsscheibe 1 für ein Kupplungssystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit der ein Drehzahlausgleich herbeigeführt und ein Drehmoment übertragen werden kann. Die Kupplungsscheibe 1 weist eine zentrale Mitnehmerscheibe 2 mit einer Nabe 3 zum Montieren auf eine Eingangswelle eines Getriebestranges und mehrere Trägerelemente 4 zur Aufnahme und Befestigung zweier Reibbeläge 5 auf. Jedes Trägerelement 4 umfasst paarweise angeordnete, aus Blech (z.B. Federstahl) geformte Federsegmente 6, 7, die zusammen als eine axiale Federung, also in axialer Richtung, für die Kupplungsbeläge 5 dienen. Die Kupplungsbeläge 5 sind ringförmig ausgeführt und jeweils auf einer Seite der Kupplungsscheibe 1 an den Trägerelementen 4 radial außerhalb der Mitnehmerscheibe 2 mittels Verbindungsniete 8 angebracht. In den 1 bis 8 sind diese als jeweils sogenannte Fangniete dargestellt, die nicht nur das jeweilige Federsegment 6, 7 des Trägerelements 4 mit dem jeweiligen Reibbelag 5 verbinden sondern gleichzeitig das jeweils andere Segment 6, 7 fangen und damit ein Aufklaffen der Beläge 5 verhindern. Die Füße 9 der beiden Federsegmente 6, 7 des Trägerelements 4 bzw. des Segmentpaars kommen dabei aufeinander zum liegen und sind drehfest mit der Mitnehmerscheibe 2 um deren Umfang vernietet.
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Bei einer Doppelsegmentfederung sind die Belagfederungssegmente 6, 7 jeweils paarweise am Umfang angeordnet und wechselseitig über Verbindungsniete 8 mit den Reibbelägen 5 verbunden. Jedes Federsegment 6, 7 ist ferner mit dessen eigenen Wellungen 10, 11 geformt, die bei deren Komprimierung in der axialen Richtung über den Weg W zwischen den Reibbelägen 5 eine Federwirkung entfalten, um die Belagfederung zu erzeugen. Die gepaarten Federsegmente 6, 7 sind derart angeordnet, dass eine der Wellungen 10 des einen Federsegments 6 in Richtung zum andern gegenüberliegenden Federsegment 7 eines Trägerelements 4 aufgestellt ist, sodass diese in die Wellungen 11 des anderen Segments 7 passt. Auf diese Weise können sich die Federkraft jeweils zusammenwirkender Wellungen 10, 11 ab einem vorgegebenen Federweg W addieren.
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Im ersten Ausführungsbeispiel der Kupplungsscheibe 1 in den 1 und 2 ist die Wellung der Federsegmente 6, 7 derart ausgeführt, dass die mittleren Wellungen 10, 11 beider Federsegmente 6, 7 parallel wirksam sind. Die beiden Segmente 6, 7 unterscheiden sich dabei in der Aufstellungsrichtung der mittleren Wellung 10, 11. Während die mittlere Wellung des ersten Segments 6 wie bei einer Doppelsegmentfederung herkömmlicher Bauart in Richtung des Reibbelags 5 gewellt ist, ist die mittlere Wellung 11 des zweiten Federsegments 7 in Richtung des ersten Segments 6 gewellt. Dadurch kommen die beiden mittleren Wellungen 10, 11 ineinander zum liegen und wirken damit parallel, d.h. die Kräfte addieren sich.
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Die Höhe der mittleren Wellung 10, 11 beider Federsegmente 6, 7 ist dabei derart gewählt, dass im unbelasteten Zustand etwas Abstand D zwischen der Wellung und dem nächstgelegenen Belag 5 verbleibt. Dadurch wird erreicht, dass die mittlere Wellung, die aufgrund der parallel wirksamen Wellungen 10, 11 beider Segmente 6, 7 sehr steif ist, erst ab einem vorgegebenen Federweg W wirksam wird. Bis zu diesem Federweg wirken nur die äußeren Wellungen, die wie bei einer Doppelsegmentfederung herkömmlicher Bauart in Reihe wirksam sind und eine weiche Kennlinie erzeugen. Beim Zusammendrücken der beiden Beläge 5 werden die Niete 8, die die Trägerelemente 4 mit einem der Beläge 5 verbinden, in ein dafür vorgesehenes Loch 12 im gegenüberliegenden Belag 5 aufgenommen.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel der Kupplungsscheibe 1 in den 3 und 4 ist eine der beiden äußeren Wellungen 10, 11 bei beiden Federsegmenten 6, 7 in Richtung des jeweils anderen Federsegments 6, 7 gewellt. Die mittlere Wellung der Federsegmente 6, 7 ist wie bei Doppelsegmenten herkömmlicher Bauart in Richtung des nächstgelegenen Belags 5 gewellt. In der dargestellten Ausführung in 3 und 4 haben beide Federsegmente 6, 7 die identische Wellungsgeometrie. Durch die paarweise Anordnung der Federsegmente kommen die äußeren Wellungen 10, 11 der Federsegmente 6, 7 jeweils ineinander zum liegen, sodass sie parallel wirksam werden. Die Aufstellhöhen der äußeren Wellungen bzw. der Segmentenden werden derart gewählt, dass im ungespannten Zustand der Belagfederung ein Abstand D zwischen den Wellungen 10, 11 und den nächstgelegenen Reibbelägen 5 verbleibt. Dadurch wird erreicht, dass die äußeren Wellungen, die aufgrund der parallel wirksamen Wellungen beider Segmente 6, 7 sehr steif sind, erst ab einem vorgegebenen Federweg W wirksam werden. Bis zu diesem Federweg W wirken nur die mittleren Wellungen, die wie bei einer Doppelsegmentfederung herkömmlicher Bauart in Reihe wirksam sind und eine weiche Kennlinie erzeugen.
