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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe mit einer Reibscheibenanordnung, die gegen das Moment eines Federspeichers relativ zu einer Nabe verdrehbar ist.
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Eine gattungsgemäße Kupplungsscheibe zur Dämpfung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise aus der
FR 2551813 bekannt.
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Die gattungsgemäße Kupplungsscheibe weist einen komplexen Aufbau mit mehreren Scheiben und Bogenfedern auf.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Alternative Bauweise einer solchen Kupplungsscheibe anzugeben.
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Dieses Problem wird durch eine Kupplungsscheibe nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen, Ausführungsformen oder Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das oben genannte Problem wird insbesondere gelöst durch eine Kupplungsscheibe mit einer Reibscheibenanordnung, die gegen das Moment eines Federspeichers relativ zu einer Nabe verdrehbar ist, wobei der Federspeicher mindestens ein Federelement mit einer Biegefeder umfasst. Unter einer Biegefeder wird insbesondere eine Feder verstanden, deren Federwirkung im Wesentlichen auf einer elastischen Biegeverformung insbesondere von Balkenelementen beruht. Die Biegefeder umfasst dabei ein stabförmiges Balkenelement, das auf Druck in Längsrichtung des Balkenelementes (Balkenachse) belastet wird, sodass das Balkenelement elastisch senkrecht zur Balkenachse gebogen wird.
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Das Federelement umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung mindestens ein Biegefederpaar mit zwei Biegefedern, wobei die Biegefedern bei Kraftbeaufschlagung in entgegengesetzte Richtungen verformt werden. Durch die entgegengesetzte Verformung treten keine oder nur geringe Radialkräfte auf, die von dem Federelement in dessen Aufhängung oder Lagerung abgeführt werden müssen. Im Idealfall werden die Federelemente nur mit einer Druckkraft beaufschlagt und dabei elastisch verformt, wobei diese die aufgenommene Energie speichern und bei Entlastung wieder abgeben können.
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Das Federelement umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung zwei Radialstege, zwischen denen eine innere Biegefeder und eine äußere Biegefeder angeordnet sind. Die Radialstege und die Biegefedern sind vorzugsweise einteilig ausgeführt. Die Radialstege dienen der Kraftübertragung auf Nabe und Reibscheibenanordnung. Die innere Biegefeder und die äußere Biegefeder werden vorzugsweise in einer radialen Richtung verformt, wobei die Verformungsrichtungen bevorzugt entgegengesetzt sind. Alternativ oder zusätzlich können die Biegefedern auch in axialer Richtung verformt werden.
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Die Biegefedern weisen in einer Ausführungsform der Erfindung jeweils eine Ausbuchtung in radialer Richtung auf. Die Ausbuchtungen sind gebogene Bereiche der Biegefedern, die in radialer Richtung konvex und/oder konkav geformt sind. Die Ausbuchtungen sind in einer Ausführungsform der Erfindung in entgegengesetzte Richtungen geformt. Durch die Ausbuchtungen wird die radiale Verformungsrichtung bei Kraftbeaufschlagung der Federelemente in Umfangsrichtung vorgegeben.
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Mehrere Federelemente sind in einer Ausführungsform der Erfindung über den Umfang der Kupplungsscheibe verteilt angeordnet. Durch die Mehrzahl an Federelementen wird das Rückstellmoment erhöht und durch die Federelemente bewirkte Biege- oder Querkräfte werden ausgeglichen.
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Die Federelemente stützen sich in einer Ausführungsform der Erfindung jeweils mit einem Radialsteg an einem Nabenflügel, der drehfest mit einer Nabe verbunden ist, und mit dem anderen Radialsteg an einem Mitnehmerflügel, der drehfest mit der Reibscheibenanordnung verbunden ist, ab. In einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Radialstege an ihren Außenseiten jeweils ebene Anlageflächen auf, die an ebenen Flächen der Nabe und der Reibscheibenanordnung anliegen. In einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Anlageflächen konkave und/oder konvexe Bereiche auf, die an entsprechend geformten Bereichen der Nabe und der Reibscheibenanordnung anliegen und so eine formschlüssige Verbindung in radialer und/oder axialer Richtung zwischen den Federelementen und der Nabe und/oder der Reibscheibenanordnung bewirken. Beispielsweise können die Federelemente und/oder die Nabe und/oder die Reibscheibenanordnung mit axial und/oder radial verlaufenden Nuten und Federn oder zueinander korrespondierenden Rillen oder Noppen und Vertiefungen versehen sein.
