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Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung, die insbesondere als Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verwendet werden kann und mit deren Hilfe ein Drehmoment von einer Eingangswelle, beispielsweise einer Kurbelwelle eines Motors, an einer Ausgangswelle, beispielsweise einer Eingangswelle eines Getriebes, weitergeleitet werden kann.
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In einer Anfahrkupplung, wie beispielsweise aus der
DE 197 46 281 A1 bekannt, kann über ein um eine Drehachse drehbares Schwungrad ein von einem Kraftfahrzeugmotor erzeugtes Drehmoment übertragen werden. Mit dem Schwungrad ist eine Anpressplatte zur Weiterleitung des Drehmoments verbunden, die über einen Reibbelag das Drehmoment dann an eine Kupplungsscheibe reibschlüssig übertragen kann.
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Aufgrund von axialen Schwingungen in der Kurbelwelle kann es zu einer Relativbewegung zwischen der Kupplung und einem Ausrücklager kommen, insbesondere bei Kupplungen mit einer weggesteuerten Verschleißnachstellung, wodurch die Anpresskraft der Kupplung und somit das übertragbare Drehmoment schwanken kann. Solche Drehmomentschwankungen treten insbesondere in der Schlupfphase der Kupplung – also, vor allem beim Anfahrvorgang – auf und erzeugen Rattergeräusche, nämlich das sogenannte Anfahrrattern.
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Es besteht daher ein Bedürfnis, solche Rattergeräusche zu verringern, insbesondere bei Kupplungen mit wegbasierter Verschleißnachstellung, und dabei die Drehmomentübertragung und den Anfahrkomfort beim Schließen der Kupplung zu erhöhen. Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Reibungskupplung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu schaffen, mit dessen Hilfe eine verbesserte Drehmomentübertragung beim Schließen der Kupplung ermöglicht wird und weniger Anfahrrattern auftritt, ohne Anfahrkomfort signifikant zu reduzieren.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Reibungskupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Reibungskupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, mit einer Anpressplatte, die drehfest, jedoch axial begrenzt verlagerbar mit einem Kupplungsgehäuse, insbesondere einem Gehäusedeckel, verbunden ist, mit einer Tellerfeder, die zwischen dem Gehäuse und der Anpressplatte wirksam ist und die Anpressplatte in axialer Richtung beaufschlagt, um eine Kupplungsscheibe zwischen der Anpressplatte und einer Gegenplatte einzuklemmen und mit einer Dämpfungseinrichtung, die mindestens ein federnd ausgebildetes Reibelement zum Dämpfen von Axialschwingungen der Anpressplatte und/oder der Tellerfeder gegenüber dem Gehäuse aufweist. Dabei weist das mindestens eine Reibelement gehäuseseitig ein Masseelement auf. Weiterhin weist das Reibelement einen Kontaktbereich auf, der mit dem Kupplungsgehäuse kraft- und/oder reibschlüssig in Wirkeingriff bringbar ist. Das federnd ausgebildete Reibelement weist vorzugsweise einen Federbügel und das Masseelement auf. Der Federbügel besteht zum Beispiel aus einem Federdraht oder einem Federblech. Das Reibelement ist mit seinem Kontaktbereich vorzugsweise durch Wirkung der Zentrifugalkraft auf die Dämfungseinrichtung, insbesondere dessen Masseelement(e), mit dem Kupplungsgehäuse wirkungsmäßig im Eingriff bringbar.
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Bei Rotation der Anpressplatte wirkt die Zentrifugalkraft auf die Masse des Masseelements/der Masseelemente, das/die in Richtung des Gehäuses gedrückt wird/werden. Dadurch wird erreicht, dass der Wirkeingriff nur bei hinreichend hoher Rotation erfolgt, sodass eine erhöhte Hysterese nur bei laufendem Motor vorliegt. Durch diese gezielte Erhöhung der Hysterese der Reibungskupplung bei Rotation der Getriebekomponenten wie der Anpressplatte sollen die Drehmomentschwankungen reduziert und somit die Rattergeräusche eliminiert werden. Dabei hat die Dämpfungseinrichtung also die Aufgabe, die Erhöhung der Hysterese weitestgehend nur auf den Betrieb bei laufendem Motor bzw. drehender Anpressplatte zu beschränken. Wichtiges Ziel ist es, die Hysterese gezielt im Drehzahlbereich unter der Anfahrdrehzahl, z. B. 2500 Umdrehungen pro Minute (2500 rpm), bei der die nachteiligen Rattergeräusche auftreten, zu steigern.
