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Die Erfindung betrifft ein Wuchtelement zum Wuchten einer Reibkupplung sowie eine Reibkupplung mit einem Wuchtelement, insbesondere für Reibkupplungen eines Kraftfahrzeugs.
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Jedes Bauteil, welches rotiert werden soll, hat aufgrund der Fertigungsprozesse und der Montagetoleranzen eine Eigenunwucht. Die Eigenunwuchten der einzelnen Bauteile summieren sich zum Beispiel bei einer Reibkupplung auf und müssen entsprechend durch ein Wuchtelement ausgeglichen werden. Ein solches Wuchtelement kann zum Beispiel als zusätzliches Gewicht an einer ermittelten Stelle an der Reibkupplung befestigt werden. Für viele Anwendungen ist es nicht möglich, das Wuchtelement an der Reibkupplung derart zu befestigen, dass es von zwei Seiten zugänglich ist, so dass ein üblicher Niet nicht verwendet werden kann. Eine bekannte Lösung ist daher, ein Wuchtelement kraftschlüssig mittels einer Presspassung und/oder plastischer Verformung in ein Gegenbauteil der Reibkupplung einzubringen. Dazu ist es beispielsweise bekannt ein Wuchtelement mit einem Rändelschaft zu versehen, dessen Rändelstruktur als Schneidkanten ausgebildet sind, die das Wuchtelement mit dem entsprechenden Gegenbauteil kraftschlüssig und formschlüssig verbinden. Dabei ist jedoch nachteilig, dass sich das Gegenbauteil unter Umständen infolge von eingebrachten inneren Spannungen (plastisch) verzieht, weil das Wuchtelement mit einer sehr hohen Einpresskraft zum Anliegen gebracht werden muss.
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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 ein Wuchtelement zum Wuchten einer Reibkupplung, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – einen Kopf zum Bilden eines Anschlags mit einem korrespondierenden Gegenbauteil;
- – einen Rändelschaft zum Einschneiden in eine korrespondierende Öffnung des Gegenbauteils; und
- – einen Entlastungsabsatz zwischen dem Kopf und dem Rändelschaft, wobei der Entlastungsabsatz derart eingerichtet ist, dass der Absatzdurchmesser kleiner oder gleich dem kopfseitigen Durchmesser der korrespondierenden Öffnung ist.
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Das Wuchtelement ist dazu eingerichtet, eine Reibkupplung zu wuchten, so dass die Reibkupplung zumindest nahezu unwuchtfrei rotieren kann. Es sei dabei darauf hingewiesen, dass bei anderen rotierenden technischen Geräten mit ähnlich schwer zugänglichen Konstellationen das vorgeschlagene Wuchtelement ebenfalls vorbehaltlos einsetzbar ist. Das Wuchtelement weist dazu einen Kopf auf, welcher zum Beispiel nach Art eines Schraubenkopfs eingerichtet ist, um mit dem korrespondierenden Gegenbauteil einen Anschlag zu bilden. Weiterhin weist das Wuchtelement einen Rändelschaft auf, welcher eine Rändelstruktur aufweist, die dazu eingerichtet ist, sich in eine korrespondierende Öffnung des Gegenbauteils zu schneiden, so dass durch das verdrängte Material eine Pressung erzeugt wird. Dabei sind der Rändelschaft und der Kopf zueinander so ausgerichtet, dass das Wuchtelement bis zum Anschlag des Kopfs in die korrespondierende Öffnung einführbar ist und mit dem Anliegen des Kopfs bei der korrespondierenden Öffnung des Gegenbauteils das Wuchtelement verliersicher in die korrespondierende Öffnung eingebracht ist.
