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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Varianten bekannt Zusatzmassen an eine Kupplungsscheibe anzukoppeln. In der
DE 100 52 783 B4 ist eine Kupplungsscheibe gezeigt, bei der eine Zusatzmasse in Abhängigkeit eines Relativdrehwinkels zwischen einem Eingangselement und einem Ausgangselement eines Torsionsdämpfers angekoppelt wird. Dabei wird die Zusatzmasse mit steigendem Relativdrehwinkel stärker angekoppelt, wodurch die sich das effektive Trägheitsmoment der Kupplungsscheibe verändert. Hierdurch kann eine Eigenfrequenz des Antriebsstrangs während des Betriebs verringert werden.
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Des Weiteren ist in der
US 5 168 971 eine Kupplungsscheibe mit einer ankoppelbaren Zusatzmasse offenbart. Die Zusatzmasse ist bei geschlossener Kupplung über ein Gummielement an der Nabe der Kupplungsscheibe angekoppelt. Bei einem Öffnen der Kupplung wird die Wirkverbindung zwischen der Zusatzmasse und der Kupplungsscheibe gelöst, wodurch unter anderem ein Verschleiß eines Getriebes sowie notwendige Handkräfte zu Schalten des Getriebes verringert werden können.
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Unabhängig von den bekannten Kupplungsscheiben mit Zusatzmassen können bei handgeschalteten Fahrzeugen mit weichem und / oder langem Antriebsstrang beim Auskuppeln Geräusche auftreten. Dies kann insbesondere bei Fahrzeugen mit hohen Leistungen und Allradantrieb auftreten. Dabei verspannt oder verdrillt sich der Antriebsstrang unter hoher Last. Durch ein Betätigen der Kupplung zum Durchführen eines Schaltvorgangs entspannt sich der Antriebsstrang schlagartig, wobei dies zu Geräuschentwicklung führen kann.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe eine Kupplungsscheibe bereitzustellen, die eine Energie, welche beim Entspannen eines Antriebsstrangs frei wird, aufnehmen und möglichst geräuschlos dissipieren kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kupplungsscheibe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausführungen der Erfindung beschrieben.
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Dabei weist eine Kupplungsscheibe eine Scheibenanordnung auf, die im oder innerhalb des Drehmomentflusses angeordnet ist. Die Scheibenanordnung umfasst unter anderem einen Reibbelag, ein Trägerelement und eine Nabe, die vorzugsweise fest miteinander wirkverbunden sind. Weiterhin weist die Kupplungsscheibe eine Zusatzmasseneinrichtung mit einem Masseelement auf, wobei die Zusatzmasseneinrichtung außerhalb des Drehmomentflusses angeordnet ist. Die Kupplungsscheibe dient unter anderem der Herstellung einer Wirkverbindung zwischen einer Antriebseinheit, beispielsweise einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe. Dabei dient der eingangsseitige Reibbelag der antriebsseitigen Wirkverbindung der Kupplungsscheibe mit der Antriebseinheit. Die ausgangsseitige Nabe ist dabei vorzugsweise über eine Verzahnung axial verschiebbar und drehfest mit einer Eingangswelle des Getriebes wirkverbunden. Das Trägerelement dient zudem der drehmomentwirksamen Verbindung zwischen dem Reibbelag und der Nabe. Der Reibbelag, das Trägerelement und die Nabe sind jeweils günstigerweise fest miteinander wirkverbunden. Dabei kann das Trägerelement als Scheibenkörper, zur Ausbildung einer starren Kupplungsscheibe, oder auch als Torsionsdämpfer, beispielsweise mit Hauptdämpfer, Vordämpfer und entsprechenden Reibeinrichtungen, ausgebildet sein. Die Reibbeläge sind dabei eingangsseitig und die Nabe ausgangsseitig an der Kupplungsscheibe angeordnet. Die Kupplungsscheibe kann zudem entsprechend aller bekannten Ausführungen zu Kupplungsscheiben ausgebildet sein.
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Die Zusatzmasseneinrichtung und insbesondere deren Masseelement kann über eine Reibeinrichtung mit der Scheibenanordnung der Kupplungsscheibe, insbesondere der Nabe, wirkverbunden. Dabei kann die Zusatzmasseneinrichtung direkt an der Nabe, an einem Aufnahmeelement oder auch ausgangsseitig der Kupplungsscheibe angeordnet sein. Zudem kann die Zusatzmasseneinrichtung günstigerweise ausschließlich durch die Reibeinrichtung mit der Scheibenanordnung wirkverbunden sein, insbesondere ohne Federelemente, die in Kombination mit der oder den Reibeinrichtungen als Frequenztilger wirken.
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Die Zusatzmasseeinrichtung und insbesondere das Masseelement führen bei normalem Betrieb mit der Scheibenanordnung, insbesondere der Nabe, eine gemeinsame Bewegung aus. Bei einem Entspannungsvorgang des Antriebsstrangs kann sich die Zusatzmasseneinrichtung und insbesondere das Masseelement über die Reibeinrichtung relativ gegenüber der Scheibenanordnung verdrehen. Das Masseelement nimmt in einem derartigen Fall einen Teil der Energie der Kupplungsscheibe auf. Hierdurch kann die Scheibenanordnung den Bewegungen des Antriebsstrangs folgen, während das Masseelement eine Relativdrehung zu diesen durchführt. Die aufgenommene Energie wird durch die Reibeinrichtung dissipiert. Hierdurch können unter anderem störende Geräusche in dem Antriebsstrang verringert oder sogar vermieden werden.
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Die Zusatzmassenvorrichtung, insbesondere das Masseelement, ist bis zu einem derartigen Entspannungsvorgang des Antriebsstrangs über die Reibeinrichtung fest mit der Scheibenanordnung verbunden und führt mit diesem eine gemeinsame Drehbewegung aus. Die Zusatzmassenvorrichtung umfasst dabei unter anderem das Masseelement sowie die Reibeinrichtung. Die Zusatzmassevorrichtung ist weiterhin über die Reibeinrichtung mit der Scheibenanordnung wirkverbunden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Masseelement über eine erste Reibeinrichtung und eine zweite Reibeinrichtung der Zusatzmasseneinrichtung mit der Scheibenanordnung wirkverbunden.