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Die Reibungskupplung ist bevorzugt als Anfahrkupplung zum Weiterleiten eines Drehmoments von einer Kurbelwelle eines Motors des Kraftfahrzeugs an einer Eingangswelle eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Durch das mindestens eine Reibelement der Dämpfungseinrichtung kann die Hysterese der Kupplung, insbesondere die Ausrückkrafthysterese, erhöht und somit das Anfahrrattern reduziert oder unterdrückt werden.
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Vorzugsweise weist die Dämpfungseinrichtung mehrere der Reibelemente auf und diese können im Wesentlichen gleichmäßig um eine Drehachse der Kupplung verteilt sein, um ihre Auswirkung auf die Hysterese der Kupplung auch weitestgehend gleichmäßig zu verteilen.
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Das Masseelement weist bevorzugt eine Masse auf, die mindestens die Hälfte der Gesamtmasse des (entsprechenden) Reibelements ausmacht. Besonders bevorzugt weist das Masseelement eine Masse auf, die mindestens dreiviertel der Gesamtmasse des Reibelements ausmacht.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das mindestens eine Reibelement drehfest mit der Anpressplatte, insbesondere einem Außenrand der Anpressplatte verbunden ist. Beispielsweise ist das mindestens eine Reibelement am Außenrand der Anpressplatte fest fixiert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht der Kontaktbereich bei rotierenden Anpressplatte mit dem Kupplungsgehäuse in Wirkeingriff, wenn die Anpressplatte mit einer Drehzahl oberhalb eines vorbestimmten Drehzahllimits rotiert. Dieses Limit ist zum Beispiel bei 1500 Umdrehungen pro Minute.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das mindestens eine Masseelement den Kontaktbereich auf. Dieser ist bei nicht-rotierender Anpressplatte vom Gehäuse getrennt, steht jedoch bei rotierender Anpressplatte mit dem Kupplungsgehäuse wirkungsmäßig in Eingriff.
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Bevorzugt ist das Masseelement einstückig mit dem Rest des Reibelements verbunden. Dabei ist das Masseelement entweder aus einem Stück mit dem federnd ausgebildeten Rest des Reibelements ausgebildet oder an den federnd ausgebildeten Rest des Reibelements angeschweißt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Reibelement der Dämpfungseinrichtung, insbesondere im Kontaktbereich, bügelförmig oder wellenförmig ausgebildet.
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Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine Reibelement beziehungsweise jedes Reibelement im Kontaktbereich eine behandelte Oberfläche aufweisen, wobei die Oberfläche vorzugsweise durch Beschichtung (z.B. mit einem Polyamid) und/oder durch Aufrauen (z.B. durch Strahlen) zur Erhöhung des Reibwertes behandelt wird. Erfindungsgemäß kommen daher eines oder mehrere Reibelemente zum Einsatz, die eine reibwertsteigernde Beschichtung und/oder eine aufgeraute Oberfläche aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann im Kontaktbereich auf den Einsatz von Schmiermitteln verzichtet werden.
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Durch relativ einfache konstruktive Maßnahmen kann die Hysterese des erfindungsgemäßen Kupplungssystems, insbesondere die Ausrückkrafthysterese, erhöht werden und durch diese gezielte Erhöhung der Hysterese des Kupplungssystems (also, die höhere Dämpfung) können die Drehmomentschwankungen reduziert und somit die Rattergeräusche eliminiert werden.
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Die Hysterese kann grundsätzlich auch durch Steigerung des Reibwerts an den Kontaktstellen Anpressplatte-Tellerfeder, Tellerfeder-Drahtring, Tellerfeder-Zentrierbolzen/Zentrierlasche, Tellerfeder-Ausrücklager erhöht werden.
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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 schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Reibungskupplung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit vorgespanntem Reibelement zwischen Anpressplatte und Deckel,
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2: eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer Reibungskupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit vorgespanntem Reibelement zwischen Anpressplatte und Deckel und
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3: die resultierende Ausrückkrafthysterese.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils einen Teil einer Reibungskupplung 10 bei laufendem Motor und -gestrichelt eingezeichnet – auch im statischen Fall. Die Kupplung 10 ist insbesondere eine Kupplung 10 mit einer weggesteuerten Verschleißnachstellung.
