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Die Erfindung betrifft eine Tellerfeder für eine Reibkupplung, welche dazu eingerichtet ist, die Lamellen und Kupplungsscheiben miteinander in Eingriff zu bringen beziehungsweise die Übertragung der Einrückkraft auf die Lamellen und Kupplungsscheiben vorzunehmen.
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Eine solche Tellerfeder weist einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser auf und ist ringförmig. Häufig ist eine solche Tellerfeder aus einem Federstahl hergestellt und weist bereits im nicht eingebauten Zustand Eigenspannungen auf, so dass zur Verformung der Tellerfeder eine erhöhte Widerstandskraft benötigt wird. Die Tellerfeder ermöglicht bei einer Überlast zwischen den Lamellen und den Kupplungsscheiben einer Reibkupplung ein Durchrutschen, in dem sie bei einer übermäßigen Drehmomenteinleitung abhebt.
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Häufig werden Reibkupplungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt, wobei viele verschiedene Kraftfahrzeuge existieren, die jeweils unterschiedliche Antriebseinheiten und Vortriebssysteme verwenden und ein unterschiedliches Gewicht und Leistungsniveau aufweisen. Daher ist es notwendig, die Reibkupplung für jegliche Anwendung in Bezug auf die Drehmomentübertragung anzupassen oder sogar neu zu konzeptionieren. Dazu wurden bisher bei der Anpressplatte die Nocke(n) entsprechend angepasst. Die Lage und Höhe der Nocke(n) auf der Anpressplatte bestimmt die Charakteristik der Reibkupplung, weil hierdurch die Vorspannung der Tellerfeder und die Hebelarmlänge definiert werden. Die Anpressplatte ist die erste der Kupplungsscheiben, welche dazu eingerichtet ist, eine Stellkraft, welche von der Tellerfeder auf das Kupplungssystem übertragen werden soll, auf die Lamellen und Kupplungsscheiben derart zu übertragen, dass ein Drehmoment übertragen werden kann. Insbesondere bei selbst nachstellender und weggesteuerter Nachstellung der Reibkupplung wird der Nocken der Anpressplatte durch den Verstellring ersetzt. Damit entsteht ein erheblicher konstruktiver Aufwand, eine nachstellende Kupplung an die jeweiligen Anforderungen anzupassen, welcher insbesondere die gesamte Nachstelleinrichtung betrifft.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft eine Tellerfeder für eine Reibkupplung mit einem Außendurchmesser und einem Innendurchmesser, aufweisend einen Kraftabschnitt beim Außendurchmesser und einen Hebelabschnitt beim Innendurchmesser, wobei über den Hebelabschnitt eine Stellkraft einleitbar ist und über den Kraftabschnitt die Stellkraft auf eine Anpressplatte übertragbar ist. Die Tellerfeder ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser eine Erhebung vorgesehen ist, über die die Tellerfeder an einem festen Bauteil einer Reibkupplung lagerbar ist.
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Die Tellerfeder weist einen Kraftabschnitt auf, welcher am Außendurchmesser angeordnet ist. Dieser ist zur Einleitung der Stellkraft auf die Anpressplatte eingerichtet. Am Innendurchmesser ist ein Hebelabschnitt vorgesehen, welcher die Stellkraft von einem Einrückbolzen oder ähnlichen Einrichtungen in die Tellerfeder aufnimmt. Häufig ist der Hebelabschnitt durch radiale Schlitze gekennzeichnet, welche die Federeigenschaft der Tellerfeder verbessern. Die Einleitung beziehungsweise Übertragung der Stellkraft an der Tellerfeder findet durch direkten Kontakt mit der Stelleinheit beziehungsweise der Anpressplatte statt. Um nun die Charakteristik der Tellerfeder an die jeweiligen Anforderungen in einem existierenden Reibkupplungssystem anzupassen, ist anstelle der bisher bekannten Lagerungsmethoden der Tellerfeder hier eine Erhebung vorgesehen, welche zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser angeordnet ist. Über diese Erhebung ist die Tellerfeder an einem festen Bauteil der Reibkupplung, zum Beispiel dem Kupplungsgehäuse lagerbar. An diesem Lagerpunkt wird die Tellerfeder gedreht. Das heißt, der Kraftabschnitt bewegt sich in einer entgegengesetzten Richtung zu dem Hebelabschnitt. Um nun eine Anpassung der Charakteristik der Reibkupplung zu erreichen, kann die Lage der Erhebung zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser entsprechend gewählt werden. Damit kann ein entsprechendes Hebelübersetzungsverhältnis eingerichtet werden. Im Stand der Technik war es bisher ebenfalls notwendig, die Tellerfeder für die jeweilige Charakteristik neu auszulegen. Mit der hier vorgeschlagenen Tellerfeder ist es nun möglich, die übrigen Komponenten der Reibkupplung unverändert zu belassen und allein die Tellerfeder konstruktiv zu verändern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist Erhebung im Kraftabschnitt angeordnet.