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Durch Verwendung zweier oder mehrerer Reibeinrichtungen kann unter anderem die Dissipation der von dem Masseelement aufgenommenen Energie optimiert werden. Die Reibeinrichtungen können beispielsweise nacheinander wirken. Hierdurch können beispielsweise unterschiedlich große Energiemengen verschieden schnell dissipiert werden. Dabei kann bei kleinen Energien beispielsweise nur eine der Reibeinrichtungen wirken, wobei bei großen Energien weitere Reibeinrichtungen, beispielsweise mit größeren Reibmomenten, wirken. Dabei wirken die Reibeinrichtungen vorzugsweise nacheinander, insbesondere zeitlich nacheinander.
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Weiterhin ist es möglich, dass auch drei oder mehr Reibeinrichtungen an der Zusatzmasseneinrichtung ausgebildet sind, um das Masseelement mit der Scheibenanordnung zu wirkverbinden. Die Zusatzmasseneinrichtung ist dabei über die erste Reibeinrichtung mit der Scheibenanordnung, insbesondere mit der Nabe, wirkverbunden.
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Mit besonderem Vorteil ist das Masseelement ausschließlich über die erste Reibeinrichtung und die zweite Reibeinrichtung der Zusatzmasseneinrichtung mit der Scheibenanordnung wirkverbunden.
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Hierbei kann die Zusatzmasseneinrichtung auch mehr als zwei Reibeinrichtungen zur Anordnung des Masseelements an der Scheibenanordnung aufweisen. Dabei sind insbesondere keine Federelemente zur Ausbildung eines Frequenztilgers parallel zu den jeweiligen Reibeinrichtungen geschaltet. Derartige Federelemente wären zumindest so stark ausgeführt, dass das Masseelement eine Schwingung gegenüber einer sich gleichmäßig drehenden Scheibenanordnung ausführen könnte. Die Zusatzmasseneinrichtung wirkt hierdurch günstigerweise nicht als Frequenztilger. Zudem schwingt das Masseelement in dieser Variante gerade nicht relativ zu dem Scheibenkörper, sondern führt eine einseitig gerichtete Relativdrehung zu der Scheibenanordnung aus.
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Günstigerweise sind die erste Reibeinrichtung und die zweite Reibeinrichtung in Reihe geschaltet.
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Auch hier können entsprechend drei oder mehr Reibeinrichtungen an der Zusatzmasseneinrichtung ausgebildet und in Reihe geschaltet sein. Die Reibeinrichtungen können dabei derart ausgeführt sein, dass diese in Abhängigkeit von der aufgenommenen Energiemenge aktiviert werden, wobei die in Reihe geschalteten Reibeinrichtungen vorzugsweise nacheinander, insbesondere zeitlich nacheinander, aktiviert werden. Dabei sind die Reibeinrichtungen günstigerweise mit unterschiedlichen Reibmomenten ausgeführt. Ein Reibmoment definiert sich hier unter anderem durch den Reibungskoeffizienten zwischen den Reibpartner der Reibeinrichtung, der Anpresskraft sowie einem Radius oder einem Durchmesser der Reibpartner. Dabei können die Reibeinrichtungen, insbesondere diejenigen die zuerst aktiviert werden, maximale Relativdrehwinkel aufweisen, die beispielsweise durch Anschläge realisiert werden können. Nach durchlaufen des Reibweges bzw. des maximalen Relativdrehwinkels und Erreichen des zugehörigen Anschlags wird die entsprechende Reibeinrichtung blockiert oder gesperrt und eine andere Reibeinrichtung wird aktiviert und wirkt. Dabei weist die erste Reibeinrichtung oder die zuletzt wirkende Reibeinrichtung günstigerweise keinen Anschlag auf, um die in dem Masseelement gespeicherte Energie vollständig dissipieren zu können. Vorzugsweise weist die erste Reibeinrichtung das größte Reibmoment auf, wobei das Reibmoment weiterer vorgeschalteter Reibeinrichtungen vorzugsweise aufeinanderfolgend absinkt.
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Das Reibmoment bestimmt unter anderem wie schnell eine in dem Masseelement gespeicherte Energie abgebaut wird. Durch die Verwendung mehrerer Reibeinrichtungen kann das Verhalten der Zusatzmasseneinrichtung auf verschieden große Energiemengen angepasst werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die erste Reibeinrichtung und / oder die zweite Reibeinrichtung durch eine Rutschkupplung ausgebildet.
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Rutschkupplungen ermöglichen hierbei eine Relativdrehung zwischen der Zusatzmasse und den im Drehmomentfluss angeordneten Elementen der Kupplungsscheibe. Die Ausführungen zu den Reibeinrichtungen können zudem auf die Rutschkupplung angewendet werden. Weitere Reibeinrichtungen können ebenfalls als Rutschkupplung ausgebildet sein.
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Gemäß einer äußerst zweckmäßigen Ausgestaltung ist ein durch die zweite Reibeinrichtung möglicher Relativdrehwinkel zwischen der Zusatzmasse und der Scheibenanordnung begrenzt, insbesondere durch einen Anschlag.
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Die Zusatzmasse erfährt nach der Aufnahme einer Energie eine Relativdrehung gegenüber der Scheibenanordnung, wobei die Relativdrehung eine der Reibeinrichtungen aktiviert. Dabei wird zunächst die Reibeinrichtung mit geringstem Reibmoment aktiviert. Kann die Reibeinrichtung die Energie der Zusatzmasse nicht vollständig dissipieren, bis diese deren maximalen Relativdrehwinkel erreicht bzw. in deren Anschlag läuft, so wird eine weitere Reibeinrichtung mit höherem Reibmoment aktiviert, deren maximal möglicher Relativdrehwinkel ebenfalls begrenzt sein kann, usw. Ein Relativdrehwinkel der ersten Reibeinrichtung ist vorzugsweise nicht begrenzt. Die Energie des Masseelements kann in dieser zuletzt wirkenden Reibeinrichtung vollständig dissipieren oder abgebaut werden kann. Die Reibeinrichtungen werden hierbei nacheinander, insbesondere zeitlich nacheinander, aktiviert.
