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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Membranfeder für einen Reibungskupplungsmechanismus.
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Ein Reibungskupplungsmechanismus umfasst typischerweise einen Deckel, in dessen Innerem eine Druckplatte montiert ist, die zum Anliegen an einer Reibungsscheibe ausgelegt ist, eine zwischen Deckel und Druckplatte eingeschobene Membranfeder, die der Betätigung der Druckplatte zwischen einer vollständig eingekuppelten Position, in der die Druckplatte gegen die Reibungsscheibe gepresst ist, und einer vollständig ausgekuppelten Position, in der die Druckplatte mittels Rückstelleinrichtungen der Druckplatte von der Reibungsscheibe abgerückt ist, dient.
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Die Membranfeder der üblichen kegelstumpfförmigen Form weist insbesondere einen äußeren ringförmigen Teil auf, der gemeinhin als „Tellerfeder” bezeichnet wird, und einen Mittelteil, der aus Betätigungszungen besteht, die zum Anliegen an einem Kupplungsausrücklager angeordnet sind. Der äußere Teil stellt im Schnitt entlang einer Ebene, die die Drehachse enthält, einen rechteckigen Teilbereich dar.
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Ein solcher Reibungskupplungsmechanismus ist dazu ausgelegt, einen Teil einer kinematischen Übertragungskette zu bilden, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder für ein sog. Nutzfahrzeug, wobei letzteres beispielsweise ein Lastkraftwagen, ein Fahrzeug des öffentlichen Personenverkehrs oder ein landwirtschaftliches Fahrzeug ist.
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In dieser kinematischen Fahrzeug-Übertragungskette ist der Reibungskupplungsmechanismus an einer Gegendruckplatte befestigt und eine Reibungsscheibe ist zwischen die Gegendruckplatte und die Druckplatte des Kupplungsmechanismus geklemmt. Um die Reibungsscheibe freizusetzen, wird die Membranfeder durch ein Kupplungsausrücklager betätigt, das selbst durch ein Stellglied kontrolliert wird, das durch einen elektronischen Rechner gesteuert wird, um eine vorbestimmte Kraft auf die Membranfeder auszuüben und um sie um eine gegebene Abstand zu verschieben.
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Die Betätigung durch das Kupplungsausrücklager erzeugt eine elastische Verformung des äußeren Teils der Membranfeder und übt auf die Unterseite der Tellerfeder mechanische Zugspannungen aus. Die maximale Zugspannung ist insbesondere an der Rundkante der Tellerfeder konzentriert, die die Unterseite mit dem Außenrand verbindet. Diese Rundkante erzeugt einen Randeffekt, der die Spannung auf einen begrenzten Bereich konzentriert und hat die Wirkung, dass das Niveau der mechanischen Spannung ansteigt.
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Die millionenfach wiederholte Betätigung erzeugt eine fortschreitende Schädigung durch Ermüdung des Materials der Tellerfeder und kann in einem Bruch der Membranfeder mit nachfolgender Panne des Kraftfahrzeugs enden.
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Zur Verbesserung des Ermüdungsverhaltens des Reibungskupplungsmechanismus ist die Anwendung einer Kugelstrahlbehandlung auf die Oberfläche der Membranfeder bekannt. Eine solche Behandlung ist insbesondere in der französischen Patentanmeldung
FR 2286976 beschrieben. Diese Behandlung besteht darin, mit Hilfe einer Schleuderstrahlmaschine Mikrokügelchen auf die Oberfläche der Membranfeder zu schleudern, um deren Oberflächenstruktur zu modifizieren. Die durch diese Kugelstrahlbehandlung eingebrachten Verbesserungen ermöglichen allerdings nicht mehr die Erfüllung der von den Kraft- oder Nutzfahrzeug-Konstrukteuren vorgegebenen Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Drehmomentübertragung. Insbesondere ist das durch die kinematischen Kraftfahrzeug-Übertragungsketten zu übertragende Motor-Drehmoment seit mehreren Jahren im konstanten Anstieg begriffen, bis zum Erreichen von Werten in der Größenordnung von 4000 Nm für ein Nutzfahrzeug.