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Weiterhin weist das Wuchtelement einen Entlastungsabsatz zwischen dem Kopf und dem Rändelschaft auf, welcher dazu eingerichtet ist, dass hier keine zusätzliche Verformung in axialer Richtung oder auch ein Aufweiten der korrespondierenden Öffnung vorgenommen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die korrespondierende Öffnung über die gesamte Länge des Wuchtelements einen gleichbleibenden Durchmesser auf. In einer alternativen Ausführungsform weist die korrespondierende Öffnung nahe des Kopfs des Wuchtelements einen kopfseitigen Durchmesser auf, der gegenüber dem tragenden Bereich, in den der Rändelschaft einbringbar ist, aufgeweitet ist. Das bedeutet, dass je nach Ausgestaltung des kopfseitigen Durchmessers der korrespondierenden Öffnung der Entlastungsabsatz gegebenenfalls sogar größer sein kann als der maximale Durchmesser des Rändelschafts. Kennzeichnend für den Entlastungsabsatz ist demnach nicht (allein) sein Durchmesser im Verhältnis zum maximalen Rändelschaftdurchmesser, sondern vielmehr das Verhältnis seines Durchmessers zum kopfseitigen Durchmesser der korrespondierenden Öffnung.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Wuchtelements ist der Absatzdurchmesser kleiner als ein maximaler Rändeldurchmesser.
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Bei dieser Ausführungsform ist die korrespondierende Öffnung vorteilhafterweise mit einem über die Länge des Wuchtelements gleichbleibenden Durchmesser ausgeführt, das heißt keinem erweiterten kopfseitigen Durchmesser. Der Absatzdurchmesser ist hierbei kleiner ausgelegt als der maximale Rändeldurchmesser, so dass das plastisch und/oder elastisch verdrängte Material des Gegenbauteils im Bereich der korrespondierenden Öffnung im Bereich des Entlastungsabsatzes nicht zusätzlich aufgeweitet wird und/oder das Gegenbauteil durch den Einpressvorgang bis zum Anschlag nicht axial verformt wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Einpresskraft bis zum Anschlag nicht zunimmt oder sogar abnimmt. Dies hat den positiven Effekt, dass zu dem Zeitpunkt, zu dem der Anschlag zum Anliegen kommt, die Einpresskraft deutlich zunimmt und daher allein aus der Einpresskraftzunahme auf den Anschlag rückgeschlossen werden kann. Dies erleichtert eine automatisierte Einbringung in das Gegenbauteil.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Wuchtelements ist der Entlastungsabsatz derart eingerichtet, dass, wenn der Rändelschaft in der korrespondierenden Öffnung anliegt und der Kopf mit dem Gegenbauteil den Anschlag bildet, die Einpresskraft im Bereich des Entlastungsabsatz geringer als die maximale Einpresskraft des Wuchtelements, bevorzugt geringer als im Bereich des Rändelschafts, ist.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird vermieden, dass sich aufgrund des ausweichenden Materials und des Drucks durch den Kopf auf das Gegenbauteil im Bereich des Kopfs eine besonders hohe Einpresskraft ergibt. Vielmehr wird durch den Entlastungsabsatz das Gegenbauteil in diesem Bereich derart entlastet, dass die Einpresskraft hier besonders gering ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Entlastungsabsatzes und dem kopfseitigen Durchmesser der korrespondierenden Öffnung derart aufeinander eingerichtet sind, dass die eingebrachten Spannungen in dem Gegenbauteil im Bereich des Entlastungsabsatzes nicht durch zusätzlichen Druck durch den Kopf und den Entlastungsabsatz weiter angehoben werden. Besonders bevorzugt wird die Spannung im Gegenbauteil im Bereich der korrespondierenden Öffnung im Bereich des Entlastungsabsatzes durch elastische und/oder plastische Verformung verringert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Wuchtelements erstreckt sich der Rändelschaft nach der Einbringung des Wuchtelements in der korrespondierenden Öffnung über die Länge vom Anschlag des Kopfes bis zum gegenüberliegenden Ende des Rändelschafts über mindestens 90 % der Länge, besonders bevorzugt über mehr als 95 % der Länge, erstreckt. Dabei sollte besonders bevorzugt der Massenschwerpunkt des Wuchtelements innerhalb des Rändelbereichs und innerhalb des Aufnahmebereichs des Gegenbauteils angeordnet sein. Damit wird ein Verkippen des Wuchtelements vermieden.
