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Die Erfindung betrifft eine Reibscheibenkupplung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Mehrscheiben-Reibkupplung zum Einsatz in einem Motorrad.
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In einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Motorrad, ist eine Reibscheibenkupplung funktional zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordnet, um einen Drehmomentfluss zu erlauben oder zu unterbrechen. Die Reibscheibenkupplung wird üblicherweise manuell betätigt, sodass ein Betätigungsweg und eine Betätigungskraft begrenzt sein müssen, damit der Fahrer diese aufbringen kann. Die Reibscheibenkupplung umfasst üblicherweise eine Anzahl erster und zweiter Reibelemente, die in einer axialen Richtung bezüglich einer Drehachse abwechselnd angeordnet sind. Die ersten Reibelemente weisen radial nach außen weisende Vorsprünge auf, um in einen Außenträger einzugreifen, während die zweiten Reibelemente radial nach innen weisende Vorsprünge aufweisen, um in einen Innenträger einzugreifen. Außenträger und Innenträger bilden Eingangs- und Ausgangsseite der Kupplung. Um die Kupplung zu schließen, wird der Stapel von Reibelementen axial komprimiert, sodass ein Reibschluss entsteht und Drehmoment zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen werden kann.
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Um die Kupplung zu öffnen, wird die axiale Anpresskraft auf die Reibelemente verringert. Ein Betätigungselement zum axialen Komprimieren des Stapels von Reibelementen wird dabei axial nur wenig bewegt, üblicherweise in einem Bereich zwischen 1 und 2 mm. Aufgrund von Fertigungstoleranzen heben die Reibelemente beim Öffnen der Kupplung in axialer Richtung üblicherweise ungleichmäßig voneinander ab, sodass die Kupplung nicht vollständig trennt. Läuft die Kupplung in einem Ölbad, so kann das Öl ein Verkleben axial aneinander anliegender erster und zweiter Reibelemente bewirken, wodurch das zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragbare Drehmoment unerwünscht ansteigen kann.
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Wird in dem Getriebe eine eingelegte Gangstufe gewechselt, so kann durch einen nicht ausreichend unterbrochenen Drehmomentfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe eine hohe Belastung auf die Gangstufen wirken. Dies kann äußerlich durch ein krachendes Geräusch beim Wechseln der Gangstufe bemerkbar sein. Ein Fahrkomfort oder eine Lebensdauer von Elementen des Antriebsstrangs des Motorrads können dadurch verringert sein.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reibscheibenkupplung anzugeben, die ein verbessertes Trennverhalten, vorzugsweise bei einem nicht vergrößerten Betätigungsweg, bereitstellt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Reibscheibenkupplung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine Reibscheibenkupplung umfasst eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite, die koaxial um eine Drehachse angeordnet sind, erste Reibelemente, die drehmomentschlüssig mit der Eingangsseite verbunden sind, und zweite Reibelemente, die drehmomentschlüssig mit der Ausgangsseite verbunden sind. Erste und zweite Reibelemente sind in axialer Richtung abwechselnd angeordnet. Ferner ist ein Betätigungselement vorgesehen, um die Reibelemente axial zusammenzupressen, um einen Drehmomentfluss zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite zu ermöglichen. Zwischen axial benachbarten ersten Reibelementen ist jeweils ein elastisches Element eingesetzt, um die Reibelemente axial auseinanderzudrücken.
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Ein Betätigungsweg der Reibscheibenkupplung bemisst sich an einer Stelle, wo das Betätigungselement auf eines der Reibelemente axial wirkt, zwischen einer betätigten und einer unbetätigten Stellung der Reibscheibenkupplung. Ohne den Betätigungsweg gegenüber einer bekannten Reibscheibenkupplung zu vergrößern, kann durch die elastischen Elemente bewirkt werden, dass die erste Reibelemente beim Betätigen der Reibscheibenkupplung gleichmäßiger axial voneinander abgehoben werden, sodass sie die zweiten Reibelemente verbessert freigeben können. Die Reibscheibenkupplung kann so ein verbessertes Trennverhalten aufweisen. Das im geöffneten, betätigten Zustand der Reibscheibenkupplung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragbare Drehmoment kann dadurch verringert sein. Beispielsweise kann der Betätigungsweg im Bereich von ca. 2 mm liegen, wobei die Reibscheibenkupplung im geöffneten Zustand nicht mehr als ca. 0,5 Nm Drehmoment übertragen kann. In einem Antriebsstrang kann die Reibscheibenkupplung zur verbesserten Trennung, beispielsweise zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe, vorteilhaft eingesetzt werden. Insbesondere an einem Motorrad, wo das Getriebe unsynchronisiert sein kann, können Gangwechsel bei geöffneter Reibscheibenkupplung sanfter, geräuschärmer oder verschleißärmer ablaufen. Ein Betätigungsweg der Reibscheibenkupplung kann dabei im Bereich des Betätigungswegs einer bekannten Reibscheibenkupplung liegen.
