DE102014218664A1 - Reibungskupplung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit einer um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Gegendruckplatte, einer gegenüber dieser drehfest und axial verlagerbar angeordneten Anpressplatte, einer Kupplungsscheibe mit axial zwischen Gegendruckplatte und Anpressplatte angeordneten, mittels einer axialen Verlagerung der Anpressplatte zwischen diesen einspannbaren Reibbelägen, einem drehfest mit der Gegendruckplatte verbundenen Kupplungsdeckel, einer an dem Kupplungsdeckel abgestützten Tellerfeder mit nach radial innen erweiterten Tellerfederzungen sowie einem mittels eines Betätigungslagers die Tellerfederzungen axial entlang eines Betätigungswegs verlagernden Betätigungssystem zur Verlagerung der Anpressplatte mittels der Tellerfeder. Um die maximale Betätigungskraft über einen Teil des Betätigungswegs zu reduzieren, sind zwischen Betätigungslager und Tellerfederzungen sich entlang des Betätigungswegs radial ändernde Kontaktflächen vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit einer um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Gegendruckplatte, einer gegenüber dieser drehfest und axial verlagerbar angeordneten Anpressplatte, einer Kupplungsscheibe mit axial zwischen Gegendruckplatte und Anpressplatte angeordneten, mittels einer axialen Verlagerung der Anpressplatte zwischen diesen einspannbaren Reibbelägen, einem drehfest mit der Gegendruckplatte verbundenen Kupplungsdeckel, einer an dem Kupplungsdeckel abgestützten Tellerfeder mit nach radial innen erweiterten Tellerfederzungen sowie einem mittels eines Betätigungslagers die Tellerfederzungen axial entlang eines Betätigungswegs verlagernden Betätigungssystem zur Verlagerung der Anpressplatte mittels der Tellerfeder.
  • Aufbau und Funktion von Reibungskupplungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen sind seit Langem hinreichend bekannt. Hierbei dienen zwischen einer Gegendruckplatte, beispielsweise ein Schwungrad, eine Schwungmasse und dergleichen und eine Anpressplatte als Gegenreibflächen für Reibflächen für die Reibbeläge einer Kupplungsscheibe, wobei durch axiale Verlagerung der Anpressplatte mithilfe einer von einem Betätigungssystem gesteuerten Tellerfeder ein Reibschluss und damit das über die Reibungskupplung übertragbare Moment eingestellt wird. Je nach Ausbildung der Reibungskupplung als zwangsweise geöffnete oder geschlossene Reibungskupplung mit einer druck- oder zugbetätigten Tellerfeder an deren radial innen angeordneten Tellerfederzungen treten über den axialen Betätigungsweg ausgehend von einer nicht betätigten Position des Betätigungssystems bis zu einer maximalen Betätigungsposition Betätigungskräfte auf, die über den Betätigungsweg variieren können. Beispielsweise ist bei einer zwangsweise geöffneten Reibungskupplung bei nicht aktivem Betätigungssystem die Anpressplatte mittels der Tellerfeder gegen die Gegendruckplatte vorgespannt, die Reibungskupplung also geschlossen. Abhängig von den Eigenschaften der Tellerfeder und Rückstellkräften der Anpressplatte wie beispielsweise der Belagfederung der Reibbeläge und Blattfedern zwischen Anpressplatte und einem Kupplungsdeckel zur drehfesten und axial verlagerbaren Anordnung der Anpressplatte gegenüber der Gegendruckplatte entwickelt sich die Betätigungskraft wie Ausrückkraft über den Betätigungsweg ansteigend mit einem Ausrückmaximum und anschließend wieder abfallend. Der Absolutbetrag der Ausrückkraft hängt dabei von den an der Tellerfeder wirksamen Hebelverhältnissen ab. Die Tellerfeder stützt sich hierbei an einem Hebelpunkt unter Aufteilung der Hebellängen zwischen Kontaktflächen der Tellerfederzungen an dem Betätigungslager des Betätigungssystems und dem Hebelpunkt einerseits und dem Hebelpunkt und einer Auflagefläche der Anpressplatte andererseits ab, wobei mit zunehmender Hebellänge der Tellerfederzungen die Betätigungskraft sinkt, jedoch der Betätigungsweg steigt. Infolgedessen wird diese Hebellänge der Tellerfederzungen auf die zu erwartende maximale Betätigungskraft, die zur Verfügung stehenden Bauräume und das Betätigungssystem abgestimmt. Hierbei können insbesondere bei steigenden Anforderungen an die maximale Anpresskraft Grenzbedingungen auftreten, die zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Tellerfeder, einer verschlechterten Bedienbarkeit der Reibungskupplung, erhöhten Betätigungskräften und dergleichen führen können.