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Es wird somit vorgeschlagen, dass ein durch die erste Reibeinrichtung möglicher Relativdrehwinkel zwischen der Zusatzmasse und der Scheibenanordnung unbegrenzt ist, insbesondere keinen Anschlag aufweist.
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Wie bereits erwähnt, kann hierdurch die von dem Masseelement aufgenommene Energie in der zuletzt wirkenden Reibeinrichtung vollständig dissipiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wirkt zunächst die zweite Reibeinrichtung bis zu deren maximalen Relativdrehwinkel, wobei anschließend die erste Reibeinrichtung wirkt.
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Hierbei können die vorigen Ausführungen herangezogen werden. Hierbei können auch weitere Reibeinrichtungen entsprechend nacheinander und stufenweise wirken.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass ein Reibmoment der ersten Reibeinrichtung größer ist als ein Reibmoment der zweiten Reibeinrichtung.
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Hierfür können ebenso die vorigen Ausführungen herangezogen werden. Dabei wirkt insbesondere eine Reibeinrichtung mit geringerem Reibmoment zuerst.
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Mit besonderem Vorteil weist die zweite Reibeinrichtung eine Rückstellvorrichtung, insbesondere ein Rückstellelement, auf.
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Ist die zweite Reibeinrichtung in deren Anschlag gelaufen oder bereits um deren maximalen Relativdrehwinkel gegenüber den im Drehmomentfluss liegenden Elementen der Kupplungsscheibe verdreht, so kann diese bei erneuter Energieaufnahme nicht aktiviert werden, oder gegebenenfalls auch nur mit geringerem Relativwinkel aktiviert werden. Durch eine Rückstellvorrichtung, insbesondere ein Rückstellelement, welches die zweite Reibeinrichtung in einen Ausgangszustand zurückversetzt, kann die zweite Reibeinrichtung vollständig wirken.
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Die Rückstellvorrichtung kann dabei durch Rückstellelemente ausgebildet sein. Das Rückstellelement kann weiterhin beispielsweise als Federelement ausgeführt sein. Das Federelement ist dabei derart weich, sodass die zweite Reibeinrichtung keinen Frequenztilger darstellt und die zweite Reibeinrichtung im Wesentlichen ohne Gegenkraft in deren Anschlag bewegt werden kann. Dabei ist das Federelement zumindest so stark ausgeführt, dass dieses die zweite Reibeinrichtung auf deren Ausgangslage zurückstellen kann. Das Masseelement führt dabei keine schwingende Bewegung über die Reibeinrichtung mit dem Rückstellelement aus. Die Reibeinrichtung mit Rückstellelement verharrt günstigerweise bis zum vollständigen dissipieren der Energie des Masseelements in dessen maximalen Relativdrehwinkel.
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Ebenso können auch weitere Reibeinrichtungen ein derartiges Rückstellelement aufweisen.
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Mit Vorteil weist die zweite Reibeinrichtung zumindest zwei Reibstufen auf.
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Hierdurch kann die Zusatzmasseneinrichtung kompakt ausgeführt werden, wobei dennoch verschiedene Reibmomente zur optimalen Dissipation der von dem Masseelement aufgenommenen Energie realisiert werden können. Dabei umfasst eine Reibvorrichtung mehrere Reibflächen mit unterschiedlichen Reibmomenten, wobei zunächst Reibflächen mit geringen Reibmomenten wirken. Dabei kann eine erste Reibstufe über Steuerabschnitte auf einen maximalen Relativdrehwinkel begrenzt sein. Nach durchlaufen des maximalen Relativdrehwinkel ist die erste Reibstufe mit geringen Reibmomenten gesperrt oder blockiert, wodurch Reibflächen mit höherem Reibmoment wirken. Dabei werden zunächst die einzelnen Reibstufen der entsprechenden Reibeinrichtung durchlaufen, bevor diese Reibeinrichtung deaktiviert und die darauffolgende Reibeinrichtung aktiviert wird. Weitere Ausführungen hierzu sind in der Figurenbeschreibung zu finden.
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Mit Vorteil bildet die Zusatzmasseneinrichtung oder das Masseelement 20% bis 45% des Gesamtträgheitsmoments der Kupplungsscheibe aus. Zudem wird die Zusatzmasseneinrichtung vorzugsweise in einer Kupplungsscheibe für ein Kraftfahrzeug verwendet, welches mit einem Handschaltgetriebe ausgestattet ist.
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Die erfindungsgemäße Kupplungsscheibe wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine starre Kupplungsscheibe mit einer Zusatzmasseneinrichtung;
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2 eine vergrößerte Teilansicht der Kupplungsscheibe aus 1;
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3 ein Funktionsschaltbild der Kupplungsscheibe aus 1;
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4 eine weitere starre Kupplungsscheibe mit Zusatzmasseneinrichtung;
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5 eine vergrößerte Teilansicht der Kupplungsscheibe aus 4;
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6 eine explosionsartige Darstellung der Kupplungsscheibe aus 4;
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7 eine weitere starre Kupplungsscheibe mit Zusatzmasseneinrichtung und Rückstellelementen;
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8 eine vergrößerte Teilansicht der Kupplungsscheibe aus 7;
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9 ein Funktionsschaltbild der Kupplungsscheibe aus 7;
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10 eine Kupplungsscheibe mit Torsionsdämpfer und Zusatzmasseneinrichtung;
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11 ein Funktionsschaltbild der Kupplungsscheibe aus 10;
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12 eine weitere Kupplungsscheibe mit Torsionsdämpfer und Zusatzmasseneinrichtung;
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13 eine vergrößerte Teilansicht der Kupplungsscheibe aus 12;
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14 eine Kupplungsscheibe mit Torsionsdämpfer, Zusatzmasseneinrichtung und Rückstellelementen;
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15 eine vergrößerte Teilansicht der Kupplungsscheibe aus 14;
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16 ein Funktionsschaltbild der Kupplungsscheibe aus 14;
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17 eine weitere starre Kupplungsscheibe mit Zusatzmasseneinrichtung und Rückstellelementen;
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18 eine vergrößerte Teilansicht der Kupplungsscheibe aus 17;
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19 eine explosionsartige Darstellung der Kupplungsscheibe aus 17;
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20 eine Kupplungsscheibe mit Zusatzmasseneinrichtung, Rückstellelementen sowie mehrstufiger Reibeinrichtung;
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21 eine vergrößerte Teilansicht der Kupplungsscheibe aus 20;
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22 eine Schnittdarstellung der Kupplungsscheibe aus 20 entlang der Schnittfläche V-V;
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23 eine vergrößerte Teilansicht der Schnittdarstellung aus 22;
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24 Funktionsschaltbild der Kupplungsscheibe aus 20.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsvarianten von Kupplungsscheiben mit Zusatzmasseneinrichtung erläutert. Dabei können die Ausführungen zu den einzelnen Kupplungsscheiben als grundlegend für die im Weiteren ausgeführten Kupplungsscheiben angesehen werden. Hierbei werden jedoch nicht alle grundlegenden Ausführungen bei jeder Kupplungsscheiben wiederholt, sondern nach erstmaliger Ausführung hauptsächlich die Unterschiede der behandelten Kupplungsscheibe zu den zuvor ausgeführten Kupplungsscheiben erläutert. Selbiges gilt auch für die Funktionsschaltbilder der verschiedenen Kupplungsscheiben. Die Bezugsziffern werden entsprechend für die folgenden Figuren übernommen. Darstellungen sowie Erläuterungen nachfolgender Kupplungsscheiben können entsprechend auf die zuvor ausgeführten Kupplungsscheiben angewandt werden, sofern nichts anderes beschrieben ist.