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Mit der Anordnung der Erhebung im Kraftabschnitt ist es möglich, die Lage der Erhebung relativ frei zu wählen, ohne größere konstruktive Veränderungen an der Tellerfeder vornehmen zu müssen. Insbesondere können bei einer geschlitzten Ausführung des Hebelabschnitts zunächst die Stellkraft im geschlossenen Kraftabschnitt vergleichmäßigt werden, bevor eine Kraftrichtungsänderung über die Erhebung stattfindet. Auch werden Spannungsspitzen durch die Einleitung der Stellkraft über die Hebelabschnitt nicht in die Erhebung hineingetragen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Tellerfeder ist die Erhebung durch zumindest eine der folgenden Komponenten gebildet:
- – eine kreisringartig umlaufende Sicke;
- – zumindest ein auf einem Kreisring angeordnetes Bogensegment; und
- – auf einem Kreisring angeordnete Pocken.
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Durch die Ausbildung einer kreisringartig umlaufenden Sicke wird eine besonders große Anlagefläche erzeugt. Hierdurch werden die Tellerfeder und auch die Anbaukomponenten durch eine breit verteilte Krafteinleitung geschont. Demgegenüber kann es vorteilhaft sein, nur Bogensegmente vorzusehen oder gar nur Pocken, welche ebenfalls im Gesamtbild einen Kreisring bilden. Hierdurch wird die Stabilität der Tellerfeder und unter Umständen eine vorteilhafte Charakteristik der Tellerfeder erzeugt. Die Tellerfeder kann dabei durch Kaltumformen und/oder durch Warmumformen gefertigt werden, wobei insbesondere für die Herstellung der hier beschriebenen Tellerfeder gegenüber bekannten Tellerfedern kein zusätzlicher Verfahrensschritt eingeführt werden muss, sondern vielmehr das gleiche, um eine entsprechende Vorrichtung für die Erhebung ergänztes, Werkzeug zur Herstellung der Tellerfeder verwendet werden kann, welches bisher zur Herstellung von Tellerfedern eingesetzt worden ist.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Tellerfeder nach obiger Beschreibung vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- – Bereitstellen eines Blechs;
- – Stanzen des Federstahlblechs zu einer gewünschten Tellerfederform; und
- – Warmumformen des Federstahlblechs zur Erzeugung der endgültigen Form und Festigkeit,
wobei beim Stanzen und/oder Warmumformen zugleich die Erhebung erzeugt wird.
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Zunächst wird ein Blech, bevorzugt ein Federstahlblech, das für die Herstellung der Tellerfeder geeignet ist, bereitgestellt. Anschließend wird das Blech gestanzt, wobei zum Beispiel die Schlitze im Hebelabschnitt und sonstige erforderliche Ausnehmungen, sowie der Außendurchmesser und der Innendurchmesser erzeugt werden. Anschließend wird das geformte Federstahlblech warm umgeformt, so dass die endgültige Form und Festigkeit erreicht wird. Entweder beim Stanzen oder beim Warmumformen wird die Erhebung gebildet. Beim Stanzverfahren kann ebenfalls ein Prägen stattfinden, so dass die Erhebung (ohne Durchbrüche) im Stanzschritt erzeugt werden kann.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reibkupplung zum reibschlüssigen Verbinden einer Antriebseinheit mit einem Abtriebssystem vorgeschlagen, welches zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – eine Tellerfeder gemäß der obigen Beschreibung;
- – ein mitrotierendes Kupplungsgehäuse;
- – eine Stelleinrichtung und
- – eine Anpressplatte,
wobei die Stelleinrichtung auf den Hebelabschnitt der Tellerfeder einwirkt und der Kraftabschnitt der Tellerfeder auf die Anpressplatte wirkt und dabei die Erhebung der Tellerfeder die Tellerfeder gegen das Kupplungsgehäuse lagert.