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Die Mitnehmerflügel sind in einer Ausführungsform der Erfindung an einer Mitnehmerscheibe angeordnet, die drehfest mit einem Reibscheibenflansch der Reibscheibenanordnung verbunden ist. Der Reibscheibenflansch trägt vorzugsweise beiderseits Reibscheiben, die in Einbaulage der Kupplungsscheibe mit einer Kupplungsdruckplatte bzw. einer Kupplungsgegendruckplatte in Reibkontakt gebracht werden können. Die drehfeste Verbindung zwischen Mitnehmerscheibe und Reibscheibenflansch erfolgt vorzugsweise durch Niete. Der Übergang zwischen Mitnehmerscheibe und Reibscheibenflansch ist in einer Ausführungsform der Erfindung mit hoher axialer Nachgiebigkeit ausgeführt, beispielsweise durch dünne und schmale Fahnen oder dergleichen, sodass der Reibscheibenflansch elastisch bezüglich einer axialen translatorischen Bewegung und elastisch bezüglich einer Kippbewegung um die Rotationsachse gelagert ist. Dadurch können Lagetoleranzen der Kupplungsdruckplatte und der Gegendruckplatte sowie ein unrunder Lauf beider in Einbaulage der Kupplungsscheibe ausgeglichen werden. Alternativ können Mitnehmerscheibe und Reibscheibenflansch als ein Bauteil einstückig gefertigt sein.
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Zwischen der Reibscheibenanordnung und der Nabe sind in einer Ausführungsform der Erfindung Endanschläge zur Begrenzung der Relativverdrehung angeordnet. Die Endanschläge verhindern, dass der Federspeicher oder einzelne Federelemente auf Block gehen, also bis zu einer maximalen Grenze elastisch verformt werden. Darüber hinaus wird ein Anschlagen von Metallteilen verhindert, was eine unzulässige Geräuschentwicklung zur Folge haben könnte.
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Die Endanschläge sind in einer Ausführungsform der Erfindung elastische Elemente, die an den radialen Außenbereichen der Nabenflügel und/oder an radial äußeren Bereichen der Mitnehmerflügel angeordnet sind. Die elastischen Elemente können aus Gummi oder dergleichen gefertigt sein und mittels einvulkanisierten Metallträgern mit der Nabe bzw. der Mitnehmerscheibe verschraubt oder vernietet sein oder direkt an Nabe bzw. Mitnehmerscheibe vulkanisiert sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe in einer Draufsicht;
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2 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe;
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3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federelementes;
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4 das Ausführungsbeispiel der 3 in räumlicher Darstellung.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe in einer Draufsicht. Die Kupplungsscheibe 1 umfasst eine Reibscheibenanordnung 2, die über einen Reibscheibenflansch 3 mit einer Mitnehmerscheibe 4 verbunden ist. Die Mitnehmerscheibe 4 ist über einen Federspeicher 5 mit einer Nabe 6 verbunden. Der Federspeicher 5 ermöglicht eine Relativverdrehung der Nabe 6 gegenüber der Mitnehmerscheibe 4 und damit gegenüber der Reibscheibenanordnung 2 um einen begrenzten Winkel in beide Drehrichtungen relativ zu einer nicht ausgelenkten Ruhelage. Die Verdrehung der Nabe 6 gegenüber der Mitnehmerscheibe 4 erfolgt gegen ein Moment, das durch eine Federkraft des Federspeichers 5 bewirkt wird; je größer die Relativverdrehung desto größer ist die durch den Federspeicher 5 ausgeübte Rückstellkraft bzw. das Rückstellmoment.