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Um eine besonders gute Flächenpressung zu erreichen, die zu einem besseren Halt des Wuchtelements durch eine erhöhte notwendige Auspresskraft führt, ist es besonders vorteilhaft, die Länge des Rändelschafts so groß zu gestalten, dass der Rändelschaft sich im Wesentlichen über die gesamte Länge zwischen dem Anschlag des Kopfs bis zum gegenüberliegenden Ende des Rändelschafts in der korrespondierenden Öffnung anliegt. Die Länge und Lage des Entlastungsabsatzes ist dabei in Bezug auf den Rändelschaft und den Kopf des Wuchtelements derart kurz eingerichtet, dass nach der Einbringung des Wuchtelements in die korrespondierende Öffnung der Eingriff des Rändelschafts in das Gegenbauteil auf maximaler Länge erfolgt. Dadurch wird ein besserer Halt des Wuchtelements im Gegenbauteil erreicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Wuchtelements ist die korrespondierende Öffnung eine als Durchgangsöffnung mit einer vorbestimmten Tiefe ausgebildet und der Entlastungsabsatz gleich lang oder länger als die Tiefe der korrespondierenden Öffnung ist.
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Bei dieser alternativen vorteilhaften Ausgestaltung des Wuchtelements ist der Entlastungsabsatz derart eingerichtet, dass das Wuchtelement mit seinem Rändelschaft vollständig durch die korrespondierende Öffnung hindurchgeschoben wird und allein der Entlastungsabsatz in der korrespondierenden Öffnung zum Anliegen kommt. Hierdurch wird mit dem Rändelschaft eine Verliersicherung erzeugt, und zugleich keine übermäßige Verformung auf das Gegenbauteil aufgebracht. Ganz besonders bevorzugt ist der Entlastungsabsatz gleich lang, oder sogar ein wenig kürzer als die Tiefe der Durchgangsöffnung, so dass zusätzlich ein Formschluss erreicht wird und das Wuchtelement in der Öffnung nicht infolge von Vibrationen gerüttelt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch eine Reibkupplung mit einer Rotationsachse zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – eine Kupplungsdeckelanordnung mit einem Kupplungsdeckel und einer damit verbundenen Gegenplatte;
- – eine Anpressplatte, die zum Übertragen eines Drehmoments mittels Reibkraft eingerichtet ist;
- – zumindest ein Wuchtelement nach obiger Beschreibung zum Befestigen in einer Öffnung einer Komponente der Reibkupplung, wobei das Wuchtelement einseitig in die jeweilige Komponente einbringbar und befestigbar ist.
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Die Reibkupplung ist insbesondere zum Verbinden einer Abtriebswelle einer Antriebseinheit, zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine oder eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsstrang, zum Beispiel einem Getriebe und dem Vortrieb eines Kraftfahrzeugs, eingerichtet. Die Reibkupplung weist dabei eine Kupplungsdeckelanordnung auf, welche einen Kupplungsdeckel und eine damit verbundene Gegenplatte aufweist. Der Kupplungsdeckel umschließt dabei zusammen mit der Gegenplatte eine Anpressplatte und ggf. zumindest eine Reibscheibe und bildet dabei eine (geschlossene) Kraftklammer, welche die Reaktionskräfte der Anpresskraft der Anpressplatte aufnimmt. Die Anpressplatte selbst oder eine korrespondierende Reibscheibe überträgt dabei das Drehmoment von der Kupplungsdeckelanordnung auf eine Ausgangswelle, zum Beispiel eine Getriebewelle des Antriebsstrangs. Aufgrund der hohen Drehzahlen und der Vielzahl der Bauteile ist es notwendig, ein Wuchtelement vorzusehen, welches je nach gemessener Unwucht in einer Öffnung einer Komponente der Reibkupplung vorgesehen werden muss. Weil die Vielzahl der Komponenten der Reibkupplung die Auswahl der Orte, an denen ein Wuchtelement angebracht werden kann stark beschränkt, ist es besonders vorteilhaft, ein Wuchtelement nur einseitig in eine jeweilige Komponente einzubringen und zu befestigen. Das bedeutet, dass das Wuchtelement zum Beispiel nicht mit einer Zange, wie zum Beispiel bei einem Niet, befestigt werden muss, sondern von einer Seite eingeschoben und eingepresst werden kann. Mit dem hier vorgeschlagenen Wuchtelement wird dabei verhindert, dass die jeweilige Komponente (übermäßig) verformt wird. Zugleich ist das Wuchtelement verliersicher in der Reibkupplung eingebracht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Reibkupplung weist die Öffnung kopfseitig im Bereich des Entlastungsabsatzes eine Entlastungsfase auf.