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Die Erfindung bezweckt die Behebung dieses Problems fortschreitender Schädigung durch Ermüdung der Membranfeder. Die Erfindung bezweckt auch die Verbesserung der Übertragbarkeit des Drehmoments des Reibungskupplungsmechanismus.
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In dieser Hinsicht ist Gegenstand der Erfindung eine Membranfeder für einen Reibungskupplungsmechanismus, wobei diese Membranfeder folgendes aufweist:
- – eine Ringscheibe mit einer Rotationsachse,
- – Zungen, die sich vom Innenrand der Ringscheibe radial nach innen erstrecken, wobei die Zungen funktionelle Aufleger aufweisen, die angeordnet sind, um auf einem Kupplungsausrücker zum Aufliegen zu kommen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe eine vom funktionellen Aufleger ausgehende Oberseite und eine vom funktionellen Aufleger ausgehende gegenüberliegende Unterseite aufweist, wobei die Unterseite konvex ist, um die auf die Unterseite ausgeübten Zugspannungen beim Betätigen des Kupplungsausrückers zu verringern.
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Vorzugsweise weist die Unterseite im Schnitt entlang einer Ebene, die die Rotationsachse enthält, ein kontinuierlich gekrümmtes Profil auf.
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Die Erfindung hat den Vorteil, den Bereich der Lokalisation der maximalen mechanischen Zugspannung in Richtung hin zu der Mitte der erfindungsgemäßen Unterseite der Membranfeder zu verschieben. Das Niveau der Zugspannung verringert sich, denn die Spannung wird über eine gewölbte Fläche von großer Dimension verteilt. Auf diese Weise wird die fortschreitende Schädigung durch Ermüdung des Materials der Tellerfeder verringert, und die Membranfeder weist eine vergrößerte Zuverlässigkeit auf.
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Die Erfindung kann das eine oder andere der nachstehend beschriebenen Merkmale in Kombination miteinander oder unabhängig voneinander aufweisen:
- – Wenn sich die Membranfeder im freien Zustand befindet, weist die Ringscheibe einen Innendurchmesser Di und einen Außendurchmesser De auf, und das Profil der Unterseite weist einen Krümmungsradius Rb von größer als (Di + De)/8 und kleiner als (Di + De)/2 auf.
- – Wenn sich die Membranfeder im freien Zustand befindet, weist das Profil der Unterseite einen Krümmungsradius Rb von 100 mm bis 400 mm, vorzugsweise von 200 bis 300 mm auf.
- – Das Profil der Unterseite ist ein Kreisbogen.
- – Das Profil der Unterseite ist ein Teil einer Ellipse.
- – Die Ringscheibe weist eine allgemein kegelstumpfförmige Form auf.
- – Die Membranfeder ist auf Basis von Stahl hergestellt.
- – Die Membranfeder ist aus einem Blechzuschnitt, beispielsweise einem Federstahlblech vom Typ 51CrV4 hergestellt.
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Die Erfindung weist den Vorteil der homogeneren Verteilung der maximalen Zugspannung auf der Unterseite der Ringscheibe der Membranfeder auf.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Ringscheibe eine konstante Dicke auf. Die Membranfeder ist vorteilhaft aus einem flachen Stahlblech hergestellt.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine solche Membranfeder ein oder mehrere der folgenden weiteren Merkmale aufweisen:
- – Die Oberseite weist im Schnitt entlang einer Ebene, die die Rotationsachse enthält, ein kontinuierlich gekrümmtes Profil auf, wobei das Profil der Oberseite konvex ist.
- – Die Ringscheibe weist eine variable Dicke auf.
- – Wenn sich die Membranfeder im freien Zustand befindet, weist das Profil der Oberseite einen Krümmungsradius Ra auf.
- – Der Krümmungsradius Ra ist kleiner als der Krümmungsradius Rb des Profils der Unterseite.
- – Der Krümmungsradius Ra ist gleich dem Krümmungsradius Rb des Profils der Unterseite.
- – Der Krümmungsradius Ra ist größer als der Krümmungsradius Rb des Profils der Unterseite.
- – Die maximale Dicke der Ringscheibe befindet sich im Abstand vom Innen- und Außenrand der Ringscheibe.
- – Die Ringscheibe weist eine Breite L auf, und die maximale Dicke der Ringscheibe ist vom Innenrand um eine Abstand von größer als L/3 und vom Außenrand um eine Abstand von größer als L/3 beabstandet.