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Die Reibscheibenanordnung 2 umfasst zwei Reibscheiben 7, die beiderseits des Reibscheibenflansches 3 angeordnet sind und mit diesem mittels Nieten 8 vernietet sind. Der Reibscheibenflansch 3 ist mittels Nieten 9 mit der Mitnehmerscheibe 4 vernietet. Der Reibscheibenflansch 3 umfasst Reibscheibenflanschflügel 10, die von der Reibscheibenanordnung 2 radial nach innen abstehen und zwischen denen Ausnehmungen 11 verbleiben. Die Reibscheibenflanschflügel 10 sind jeweils mit paarweise angeordneten Nieten 9 mit der Mitnehmerscheibe 4 vernietet. Die abwechselnde Anordnung von Reibscheibenflanschflügeln 10 und Ausnehmungen 11 über den Innenumfang des Reibscheibenflansches 3 erhöht dessen axiale Nachgiebigkeit, so dass die Reibscheibenanordnung 2 relativ zur Rotationsachse R gekippt werden kann. Die Rotationsachse R bezeichnet die Rotationsachse der Kupplungsscheibe 1. Die axiale Richtung ist eine Richtung entlang der Rotationsachse R, die radiale Richtung ist eine Richtung senkrecht zur Rotationsachse R und die Umfangsrichtung ist eine Drehung um die Rotationsachse R.
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Die Kupplungsscheibe 1 wird in einer Fahrzeugkupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zwischen Antriebsmotor, der ein Verbrennungsmotor, meist ein Hubkolbenmotor als Diesel- oder Benzinmotor, ist und einem Schaltgetriebe angeordnet und ermöglicht mittels einer Ausrückvorrichtung das wahlweise Ein- und Auskuppeln der Drehmomentübertragung.
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Die Mitnehmerscheibe 4 weist mehrere Mitnehmerflügel 12 auf, die radial nach innen abstehen. Die Nabe 6 weist Nabenflügel 13 auf, die von der Nabe 6 radial nach außen abstehen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Mitnehmerflügel 12 über den Umfang der Mitnehmerscheibe 4 verteilt angeordnet, so dass diese jeweils einen Winkel von 90° zueinander einnehmen, und vier Nabenflügel 13 über den Umfang der Nabe 6 angeordnet, so dass diese ebenfalls einen Winkel von 90° zueinander einnehmen. Die Nabenflügel 13 ragen dabei jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei Mitnehmerflügeln 12, so dass die Mitnehmerflügel 12 ebenfalls jeweils in den Zwischenraum zwischen zwei Nabenflügeln 13 ragen. Zwischen den Mitnehmerflügeln 12 und der Nabe 6 verbleibt ein Spalt A, entsprechend verbleibt zwischen den Nabenflügeln 13 und der Mitnehmerscheibe 4 ein Spalt B.
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Zwischen jedem Mitnehmerflügel 12 und jedem Nabenflügel 13 ist jeweils ein Federelement 14 angeordnet. Die Federelemente 14 werden unten anhand der 3 und 4 näher beschrieben. Zwischen zwei Mitnehmerflügeln 13 ist jeweils ein Anschlagselement 15 angeordnet, welches aus Gummi oder dergleichen gefertigt ist. Das Anschlagselement 15 umfasst eine Ausnehmung 16, in die der Nabenflügel 13 ragt, und an beiden umfangsseitigen Enden jeweils eine Anschlagfläche 17a, 17b aufweist. Die Anschlagflächen 17a, 17b bilden jeweils einen Anschlag für den in die Ausnehmung 16 ragenden Mitnehmerflügel 12. Der Anschlag begrenzt die Verformung der Federelemente und verhindert deren Ausknicken mit möglicherweise plastischer Verformung.
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2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe 1. Bei diesem sind die Ausnehmungen 16 in der Mitnehmerscheibe 4 angeordnet und die freien Enden der Nabenflügel 13 jeweils mit Anschlagkappen 18 versehen.