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In 1 und 2 ist eine starre Kupplungsscheibe 10 einer hier zeichnerisch nicht weiter dargestellten Reibungskupplung im Querschnitt dargestellt. Die Kupplungsscheibe 10 umfasst dabei Reibbeläge 12, die fest mit einem Trägerelement 14 verbunden sind. Das Trägerelement 14, welches als Scheibenkörper 14 ausgebildet ist, ist zudem über Befestigungsmittel 15, insbesondere Niete 15, fest mit einer Nabe 16 und einem Aufnahmeelement 18 verbunden. Die Reibbeläge 12, das Trägerelement 14, die Nabe 16, das Befestigungsmittel 15 und das Aufnahmeelement 18 liegen hierbei im Drehmomentfluss der Kupplungsscheibe und bilden eine Scheibenanordnung 8 der Kupplungsscheibe 10. Ein über die Reibbeläge 12 eingeleitetes Drehmoment eines Antriebsmotors, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, wird von dem Trägerelement 14 auf die Nabe 16 übertragen, die das Drehmoment über deren Innenverzahnung an eine Getriebeeingangswelle eines Getriebes weitergibt. Der erwähnte Verbrennungsmotor und das Getriebe sind hier jedoch nicht dargestellt und werden auch nicht weiter ausgeführt.
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Das Aufnahmeelement 18 dient hierbei der Anordnung einer Zusatzmasseneinrichtung 20 an der Scheibenanordnung 8, bzw. dem Trägerelement 14 bzw. der Nabe 16. Das Aufnahmeelement 18 ist hierbei hülsenförmig mit einem Radialflansch zur Anbindung an das Trägerelement 14 bzw. die Nabe 16 ausgebildet. Die außerhalb des Drehmomentflusses angeordnete Zusatzmasseneinrichtung 20 umfasst hierbei ein Masseelement 22 sowie eine erste Reibeinrichtung 24 und eine zweite Reibeinrichtung 26. Dabei ist die Zusatzmasseneinrichtung 20 über ein gleichfalls hülsenförmiges Zwischenelement 28 an dem Aufnahmeelement 18 angeordnet und hierdurch lateral gegenüber dem Aufnahmeelement 18 festgelegt. Das Masseelement 22 ist dabei radial außen an dem Zwischenelement 28 angeordnet und durch mehrere scheibenförmige Elemente ausgebildet, die über Befestigungsmittel 21, beispielsweise Schrauben 21 oder Niete 21, fest miteinander verbunden sind. Das Masseelement 22 kann mehrteilig oder auch einteilig ausgebildet sein. Zudem ist das Masseelement 22 vorzugsweise als Metallteil, beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff, ausgebildet. Das Zwischenelement 28 ist günstigerweise als Kunststoffteil ausgeführt. Dadurch kann das Zwischenelement 28 ein sehr geringes Trägheitsmoment aufweisen. Ein Trägheitsmoment der Zusatzmasseneinrichtung 20 ist dabei vorzugsweise größtenteils durch das Masseelement 22 ausgebildet.
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Das Masseelement 22, das Zwischenelement 28 und das Aufnahmeelement 18 können sich hierbei jeweils relativ zueinander verdrehen, wobei die erste Reibeinrichtung 24 bei einer Relativdrehung zwischen dem Zwischenelement 28 und dem Aufnahmeelement 18 wirkt. Die zweite Reibeinrichtung 26 wirkt bei einer Relativdrehung entsprechend zwischen dem Masseelement 22 und dem Zwischenelement 28. Dabei wirkt die zweite Reibeinrichtung 26 in einem vorgebbaren Drehwinkelbereich, wobei die erste Reibeinrichtung 24 günstigerweise mit unbegrenztem Drehwinkel ausgebildet ist.
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Die erste Reibeinrichtung 24 ist hierbei durch zwei erste Reibelemente 30, die axial beidseitig zu dem Zwischenelement 28 angeordnet sind, ein erstes Druckelement 32, ein erstes Federelement 34 sowie ein erstes Sicherungselement 36 ausgeführt. Das Sicherungselement 36 dient als axiale Sicherung für die Zusatzmasseneinrichtung 20, sowie als Abstützung für das erste Federelement 34. Die ersten Reibelemente 30 sind hier als erste Reibringe 30, das erste Druckelement 32 als erster Druckring 32, das erste Federelement 34 als erste Wellfeder 34 und das erste Sicherungselement 36 als erster Sicherungsring 36 ausgebildet. Das erste Federelement 34 stützt sich hierbei axial an dem ersten Sicherungselement 36 ab und drückt in axialer Reihenfolge das erste Druckelement 32, ein erstes Reibelement 30b, das Zwischenelement 28 und das andere erste Reibelement 30a gegen eine axiale Druckfläche 18a des Aufnahmeelements 18.