- – Die Ringscheibe weist eine Rundkante auf, die das Profil der Unterseite mit dem Außenrand verbindet.
- – In einer Variante weist die Ringscheibe eine Abrundung zwischen dem Profil der Unterseite und dem Außenrand auf.
- – Die Ringscheibe weist eine maximale Dicke auf, die gleich der Dicke der sich radial nach innen erstreckenden Zungen ist.
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Dieses andere Ausführungsbeispiel der Erfindung weist den Vorteil der homogenen Verteilung der maximalen Zugspannung in der Mitte der Unterseite der Ringscheibe der Membranfeder auf. Auch die durch die Membranfeder übertragbare axiale Last ist erhöht, wobei jedoch ein zufriedenstellendes Zuverlässigkeitsniveau bewahrt wird.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine solche Membranfeder das folgende Merkmal aufweisen:
- – Die Oberseite weist im Schnitt entlang einer Ebene, die die Rotationsachse enthält, ein rechteckiges Profil auf.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine solche Membranfeder ein oder mehrere der folgenden weiteren Merkmale aufweisen:
- – Die Unterseite weist im Schnitt entlang einer Ebene, die die Rotationsachse enthält, ein teilweise gekrümmtes Profil auf.
- – Die Oberseite ist konvex und weist im Schnitt entlang einer Ebene, die die Rotationsachse enthält, ein teilweise gekrümmtes Profil auf.
- – Die Dicke der Ringscheibe ist über die durch einen Ring aus Material vom Innenrand bis zur Mitte der Ringscheibe definierte halbe Innenbreite konstant.
- – Die Dicke der Ringscheibe ist über die durch einen Ring aus Material vom Außenrand bis zur Mitte der Ringscheibe definierte halbe Außenbreite variabel.
- – Die maximale Dicke der Ringscheibe ist gleich der Dicke der Zungen, die sich radial nach innen erstrecken.
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Dieses andere Ausführungsbeispiel der Erfindung bietet die Möglichkeit, die Ringscheibe durch Entfernen des Materials durch Pressen oder Fließdrücken zu erhalten, wobei jedoch die maximale Zugspannung in der Mitte der Unterseite der Ringscheibe der Membranfeder homogen verteilt ist.
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Die Erfindung hat auch einen Reibungskupplungsmechanismus zum Gegenstand, der folgendes aufweist:
- – einen Deckel,
- – eine an dem Deckel anliegende Membranfeder, die folgendes aufweist:
– eine Ringscheibe mit einer Rotationsachse,
– Zungen, sich die vom Innenrand der Ringscheibe radial nach innen erstrecken, wobei die Zungen funktionelle Aufleger aufweisen, die angeordnet sind, um auf einem Kupplungsausrücker zum Aufliegen zu kommen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe eine vom funktionellen Aufleger ausgehende Oberseite und eine vom funktionellen Aufleger ausgehende gegenüberliegende Unterseite aufweist, wobei die Unterseite konvex ist, um die auf die Unterseite beim Betätigen des Kupplungsausrückers ausgeübten Zugspannungen zu verringern, und
- – eine Druckplatte, die einen Auflagestreifen in Kontakt mit der Unterseite der Ringscheibe der Membranfeder aufweist.
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Sämtliche oder ein Teil der zuvor bezüglich der Membranfeder erwähnten Merkmale treffen auf diesen anderen Aspekt der Erfindung zu.
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Ein solcher Reibungskupplungsmechanismus kann ein oder mehrere der folgenden anderen Merkmale aufweisen:
- – Der Kupplungsmechanismus ist vom druckbetätigten Typ.
- – Der Auflagestreifen der Druckplatte ist konvex.
- – Der Auflagestreifen der Druckplatte weist einen Auflageradius auf.
- – Der Auflageradius beträgt von 2 mm bis 20 mm.
- – Der Auflagestreifen der Druckplatte kontinuierlich.
- – In einer Variante ist der Auflagestreifen diskontinuierlich.
- – In einer Variante ist der Kupplungsmechanismus vom Typ eines gezogenen Kupplungsmechanismus.