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Die 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Federelementes 14. Das Federelement 14 umfasst einen ersten Radialsteg 19a und einen zweiten Radialsteg 19b, die V-förmig zueinander angeordnet sind. Der von den beiden Radialstegen 19a, 19b eingeschlossene Winkel entspricht dem zwischen je einem Nabenflügel 13 und einen Mitnehmerflügel 12 eingeschlossenen Winkel, wenn die Nabe 6 gegenüber dem Reibscheibenflansch 3 in der Mittelstellung ist, wie diese beispielsweise in 2 gezeigt ist. Die Radialstege 19a, 19b sind jeweils flache, einteilige Bauteile. Zwischen den beiden Radialstegen 19a, 19b ist eine innere Biegefeder 20 und eine äußere Biegefeder 21 angeordnet. Die Biegefedern sind jeweils Stäbe oder Balken, die im Wesentlichen in Längsrichtung kraftbeaufschlagt werden und dabei ähnlich einem Knickstab senkrecht zur Belastungsrichtung elastisch verformt werden. Die Belastung und die mögliche Verformung sind dabei so bemessen, dass nur eine elastische Verformung eintritt. Die innere Biegefeder 20 umfasst einen ersten ebenen Teil 22a, der an dem Radialsteg 19a angeordnet ist, und einen zweiten ebenen Teil 22b, der an dem Radialsteg 1 B angeordnet ist. Zwischen dem ersten ebenen Teil 22a und dem zweiten ebenen Teil 22b ist ein gebogener Teil 23 angeordnet. Der geborene Teil 23 ist von der Rotationsachse R aus gesehen konkav geformt. Die äußere Biegefeder 21 ist sinngemäß radial spiegelbildlich wie die innere Biegefeder 20 gestaltet, diese umfasst einen ersten ebenen Teil 24a und einen zweiten ebenen Teil 24b, die über einen gebogenen Teil 25 miteinander verbunden sind, wobei der erste ebene Teil 24a an dem Radialsteg 19a anschließt und der zweite ebene Teil 24b an dem Radialsteg 19b anschließt. Der gebogene Teil 25 ist von der Rotationsachse R aus gesehen konvex nach außen geformt.
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Werden die Radialstege 19a, 19b bei einer Relativverdrehung der Nabe 6 gegenüber dem Reibscheibenflansch 3 zusammengedrückt, dies ist durch Pfeile 26 und 27 in 3 verdeutlicht, so werden die innere Biegefeder 20 und die äußere Biegefeder 20 verformt. Der gebogene Teil 23 der inneren Biegefeder 20 und der gebogene Teil 25 der äußeren Biegefeder 21 geben dabei die Verformungsrichtungen vor, diese erfolgt im wesentlichen so, dass die innere Biegefeder 20 in einer radialen Ebene mit ihrem gebogener Teil 23 radial nach innen gedrückt und entsprechend verformt wird und die radial äußere Biegefeder 21 mit dem gebogenen Teil 25 nach außen gedrückt und entsprechend in der radialen Ebene nach außen verformt wird.
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Die Federelemente 14 sind jeweils einstückig aus einem Kunststoff wie Polyurethan oder einem Federstahl gefertigt oder sind als Verbundwerkstoffe hergestellt, beispielsweise aus in eine Kunststoffmatrix eingebettetem Federstahl oder aus in einer Kunststoffmatrix eingebetteter Glas- oder Kohlefaser oder dergleichen.
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Die federelastischen Eigenschaften der Federelemente 14 beruhen im wesentlichen darauf, dass bei einer Verformung wie in 3 durch die Pfeile 26 und 27 verdeutlicht die innere Biegefeder 20 und die äußere Biegefeder 21 elastisch gebogen werden. Die Federkennlinie der elastischen Verformung kann durch die Geometrie der inneren Biegefeder 20 der äußeren Biegefeder 21 beeinflusst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsscheibe
- 2
- Reibscheibenanordnung
- 3
- Reibscheibenflansch
- 4
- Mitnehmerscheibe
- 5
- Federspeicher
- 6
- Nabe
- 7
- Reibscheibe
- 8
- Niete
- 9
- Niete
- 10
- Reibscheibenflanschflügel
- 11
- Ausnehmungen
- 12
- Mitnehmerflügel
- 13
- Nabenflügel
- 14
- Federelement
- 15
- Anschlagelement
- 16
- Ausnehmung
- 17a, 17b
- Anschlagfläche
- 18
- Anschlagkappe
- 19a, 19b
- Radialsteg
- 20
- innere Biegefeder
- 21
- äußere Biegefeder
- 22a
- erster ebener Teil
- 22b
- zweiter ebener Teil
- 23
- gebogener Teil
- 24a
- erster ebener Teil
- 24b
- zweiter ebener Teil
- 25
- gebogener Teil
- 26
- Pfeil
- 27
- Pfeil
- A
- Spalt
- B
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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