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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs eingesetzten Reibungskupplung, umfassend eine drehstarr mit einer Getriebewelle verbundenen Nabe, die konzentrisch von einem Scheibenteil umschlossen ist, an dessen Außenumfang in Umfangsrichtung mehrere als Blechformteil ausgebildete Belagfedersegmente über eine ebene Innenzone befestigt sind und an axial federnden, Wellungen einschließenden Trägerabschnitten der Belagfedersegmente beidseitig scheibenförmige Reibbeläge angeordnet sind.
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Im Einbauzustand, bei einer axial vorgespannten Kupplungsscheibe, werden über die Reibbeläge die Belagfedersegmente flach zusammengedrückt. Im unbelasteten Zustand, wenn keine äußere axiale Kraft auf die Kupplungsscheibe wirkt, verursachen die Belagfedersegmente eine Spreizwirkung der Kupplungsscheibe, wodurch sich die Reibbeläge axial voneinander entfernen.
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Aus der
DE 27 51 043 A1 ist eine Kupplungsscheibe bekannt, die ein Nabenteil mit zugehörigem Scheibenteil umfasst, an dessen Umfang einzelne Belagfedersegmente positioniert sind, die jeweils durch radial verlaufende Stege in das Scheibenteil übergehen. An flügelartig ausgebildeten, eine axiale Elastizität aufweisenden Zonen der Belagfedersegmente sind auf den beiden Seiten Reibbeläge angebracht, die begrenzt einander entgegengesetzt verstellbar sind.
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Die
US 5 053 261 A sowie die
JPH 02 278 022 A zeigen Reib- bzw. Kupplungsscheiben, bei denen die von Belagfedersegmenten beaufschlagten Reibbeläge in radialer Richtung einen sich verändernden Reibwert aufweisen. Dabei sind die Reibbeläge so ausgewählt, dass mit ansteigendem Abstand von der Drehachse der Kupplungsscheibe sich der Reibungskoeffizient bzw. der Reibwert erhöht.
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Ferner ist der
DE 27 16 462 A1 eine Kupplungsscheibe zu entnehmen, die zumindest einseitig in radialer Richtung zwei getrennte, konzentrisch angeordnete Reibscheiben einschließt. Dabei sind den Reibscheiben getrennte Belagfedersegmente mit jeweils unterschiedlichen Federkennlinien zugeordnet, wodurch sich für die radial versetzten Reibscheiben unterschiedliche Reibwerte einstellen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, für eine Kupplungsscheibe Belagfedersegmente vorzuschlagen, durch deren Gestaltung ein homogener Leistungseintrag in die Reibflächen der Reibbeläge sichergestellt werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Kupplungsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Kupplungsscheibe vorgesehen, deren Belagfedersegmente eine spezielle Gestaltung der Trägerabschnitte mit zumindest einer Aussparung bzw. einer Ausnehmung einschließen, wodurch sich eine Gesamtlänge von quer verlaufenden Schnittlinien der Belagfedersegmente mit zunehmendem Reibradius der Belagfedersegmente kontinuierlich verkürzt. Durch diese konstruktive Maßnahme wird ein homogener Leistungseintrag der Belagfedersegmente auf die Reibbeläge erzeugt. Diese sich weitestgehend über die gesamte Kontaktfläche der Belagfedersegmente ergebende homogene Pressungsverteilung bewirkt einen Leistungseintrag, der auch bei einem sich vergrößernden Reibradius und einer damit verbundenen zunehmenden Geschwindigkeit nicht ansteigt.