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Die Antriebseinheit ist in Kraftfahrzeugen häufig eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor und das Abtriebssystem ein Vortrieb für das Kraftfahrzeug, zum Beispiel die Räder. Die Reibkupplung hat hierbei die Aufgabe, ein von der Antriebseinheit erzeugtes Drehmoment lösbar auf das Abtriebssystem zu übertragen. Hierzu wird mittels der Tellerfeder die Stellkraft durch eine Stelleinrichtung, welche durch die Kupplung aktiviert wird, auf die Anpressplatte, welche die erste Kupplungsscheibe des Reibsystems darstellt, übertragen. Häufig ist es notwendig, in einer existierenden Reibkupplungskonfiguration den Stellweg und die Kraftübertragung an die jeweilige Anforderung eines Kraftfahrzeugs anzupassen. Hierzu ist es möglich, allein die Tellerfeder, welche für Veränderungen der Charakteristik der Reibkupplung jeweils neu ausgelegt werden muss, zu ändern, ohne weitere Auslegungs- und Umkonstruktionsmaßnahmen an der Reibkupplung vornehmen zu müssen. Die Erhebung ersetzt somit bekannte Konfigurationen mit einem oder mehreren Drahtringen oder einer Sicke im Reibkupplungsdeckel. Insbesondere sind keine Veränderungen an der Anpressplatte notwendig.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Reibkupplung eine weggesteuerte Nachstelleinrichtung für einen konstanten Stellweg.
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Bei einer weggesteuerten Nachstelleinrichtung entfällt die Nocke der Anpressplatte, welche durch einen Verstellring ersetzt wird. Der Verstellring ist bereits umfangreich ausgelegt, um eine optimale Nachstellung der Reibkupplung zu gewährleisten. Muss diese verändert werden, um die Charakteristik der Reibkupplung anzupassen, ist dies mit einem erheblichen konstruktivem Aufwand und neuer Auslegung verbunden. Mit der hier vorgeschlagenen Reibkupplung ist aber allein eine Veränderung der Tellerfeder notwendig, bei der die Erhebung in ihrer Lage, insbesondere im Kraftabschnitt, verändert und dadurch die Hebelcharakteristik der Tellerfeder verändert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Reibkupplung ist die Stellwegcharakteristik der Reibkupplung allein über die Lage und Höhe der Erhebung der Tellerfeder einstellbar, wobei insbesondere die übrigen Komponenten der Reibkupplung unverändert bleiben.
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Durch die Veränderung der Lage wird das Hebelarmverhältnis zwischen dem Hebelabschnitt und dem Kraftabschnitt verändert. Durch die Höhe der Erhebung wird eine Vorspannung der Tellerfeder und somit eine stets anliegende Mindestreibkraft definiert. Es ist also möglich, über diese zwei Parameter die Stellwegcharakteristik der Tellerfeder umfassend auszulegen und anzupassen. Eine Veränderung der übrigen Komponenten ist in der Regel nicht notwendig, weil diese in aller Regel für die von der Tellerfeder ausgeübten Kräfte ausreichend dimensioniert sind, insbesondere ist der Kupplungsdeckel als Anlagefläche mit veränderten Anlagepunkten und erhöhter Vorspannungskraft ohne Änderungen geeignet.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle, einen Antriebsstrang und eine Reibkupplung gemäß der obigen Beschreibung zum lösbaren Verbinden der Abtriebswelle mit dem Antriebsstrang, wobei die Antriebseinheit im Kraftfahrzeug vor einer Fahrerkabine und quer zu einer Längsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Kupplung kleiner Baugröße zu verwenden.
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Verschärft wird die Bauraumsituation bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Die oben beschriebene Tellerfeder ermöglicht den Einsatz von Kupplungen sehr geringer Baugröße, welche aufwendig und vielfältig optimiert sind, um die geringe Baugröße zu erzielen. Allein die Tellerfeder an die Erfordernisse des jeweiligen Kraftfahrzeugs anpassen zu müssen erweitert somit die Einsetzbarkeit einer kleinen Reibkupplung. Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht, Leistung eingeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beispielsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen Fox oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
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1: eine Reibkupplung mit Tellerfeder im Schnitt,
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2: einen Ausschnitt einer Tellerfeder mit umlaufender Sicke,
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3: einen Ausschnitt einer Tellerfeder mit Bogensegment,
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4: einen Ausschnitt einer Tellerfeder mit Pocken, und
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5: ein Kraftfahrzeug mit einer Reibkupplung.