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Bezugnehmend zunächst auf die 1 ist die Reibungskupplung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht gezeigt. Die Reibungskupplung 10, die insbesondere zur Anwendung als Anfahrkupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, weist eine Anpressplatte 12 auf, die drehfest, jedoch begrenzt verlagerbar in axialer Richtung A mit einem Kupplungsgehäuse 14 verbunden ist. Das in 1 gezeigte Teil des Gehäuses 14 in diesem Ausführungsbeispiel ist ein Gehäusedeckel 16. Weiterhin weist die Kupplung 10 eine Tellerfeder 18 auf, welche als Anpressfeder zwischen der Anpressplatte 12 und dem Gehäuse 14 wirksam ist und die Anpressplatte 12 in axialer Richtung A (also, in 1 und 2 nach unten) beaufschlagt, um eine Kupplungsscheibe (nicht dargestellt) zwischen der Anpressplatte 2 und einer Gegenplatte (nicht gezeigt) einzuklemmen. Dabei drückt die Tellerfeder 5 in deren radial äußerem Bereich 6 gegen einen an der Anpressplatte vorgesehenen Verstellring V, der gegenüber einem Abstandsbolzen (nicht gezeigt) im Gehäusedeckel 4 liegt. Der radial äußere Bereich 20 der Tellerfeder 18 ist ringförmig ausgebildet und die einzelnen Blätter bzw. Zungen Z der Tellerfeder 18 erstrecken sich vom ringförmigen äußeren Bereich 20 radial nach innen.
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Die Kupplung 10 umfasst ferner eine Dämpfungseinrichtung 22 mit mehreren Reibelementen 24, die im Wesentlichen gleichmäßig um einen äußeren Umfang der Anpressplatte 12 verteilt sind. Jedes der Reibelemente 24 in diesem Ausführungsbeispiel weist ein Masseelement 26 und einen bügelförmigen Rest 28 (bevorzugt aus Blech) auf. Weiterhin weist jedes der Reibelemente einen Kontaktbereich 30 auf, der mit elastischer Vorspannung in radialer Richtung R (also, radial nach außen) mit einer Innenseite 32 des Kupplungsgehäuses 14, genauer gesagt dessen Gehäusedeckels 16, durch Rotation der Anpressplatte 12 in reibenden Wirkeingriff bringbar ist. Das entgegengesetzte Ende 34 des Reibelements 24 bzw. des Reibbügels ist an der Anpressplatte 12, genauer gesagt einem Außenrand 36 der Anpressplatte drehfest fixiert. Das Masseelement 26 ist einstückig mit dem federnd ausgebildeten Rest 28 des Reibelements an dessen dem Gehäuse zugewandten Ende ausgebildet. In der Ausführungsform der 1 ist das Masseelement 26 dabei aus dem Material des Rests 28 des Reibelements 24. Der Rest des Reibelements 24 ist als Reibbügel ausgebildet, und das Masseelement 26 ist direkt durch mehrmaliges biegen/falten des Bleches am Rest 28 integriert.
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Bei einer Betätigung der Kupplung 10 wird die Tellerfeder 18 in deren zentralem Bereich 38 in die axiale Richtung A bewegt, was wiederum mittels einer Schwenklagerung 40 mit einem Tellerfederbolzen (nicht gezeigt) oder einem Drahtring 42 eine axiale Bewegung der Anpressplatte 12 herbeiführt. Durch ihren reibenden Kontakt mit der Innenseite des Gehäuses 14 bei hinreichend hoher Drehzahl der Anpressplatte 12 erhöhen die Reibelemente 24 die in 3 gezeigte Hysterese der Kupplung 10 bei Rotation und wirken somit dämpfend auf Axialschwingungen der Anpressplatte 12 und/oder der Tellerfeder 18 ein.
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Mit Bezug nun auf die 2 ist eine Reibungskupplung 10 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in Teilansicht schematisch gezeigt. Da dieses Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem der 1 entspricht, soll hier nur auf die Unterschiede eingegangen werden.