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Die Erfindung hat auch ein Verfahren zur Herstellung einer Membranfeder für einen Reibungskupplungsmechanismus, wie zuvor definiert, zum Gegenstand, wobei dieses Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
- – Formen der Ringscheibe mittels eines Formhärtungswerkzeugs zur Herstellung der Unterseite mit einem konvexen Profil.
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Die Erfindung weist somit den Vorteil auf, dass kein zusätzlicher, zur Herstellung der Unterseite der Membranfeder mit einem konvexen Profil notwendiger Formvorgang eingebracht wird.
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Die Erfindung hat auch ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Membranfeder für einen Reibungskupplungsmechanismus zum Gegenstand, wobei dieses Verfahren die beiden aufeinanderfolgenden Schritte aufweist:
- – Formen der konvexen Profile der Unter- und Oberseiten durch maschinelle Bearbeitung,
- – kegelstumpfförmiges Formen der Ringscheibe mittels eines Formhärtungswerkzeugs.
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Die Erfindung weist somit den Vorteil der Verwendung eines herkömmlichen Formschritts zur Herstellung der kegelstumpfförmigen Formen einer Ringscheibe auf, die Unter- und Oberseiten mit einem konvexen Profil aufweist.
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Die Erfindung wird beim Lesen der folgenden Beschreibung besser verstanden, die nur als Beispiel angegeben ist und die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Reibungskupplungsmechanismus, der eine Membranfeder aufweist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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die 2a und 2b Schnittansichten einer Membranfeder aus dem Stand der Technik jeweils im freien Zustand und in der ausgekuppelten Position,
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3 eine isometrische Schnittansicht der Membranfeder gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung der 1,
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die 4a und 4b Schnittansichten der Membranfeder gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung der 1 jeweils im freien Zustand und in der ausgekuppelten Position,
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die 5a und 5b Schnittansichten der Membranfeder gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung jeweils im freien Zustand und in der ausgekuppelten Position,
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6 eine Schnittansicht eines Reibungskupplungsmechanismus, der eine Membranfeder aufweist, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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7 ein Graph, der die Entwicklung der Spannungen in der Membranfeder als Funktion der Verschiebung der Druckplatte zeigt,
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8 eine Schnittansicht der Membranfeder gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung im freien Zustand,
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9 eine Schnittansicht der Membranfeder gemäß einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung im freien Zustand.
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In 1 ist ein Teil einer kinematischen Übertragungskette, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder für ein sogenanntes Nutzfahrzeug, dargestellt, die einen Reibungskupplungsmechanismus 1, eine Reibungsscheibe 3 und eine Gegendruckplatte 2 aufweist. Die Reibungsscheibe 3 ist zur Übertragung des Drehmoments aus dem Motor mittels der Gegendruckplatte 2 auf das Getriebe (nicht dargestellt) angeordnet.
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Die Reibungskupplungsmechanismus 1 ist drehfest um die Achse X mit der Gegendruckplatte 2 mit Hilfe von dem Fachmann einschlägig bekannten Mitteln verbunden.
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Die Reibungskupplungsmechanismus 1 weist einen allgemein glockenförmigen Deckel 12 auf, der ein Innenvolumen begrenzt, in das eine Membranfeder 20 und eine axial in Richtung der Achse X bezüglich des Deckels 12 bewegliche Druckplatte 11 eingesetzt sind. Die Bewegung der Druckplatte 11 wird durch die elastisch verformbare Membranfeder 20 gesteuert, die selbst durch einen Kupplungsausrücker (nicht dargestellt) gesteuert wird.
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Laschen (nicht dargestellt) verbinden die Druckplatte 11 drehfest mit dem Deckel 12. Die Laschen 13 sind winkelversetzt um die Achse X angeordnet. Die Membranfeder 20 wird mit Hilfe von Gelenkelementen 14 an dem Deckel 12 gehalten, um die Gelenkverbindung der Membranfeder 20 bezüglich des Deckels 12 zu ermöglichen. Die Gelenkelemente 14 werden mittels um die Achse X winkelversetzt angeordneter Nieten 16 axial an dem Deckel gehalten.