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Im dritten Ausführungsbeispiel der Kupplungsscheibe 1 in den 5 und 6 ist die Höhe der Segmentwellung am äußeren Ende des Segmentflügels so gewählt worden, dass die Wellungen 10, 11 der beiden Federsegmente 6, 7 nicht vollständig ineinander liegen sondern am Segmentrand ein Abstand D zwischen den Enden der beiden Federsegmente 6, 7 entsteht. Dadurch ist gewährleistet, dass erst nach einem vorgegebenen Federweg W der Flügel des zweiten Federsegments 7 in Kontakt mit dem ersten 6 kommt. Erst ab diesem Federweg W liegen die Wellungen 10, 11 beider Segmente 6, 7 dann ineinander und wirken parallel.
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Im vierten Ausführungsbeispiel der Kupplungsscheibe 1 in den 7 und 8 ist eine weitere Möglichkeit, einen Abstand D zwischen den beiden Wellungen 10, 11 vorzusehen. Dadurch haben beide Wellungen 10, 11 bereits im unbelasteten Zustand Kontakt zum jeweils nächstgelegenen Reibbelag 5, da die beiden Wellungen 10, 11 aber erst nach einem vorgegebenen Federweg W ineinander zum liegen kommen, beginnt auch erst ab dort die parallel wirksame Federung der beiden Wellungen 10, 11.
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In herkömmlichen Kupplungsscheiben führt eine zunehmende Empfindlichkeit der Fahrzeuge gegenüber Momentenanregungen aus einer schlupfenden Kupplung während der Anfahrt zur Auslegung von Belagfederungscharakteristiken mit geringer Anfangssteigung. Um diese zu erreichen, werden Federsegmente aus möglichst dünnem Federstahl eingesetzt aber diese werden bereits bei Kräften unterhalb der Anpresskraft der Kupplung komplett flach gedrückt und haben daher im Bereich um die Anpresskraft der Kupplung keinen Federweg mehr.
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Bei Anfahrten mit hoher Energie, z.B. mit Anhänger am Berg, kommt es zu einer schnellen starken Erwärmung der Reibflächen in der Kupplung. Insbesondere die Anpressplatte reagiert darauf mit einer Topfung, die dazu führt, dass die Kupplungsscheibe am Innendurchmesser stärker zusammengepresst wird als am Außendurchmesser. Die Kraft durch die Belagfederung ist damit am Außendurchmesser geringer als am Innendurchmesser. Damit verringern sich der effektive Reibradius und das maximal übertragbare Moment. Um dem entgegen zu wirken kann man eine Belagfederung derart auslegen, dass sie bis hinauf zur Anpresskraft der Kupplung noch deutlich Federweg aufweist. Umso flacher die Kennlinie im Bereich der Anpresskraft der Kupplung noch ist, desto geringer ist der Kraftabfall am Außendurchmesser im Fall einer Topfung der Anpressplatte. Eine solche Kennlinie erfordert jedoch Federsegmente aus einem möglichst dicken Federstahl und hat zur Folge, dass die Belagfederungskennlinie eine hohe Anfangssteigung besitzt. Außerdem erhöhen dickere Federsegmente das Massenträgheitsmoment der Kupplungsscheibe, was sich wiederum negativ auf die Synchronbzw. Schaltzeiten auswirkt. Des Weiteren erhöht sich durch Federsegmente aus dickem Federstahl die gespannte Dicke der Kupplungsscheibe was sich negativ auf die mögliche Verschleißreserve der Reibbeläge auswirkt.
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Mit der erfindungsgemäßen Wellung 10, 11 der Segmente 6, 7 kann die geforderte flache Kennlinie mit zwei Federsegmenten der Dicke 0,4 mm erzeugt werden – also, ohne die Segmentdicke zu erhöhen. Je nachdem, welche der hier gezeigten erfindungsgemäßen Wellungen 10, 11 eingesetzt wird, kann mit zwei gleichen oder zwei unterschiedlichen Segmenten 6, 7 gearbeitet werden. Eine Zuführung und Unterscheidung zweier Verbindungsniete 8 ist dabei nicht nötig. Außerdem entfällt eine Erhöhung des Massenträgheitsmoments und der gespannten Dicke.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsscheibe
- 2
- Mitnehmerscheibe
- 3
- Nabe
- 4
- Trägerelement
- 5
- Kupplungsbelag
- 6
- erstes Federsegment
- 7
- zweites Federsegment
- 8
- Verbindungsniet
- 9
- Füße der Federsegmente
- 10
- Wellung des ersten Federsegments
- 11
- Wellung des zweiten Federsegments
- 12
- Loch
- W
- Federweg
- D
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008061589 A1 [0002]