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Die Ausführungsform der 2 unterscheidet sich durch den Aufbau der Dämpfungseinrichtung 22 von der Ausführungsform der 1. Auch die in 2 gezeigte Dämpfungseinrichtung 22 weist mindestens ein Reibelement 24 mit einem Masseelement 26 und einem als Reibbügel ausgebildeten Rest 18 des Reibelements auf. Dabei sind der federnd ausgebildete Rest des Reibelements 24 und das Masseelement 26 durch ein Verschweißen einstückig miteinander verbunden. Der Kontaktbereich 30 des Reibelements 24 ist hierbei am Masseelement 26 ausgebildet.
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Es ergibt sich folgende Funktion der in den Figuren gezeigten Reibungskupplung 10:
Die Dämpfungseinrichtung 22 mit dem mindestens einen Reibelement 24 ist so ausgelegt, dass weder der Rest 28 des Reibelements noch das Masseelement 26 bei abgeschaltetem Motor das Gehäuse 14 bzw. den Gehäusedeckel 16 berührt und daher die statische Hysterese nicht erhöht (siehe 3, gestrichelte Darstellung). Wird der Motor gestartet, so rotiert die Kupplung 10 anpressplattenseitig, wodurch sich das Reibelement 24 aufgrund der Zentrifugalkraft (Fliehkraft) mit dem Masseelement 26 am gehäuseseitigen Ende des Reibelements 24 radial nach außen bewegt und sich mit dem Kontaktbereich 30 an das Gehäuse 14 bzw. dessen Deckel 16 anpresst und damit die Hysterese erhöht. Hierdurch wird ein wie in 3 dargestellter Kennlinienverlauf erzielt.
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Die 3 zeigt schließlich die resultierende Ausrückkrafthysterese. Dabei sind zwei Ausrückkraftkennlinien bei Drehzahl null (statisch) 44 und bei Leerlaufdrehzahl 46 als Graphen in einer Kraft(F)-Weg(s)-Darstellung dargestellt. Im statischen Fall ist bereits eine hinreichend große Hysterese der Ausrückkraftkennlinien 44 vorhanden. Diese soll nicht noch zusätzlich erhöht werden.
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Entscheidend ist vielmehr, dass die Hysterese auch im Bereich niedriger Drehzahlen (hier die Ausrückkraftkennlinien bei Leerlaufdrehzahl 46) hinreichend weit geöffnet ist, sodass die in diesem Drehzahlbereich auftretenden nachteiligen Rattergeräusche eliminiert oder zumindest stark unterdrückt werden. Dies wird mittels der erst bei Drehzahlen oberhalb eines vorbestimmten Drehzahllimits wirkenden Dämpfungseinrichtung 22 mit dem Masseelement bewerkstelligt. Ohne das gehäuse- bzw. deckelseitige Masseelement wäre die Hysterese im Bereich der Leerlaufdrehzahl erkennbar kleiner.
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In der vorliegenden Anmeldung wird – sowohl für einfache Kupplungen 10 als auch für Kupplungen mit Verschleißnachstellung – vorgeschlagen, im Bereich der deckelseitigen Anlage ein Masseelement 26 des federnd ausgebildeten Reibelements 24 vorzusehen. Die Vorspannung des Reibelements 24 wird so gewählt, dass das Reibelement 24 bei stillstehender Kupplung nicht am Deckel 16 anliegt, sondern erst bei Leerlaufdrehzahl mit dem Deckel 16 in Anlage kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Reibungskupplung
- 12
- Anpressplatte
- 14
- Kupplungsgehäuse
- 16
- Gehäusedeckel
- 18
- Tellerfeder
- 20
- Radial äußerer Bereich der Tellerfeder
- 22
- Dämpfungseinrichtung
- 24
- Reibelement
- 26
- Masseelement
- 28
- Rest des Reibelements bzw. Reibbügel
- 30
- Kontaktbereich des Reibelements
- 32
- Innenseite des Gehäuses
- 34
- Ende des Reibelements
- 36
- Außenrand der Anpressplatte
- 38
- Zentraler Bereich der Tellerfeder
- 40
- Schwenklagerung
- 42
- Drahtring
- 44
- Ausrückkraftkennlinie, statisch
- 46
- Ausrückkraftkennlinien bei Leerlaufdrehzahl
- A
- Axiale Richtung
- R
- Radiale Richtung
- V
- Verstellring
- Z
- Blätter bzw. Zungen der Tellerfeder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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