  • Aufgabe der Erfindung ist die vorteilhafte Weiterbildung einer Reibungskupplung insbesondere vor dem Hintergrund einer gleichmäßigen Betätigung der Reibungskupplung entlang deren Betätigungsweg bei verringerten Betätigungskräften und kurzen Betätigungswegen.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
  • Die vorgeschlagene Reibungskupplung ist für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs beispielsweise als an einem Schwungrad, einer sekundären Schwungmasse eines Zweimassenschwungrads und dergleichen oder als in eine Doppelkupplung integrierte Reibungskupplung vorgesehen. Die Reibungskupplung eine Gegendruckplatte mit einer Gegenreibfläche, eine gegenüber dieser drehfest und axial verlagerbar angeordnete Anpressplatte mit einer Gegenreibfläche. Axial zwischen Anpressplatte und Gegendruckplatte sind mittels einer Belagfederung verbundene Reibbeläge einer Kupplungsscheibe angeordnet. Eine Verspannung der Reibeläge erfolgt durch axiale Verlagerung der Anpressplatte gegen die Gegendruckplatte. Hierzu ist zwischen Anpressplatte und einem drehfest mit der Gegendruckplatte verbundenen Kupplungsdeckel eine Tellerfeder verspannt, deren Anpresskraft gegenüber der Anpressplatte mittels eines an radial innen erweiterten Tellerfederzungen der Tellerfeder axial entlang eines Betätigungswegs angreifenden Betätigungssystems gesteuert wird. Die Tellerfeder kann als Hebelfeder insbesondere in einer zugedrückten Reibungskupplung ausgebildet sein. Die Reibungskupplung ist bevorzugt als zwangsweise geöffnete Reibungskupplung ausgebildet, welche bei nicht betätigtem Betätigungssystem mit maximaler Anpresskraft der Anpressplatte gegenüber der Gegendruckplatte geschlossen ist. Die Reibungskupplung kann auch als zwangsweise geschlossene Reibungskupplung ausgebildet sein, welche bei nicht aktivem Betätigungssystem geöffnet und bei Betätigung des Betätigungssystems geschlossen wird. Weiterhin können diese Reibungskupplungen jeweils als gedrückte oder gezogene Reibungskupplungen ausgebildet sein, bei denen ausgehend von einer Betätigungsposition bei nicht betätigtem Betätigungssystem die Tellerfederzungen mit einer Druckkraft beziehungsweise einer Zugkraft beaufschlagt werden. Mischungsformen können beispielsweise durch kraftrichtungsumkehrende Zuganker zwischen Anpressplatte und Tellerfeder erzielt werden. Die Funktion der verschiedenen Reibungskupplungstypen ergibt sich im Wesentlichen aus den Eigenschaften der Tellerfeder sowie aus der Art deren Einspannung zwischen Anpressplatte und Kupplungsdeckel als ein- oder zweiarmiger Hebel.
  • Zur vorteilhaften Weiterbildung derartiger Reibungskupplungen ist vorgesehen, zwischen dem Betätigungslager und den Tellerfederzungen der Tellerfeder Kontaktflächen auszubilden, welche sich entlang des Betätigungswegs radial ändern. Dies bedeutet, dass entlang des Betätigungswegs eine sich ändernde radiale Kontaktposition festgelegt wird. Dies hat zur Folge, dass sich die Hebelverhältnisse entlang des Betätigungswegs ändern und dadurch unterschiedliche Betätigungskräfte bei ansonsten unverändertem Kraftverhalten der Tellerfeder erzielt werden können. Dies bedeutet, dass ein Betätigungskraftverhalten an die Eigenschaften der Tellerfeder und deren Einbaukonfiguration ohne deren Änderung angepasst werden kann. Auf diese Weise kann die Tellerfeder beispielsweise auf Langzeitstabilität, Anpresskraft, minimales Anpresskraftmaximum und dergleichen optimiert werden, wobei die Betätigungskräfte abhängig vom Betätigungsweg durch die radial variablen Kontaktflächen zwischen Betätigungslager und Tellerfederzungen beispielsweise gleichmäßig und an die Kennlinie der Tellerfeder angepasst werden können.
