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Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, mit zumindest einer Druckplatte / Anpressplatte, die dazu vorbereitet ist, eine Kupplungsscheibe kraftschlüssig mit einer Gegendruckplatte zu koppeln, wobei die Druckplatte von einer Feder, wie einer Tellerfeder oder einer Hebelfeder, axial verschiebbar ist, wobei die Feder einen Kraftrand und einen Zungenabschnitt / Hebelabschnitt aufweist.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 2007/009428 A1 offenbart eine Reibungskupplung mit einer Hebelanordnung. Diese weist eine Feder mit einer Vielzahl von in ringartiger Anordnung vorgesehenen Hebelelementen auf, die über einen ringförmigen Grundkörper miteinander verbunden sind. Diese stofflich getrennten Bauteile sind von Halteelementen, wie vorzugsweise einer Niete, zueinander fixiert.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist auch aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2014 218 868 A1 bekannt. Diese offenbart eine Tellerfederanordnung für eine Reibkupplung. Die Tellerfederanordnung ist hierbei aus mehreren Tellerfedern, vorzugsweise zwei, zusammengesetzt.
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Somit sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, die die Betätigung einer Kupplung, wie einer Reibungskupplung, über Federanordnungen vornehmen, die sich aus mehreren Einzelbauteilen zusammensetzen. Eine starre Verbindung der verschiedenen Einzelbauteile wird vorzugsweise über Nietverbindungen vorgenommen.
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Den Stand der Technik zusammenfassend gilt, dass darin Federn offenbart sind, die zumeist einteilig aus einem Blech gestanzt, umgeformt, aufgestellt und gehärtet sind. Wenn jene Federn mehrteilig ausgestaltet sind, bestehen sowohl der Kraftrand, als auch der Zungenabschnitt aus dem gleichen Werkstoff. Dafür weisen sie zumeist unterschiedliche Blechdicken auf, um die Steifigkeiten von Kraftrand und Zungenabschnitt unabhängig voneinander optimal abstimmen zu können.
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Der Nachteil des in diesen Druckschriften offenbarten Standes der Technik liegt darin, dass die Kupplungen sensibel auf Schwingungen, auch Noise Vibration Harshness (NVH) genannt, reagieren, die in einem Antriebsstrang zwangsläufig auftreten, und somit zum einen unangenehme Geräusche emittieren, zum anderen die Lebensdauer der einzelnen Antriebsstrangkomponenten verringern. Als einzige Lösung aus dem Stand der Technik, das NVH-Verhalten einer Kupplung und insbesondere ihrer Feder zu optimieren, ist die vorstehend genannte Variation der Bauteildicken, um Resonanz zu unterdrücken.
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Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, das NVH-Verhalten einer Kupplung zu optimieren und insbesondere eine technische Vorrichtung zu offenbaren, die unter Einhaltung des verfügbaren Bauraums ein schwingungsabsorbierendes Verhalten der Feder eine Kupplung realisiert.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kraftrand und der Zungenabschnitt aus unterschiedlichen Werkstoffen / Materialien gefertigt sind. Diese mehrteilige Ausgestaltung der Feder zieht aufgrund mehrerer Aspekte ein schwingungsdämpfendes Verhalten nach sich. Zum einen sorgt bereits die mehrteilige Ausgestaltung dafür, dass die Feder Schwingungen absorbiert und somit das NVH-Verhalten optimiert. Weiterhin können die unterschiedlichen Werkstoffe auf die jeweiligen Betriebsbedingungen derart abgestimmt werden, dass sie im jeweiligen Resonanzbereich die erwünschten Eigenschaften aufweisen. Dadurch, dass unterschiedliche Materialien eingesetzt werden, ist eine Anpassung der Steifigkeiten somit nicht mehr an die Geometrie der einzelnen Bauteile gekoppelt, sondern an deren Materialwahl. Dies erhöht die Freiheitsgrade in der konstruktiven Entwicklung, was einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplung darstellt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn der Kraftrand aus Stahl, vorzugsweise Blech und/oder der Zungenabschnitt aus Kohlefaserwerkstoff, vorzugsweise kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), gefertigt ist. Der Stahl und vorzugsweise das Blech des Kraftrands zeichnet sich dadurch aus, dass er neben einer wirtschaftlichen Beschaffung auch robust und zuverlässig ist. Der Zungenabschnitt aus Kohlefaserwerkstoff weist zum einen auch bei zyklischer Belastung eine sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit auf, sodass die axiale Kraft, die bei einer Betätigung der Feder auf die Druckplatte ausgeübt ist, zuverlässig übertragen ist. Zum anderen hat der Zungenabschnitt somit eine geringe Bruchdehnung und trägt wegen seiner geringen Dichte auch dazu bei, dass die Kupplung und somit der Antriebsstrang ein geringeres Gewicht aufweist, was sich positiv auf die Effizienz des Antriebs auswirkt.