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Die zweite Reibeinrichtung 26 ist radial außen an dem Zwischenelement 28 angeordnet und weist zwei zweite Reibelemente 38, ein zweites Druckelement 40, ein zweites Federelement 42 sowie zwei zweite scheibenförmige Sicherungselemente 44 auf. Diese Bauteile können entsprechend den Ausführungen zu deren ersten Pendants ausgebildet sein. Die zweiten Sicherungselemente 44 sind über Befestigungsmittel 46, insbesondere Niete 46, welche das Masseelement 22 durch Öffnungen 48 axial durchgreifen, fest miteinander verbunden. Dabei stützt sich das zweite Federelement 42 axial an dem zweiten Sicherungselemente 44b ab und drückt in axialer Reihenfolge das zweite Druckelement 40, ein zweites Reibelement 38b, das Masseelement 22 und das andere zweite Reibelement 38a gegen das andere zweite Sicherungselement 44a. Der Kraftschluss ist hierbei über die Befestigungsmittel 46 gegeben. Die Öffnungen 48 und die Befestigungselemente 46 sind dabei vorzugsweise gleichmäßig in Umfangsrichtung an der Zusatzmasseneinrichtung 20 verteilt. Zudem erstrecken sich die Öffnungen 48 über vorbestimmte Umfangsbereiche.
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Die erste Reibeinrichtung 24 und die zweite Reibeinrichtung 26 sind hierbei als Rutschkupplungen ausgebildet und ermöglichen eine Relativdrehung des Masseelements 22 gegenüber dem Trägerelement 14 oder auch der Nabe 16, insbesondere gegenüber der Scheibenanordnung 8. Dabei ist das Masseelement 22 bei normalem Betrieb der Kupplungsscheibe 10 fest mit dieser verbunden. Bei einem Entspannungsvorgang des Antriebsstrangs kann sich das Masseelement 22 über die erste Reibeinrichtung 24 und / oder die zweite Reibeinrichtung 26 gegenüber der Scheibenanordnung 8 verdrehen. Die in dem Masseelement 22 gespeicherte Energie wird dabei über die Reibeinrichtungen 24, 26 dissipiert, bis das Masseelement und die Nabe 16 wieder eine gemeinsame Bewegung ausführen.
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Bei dem Auftreten einer Lastspitze wirkt zunächst die zweite Reibeinrichtung 26, bis deren maximaler Relativdrehwinkel in Umfangsrichtung aufgebraucht ist. Dieser maximale Relativdrehwinkel ist hier durch Anschläge 54 festgelegt. In diesem Fall sind die Anschläge 54 für die Befestigungsmittel 46 durch umfangsseitige Flächen 48a der Öffnungen 48 der Zusatzmasseneinrichtung 20 ausgebildet. Die Befestigungsmittel 46 durchgreifen dabei die Öffnungen 48. Ebenso kannzwischen dem Masseelement 22 und dem Zwischenelement 28 eine Verzahnung mit einem gewissen Freilauf oder Freiwinkel ausgeführt sein, die als entsprechender Anschlag 54 dient. Ist die beim Entspannen des Antriebsstrangs an die Zusatzmasse 22 abgegebene Energie derart groß, dass die zweite Reibeinrichtung 26 in den Anschlag 54 fährt bzw. der maximale Relativdrehwinkel aufgebraucht ist, so wirkt anschließend die erste Reibeinrichtung 24. Diese erste Reibeinrichtung 24 hat hierbei ein höheres Reibmoment als die zweite Reibeinrichtung 26, sodass die zweite Reibeinrichtung 26 im Normalfall zuerst wirkt. Zudem weist die erste Reibeinrichtung keinen Anschlag auf, sodass sich die Zusatzmasseneinrichtung 20 bis zum vollständigen Abbau der von dem Masseelement 22 gespeicherten Energie unbegrenzt, also frei, gegenüber der Scheibenanordnung 8 bzw. deren Bauteilen verdrehen kann.
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In der 3 ist der Aufbau der Kupplungsscheibe 10 in einem Funktionsschaltbild dargestellt. Dabei ist eine Eingangsseite 50 über das Trägerelement 14 fest mit der Ausgangsseite 52 verbunden. An der Kupplungsscheibe stellen die Reibbeläge die Eingangsseite 50 und die Nabe 16 die Ausgangsseite 52 dar. Das Masseelement 22 ist dabei über die zweite Reibeinrichtung 26 mit deren umfangsseitigen Anschlägen 54 sowie über die erste Reibeinrichtung 24 ohne Anschlag mit der Eingangsseite 50 und der Ausgangsseite 52 der Kupplungsscheibe wirkverbunden. Die Reibeinrichtung 24, 26 sind dabei in Reihe geschaltet.
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Die 4, 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsvariante einer starren Kupplungsscheibe 10, deren Funktionsweise ebenfalls der von 3 entspricht. Die vorigen Ausführungen sind entsprechend als Grundlegend anzusehen, wobei hauptsächlich auf die Unterschiede zu der vorigen Kupplungsscheibe eingegangen wird.
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Hierbei bildet die Nabe 16 das Aufnahmeelement aus, an dem zwei Zwischenelemente 28, 29 angeordnet sind, die wiederum das Masseelement 22 aufnehmen. Dabei ist das Zwischenelement 28 axial zwischen dem Trägerelement 14 und dem Masseelement 22 und das Zwischenelement 29 auf der dem Trägerelement 14 abgewandten Seite des Masseelements 22 axial zu diesem angeordnet. Die Zwischenelemente 28, 29 sind dabei im Wesentlichen scheibenförmig und axial beidseitig des Masseelements 22 angeordnet. Dabei bildet jedes der Zwischenelemente 28, 29 einen axial beidseitig vorstehenden und in Umfangsrichtung umlaufenden Sockel 28a, 29a aus, die die Zusatzmasseneinrichtung 20 lateral an der Nabe 14 festlegen. Zudem ist das Masseelement 22 radial außen an den Sockeln 28a, 29a und axial zwischen den beiden Zwischenelementen 28, 29 angeordnet und hierdurch lateral sowie axial ausgerichtet. Dabei ist das Masseelement 22 über vollständig an den Zwischenelementen 28, 29 umlaufende erste Vorsprünge 28b, 29b axial festgelegt. Des Weiteren sind an den Zwischenelementen 28, 29 zweite Vorsprünge 28c, 29c angeordnet, siehe hierzu 6, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind und mit den Öffnungen 48 des Massenelements 22 korrespondieren und diese axial zumindest teilweise durchgreifen oder in diese eingreifen. Dabei sind die Zwischenelemente 28, 29 unter anderem über die Vorsprünge 28c, 29c fest miteinander verbindbar, wobei diese in Verbindung mit den Anschlägen 54 der Öffnungen 48 bzw. deren umfangsseitigen Flächen 48a einen maximalen Relativdrehwinkel der zweiten Reibeinrichtung 26 begrenzen. Die Zwischenelemente 28, 29 können beispielsweise über verklipsen, verschrauben oder sonstiges fest miteinander verbunden werden.