  • Entsprechend radial variable Kontaktprofile können an den Tellerfederzungen, an einem Lagerring des Betätigungslagers und/oder an diesen zwischen diesen angeordneten Zwischenringen vorgesehen sein. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn eine Kontaktfläche des Betätigungslagers im Wesentlichen plan und an den Tellerfederzungen sich radial ändernde Kontaktflächen beispielsweise werkzeugfallend vorgesehen sind.
  • Mittels der sich radial ändernden Kontaktflächen kann ein Hebelverhältnis von Hebellängen zwischen einem Hebelpunkt der Tellerfeder an dem Kupplungsdeckel und einer Auflagefläche der Tellerfeder einerseits und dem Hebelpunkt und den Kontaktflächen andererseits eingestellt werden, so dass bei radial weiter innen vorgesehenen Kontaktflächen eine geringere Betätigungskraft bei verlängerten Betätigungswegen und bei radial weiter außen vorgesehenen Kontaktflächen eine höhere Anpresskraft bei geringeren Betätigungswegen resultiert. Hierdurch können hohe erforderliche Betätigungskräfte bei größeren und geringere Betätigungskräfte bei kleineren Hebellängen vorgesehen werden, so dass insgesamt eine ausgeglichene Betätigungskraft über den Betätigungsweg vorgesehen werden kann. Insbesondere bei aufgedrückten Reibungskupplungen kann bei großen Betätigungswegen die Ausrückkraft angehoben werden, indem in diesem Betätigungswegbereich radial äußere Kontaktflächen für kleine Hebellängen sorgen, so dass vorteilhafte geringe Kraftminima der Tellerfeder bei ausreichend wahrnehmbarer Betätigungskraft vorgesehen werden können.
  • Die sich radial ändernden Kontaktflächen sind bevorzugt mittels jeweils zweier, an den Tellerfederzungen radial übereinander angeordneter Kuppen ausgebildet. Hierbei kann das Maß der Änderung durch die axialen Verhältnisse der Kuppen zueinander und/oder deren radialer Abstand voneinander an die gewünschte Variation der Übersetzungsverhältnisse der Tellerfeder mittels variierender Hebelverhältnisse angepasst werden.
  • Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 einen Teilschnitt durch eine aufgedrückte Reibungskupplung im geschlossenen Zustand,
  • 2 einen Teilschnitt der in 1 dargestellten Reibungskupplung in teilgeöffnetem Zustand,
  • 3 einen Teilschnitt der in den 1 und 2 dargestellten Reibungskupplung in vollständig geöffnetem Zustand und
  • 4 ein Diagramm der Ausrückkennlinien einer Tellerfeder bei unterschiedlichen Betätigungsgeometrien.
  • Die 1 zeigt einen Teil der um die Drehachse d verdrehbaren Reibungskupplung 1, bei der die mit dem Kupplungsdeckel 3 verbundene Gegendruckplatte 2 und die Reibbeläge 4 der Kupplungsscheibe 5 nur schematisch und ausschnittsweise angedeutet sind, im geschlossenen Zustand. Bei der Reibungskupplung 1 handelt es sich um eine sogenannte zwangsweise geöffnete, aufgedrückte Reibungskupplung, bei der die Anpressplatte 6 im nicht durch das Betätigungssystem 8 wie Ausrücksystem betätigten Zustand mittels der Tellerfeder 7 gegen die Gegendruckplatte 2 unter Bildung eines Reibeingriffs mit maximaler Anpresskraft am dargestellten Betriebspunkt vorgespannt ist. Die Tellerfeder 7 stützt sich dabei an dem an dem Kupplungsdeckel 3 axial fest angelegten Nachstellring 9 der Nachstelleinrichtung 10 axial ab und ist dadurch zwischen Kupplungsdeckel 3 und der Anlagefläche 11 der Anpressplatte 6 axial verspannt. Die maximale Anpresskraft wird dabei von der Kennlinie der Tellerfeder 7 und der gegen diese arbeitenden Belagfederung 12 und der den Abhub und die drehfeste Aufnahme der Anpressplatte 6 gegenüber dem Kupplungsdeckel 3 vorhaltenden Blattfedern 13 eingestellt.