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Sobald der Kraftrand und der Zungenabschnitt mittels wenigstens einer Niete/eines Niets verbunden sind, die beispielsweise aus dem gleichen Werkstoff wie der Kraftrand hergestellt sind, können die beiden Federteile aus unterschiedlichem Material präzise und zuverlässig miteinander verbunden werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Kupplung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kraftrand in axialer Richtung eine geringere Dicke aufweist, als der Zungenabschnitt, also eine Kraftranddicke in axialer Richtung geringer ausgestaltet ist als eine Zungenabschnittdicke. Somit ist eine kompakte Gestaltung der Feder erfüllbar, wodurch der benötigte Bauraum der Kupplung gesenkt wird.
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Ebenso ist es aufgrund der verschiedenen Werkstoffe von Kraftrand und Zungenabschnitt möglich, dass der Kraftrand eine größere Dicke aufweist als der Zungenabschnitt. Auch eine Ausgestaltung gleicher Dicke ist erfindungsgemäß möglich. Somit ist die Feder je nach Einsatzgebiet variierbar.
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In anderen Worten kann gesagt werden, dass die Erfindung darauf abzielt, durch unterschiedliche Werkstoffe für den Kraftrand und insbesondere die Hebel / den Zungenabschnitt, die Steifigkeit der Feder zu optimieren, um damit gezielt das NVH-Verhalten der Teller- bzw. Hebelfeder und/oder des Gesamtsystems Kupplung positiv zu beeinflussen.
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Hierbei gilt, dass durch die Verwendung von schwingungsabsorbierenden Werkstoffen, wie z.B. Carbonzungenabschnitte und Stahlkraftränder, bei Verwendung einer mehrteiligen Teller- bzw. Hebelfeder das Schwingungsverhalten deutlich beeinflusst werden kann. Zusätzlich können durch die daraus resultierende Trennstelle von Kraftrand und Zungenabschnitt Schwingungen deutlich besser entkoppelt werden.
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Zusammenfassend wird demnach eine mehrteilige Hebelfeder (normal-ausgerückte Kupplung) oder Tellerfeder (normal-eingerückte Kupplung) vorgeschlagen, bei der der Kraftrand aus einem anderen Material als die Zungen / der Zungenabschnitt der Hebel-/Tellerfeder besteht, um das NVH-Verhalten zu verbessen. Die Zungen können insbesondere aus Kohlefaserwerkstoff ausgebildet sein, während der Kraftrand aus (Stahl-)Blech ausgebildet ist.
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Die erfindungsgemäße Kupplung ist hierbei sowohl als Einzel-, als auch als Doppelkupplung ausgestaltbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend mittels Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt einer Doppelkupplung;
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2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Feder; und
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3 eine Draufsicht auf die Feder.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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1 zeigt eine Kupplung 1, die nach Art einer Doppelkupplung ausgestaltet ist. Sie weist zwei Druckplatten 2 auf, die dazu vorbereitet sind, jeweils eine Kupplungsscheibe 3 mit der gleichen Gegendruckplatte 4 kraftübertragend koppeln. Jeder Druckplatte 2 ist eine Feder 5 zugeordnet, die dazu vorbereitet ist, diese axial zu verschieben. Jede Feder 5 weist einen Kraftrand 6 und einen Zungenabschnitt 7 auf.