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Hierdurch wird erreicht, dass der kopfseitige Durchmesser gegenüber dem tragenden Durchmesser der Öffnung, in welchem der Rändelschaft eingepresst ist, gegenüber dem Entlastungsabsatz erweitert ist. Bei einer solchen Konfiguration wird in diesem Bereich keine weitere Aufweitung der Öffnung und/oder axiale Belastung auf das Gegenbauteil ausgeübt. Dadurch nimmt die Einpresskraft nicht weiter zu oder sogar ab, so dass erst mit dem Anliegen des Anschlags am Gegenbauteil die Einpresskraft wieder (plötzlich) zunimmt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle, einen Antriebsstrang und eine Reibkupplung nach obiger Beschreibung aufweist.
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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 Reibkupplung 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. Mit dem hier vorgeschlagenen Wuchtelement ist es möglich eine Reibkupplung mit sehr kompaktem Aufbau mit einfachen Mitteln auszuwuchten. Daher ist das Wuchtelement besonders für Kleinwagen geeignet, die häufig sehr kompakte Reibkupplungen verwenden müssen.
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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: ein konventionelles Wuchtelement,
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2: ein Wuchtelement mit Entlastungsabsatz,
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3: einen Entlastungsabsatz im Detail,
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4: eine Reibkupplung mit Wuchtelement,
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5: ein Wuchtelement in einer korrespondierenden Öffnung mit Entlastungsfase,
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6: ein durchgestecktes Wuchtelement,
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7: ein Kraftfahrzeug mit Reibkupplung.
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In 1 ist ein konventionelles Wuchtelement 30 gezeigt, bei dem kein Entlastungsabsatz vorgesehen ist und dadurch im Kollisionsbereich 31 eine erhöhte Einpresskraft 12 auftritt. Im diesem Beispiel tritt in der Nähe des Kopfes 3 des konventionellen Wuchtelements 30 sogar die maximale Einpresskraft 13 auf. Das konventionelle Wuchtelement 30 weist einen Rändelschaft 6 auf, der in einer korrespondierenden Öffnung 7 eingebracht ist, die in einem Gegenbauteil 5 angeordnet ist. Das konventionelle Wuchtelement 30 liegt mit seinem Kopf 3 am Gegenbauteil 5 an, so dass ein Anschlag 4 gebildet ist.
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In 2 ist ein Wuchtelement 1 gezeigt, welches einen Entlastungsabsatz 8 aufweist, der in diesem Fall einen gleichen Absatzdurchmesser 9 wie den kopfseitigen Durchmesser 10 der korrespondierenden Öffnung 7 des Gegenbauteils 5 aufweist. Der maximale Rändeldurchmesser 11 ist hierbei größer als der Absatzdurchmesser 9, so dass sich das dargestellte Wuchtelement 1 für eine korrespondierende Öffnung 7 eignet, die einen gleichmäßigen Durchmesser, zum Beispiel wie den kopfseitigen Durchmesser 10, aufweist. Im Bereich des Entlastungsabsatzes 8 befindet sich ein Entlastungsbereich 32, in dem die Einpresskraft 12 deutlich abnimmt und geringer ist als die maximale Einpresskraft 13 im Bereich des Rändelschafts 6. Die Rändelschaftlänge 33 nimmt hier den Hauptteil der Länge 15 vom Anschlag 4 des Kopfs 3 zum gegenüberliegenden Ende 15 ein.
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In 3 ist ein Ausschnitt eines Wuchtelements 1 gezeigt, bei dem der Absatzdurchmesser 9 kleiner ist als der maximale Rändeldurchmesser 11 des Entlastungsabsatzes 8. Ein solches Wuchtelement 1 ist insbesondere für eine korrespondierende Öffnung 7 (hier nicht dargestellt) mit gleichbleibendem Durchmesser geeignet.