  • Um die Reibungskupplung 1 zu öffnen, werden die Tellerfederzungen 14 der Tellerfeder 7 von dem Betätigungslager 15 wie Ausrücklager des Ausrücksystems axial in Richtung des Pfeils 22 entlang eines Betätigungswegs verlagert. Die Tellerfeder 7 stützt sich dabei an dem mit dem Kupplungsdeckel 3 verbundenen Widerlager 16 ab. Hierbei bildet das Widerlager 16 den Hebelpunkt H, der die Tellerfeder 7 in einen zweiarmigen Hebel mit den Hebellängen l1 und l2 aufteilt. Aufgrund der Hebelverhältnisse der Hebellängen l1, l2 ergibt sich eine vorgegebene Übersetzung und damit die zu der Anpresskraft der Anpressplatte korrespondierende Betätigungskraft. Hierbei ist die Hebellänge l2 abhängig von der radialen Lage der Kontaktfläche der Tellerfederzungen 14 gegenüber dem Betätigungslager 15. Die Tellerfederzungen 14 bilden dabei zwei radial beabstandete Kuppen 17, 18 aus, deren Kontaktflächen 19, 20 zu der Kontaktfläche 21 des Betätigungslagers 15 unterschiedliche Hebellängen l2 und damit zu unterschiedlichen Übersetzungen und Betätigungskräften führen. Da die Tellerfeder während der axialen Betätigung im Wesentlichen um das Widerlager 16 schwenkt, befindet sich – wie in 1 gezeigt – die radial innere Kontaktfläche 19 in Anlagekontakt mit der Kontaktfläche 21 des Betätigungslagers 15. Die Anpresskraft der Tellerfeder 7 über den Betätigungsweg weist dabei ein Kraftmaximum auf, welches bei kleinen Betätigungswegen hohe Betätigungskräfte erfordert. Zur Kompensation dieser ist bei kleinen Betätigungswegen entlang des Pfeils 22 die radial innere Kontaktfläche 19 mit einer verlängerten Hebellänge 1 wirksam.
  • Die 2 zeigt die Reibungskupplung 1 in derselben Schnittdarstellung im teilausgerückten Zustand mit axial teilweise entlang dem Betätigungsweg verlagertem Betätigungslager 15, wodurch die Tellerfeder 7 um das Widerlager 16 so verdreht ist, dass beide Kontaktflächen 19, 20 der Tellerfederzungen 14 in Anlagekontakt zu der Kontaktfläche 21 des Betätigungslagers 15 und die Hebellänge l2 verkürzt wird.
  • Die 3 zeigt die Reibungskupplung 1 in derselben Schnittdarstellung der 1 im vollständig ausgerückten Zustand. Da in diesem Zustand die Anpresskraft der Reibungskupplung stark abfällt, ist auch die Hebellänge l2 verkürzt, indem bei großen Betätigungswegen ausschließlich die radial äußere Kontaktfläche 20 in Anlagekontakt mit der Kontaktfläche 21 des Betätigungslagers 15 tritt.
  • Die 4 zeigt das Diagramm 23 mit der Betätigungskraft F wie Ausrückkraft an der linken Ordinate und dem Abhub x über den Betätigungsweg s. Hierbei geben die sich nahezu deckenden Kurven 24, 25 die Abhängigkeit des Abhubs x von dem Betätigungsweg s einer konventionellen Reibungskupplung mit einer über den Betätigungsweg x konstanten radialen Kontaktfläche gegenüber dem Betätigungslager und der Reibungskupplung 1 der 1 bis 3 wieder. Es wird daraus erkenntlich, dass die radiale Variation der Kontaktflächen 19, 20 der 1 bis 3 keine negativen Auswirkungen auf die Betätigung der Reibungskupplung 1 aufweisen.