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Bevorzugterweise sind zwischen zwei axial benachbarten ersten Reibelementen wenigstens drei elastische Elemente auf einem Umfang um die Drehachse verteilt. Dadurch kann ein Verkanten der ersten Reibelemente bezüglich der Drehachse verhindert werden. Eine Anlage eines ersten Reibelements an einem zweiten Reibelement entlang einer Anlagefläche, die um die Drehachse herum verläuft, kann dadurch verbessert vollständig erfolgen.
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Es ist insbesondere bevorzugt, dass das elastische Element als einlagige Blattfeder ausgebildet ist. Dadurch kann das elastische Element kostengünstig hergestellt werden. Ein Montagevorgang des elastischen Elements an der Reibscheibenkupplung kann vereinfacht sein.
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Ein elastisches Element kann wellenförmig mit wenigstens drei Biegungen entlang der Umfangsrichtung ausgebildet sein. Das elastische Element kann dadurch verbessert an den ersten Reibelementen anlegen. Außerdem kann eine axiale Federkraft vergrößert oder besser kontrollierbar sein.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Reibscheibenkupplung ferner einen Bolzen, der parallel zur Drehachse durch Aussparungen in den ersten Reibelementen verläuft. Dabei weist auch das elastische Element eine Aussparung auf, durch die Bolzen verläuft. Das elastische Element kann so axial verschiebbar gegen auftretende Kräfte, insbesondere in radialer Richtung, gesichert sein. Die Position des elastischen Elements kann so auch bei hoher Drehzahl der Eingangsseite sichergestellt sein.
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In noch einer weiteren Ausführungsform ist an einem in Umfangsrichtung liegenden Ende eines elastischen Elements ein Vorsprung zum Eingriff in eine korrespondierende Vertiefung eines ersten Reibelements angebracht. Die Lage des elastischen Elements bezüglich des ersten Reibelements kann dadurch verbessert gesichert sein. Insbesondere in Verbindung mit der Aussparung für den Bolzen kann das elastische Element durch den Vorsprung gegen ein Verdrehen um den Bolzen herum gesichert sein.
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Ein erstes Reibelement kann einen radial nach außen weisenden Vorsprung zum drehmomentschlüssigen Eingriff mit der Eingangsseite aufweisen, wobei eine Breite eines elastischen Elements im Wesentlichen der radialen Länge des Vorsprungs entspricht. Der Vorsprung erstreckt sich üblicherweise in einen achsparallelen Schlitz der Eingangsseite, die topfförmig ausgebildet sein kann. Dadurch ist das erste Reibelement formschlüssig und axial verschiebbar an der Eingangsseite angebracht. Das zweite Reibelement baut radial kürzer, sodass im Bereich axial zwischen Vorsprüngen zweier benachbarter erster Reibelemente ein ansonsten ungenutzter Raum zur Verfügung steht, in dem das elastische Element angeordnet werden kann. Dieser zur Verfügung stehende Bauraum kann durch die angegebene Breite des elastischen Elements verbessert ausgenutzt werden.
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Es ist bevorzugt, dass das elastische Element aus einem gehärteten Stahlband herstellbar ist. Das Stahlband kann als Halbzeug kostengünstig bezogen und mittels üblicher Verfahren weiterverarbeitet werden. Dabei kann eine Vielzahl elastischer Elemente vorteilhaft verschnittarm aus dem Stahlband gefertigt werden. Beispielsweise können die elastischen Elemente aus dem Stahlband ausgestanzt werden. Nach dem Ausstanzen können die elastischen Elemente gebogen werden, um die erforderliche Vorspannung bereitzustellen. Durch die Verwendung gehärteten Stahls kann die Federkraft des elastischen Elements aufrechterhalten sein.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Material des elastischen Elements nach dem Härten angelassen ist. So kann verhindert werden, dass das elastische Element spröde wird und unter Belastung bricht.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Reibscheibenkupplung dazu eingerichtet ist, in einem Flüssigkeitsbad zu laufen. Das Flüssigkeitsbad kann insbesondere ein Ölbad sein. Beim Einsatz in einem Motorrad läuft die Reibscheibenkupplung üblicherweise in dem gleichen Ölbad wie das Getriebe.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, wobei:
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1 eine Schnittansicht einer Reibscheibenkupplung für ein Motorrad;
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2 eine weitere Ansicht der Reibscheibenkupplung von 1;
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3 eine Seitenansicht einer Reibscheibenkupplung nach den 1 oder 2 mit zusätzlichen elastischen Elementen;
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4 ein elastisches Element der Reibscheibenkupplung von 3; und
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5 mehrere elastische Elemente in einem Halbzeug
darstellt.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer Reibscheibenkupplung 100, die bevorzugterweise zum Einsatz in einem Motorrad eingerichtet ist. Um eine Drehachse 105 sind eine Eingangsseite 110 und eine Ausgangsseite 115 zueinander drehbar angeordnet. Ebenfalls drehbar um die Drehachse 105 sind erste Reibelemente 120 und zweite Reibelemente 125 axial abwechselnd angeordnet. Die ersten Reibelemente 120 sind drehmomentschlüssig mit der Eingangsseite 110 und die zweiten Reibelemente 125 drehmomentschlüssig mit der Ausgangsseite 115 verbunden.