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Die zweite Reibeinrichtung 26 ist hierbei axial zwischen dem Masseelement 22 und dem Zwischenelement 29, sowie radial zwischen dem Sockel 29a und dem Vorsprung 29b angeordnet. Die zweite Reibeinrichtung 26 kann dabei entsprechend den vorigen Ausführungen ausgebildet sein. Hierbei wirken jedoch die Zwischenelemente 28, 29 als Reibpartner, wodurch die erwähnten Reibringe optional sind. Eine Reibfläche 39a wird beispielsweise zwischen dem Vorsprung 28b sowie dem Masseelement 22 ausgebildet, eine andere Reibfläche 39b zwischen dem Masseelement 22 und dem zweiten Druckring 40. Dabei stützt sich das zweite Federelement 42 axial an dem Zwischenelement 29 ab.
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Bei der ersten Reibeinrichtung 24 sind die ersten Reibelemente 30 optional, wobei eine Reibfläche 31a zwischen dem Zwischenelement 28 und dem Trägerelement 14 sowie eine Reibfläche 31b zwischen dem Druckelement 32 und dem Zwischenelement 29 ausgebildet ist. Die Zwischenelemente sind hierfür vorzugsweise als Kunststoffteile ausgeführt. Weiterhin ist an der ersten Reibeinrichtung 24 ein Abstützelement 56 in Form eines Abstützrings 56 axial zwischen dem ersten Federelement 34 und dem ersten Sicherungselement 36 ausgebildet.
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Die 7 und 8 zeigen eine Weiterentwicklung der Kupplungsscheibe 10 aus den 4, 5 und 6. Dabei ist eine Rückstellvorrichtung 47 an der Zusatzmasseneinrichtung 20 ausgebildet. Es gelten auch hier die Ausführungen zu den vorigen Kupplungsscheiben.
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Dabei sind Rückstellelemente 58 in Rückstellöffnungen 49 des Masseelements 22 sowie in Aufnahmebereichen 28d, 29d der Zwischenelemente 28, 29 angeordnet. Die Rückstellelemente 58 sorgen hierbei für eine Rückstellung der zweiten Reibeinrichtung 24 aus deren Anschlagstellung. Hierdurch kann die zweite Reibeinrichtung 26 deren vollen Drehwinkel durchfahren bevor die erste Reibeinrichtung 24 aktiviert wird, wodurch die von dem Masseelement 22 aufgenommene Energie optimal dissipiert werden kann. Die Rückstellöffnungen 49 sind umfangsmäßig gegenüber den Öffnungen 48 versetzt angeordnet, insbesondere sind Öffnungen 48 und Rückstellöffnungen 49 in Umfangsrichtung abwechselnd an dem Masseelement 22 angeordnet.
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Die Rückstellöffnungen 49 weisen hierbei erste Abstützflächen 49a, die Zwischenelemente 28, 29 zweite Abstützflächen 28e, 29e auf. Dabei ist jeweils ein Rückstellelement 58 in korrespondieren Rückstellöffnungen 49 und Aufnahmebereichen 28d, 29d angeordnet. Dabei stützt sich das entsprechende Rückstellelement 58 an der ersten Abstützfläche 49a und den zweiten Abstützflächen 28e, 29e ab. Die Rückstellelemente 58 können hierbei als Federelemente 58, insbesondere als Schraubenfedern 58, ausgebildet sein und gegebenenfalls vorgespannt in den Rückstellöffnungen 49 und den Aufnahmebereichen 28d, 29d angeordnet sein. Die Rückstellelemente 58 werden unabhängig von der Relativdrehrichtung bei jeder Relativdrehung komprimiert.
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Die Rückstelleinrichtung 47 ist ebenso in einer Explosionsdarstellung einer weiteren Kupplungsscheibe 10 in 19 gezeigt. Die Darstellung dieser Rückstelleinrichtung entspricht hierbei jedoch im Wesentlichen den erläuterten Ausführungen.
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Die Funktionsweise soll im Weiteren anhand der schematischen Darstellung in 9 erläutert werden. Die Erläuterungen zur 3 sind hierbei als Grundlage heranzuziehen, wobei im Weiteren hauptsächlich die Unterschiede zu der vorigen Ausführungsvariante erläutert werden.
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Dabei kann die zweite Reibeinrichtung 26 beim Auftreten eines Entspannungsvorgangs des Antriebsstrangs bis zu deren Anschlagposition vollständig durchlaufen werden, sodass die von dem Masseelement 22 aufgenommene Energie zumindest durch die zweite Reibeinrichtung 26 und gegebenenfalls die erste Reibeinrichtung 24 dissipiert wird. Sobald die durch das Masseelement 22 aufgenommene Energie vollständig dissipiert ist, wirken die Rückstellelemente 58, um die zweite Reibeinrichtung wieder in deren Ausgangszustand zu versetzen.
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Dabei sind die Rückstellelemente 58 derart ausgelegt, dass deren Wirkung auf die Zusatzmasseneinrichtung 20 auf die Reibeinrichtungen während der Dissipationsphase möglichst gering oder vernachlässigbar ist, jedoch ein Rückstellen der entsprechenden Reibeinrichtung, hier der zweiten Reibeinrichtung 26, problemlos möglich ist. Ein Schwingen der Zusatzmasse gegenüber der Scheibenanordnung 8 ist hierbei nicht vorhanden, wobei die Rückstellelemente zumindest ein Rückstellen des Masseelements bewerkstelligen können. Die Zusatzmasse wirkt hierbei gerade nicht als Frequenztilger.