  • Die Kurven 26, 27, 28 geben hysteresebedingte Betätigungskraft- wie Ausrückkraftkennlinien einer konventionellen Reibungskupplung mit einer entlang des Betätigungswegs s konstanten, der Kontaktfläche 20 der 1 bis 3 entsprechenden Kontaktfläche wieder. Die Kurven 29, 30, 31 geben die entsprechenden Ausrückkraftkennlinien der Reibungskupplung 1 der 1 bis 3 wieder. Es wird deutlich, dass bei großen Betätigungswegen s im Bereich des Betätigungsweges s(min) am Kraftminimum der Tellerfeder infolge der an der Kontaktfläche 19 der 1 bis 3 eingestellten Hebellängen dasselbe Kraftverhalten der konventionellen und der vorgeschlagenen Reibungskupplung resultieren. Bei kleinen Betätigungswegen s, beispielsweise bei dem dem Kraftmaximum der Tellerfeder entsprechenden Betätigungsweg s(max) sind die Betätigungskräfte F bei der Reibungskupplung 1 infolge der mittels der Kontaktfläche 19 der 1 verlängerten Hebellänge l2 deutlich geringer, so dass insgesamt ein ausgeglicheneres Betätigungsverhalten der Reibungskupplung 1 resultiert. Wie aus der 4 weiter ersichtlich ist, kann eine Tellerfeder 7 vorgeschlagen werden, die zur Abbildung des Ausrückkraftverhaltens einer konventionellen Reibungskupplung durch Verschieben des Kraftmaximums nach oben ein geringeres Kraftmaximum aufweisen kann, welches durch die Anhebung der verkürzten Hebellänge wieder auf den Stand der konventionellen Reibungskupplung gehoben wird. Tellerfedern mit geringerem Kraftminimum zeichnen sich durch geringere Spannungen auf und sind daher langzeitbeständiger.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Reibungskupplung
    2
    Gegendruckplatte
    3
    Kupplungsdeckel
    4
    Reibbelag
    5
    Kupplungsscheibe
    6
    Anpressplatte
    7
    Tellerfeder
    8
    Betätigungssystem
    9
    Nachstellring
    10
    Nachstelleinrichtung
    11
    Anlagefläche
    12
    Belagfederung
    13
    Blattfeder
    14
    Tellerfederzunge
    15
    Betätigungslager
    16
    Widerlager
    17
    Kuppe
    18
    Kuppe
    19
    Kontaktfläche
    20
    Kontaktfläche
    21
    Kontaktfläche
    22
    Pfeil
    23
    Diagramm
    24
    Kurve
    25
    Kurve
    26
    Kurve
    27
    Kurve
    28
    Kurve
    29
    Kurve
    30
    Kurve
    31
    Kurve
    d
    Drehachse
    F
    Betätigungskraft
    H
    Hebelpunkt
    l1
    Hebellänge
    l2
    Hebellänge
    s
    Betätigungsweg
    s(min)
    Betätigungsweg
    s(max)
    Betätigungsweg
    x
    Abhub

Claims (9)

  1. Reibungskupplung (1) mit einer um eine Drehachse (d) verdrehbar angeordneten Gegendruckplatte (2), einer gegenüber dieser drehfest und axial verlagerbar angeordneten Anpressplatte (6), einer Kupplungsscheibe (5) mit axial zwischen Gegendruckplatte (2) und Anpressplatte (6) angeordneten, mittels einer axialen Verlagerung der Anpressplatte (6) zwischen diesen einspannbaren Reibbelägen (4), einem drehfest mit der Gegendruckplatte (2) verbundenen Kupplungsdeckel (3), einer an dem Kupplungsdeckel (3) abgestützten Tellerfeder (7) mit nach radial innen erweiterten Tellerfederzungen (14) sowie einem mittels eines Betätigungslagers (15) die Tellerfederzungen (14) axial entlang eines Betätigungswegs (s) verlagernden Betätigungssystem (8) zur Verlagerung der Anpressplatte (6) mittels der Tellerfeder (7), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Betätigungslager (15) und Tellerfederzungen (14) sich entlang des Betätigungswegs (s) radial ändernde Kontaktflächen (19, 20) vorgesehen sind.
  2. Reibungskupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktfläche (21) des Betätigungslagers (15) im Wesentlichen plan und an den Tellerfederzungen (14) die sich radial ändernden Kontaktflächen (19, 20) vorgesehen sind.
  3. Reibungskupplung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der sich radial ändernden Kontaktflächen (19, 20) ein Hebelverhältnis von Hebellängen (l1, l2) zwischen einem Hebelpunkt (H) der Tellerfeder (7) an dem Kupplungsdeckel (3) und einer Anlagefläche (11) der Tellerfeder (7) einerseits und dem Hebelpunkt (H) und den Kontaktflächen (19, 20) andererseits einstellbar ist.
  4. Reibungskupplung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebellänge (l2) zwischen den Kontaktflächen (19, 20) und dem Hebelpunkt (H) abhängig von einer entlang des Betätigungswegs (s) wirksamen Betätigungskraft (F) eingestellt ist.
  5. Reibungskupplung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebellänge (l2) zwischen Kontaktflächen (19, 20) und Hebelpunkt (H) mit zunehmendem Betätigungsweg (s) abnimmt.
  6. Reibungskupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sich radial ändernden Kontaktflächen (19, 20) mittel jeweils zweier, an den Tellerfederzungen (14) radial übereinander angeordneter Kuppen (17, 18) ausgebildet sind.
  7. Reibungskupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung als zwangsweise mit zunehmendem Betätigungsweg (s) geöffnete Reibungskupplung ausgebildet ist.
  8. Reibungskupplung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung als aufgedrückte Reibungskupplung ausgebildet ist.
  9. Reibungskupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung als aufgezogene Reibungskupplung ausgebildet ist.
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