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Um den gewünschten homogenen Leistungseintrag zu gewährleisten, sind die Ausnehmungen des Beschlagfedersegmentes so geformt bzw. ausgebildet, dass die Verteilung der Federenergie die zunehmende Gleitgeschwindigkeit in dem Außenbereich der Beschlagfedersegmente über deren Reibradius kompensiert. Folglich stellt sich in Kombination mit einer zunehmenden Gleitgeschwindigkeit und abfallender Federenergie eine gleichbleibende Leistungsverteilung ein. Die Gestaltung des Belagfedersegmentes bewirkt eine vorteilhafte Verteilung der Federenergie in Richtung des inneren Reibradius. Mit der Erfindung wird eine unzulässig hohe Beanspruchung der Reibscheiben von der Kupplungsscheibe aufgrund eines lokalen zu hohen Leistungseintrages in die Reibflächen unterbunden. Durch die homogene Verteilung des Leistungseintrags kann beispielsweise eine gut dosierbare Drehmomentübertragung während des Anfahrvorganges des Kraftfahrzeugs erzeugt werden, was sich vorteilhaft auf das Anfahrverhalten im Normalbetrieb auswirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind in dem Trägerabschnitt des Belagfedersegmentes zwei symmetrisch nach außen hin offene Einschnitte oder Schlitze als Ausnehmungen eingebracht. Dadurch ist der gewölbte, mit einer Wellfeder entsprechenden Wellungen versehene Trägerabschnitt des Belagfedersegmentes aufgeteilt in einen Zentralbereich, dem in Umfangsrichtung beiderseits beabstandete Flügelbereiche zugeordnet sind. Bei Bedarf kann der Trägerabschnitt des Belagfedersegmentes auch drei oder mehr radial verlaufende Ausnehmungen einschließen. Ferner können erfindungsgemäß zur Darstellung von Ausnehmungen ergänzend oder alternativ zu den als Einschnitte gestalteten Ausnehmungen symmetrisch angeordnete Öffnungen oder Bohrungen in das Belagfedersegment eingebracht werden.
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Durch die Ausnehmungen in dem Trägerabschnitt des erfindungsgemäß aufgebauten Belagfedersegmentes stellt sich vorteilhaft eine länglichrunde bzw. halbellipsenartige Verteilung der radialen Federenergie bezogen auf den Reibradius des Reibbelages ein. Im Vergleich zu bisherigen Belagfedersegmenten verlagert sich bei dem gemäß der Erfindung gestalteten Belagfedersegment die Federenergie in Richtung von dem inneren Reibradius.
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Für die Funktion der Kupplungsscheibe und zur Erzielung einer definierten Verteilung der Federenergie der Belagfedersegmente kann es vorteilhaft sein, wenn sich die als Einschnitte ausgebildeten Ausnehmungen in Richtung der Innenzone bzw. des Fußbereichs von dem Belagfedersegment kontinuierlich verjüngen und endseitig gerundet sind.
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Um eine gute radiale Verteilung der Flächenpressung zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn die Ausnehmungen in dem Trägerabschnitt des Belagfedersegmentes eine ausreichende Länge oder Tiefe aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Auslegung ist für die Tiefe der Ausnehmungen ein Maß ≥ 50% der radialen Erstreckung des Trägerabschnitts vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die als Einschnitte ausgebildeten Ausnehmungen in dem Belagfedersegment konstruktiv so gestaltet, dass der Zentralbereich wie auch die Flügelbereiche des Belagfedersegmentes sich von der Innenzone des Trägerabschnitts ausgehend in Richtung der Außenkontur verjüngen. Alternativ dazu kann auch eine davon abweichende Gestaltung vorgesehen werden, bei der sich beispielsweise nur der Zentralbereich verjüngt und die Flügelbereiche eine konstante Breite aufweisen.
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Eine Sicherung und Befestigung der Belagfedersegmente an dem Scheibenteil erfolgt vorzugsweise mittels einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung. Dazu eignet sich insbesondere eine Nietverbindung, die zwischen einer Innenzone der Belagfedersegmente und dem Scheibenteil vorgesehen ist. Alternativ dazu bietet es sich an, zur Fixierung dieser Bauteile eine Verschraubung oder eine stoffschlüssige Verbindung anzuordnen. Für die Fixierung der Reibbeläge an den Belagfedersegmenten eignet sich bevorzugt ebenfalls eine Nietverbindung, wobei die Reibbeläge alternativ auch mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, einer Verklebung gesichert werden können.