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Die Membranfeder 20 weist eine Ringscheibe 21 mit Rotationsachse X, Finger 22, die sich radial vom Inneren der Ringscheibe 21 aus erstrecken, wobei die Zungen 22 funktionelle Aufleger 23 aufweisen, die zum Anliegen am Kupplungsausrücker angeordnet sind, auf.
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Die Reibungskupplungsmechanismus 1 ist vom Typ eines Druckmechanismus, d. h. der Steueranschlag nähert sich der Druckplatte 11, wenn sich die Membranfeder 20 in der ausgekuppelten Position befindet.
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Wenn sich der Reibungskupplungsmechanismus 1 in der eingekuppelten Position befindet, wie in 1 veranschaulicht, übt die Membranfeder 20 eine Kraft auf die Druckplatte 11 aus, so dass die Reibungsscheibe 3 gegen die Gegendruckplatte 2 gepresst wird. In der eingekuppelten Position sind die Reibungsscheibe 3 und die Gegendruckplatte 2 drehfest verbunden.
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Die Druckplatte 11 weist ein Auflagestreifen 15 auf, der mit einer Unterseite 25 der Ringscheibe 21 der Membranfeder in Kontakt kommt. Zur Reduktion des Kontaktdrucks mit der Ringscheibe 21 ist der Auflagestreifen 15 kontinuierlich. Der Auflagestreifen 15 der Druckplatte ist konvex und weist einen Auflageradius auf. Der Auflageradius wird durch maschinelle Bearbeitung erhalten.
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Die
2a und
2b zeigen eine aus dem Stand der Technik, insbesondere aus dem Dokument
FR 2286976 bekannte Membranfeder, jeweils im freien Zustand und in der ausgekuppelten Position.
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Im freien Zustand (2a) zeigt die aus dem Stand der Technik bekannte Membranfeder eine allgemein kegelstumpfförmige Form und weist einen äußeren ringförmigen Teil, der als „Tellerfeder” bezeichnet wird, und einen Mittelteil, der aus zum Anliegen auf einem Kupplungsausrücker angeordneten Betätigungszungen besteht, auf. Insbesondere weist der äußere Teil im Schnitt entlang einer Ebene, die die Rotationsachse enthält, einen rechteckigen Teilbereich auf, der durch eine Oberseite, eine Unterseite, einen Innenrand und einen Außenrand definiert ist. Der äußere Teil weist eine konstante Dicke auf. Die Unter- und Oberseite sind parallel und in einem Winkel alpha bezüglich einer Referenzebene geneigt, auf die die Membranfeder im freien Zustand gestützt ist.
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In der ausgekuppelten Position (2b) verformt sich die aus dem Stand der Technik bekannte Membranfeder elastisch. Auf die Unterseite der Tellerfeder werden mechanische Zugspannungen S2 und S3 ausgeübt.
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Die mechanische Zugspannung S3 ist an der die Unterseite mit dem Außenrand verbindenden Rundkante der Tellerfeder lokalisiert. Diese Rundkante erzeugt einen Randeffekt, der die Spannung auf einen begrenzten Bereich konzentriert und hat die Wirkung, dass das Niveau der mechanischen Spannung ansteigt.
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Die mechanische Zugspannung S2 ist an der die Unterseite mit dem Innenrand verbindenden Rundkante der Tellerfeder lokalisiert.
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3 zeigt eine Membranfeder 20 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die eine Ringscheibe 21 mit Rotationsachse X aufweist. Die Ringscheibe 21 weist eine allgemein kegelstumpfförmige Form auf. Die Betätigungszungen 22 erstrecken sich von einem Innenrand 33a der Ringscheibe 21 aus radial nach innen. Die funktionellen Aufleger 23 sind konvexseitig zur kegelstumpfförmigen Form ausgerichtet. Die funktionellen Aufleger 23 sind an den Innenenden der Zungen 22 angeordnet und in 3 durch Buckel dargestellt, die dazu ausgelegt sind, auf einem Kupplungsausrücker zum Aufliegen zu kommen.
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Zwischen jeder Zunge 22 sind Öffnungen 24 angeordnet, um den Durchgang der Nieten 16 zu ermöglichen.