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In der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein erstes Reibelement 120 einen radial nach außen weisenden Vorsprung 130, der in einer Ausnehmung 135 der Eingangsseite 110 formschlüssig eingreift. Die Ausnehmung 135 erstreckt sich in axialer Richtung, sodass das erste Reibelement 120 axial verschiebbar drehmomentschlüssig mit der Eingangsseite 110 gekoppelt ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform greifen jeweils benachbarte zweite Reibelemente 125 drehmomentschlüssig ineinander ein, wobei eines der zweiten Reibelemente 125, in der Darstellung von 1 das unterste Reibelement 125, formschlüssig mit der Ausgangsseite 115 verbunden ist. Andere Varianten sind ebenfalls möglich.
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Zum axialen Zusammenpressen des Stapels erster und zueinander Reibelemente 120, 125 ist ein Betätigungselement 140 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Betätigungselement 140 scheibenförmig und radialsymmetrisch zur Drehachse 105 ausgeführt. Das Betätigungselement ist auf einem Umfang um die Drehachse 105, der radial innerhalb der axial aneinander anliegenden Reibelemente 120 und 125 liegt, axial gelagert. Dabei wirkt das Betätigungselement 140 wie eine Tellerfeder, sodass ein axialer Anpressdruck des Betätigungselements 140 auf die Reibelemente 120 und 125 absinkt, wenn das Betätigungselement 140 axial in Richtung der Reibelemente 120, 125 gedrückt wird. Zur Entkopplung einer Drehbewegung des Betätigungselements 140, das hier exemplarisch gegenüber der Ausgangsseite 115 gelagert ist, kann ein Ausrücklager 145 vorgesehen sein. Wird das Ausrücklager 145 um einen Ausrückweg axial verfahren, so wird ein radial äußerer Bereich des Betätigungselements 140 um einen Betätigungsweg axial bewegt. Ein Verhältnis des Ausrückwegs bezüglich des Betätigungswegs ist durch Wahl geeigneter radialer Hebelverhältnisse wählbar. Es können jedoch auch andere Mechanismen zum axialen Komprimieren bzw. Freigeben der Reibelemente 120, 125 verwendet werden.
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Wird das Betätigungselement 140 in der Darstellung von 1 am Ausrücklager 145 axial nach unten betätigt, so öffnet die Reibscheibenkupplung 100 und ein Drehmomentschluss zwischen der Eingangsseite 110 und der Ausgangsseite 115 ist unterbrochen. Ein verbleibendes übertragbares Drehmoment hängt davon ab, wie gut die ersten und zweiten Reibelemente 120, 125 axial voneinander abgehoben werden. Bei einem üblichen Betätigungsweg im Bereich von ca. 2 mm und wie dargestellt sechs ersten Reibelementen 120 werden bei vollständig geöffneter Reibscheibenkupplung 100 benachbarte erste Reibelemente 120 im Durchschnitt nur um ca. 1/3 mm axial voneinander abgehoben.
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Um sicherzustellen, dass dabei das verbleibende übertragbare Drehmoment zwischen den ersten und den zweiten Reibelementen 120, 125 gering ist, wird vorgeschlagen, jeweils zwischen benachbarten ersten Reibelementen 120 ein elastisches Element 150 (nicht dargestellt) einzufügen.
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2 zeigt eine weitere Ansicht der Reibscheibenkupplung 100 von 1. Die elastischen Elemente 150 axial zwischen jeweils benachbarten ersten Reibelementen 120 sind auch hier nicht dargestellt, sondern nur in ihren Positionen angedeutet.