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Die 10 zeigt eine Variante der Kupplungsscheibe 10 aus 1 und 2 sowie die 11 das entsprechende Funktionsschema. Die vorigen Kupplungsscheiben 10 und deren Ausführungen gelten auch hier als Grundlegend.
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Die Kupplungsscheibe 10 ist hierbei nicht starr, sondern mit einem Torsionsdämpfer 59 ausgeführt. Das Trägerelement 14 umfasst hierbei den Torsionsdämpfer 59 und dessen Eingangselement 60, Ausgangselement 62, Federelemente 64 sowie dessen Reibeinrichtung 66. Das Eingangselement 60 des Torsionsdämpfers 59 ist dabei fest mit den Reibbelägen 12 verbunden, wobei das Ausgangselement 62 über eine Verzahnung fest mit der Nabe 16 verbunden ist. Der Torsionsdämpfer 59 kann hier entsprechend bekannter Ausführungen ausgebildet sein und gegebenenfalls auch einen Vordämpfer umfassen. Weitere Ausführungen zu dem Torsionsdämpfer 59 selbst sollen hier jedoch erläutert werden.
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In 11 ist der Torsionsdämpfer 59 mit seinen Federelementen 64 und seiner Reibeinrichtung 66 zwischen der Eingangsseite 50, die an der Kupplungsscheibe 10 durch die Reibbeläge 12 ausgebildet ist, und der Ausgangsseite 52, die an der Kupplungsscheibe 10 durch die Nabe 16 gebildet ist, angeordnet. Die Zusatzmasseneinrichtung 20 ist hier ausgangsseitig des Torsionsdämpfers 59 angeordnet.
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Die 12 und 13 zeigen im Wesentlichen die Kupplungsscheibe 10 aus 4, 5 und 6, ebenfalls erweitert um einen Torsionsdämpfer 59. Wie auch zuvor sind die Ausführungen zu den vorigen Kupplungsscheiben 10 zu beachten. Hierbei ist die Zusatzmasseneinrichtung 20 ebenfalls ausgangsseitig des Torsionsdämpfers 59 an der Nabe 16 angeordnet. Eine der Reibflächen 31a der ersten Reibeinrichtung 24 ist dabei zwischen dem Zwischenelement 28 und einem der Eingangselemente 60 des Torsionsdämpfers 59 ausgebildet.
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Eine weitere Kupplungsscheibe 10 ist in den 14 und 15 dargestellt. Diese entspricht im Wesentlichen der Kupplungsscheibe 10 aus den 12 und 13, wobei an der Zusatzmasseneinrichtung 20 Rückstellelemente 58 ausgebildet sind. Die Ausführungen zu den zuvor erläuterten Kupplungsscheiben 10 sind entsprechend heranzuziehen, wobei die Rückstellelement 58 insbesondere in den 7 und 8 gezeigt sind. In der 16 ist der schematische Aufbau der Kupplungsscheibe 10 gezeigt, wobei die vorigen Figuren und Erläuterungen, insbesondere die 9 für die Zusatzmasse 22 und die 11 für den Torsionsdämpfer 59, heranzuziehen sind.
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Die Kupplungsscheibe 10 der 17, 18 und 19 entspricht im Wesentlichen der Kupplungsscheibe 10 aus 7 und 8. Dabei ist jedoch die erste Reibeinrichtung 24 verändert. Diese Änderungen sollen im Weiteren erläutert werden.
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Dabei bildet das Zwischenelement 28 den Sockel 28a aus, an dem das andere Zwischenelement 29 radial angeordnet ist. Zudem ist die erste Reibeinrichtung 24, insbesondere deren Reibfläche 31b an dem Zwischenelement 28, radial nach außen verschoben. Weiterhin ist das Druckelement 32 in einem radial äußeren Bereich des Zwischenelements 28 angeordnet. Das Druckelement 32 weist hierbei einen radialen Abschnitt 32a auf, der in Anlagekontakt mit dem Zwischenelement 29 steht, sowie axiale Laschen 32b, die das Federelement 34, welches hier als Tellerfeder 34 ausgebildet ist, axial durchgreifen und im Wesentlichen drehfest in Aussparungen 56a des Abstützelements 56 eingreifen. Die axialen Laschen 32b sind hier gleichmäßig in Umfangsrichtung an dem Druckelement 32 angeordnet. Das Abstützelement 56 ist dabei axial durch das Sicherungselement 36 gesichert. Zudem überbrückt das Abstützelement 56 hierbei einen radialen Abstand zwischen der Nabe 14 und dem ersten Druckelement 32. Das erste Federelement 34 ist weiterhin als Tellerfeder 34 ausgeführt.
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Diese Ausführungsvariante der ersten Reibeinrichtung 24 ist auch auf die Kupplungsscheibe 10 der 4, 5 und 6 anwendbar. Zudem kann die Darstellung der Aufnahmebereiche 28d, 29d, der Rückstellöffnungen 49 und der Rückstellelemente 58 der 19 für die Ausführungen der zuvor erläuterten Kupplungsscheiben 10 mit Rückstellvorrichtung herangezogen werden.
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In den 20, 21, 22 und 23 ist eine weitere Kupplungsscheibe 10 mit Zusatzmasseneinrichtung 20 dargestellt. Auch hier sind die Ausführungen zu den vorigen Kupplungsscheiben 10 als Grundlage heranzuziehen. Das Trägerelement 14 kann dabei als starrer Scheibenkörper 14 oder als Torsionsdämpfer 59 ausgebildet sein.