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Die Ringscheibe 21 weist eine Oberseite 26 ausgehend von dem funktionellen Aufleger 23 und eine gegenüberliegende Unterseite 25 ausgehend vom funktionellen Aufleger 23 auf. Die Unterseite 25 ist konvex, um die beim Betätigen des Kupplungsausrückers auf die Unterseite ausgeübten Zugspannungen zu reduzieren.
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Die 4a und 4b zeigen die Membranfeder 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung auf, die bereits in den 1 und 3 jeweils im freien Zustand und in der ausgekuppelten Position veranschaulicht wurde. Die Ringscheibe 21 ist in einer Schnittebene dargestellt, die die Rotationsachse X enthält.
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Im freien Zustand (4a) ist die Unterseite 25 konvex und zeigt ein kontinuierlich gekrümmtes Profil 31a. Das Profil 31a zeigt einen Krümmungsradius Rb.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Dicke e der Ringscheibe 21 konstant. Die Membranfeder 20 ist in diesem Beispiel als Blechzuschnitt realisiert, beispielsweise in Federstahlblech des Typs 51CrV4. Bei der Herstellung der Membranfeder wird die Ringscheibe 21 mittels eines Härtungswerkzeugs geformt, um die Unterseite 25 mit einem konvexen Profil herzustellen.
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Die Oberseite 26 ist konkav und weist ein kontinuierlich gekrümmtes Profil 32a auf.
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Ein Außenrand 34a und der Innenrand 33a verbinden die Profile 31a und 32a der Unter- und Oberseite.
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Die Ringscheibe 21 weist einen Innendurchmesser Di und einen Außendurchmesser De auf. Das Profil 31a der Unterseite 25 weist einen Krümmungsradius Rb auf, der größer ist als (Di + De)/8 und kleiner ist als à (Di + De)/2.
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In vorteilhafter Weise weist das Profil 31a der Unterseite 25 einen Krümmungsradius Rb von 100 mm bis 400 mm, vorzugsweise von 200 bis 300 mm auf.
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Die Ringscheibe 21 weist eine Rundkante 35 auf, die das Profil 31a der Unterseite 25 mit dem Außenrand 34a verbindet. In einer nicht dargestellten Variante kann die Ringscheibe eine Abrundung zwischen dem Profil der Unterseite und dem Außenrand aufweisen.
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Wie in 4a veranschaulicht, ist das Profil der Unterseite ein Kreisbogen. Der Krümmungsradius Rb ist demnach konstant.
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In einer nicht dargestellten Variante kann das Profil der Unterseite ein Teil einer Ellipse sein. In dieser Variante ist der Krümmungsradius Rb variabel.
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In der ausgekuppelten Position (4b) verformt sich die Membranfeder gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung elastisch. Auf die Unterseite 25 der Ringscheibe 21 werden mechanische Zugspannungen S2' und S3' ausgeübt.
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Die mechanische Zugspannung S3' ist zur Mitte der Unterseite 25 der Membranfeder 20 hin lokalisiert. Das Niveau der Zugspannung S3 verringert sich, da die Spannung auf eine gewölbte Fläche von großer Dimension verteilt wird. Auf diese Weise wird die fortschreitende Schädigung durch Ermüdung des Materials der Tellerfeder verringert, und die Membranfeder weist eine vergrößerte Zuverlässigkeit auf.
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Die mechanische Zugspannung S2' ist an der Rundkante der Tellerfeder, die die Unterseite mit dem Innenrand verbindet, im Bereich der Öffnungen 24 lokalisiert.
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Die 5a und 5b zeigen die Membranfeder 20 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, jeweils im freien Zustand und in der ausgekuppelten Position. Die Ringscheibe 21 ist in einer Schnittebene dargestellt, die die Rotationsachse X enthält.
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Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung gleicht im Wesentlichen dem vorherigen, mit der Ausnahme, dass die Oberseite 26 konvex ist.
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Im freien Zustand (5a) zeigt die Oberseite 26 im Schnitt entlang einer Ebene, die die Rotationsachse enthält X, ein kontinuierlich gekrümmtes Profil 32b, wobei das Profil 32b der Oberseite 26 konvex ist.