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3 zeigt eine Seitenansicht einer Reibscheibenkupplung 100 nach einer der 1 oder 2 mit zusätzlichen elastischen Elementen 150. Im oberen Bereich ist in 3a die gesamte Reibscheibenkupplung 100 und im unteren Bereich in 3b eine Detailvergrößerung im Bereich zweier elastischer Elemente 150 dargestellt.
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Das elastische Element 150 ist bevorzugterweise als Blattfeder und weiter bevorzugt als einlagige Blattfeder ausgebildet. Weiter ist bevorzugt, dass zwischen axial benachbarten ersten Reibelementen 120 wenigstens drei elastische Elemente 150 auf einem Umfang um die Drehachse 105 verteilt sind. Es können auch mehr elastische Elemente 150 auf dem Umfang vorgesehen sein, insbesondere so viele, wie Ausnehmungen 135 in der Eingangsseite 110 vorgesehen sind. Das als Blattfeder ausgebildete elastische Element 150 ist in axialer Richtung gespannt und weist dabei wenigstens eine, vorzugsweise jedoch wie dargestellt wenigstens drei Biegungen auf. Dadurch erhält das elastische Element 150 in Umfangsrichtung eine Wellenform. Enden des elastischen Elements 150 und axial äußerste Punkte der Biegungen liegen dabei an den ersten Reibelementen 120 an. Es ist weiter bevorzugt, dass ein Bolzen 305 vorgesehen ist, der parallel zur Drehachse 105 verläuft und sich durch Aussparungen in den ersten Reibelementen 120 und Aussparungen im elastischen Element 150 befinden. Bevorzugterweise liegt der Bolzen 305 im Bereich der Ausnehmungen 135, radial außerhalb eines axialen Anlagebereichs der ersten Reibelemente 120 an den zweiten Reibelementen 125. Ein elastisches Element 150 kann an einem seiner Enden einen Vorsprung 310 aufweisen, der dazu eingerichtet ist, in eine korrespondierende Vertiefung eines ersten Reibelements 120 einzugreifen. Dabei weist das Ende des elastischen Elements 150 mit dem Vorsprung 310 bevorzugterweise in Umfangsrichtung. Es können auch Vorsprünge 310 an beiden Enden vorgesehen sein. Die Vertiefung im ersten Reibelement 120 kann sich insbesondere in Umfangsrichtung erstrecken, um eine Bewegung des Vorsprungs 310 in der Vertiefung in Umfangsrichtung zu erlauben, wenn das elastische Element 150 axial komprimiert wird.
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Eine radiale Länge eines Vorsprungs 130 eines ersten Reibelements 120 radial außerhalb eines Bereichs, in dem erste und zweite Reibelemente 120, 125 axial aneinander anliegen, definiert die maximale Breite des elastischen Elements 150. Bevorzugterweise ist die Breite des elastischen Elements 150 etwas geringer als die radiale Länge des Vorsprungs 130, um trotz der Krümmung der radial äußeren Begrenzung des Vorsprungs 130 des ersten Reibelements 120 um die Drehachse 105 radial nicht außen überzustehen.
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4 zeigt ein elastisches Element 150 der Reibscheibenkupplung 100 von 3 in einer vergrößerten Darstellung. Deutlich zu erkennen sind die Wellenform entlang der Länge des als Blattfeder ausgebildeten elastischen Elements 150, die Aussparungen zur Aufnahme des Bolzens 305 und der Vorsprung 310.
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5 zeigt mehrere elastische Elemente 150 in einem Halbzeug. Die elastischen Elemente 150 können beispielsweise einfach durch Stanzen und Biegen aus einem Blech geformt werden. Eine bevorzugte Lage einer Vielzahl von elastischen Elementen 150 vor dem Stanzen in einem Blechstreifen 505 ist in 5 dargestellt. Entlang dem Blechstreifen 505 sind mehrere elastische Elemente 150 vorgesehen, deren Vorsprünge 310 bevorzugterweise in die gleiche Richtung weisen. Eine benachbarte Reihe von elastischen Elementen 150 im Blechstreifen 505 hat die Vorsprünge 310 in einer Ausführungsform in der umgekehrten Richtung orientiert. Aussparungen zur Aufnahme des Bolzens 305 sind bevorzugterweise oval ausgeführt, wenn das elastische Element 150 im Bereich der Ausnehmungen gebogen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Reibscheibenkupplung
- 105
- Drehachse
- 110
- Eingangsseite
- 115
- Ausgangsseite
- 120
- erstes Reibelement
- 125
- zweites Reibelement
- 130
- Vorsprung
- 135
- Ausnehmung
- 140
- Betätigungselement
- 145
- Ausrücklager
- 150
- elastisches Element
- 305
- Bolzen
- 310
- Vorsprung
- 505
- Blechstreifen