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Ferner ist von Vorteil, wenn die Ausnehmungen in den Belagfedersegmenten in Umfangsrichtung gesehen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nietverbindungen angeordnet sind, über die eine Sicherung der Reibbeläge an den Belagfedersegmenten erfolgt. Bei hohen axialen Anpresskräften kann es vorteilhaft sein, wenn dem Belagfedersegment wenigstens einseitig ein scheibenförmiges Verstärkungs- bzw. Trägerblech zugeordnet ist, an dem ein Reibbelag axial abgestützt ist. Anstatt eines Bleches kann auch ein Kunststoffteil verwendet werden, das die entsprechenden mechanischen Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Festigkeit und Zähigkeit, aufweist und das vorzugsweise im Reibmaterial des Reibbelags eingebettet ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den 1 bis 9 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Schnittansicht von einer Reibungskupplung eines Kraftfahrzeugs;
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2 in einem Halbschnitt eine Kupplungsscheibe einer Reibungskupplung;
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3 einen Detailschnitt der Kupplungsscheibe gemäß 2;
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4 in einer Detailansicht einen Reibbelag in Verbindung mit einem Belagfedersegment;
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5 in einer Ansicht das erfindungsgemäß gestaltete Belagfedersegment der Kupplungsscheibe gemäß 4;
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6 das Belagfedersegment nach 5, versehen mit quer verlaufenden Schnittlinien;
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7 ein Diagramm, das als Kennlinie den Verlauf der Federenergie bezogen auf einen Reibradius zeigt;
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8 ein Diagramm, das als Kennlinie den Verlauf der Gleitgeschwindigkeit bezogen auf den Reibradius zeigt; und
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9 ein Diagramm, das als Kennlinie den Verlauf des Leistungseintrags bezogen auf den Reibradius zeigt.
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Die 1 zeigt Details einer Reibungskupplung 1 in einem Halbschnitt, die zwischen einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) und einem ebenfalls nicht abgebildeten Schaltgetriebe angeordnet ist. Die als Einscheibenkupplung ausgeführte Reibungskupplung 1 umfasst eine Kupplungsscheibe 2, deren Scheibenteil 3 über eine Nabe 4 drehstarr mit einer Getriebewelle 5 verbunden ist. Außenseitig schließt das Scheibenteil 3 umfangsverteilt angeordnete, axial federnde Wellungen 7 einschließende Belagfedersegmente 6 ein. Die Wellungen 7 übernehmen dabei die Funktion einer Wellfeder. Beidseitig sind an Kontaktflächen 8, 9 der Belagfedersegmente 6 jeweils Reibbeläge 10, 11 zugeordnet, die kraftschlüssig an einer Schwungscheibe 12 der Brennkraftmaschine bzw. an einer Druckplatte 13 der Reibungskupplung 1 abgestützt sind. Eine Betätigung der Reibungskupplung 1 erfolgt in Verbindung mit einem an einem Gehäuse 14 der Reibungskupplung 1 schwenkbar gelagerten Ausrückhebel 15.
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Details der Kupplungsscheibe 2 zeigen die 2 und 3, wobei die 2 die Kupplungsscheibe 2 in einer eingerückten Stellung zeigt, in der durch eine Axialkraft die Wellungen 7 aufweisenden Belagfedersegmente 6 großflächig an den Reibbelägen 10, 11 abgestützt sind. Abweichend dazu zeigt 3 die druckentlastete Kupplungsscheibe 2, bei der die Reibbeläge 10, 11 aufgrund der gespreizten Belagfedersegmente 6 beabstandet sind. Die bevorzugt aus einem Blechwerkstoff geformten Belagfedersegmente 6 sind innenseitig über eine ebene Innenzone 18 an dem Scheibenteil 3 der Kupplungsscheibe 2 fixiert. Im Bereich eines Trägerabschnitts 19 der Belagfedersegmente 6 sind mittels Nietverbindungen 20 die Reibbeläge 10, 11 an den Belagfedersegmenten 6 befestigt. Zwischen dem Reibbelag 10 und dem Belagfedersegment 6 ist ein Verstärkungsblech 21 eingesetzt, das vorzugsweise in dem Reibbelag 10 eingebettet ist.
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In der 4 ist ein erfindungsgemäß ausgeführtes, dem Reibbelag 8 zugeordnetes Belagfedersegment 6 gezeigt, das radial nach außen offene Ausnehmungen 16, 17 einschließt. Durch diese Maßnahme ist ein homogener Leistungseintrag über die Kontaktflächen 8, 9 der Belagfedersegmente 6 (gezeigt in 1) auf die Umgebungskonstruktion der Kupplungsscheibe 2 erreichbar.
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Die 5 verdeutlicht weitere Gestaltungsmerkmale des Belagfedersegmentes 6. Durch die zwei Ausnehmungen 16, 17 wird der gewölbte, die Wellungen 7 einschließende Trägerabschnitt 19 des Belagfedersegmentes 6 in einen Zentralbereich 22 und zwei davon beabstandete Flügelbereiche 23, 24 aufgeteilt.