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In 4 ist eine Reibkupplung 2 dargestellt, die um eine Rotationsachse 17 rotierbar ist und zur Vermeidung von Unwucht und Vibration ein Wuchtelement 1 aufweist. Das Wuchtelement 1 ist hierbei in der Kupplungsdeckelanordnung 20, genauer an einer Lasche des Kupplungsdeckels 21, eingebracht. An der hier dargestellten Stelle kann aufgrund der Verbindung mit der Gegenplatte 22 das Wuchtelement 1 nur einseitig (in dieser Darstellung von oben) eingebracht werden kann. Die Reibkupplung 2 ist über einen Steckkranz 34 mit einer Abtriebswelle 18 (nicht dargestellt) verbindbar. Entlang der Rotationsachse 17 ist die Anpressplatte 23 axial beweglich mit der Kupplungsdeckelanordnung 20 verbunden.
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In 5 ist eine Variante des Wuchtelements 1 gezeigt, bei der der kopfseitige Durchmesser 10 der korrespondierenden Öffnung 7 durch eine Entlastungsfase 24 gegenüber dem Entlastungsabsatz 8 erweitert ist. Das Wuchtelement 1 ist mit seinem Kopf 3 bis zum Anschlag 4 gegen das Gegenbauteil 5 gedrückt und der Rändelschaft 6 ist in die korrespondierende Öffnung 7 eingepresst.
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In 6 ist eine weitere Variante des Wuchtelements 1 gezeigt, bei der die korrespondierende Öffnung 7 als Durchgangsöffnung mit einer vorbestimmten Tiefe 16 ausgeführt ist, die in diesem Beispiel etwas kleiner als die des Entlastungsabsatzes 8 ist. Das Wuchtelement 1 ist dabei mit dem Rändelschaft 6 vollständig durch das Gegenbauteil 5 hindurchgeschoben. So kommt allein der Entlastungsabsatz 8 in der korrespondierenden Öffnung 7 zum Anliegen, wenn der Kopf 3 des Wuchtelements 1 zum Anschlag 4 mit dem Gegenbauteil 5 gebracht ist.
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In 7 ist ein Kraftfahrzeug 25 mit einer Antriebseinheit 26 gezeigt, welche mit ihrer Motorachse 29 quer zur Längsachse 28 vor der Fahrerkabine 27 angeordnet ist. Die Antriebseinheit 26 ist hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt, welche über eine Abtriebswelle 18 mittels einer Reibkupplung 2 mit einem hier rein schematisch dargestellten Antriebsstrang 19 verbunden ist.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Wuchtelement ist es möglich, ein Wuchtelement einseitig einzubringen, welches verliersicher mit der Reibkupplung befestigt ist und zugleich das Gegenbauteil nicht (übermäßig) verformt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wuchtelement
- 2
- Reibkupplung
- 3
- Kopf
- 4
- Anschlag
- 5
- Gegenbauteil
- 6
- Rändelschaft
- 7
- korrespondierende Öffnung
- 8
- Entlastungsabsatz
- 9
- Absatzdurchmesser
- 10
- kopfseitiger Durchmesser
- 11
- maximaler Rändeldurchmesser
- 12
- Einpresskraft
- 13
- maximale Einpresskraft
- 14
- Länge
- 15
- gegenüberliegendes Ende
- 16
- vorbestimmte Tiefe
- 17
- Rotationsachse
- 18
- Abtriebswelle
- 19
- Antriebsstrang
- 20
- Kupplungsdeckelanordnung
- 21
- Kupplungsdeckel
- 22
- Gegenplatte
- 23
- Anpressplatte
- 24
- Entlastungsfase
- 25
- Kraftfahrzeug
- 26
- Antriebseinheit
- 27
- Fahrerkabine
- 28
- Längsachse
- 29
- Motorachse
- 30
- konventionelles Wuchtelement
- 31
- Kollisionsbereich
- 32
- Entlastungsbereich
- 33
- Rändelschaftlänge
- 34
- Steckkranz