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Die Ringscheibe 21 zeigt eine variable Dicke. Die Membranfeder 20 ist in diesem Beispiel aus einem Stahlblechzuschnitt hergestellt. Die Variation der Dicke der Ringscheibe 21 wird durch ein Verfahren zur Entfernung von Material erhalten. Zum Beispiel wird das Formen der konvexen Profile der Unter- und Oberseite 25, 26 durch maschinelle Bearbeitung erhalten. Die Ringscheibe 21 wird dann mittels eines Formhärtungswerkzeugs in Form gebracht.
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Das Profil 32b der Oberseite 26 weist einen Krümmungsradius Ra auf. Wie in 5a veranschaulicht, ist der Krümmungsradius Ra kleiner als der Krümmungsradius Rb des Profils 31b der Unterseite 25.
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In einer Variante kann der Krümmungsradius Ra gleich dem Krümmungsradius Rb des Profils 31b der Unterseite 25 sein.
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In einer anderen Variante kann der Krümmungsradius Ra größer sein als der Krümmungsradius Rb des Profils 31b der Unterseite 25.
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Ein Außen- 34b und ein Innenrand 33b verbinden die Profile 31b und 32b der Unter- und Oberseite. Die maximale Dicke der Ringscheibe 21 ist vom Innen- und Außenrand 33b, 34b der Ringscheibe beabstandet. Die Ringscheibe 21 weist eine Breite L auf, und die maximale Dicke der Ringscheibe ist vom innenrand 33b um einen Abstand von größer als L/3 und vom Außenrand 34b um einen Abstand von größer als L/3 beabstandet.
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Wie in 5a veranschaulicht, ist das Profil 32b der Oberseite 26 ein Kreisbogen. Der Krümmungsradius Ra ist demnach konstant.
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In einer nicht dargestellten Variante kann das Profil 32b der Oberseite 26 ein Teil einer Ellipse sein. In dieser Variante ist der Krümmungsradius Ra variabel.
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In der ausgekuppelten Position (5b), verformt sich die Membranfeder 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung elastisch. Auf die Unterseite 25 der Ringscheibe 21 werden mechanische Zugspannungen S2' und S3' ausgeübt.
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Die mechanische Zugspannung S3' ist in der Mitte der Unterseite 25 der Membranfeder 20 lokalisiert. Das Niveau der Zugspannung S3' vermindert sich, da die Spannung über eine gewölbte Fläche von großer Dimension verteilt wird. Auf diese Weise wird die fortschreitende Schädigung durch Ermüdung des Materials der Tellerfeder verringert, und die Membranfeder weist eine vergrößerte Zuverlässigkeit auf. Die variable Dicke der Ringscheibe hat eine Erhöhung der durch die Membranfeder übertragbaren axialen Belastung zur Folge.
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Die mechanische Zugspannung S2' ist an der Rundkante der Tellerfeder, die die Unterseite mit dem Innenrand verbindet, im Bereich der Öffnungen 24 lokalisiert.
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In 6 ist ein Reibungskupplungsmechanismus 1 veranschaulicht, der eine Membranfeder 20 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist. Der Reibungskupplungsmechanismus 1 ist vom Typ eines gezogenen Kupplungsmechanismus, d. h. der Steueranschlag entfernt sich von der Druckplatte 11, wenn sich die Membranfeder 20 in der ausgekuppelten Position befindet.
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Die Reibungskupplungsmechanismus 1 weist einen Deckel 12, eine an dem Deckel 12 anliegende Membranfeder 20 und ein Druckplatte 11 auf, die einen Auflagestreifen 15 in Kontakt mit der Oberseite 26 der Ringscheibe der Membranfeder aufweist. In dem Beispiel der 6 liegt die Membranfeder 20 an dem Deckel 12 mittels eines Rundrohrs 17 an.
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Die Oberseite 26 weist im Schnitt entlang einer Ebene, die die Rotationsachse enthält, ein rechteckiges Profil 32c auf.
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Die Ringscheibe 21 weist zwischen dem Profil 31c der Unterseite 25 und dem Außenrand 34c eine Abrundung 36 auf. Die Abrundung 36 besitzt den Vorteil der Reduktion der Spannungskonzentrierungen auf diese Zone und verbessert den Oberflächenzustand der Ringscheibe.
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Die Ringscheibe 21 weist eine Breite L auf, und die maximale Dicke der Ringscheibe ist um einen Abstand von größer als L/3 vom Innenrand 33c und um einen Abstand von größer als L/3 vom Außenrand 34c beabstandet.