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Mittels einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung, sind Ausrücklager 8 derart betätigbar, dass sie eine solche Kraft auf die Feder 5 auswirken, dass diese die Druckplatte 2 über die Kupplungsscheibe 3 mit der Gegendruckplatte 4 koppeln. Der Typ der Feder 5 variiert mit der jeweils eingesetzten Kupplung 1. Handelt es sich um eine normal-ausgerückte Kupplung („normally-open“), werden vorzugsweise Hebelfedern eingesetzt. Bei normal-eingerückten Kupplungen („normally-closed“) kommen in erster Linie Tellerfedern zum Einsatz.
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Während die von einer Kurbelwelle 9 abgewandte Druckplatte 2 über eine axiale Bewegung in Richtung der Kurbelwelle 9 einen Kraftschluss bewirkt, verhält es sich bei der Druckplatte 2, die sich näher an der Kurbelwelle 9 befindet derart, dass eine Kraftfluss über eine axiale Bewegung von der Kurbelwelle 9 weg erreicht wird.
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Die perspektivische Ansicht in 2 zeigt die Feder 5 mit dem Kraftrand 6 und dem Zungenabschnitt 7. Die starre Kopplung dieser beiden Bauteile wird über Niete 10 vorgenommen. Im vorliegenden Fall ist die radiale Länge des Zungenabschnitts 7 mehr als dreimal so lang, wie die des Kraftrands 6.
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Der Zungenabschnitt 7 ist aus mehreren Zungensegmenten 11 zusammengesetzt. Diese Zungensegmente 11 sind stofflich voneinander getrennt. Eine Verbindung zwischen ihnen kommt lediglich über den Kraftrand 6 zustande. Die Zungensegmente 11 sind nach Art eines Kreisabschnittes ausgestaltet, wobei sie an ihrem radial inneren Ende eine Öffnung aufweisen, durch die im zusammengebauten Zustand eine Getriebewelle ragt. Der Winkelabschnitt, über den sich ein Zungensegment 11 erstreckt ist zwischen 2° und 25°. Die Anzahl der Zungensegmente 11 variiert demnach mit dem jeweiligen Anwendungsgebiet.
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Eine Ausführungsform der Zungensegmente 11 weist eine solche Form auf, dass der Abstand zwischen zwei Zungensegmenten 11 in radialer Richtung variiert. Dies wirkt sich positiv auf den Wärmeabtransport der Feder 5 aus. Eine Kraftranddicke 12 ist hierbei geringer als eine Zungenabschnittdicke 13. Die Ausgestaltung dieser Dicken 12 und 13 ist variabel mit der Werkstoffkombination von Kraftrand 6 und Zungenabschnitt 7 anpassbar. Hierbei sind sämtliche Werkstoffkombinationen denkbar.
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In 3 ist eine Draufsicht auf die Feder 5 aus 2 dargestellt. Hierbei ist eine kreisförmige Öffnung 14, deren Radius von der Länge der Zungensegmente 11 abhängt, erkennbar. Pro Zungensegment 11 ist ein Niet 10 vorgesehen, der das Zungensegment 11 mit dem Kraftring 6 verbindet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 2
- Druckplatte
- 3
- Kupplungsscheibe
- 4
- Gegendruckplatte
- 5
- Feder
- 6
- Kraftrand
- 7
- Zungenabschnitt
- 8
- Ausrücklager
- 9
- Kurbelwelle
- 10
- Niet
- 11
- Zungensegment
- 12
- Kraftranddicke
- 13
- Zungenabschnittdicke
- 14
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/009428 A1 [0002]
- DE 102014218868 A1 [0003]