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Die als Einschnitte in den Trägerabschnitt 19 eingebrachten Ausnehmungen 16, 17 verjüngen sich kontinuierlich in Richtung der Innenzone 18 und sind endseitig gerundet ausgeführt. Aufgrund der jeweils einem Dreieck vergleichbaren Ausgestaltung der Ausnehmungen 16, 17 verjüngt sich der Zentralbereich 22 wie auch die Flügelbereiche 23, 24 im Trägerabschnitt 19 des Belagfedersegmentes 6 von der Innenzone 18 ausgehend in Richtung des Außenbereichs. Für die Ausnehmungen 16, 17 ist eine Länge oder Tiefe S1 vorgesehen, die ≥ 50% einer radialen Erstreckung S2 des Trägerabschnitts 19 entspricht.
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In 6 ist das Belagfedersegment 6 mit quer verlaufenden Schnittlinien 25 versehen, deren Gesamtlänge (S) in Richtung einer Außenkontur mit zunehmendem Reibradius R abnimmt. Die sich aufgrund der Ausnehmungen 16, 17 einstellende geringere Schnittlänge 25 führt zu einer verringerten Kontaktfläche 8, 9 (gezeigt in 1) und folglich zu einer reduzierten Federenergie des Belagfedersegmentes 6. Um den gewünschten homogenen Leistungseintrag zu gewährleisten, sind die Ausnehmungen 16, 17 des Beschlagfedersegmentes 6 so ausgebildet, dass die Verteilung der Federenergie die zunehmende Gleitgeschwindigkeit in dem Außenbereich des Beschlagfedersegmentes 6 (verdeutlicht durch den Pfeil) über dessen Reibradius R kompensiert.
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In den Diagrammen gemäß den 7 bis 9 sind Kennlinien gezeigt, die den Verlauf unterschiedlicher spezifischer Eigenschaften des Belagfedersegmentes 6 wiedergeben, wobei in allen Diagrammen auf der Ordinate jeweils der Reibradius R aufgetragen ist. Weiterhin sind die Schnittlinien 25 des Belagfedersegmentes 6 aus der 6 in alle Diagramme mit übereinstimmenden Skaleneinteilungen übertragen.
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Die 7 verdeutlicht den Verlauf der radialen Verteilung der Federenergie F von dem erfindungsgemäßen Belagfedersegment 6 im Vergleich zu einem konventionell gestalteten Belagfedersegment. Auf der Abszisse ist dabei die Federenergie F aufgetragen. Dabei zeigt die Kennlinie a des Belagfedersegmentes 6 einen halbellipsenartigen bzw. länglich runden, zum inneren Reibradius R verlagerten Verlauf. Abweichend dazu zeigt der Verlauf der Kennlinie b des bisherigen Belagfedersegmentes eine deutlich zum äußeren Reibradius R gerichtete Verteilung der Federenergie F. In 8 ist auf der Ordinate die Gleitgeschwindigkeit V aufgetragen. Die Kennlinie zeigt einen linearen Anstieg der Gleitgeschwindigkeit mit zunehmendem Reibradius R des Belagfedersegmentes 6. Die 9 bezieht sich auf den Verlauf des Leistungseintrags P, der auf der Ordinate aufgetragen ist. Das Diagramm zeigt einen Verlauf mit einem Maximum im Bereich von dem mittleren Reibradius R des Belagfedersegmentes 6.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reibungskupplung
- 2
- Kupplungsscheibe
- 3
- Scheibenteil
- 4
- Nabe
- 5
- Getriebewelle
- 6
- Belagfedersegment
- 7
- Wellungen
- 8
- Kontaktfläche
- 9
- Kontaktfläche
- 10
- Reibbelag
- 11
- Reibbelag
- 12
- Schwungscheibe
- 13
- Druckplatte
- 14
- Gehäuse
- 15
- Ausrückhebel
- 16
- Ausnehmung
- 17
- Ausnehmung
- 18
- Innenzone
- 19
- Trägerabschnitt
- 20
- Nietverbindung
- 21
- Verstärkungsblech
- 22
- Zentralbereich
- 23
- Flügelbereich
- 24
- Flügelbereich
- 25
- Schnittlinie
- α
- Kennlinie Federenergie
- b
- Kennlinie Federenergie
- F
- Federenergie
- P
- Leistungseintrag
- R
- Reibradius
- S
- Gesamtlänge (Schnittlinie)
- S1
- Tiefe (Ausnehmung)
- S2
- radiale Erstreckung (Trägerabschnitt)
- V
- Gleitgeschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2751043 A1 [0003]
- US 5053261 A [0004]
- JP 02278022 A [0004]
- DE 2716462 A1 [0005]