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In 1 wird eine Reibkupplung 2 im Schnitt gezeigt, in der eine Tellerfeder 1 auf eine Nachstelleinrichtung 17 wirkt. Die Nachstelleinrichtung 17 verstellt einen Abstand zwischen der Tellerfeder 1 und der Anpressplatte 8, so dass der Stellweg 18 zwischen der Anpressplatte 8 und der Lamelle 24 verschleißunabhängig (nahezu) konstant bleibt. Die Tellerfeder 1 wird von der Stelleinrichtung 16 betätigt, so dass eine Stellkraft 7 über die Tellerfeder 1 auf die Anpressplatte 8 übertragen wird. Dabei ist die Tellerfeder 1 über die Erhebung 9 an dem festen Bauteil 10, hier einem Kupplungsgehäuse, gelagert, so dass die Richtung der Stellkraft 7 umgekehrt wird. Die Tellerfeder 1 unterteilt sich in einen Kraftabschnitt 5 und einen Hebelabschnitt 6, wobei die Stelleinrichtung 16 auf den Hebelabschnitt 6 einwirkt und der Kraftabschnitt 5 auf die Anpressplatte 8 beziehungsweise die Nachstelleinrichtung 17 einwirkt.
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Vorzugsweise ist die Tellerfeder 1 auf Seiten der Anpressplatte 8 durch eine mittelbar (beispielsweise mittels mehrerer Zentrierbolzen) oder unmittelbar am Kupplungsgehäuse 10 gelagerte Stützfeder verkippbar abgestützt. Die Stützfeder kann in ihrem Außenbereich mit einer vorzugsweise umlaufenden, vorzugsweise in Richtung der Tellerfeder 1 ausgestellten Sicke versehen sein, die an der Tellerfeder 1 anliegt. Diese Anlage befindet sich vorzugsweise in radialer Richtung außerhalb der tellerfederseitigen Erhebung 9, durch die die Tellerfeder 1 verkippbar am Kupplungsgehäuse 10 anliegt. Anpressplattenseitig sind jedoch auch andere Formen der verkippbaren Abstützung der Tellerfeder 1 möglich, beispielsweise mittels Drahtring.
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In 2 ist ein Ausschnitt einer Tellerfeder 1 gezeigt, die einen Innendurchmesser 4 und einen Außendurchmesser 3 aufweist und bei der entlang eines Kreisrings 26 eine umlaufende Sicke 11 gebildet ist. Ausgehend vom Innendurchmesser 4 ist die Tellerfeder 1 mit Schlitzen 25 versehen.
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3 und 4 zeigen eine ähnliche Anordnung wie 2, wobei die Tellerfeder 1 in 3 ein Bogensegment 12 aufweist und die Tellerfeder 1 in 4 Pocken 13 aufweist, die jeweils entlang eines Kreisrings 26 angeordnet sind. Dadurch ist eine Anlagerung der Tellerfeder an einem festen Bauteil 10 (nicht dargestellt) ohne weitere Elemente möglich.
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5 zeigt ein Kraftfahrzeug 19 mit einer Reibkupplung 2, welche für das spezielle Kraftfahrzeug 19 eingerichtet ist und eine (nicht dargestellte) optimierte Tellerfeder 1 aufweist. Vor der Fahrerkabine 21 ist eine Antriebseinheit 14 vorgesehen, welche über eine Abtriebswelle 20 mit der Reibkupplung 2 den Antriebsstrang 15 des Kraftfahrzeugs 19 antreibt. Die Motorachse 23 der Antriebseinheit 14 ist dabei quer in Bezug auf die Längsachse 22 des Kraftfahrzeugs 29 ausgerichtet.
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Mit der hier vorgeschlagenen Erfindung ist es möglich, eine Reibkupplung an individuelle Vorgaben für eine spezielles Kraftfahrzeug anzupassen, ohne dabei die gesamte Reibkupplung beziehungsweise einen Großteil der Teile neu auslegen zu müssen, sondern es genügt allein die geringfügige Umkonstruktion der Tellerfeder.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tellerfeder
- 2
- Reibkupplung
- 3
- Außendurchmesser
- 4
- Innendurchmesser
- 5
- Kraftabschnitt
- 6
- Hebelabschnitt
- 7
- Stellkraft
- 8
- Anpressplatte
- 9
- Erhebung
- 10
- festes Bauteil
- 11
- umlaufende Sicke
- 12
- Bogensegment
- 13
- Pocken
- 14
- Antriebseinheit
- 15
- Antriebsstrang
- 16
- Stelleinrichtung
- 17
- Nachstelleinrichtung
- 18
- Stellweg
- 19
- Kraftfahrzeug
- 20
- Abtriebswelle
- 21
- Fahrerkabine
- 22
- Längsachse
- 23
- Motorachse
- 24
- Lamelle
- 25
- Schlitz
- 26
- Kreisring