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Die Kupplungsscheibe 10 aus 20 entspricht dabei im Wesentlichen der Kupplungsscheibe 10 aus 1 und 2, wobei hier zudem eine Rückstellvorrichtung 47 vorhanden ist und die zweite Reibeinrichtung 26 mehrere Reibstufen 26a, 26b umfasst. Hierbei ist das zweite Federelement 42 axial zwischen dem Masseelement 22 und dem zweiten Druckring 40 angeordnet, zu dem axial benachbart das zweite Reibelement 38b angeordnet ist. Dabei sind das zweite Federelement 42, welches als Wellfeder 42 ausgeführt ist, und das zweite Reibelement 38b radial außerhalb erster Steuerabschnitte 68 des Zwischenelements 28 angeordnet, die hier durch eine Außenverzahnung 68 ausgebildet sind, siehe dazu 22 und 23. Die in der 21 dargestellte Schnittansicht verläuft durch einen der ersten Steuerabschnitte 68 des Zwischenelements. Den ersten Steuerabschnitten 68 des Zwischenelements 28 sind zweite Steuerabschnitte 70 des zweiten Druckelements 40, ausgebildet durch eine Innenverzahnung 70, zugeordnet. Zudem sind an dem Masseelement 22 dritte Steuerabschnitte 72, ebenso als Innenverzahnung 72 bzw. als Ausnehmungen 72 ausgebildet, die den ersten Steuerabschnitten 68 des Zwischenelements 28 zugeordnet sind und einen maximalen Relativdrehwinkel zwischen Masseelement 22 und Zwischenelement 28 definieren, insbesondere durch Anlagekontakt von ersten Steuerflanken 68a an dritten Steuerflanken 72a. Die Anordnung der Steuerabschnitte 68, 70, 72 ist in der 22 und 23 dargestellt, die einer Sicht auf die Schnittebene V-V durch die Kupplungsscheibe 10 entsprechen.
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Bei einer Relativdrehung zwischen Masseelement 22 und Zwischenelement 28 wirkt das Reibelement 38a an den Reibflächen 39a und 39b. Auf der entgegengesetzten Seite des Masseelements 22 wirken an der zweiten Reibeinrichtung 26 zunächst die Reibflächen 39c und 39d. Sobald die ersten Steuerflanken 68a des Zwischenelements 28 und zweite Steuerflanken 70a des zweiten Druckrings 40 in Anlagekontakt stehen sind der zweite Druckring 40 und das zweite Sicherungselement 44b im drehfest miteinander wirkverbunden. Eine weitere Relativdrehung zwischen dem Masseelement 22 und dem Zwischenelement 28 wird nun über die Reibflächen 39e und 39f ausgeglichen. Ein Reibmoment der Reibflächen 39c und 39d ist dabei günstigerweise geringer als ein Reibmoment der Reibflächen 39e und 39f. Hierdurch wird bei einer Relativdrehung zuerst die erste Reibstufe 26a, umfassend das Druckelement 40, das zweite Reibelement 38b und das zweite Sicherungselement 44b, und anschließend die zweite Reibstufe 26b, umfassend das Druckelement 40, das zweite Federelement 42 und das Masseelement 22, der zweiten Reibeinrichtung 26 aktiviert. Wie bereits erwähnt ist eine Reibwirkung zwischen dem Masseelement 22, dem zweiten Reibelement 38a und dem zweiten Sicherungselement 44a über die Reibflächen 39a und 39b bei einer Relativdrehung zwischen Masseelement 22 und Zwischenelement 28 dauerhaft aktiv.
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In der 24 ist das Funktionsschema mit den zwei Reibeinrichtungen 24, 26 nochmals deutlicher dargestellt. Dabei wirkt zunächst die erste Reibstufe 26a der zweiten Reibeinrichtung 26, anschließend deren zweite Reibstufe 26b der zweiten Reibeinrichtung 26 und daran anschließend die erste Reibeinrichtung 24.
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Bezugszeichenliste
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- 8
- Scheibenanordnung
- 10
- Kupplungsscheibe
- 12
- Reibbelag
- 14
- Trägerelement / Scheibenkörper
- 15
- Befestigungsmittel / Niet
- 16
- Nabe / Aufnahmeelement
- 18
- Aufnahmeelement
- 18a
- Druckfläche
- 20
- Zusatzmasseneinrichtung
- 21
- Befestigungsmittel / Schraube / Niet
- 22
- Masseelement
- 24
- erste Reibeinrichtung
- 26
- zweite Reibeinrichtung
- 26a
- erster Reibstufe
- 26b
- zweite Reibstufe
- 28
- Zwischenelement
- 28a
- Sockel
- 28b
- Vorsprung
- 28c
- Vorsprung
- 28d
- Aufnahmebereich
- 28e
- Abstützfläche
- 29
- Zwischenelement
- 29a
- Sockel
- 29b
- Vorsprung
- 29c
- Vorsprung
- 29d
- Aufnahmebereich
- 29e
- Abstützfläche
- 30, a, b
- erstes Reibelement / Reibring
- 31, a, b
- Reibfläche
- 32
- erstes Druckelement / Druckring
- 34
- erstes Federelement / Wellfeder / Tellerfeder
- 36
- erstes Sicherungselement / Sicherungsring
- 38, a, b
- zweites Reibelement / Reibring
- 39a, b, c, d, e, f
- Reibfläche
- 40
- zweites Druckelement / Druckring
- 42
- zweites Federelement / Wellfeder / Tellerfeder
- 44, a, b
- zweites Sicherungselement / Sicherungsring
- 46
- Befestigungsmittel
- 47
- Rückstellvorrichtung
- 48
- Öffnung
- 48a
- Fläche
- 49
- Rückstellöffnung
- 49a
- Abstützfläche
- 50
- Eingangsseite
- 52
- Ausgangsseite
- 54
- Anschlag
- 56
- Abstützelement / Abstützring
- 56a
- Aussparung
- 58
- Rückstellelement / Schraubenfeder
- 59
- Torsionsdämpfer
- 60
- Eingangselement
- 62
- Ausgangselement
- 64
- Federelement
- 66
- Reibeinrichtung
- 68
- erster Steuerabschnitt / Außenverzahnung
- 68a
- erste Steuerflanke
- 70
- zweiter Steuerabschnitt / Innenverzahnung
- 70a
- zweite Steuerflanke
- 72
- dritter Steuerabschnitt / Innenverzahnung
- 72a
- dritte Steuerflanke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10052783 B4 [0002]
- US 5168971 [0003]