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7 ist ein vergleichender Graph, der die Entwicklung der mechanische Zugspannungen, die auf die aus dem Stand der Technik bekannte Membranfeder ausgeübt werden (s. 2a, 2b), verglichen mit denjenigen, die auf die Membranfeder 20 des ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung (s. 4a, 4b, 5a, 5b, 6) ausgeübt werden, als Funktion der Verschiebung der Druckplatte 11 zeigt.
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Der Ursprung der Abszissen- und Ordinatenachse entspricht einem freien Zustand der Membranfeder.
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Die Abszissenachse entspricht der axialen Verschiebung der Druckplatte 11 während einer Auskupplungsphase, ausgedrückt in mm, zwischen einem freien Zustand und einer ausgekuppelten Position der Membranfeder.
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Die Ordinatenachse entspricht der Entwicklung der auf die Unterseite der Membranfeder ausgeübten Zugspannung. Diese Spannung wird in N/mm2 ausgedrückt.
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Die Kurve 61 der Graphik der 7 zeigt die Entwicklung der mechanischen Zugspannung S2 der aus dem Stand der Technik bekannten Membranfeder.
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Die Kurve 62 zeigt die Entwicklung der mechanischen Zugspannung S3 der aus dem Stand der Technik bekannten Membranfeder.
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Die Kurve 63 zeigt die Entwicklung der mechanischen Zugspannung S2' der Membranfeder 20 des ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Die Kurve 64 zeigt die Entwicklung der mechanische Zugspannung S3' der Membranfeder 20 des ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Im Vergleich ist in der ausgekuppelten Position das Niveau der mechanischen Spannung S3' kleiner als das Niveau der mechanische Spannung S3 in der vollkommen ausgekuppelten Position.
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Im Vergleich ist in der ausgekuppelten Position das Niveau der mechanischen Spannung S2' kleiner als das Niveau der mechanische Spannung S2 in der vollkommen ausgekuppelten Position.
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8 zeigt die Membranfeder 20 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung im freien Zustand. Die Ringscheibe 21 ist in einer Schnittebene dargestellt, die die Rotationsachse X enthält.
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Die Ringscheibe 21 weist eine Oberseite 26 ausgehend von den funktionellen Auflegern 23 und eine gegenüberliegende Unterseite 25 ausgehend von den funktionellen Auflegern 23 auf. Die Unterseite 25 ist konvex, um die beim Betätigen des Kupplungsausrückers auf die Unterseite ausgeübten Zugspannungen zu reduzieren.
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Die Unterseite 25 weist im Schnitt entlang einer Ebene, die die Rotationsachse enthält X, ein teilweise gekrümmtes Profil 31d auf.
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Die Oberseite 26 ist ebenfalls konvex und weist im Schnitt entlang einer Ebene, die die Rotationsachse enthält X, ein teilweise gekrümmtes Profil 32d auf.
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In dem Ausführungsbeispiel der 8 weist die Ringscheibe 21 eine Breite L auf. Ein Außenrand 34d und ein Innenrand 33d verbinden die Profile 31d und 32d der Unter- und Oberseite.
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Die Dicke der Ringscheibe 21 ist über die halbe innere Breite L/2 konstant, die durch einen Ring aus Material vom Innenrand 33d bis zur Mitte der Ringscheibe definiert ist.
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Die Dicke der Ringscheibe 21 ist über die halbe äußere Breite L/2 variabel, die durch den Ring aus Material vom Außenrand 34d bis zur Mitte der Ringscheibe definiert ist.
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Die maximale Dicke der Ringscheibe 21 ist beispielsweise gleich der Dicke der Zungen 22, die sich radial nach innen erstrecken. Da die maximale Dicke der Ringscheibe 21 am Innenrand 33d vorhanden ist, ist es nun weiterhin von Vorteil, die Ringscheibe durch Beseitigung des Materials durch Pressen oder durch Fließdrücken zu erhalten. Die Ringscheibe 21 wird dann mittels eines Formhärtungswerkzeugs in Form gebracht.
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Das Profil 32d der Oberseite 26 zeigt teilweise einen Krümmungsradius Ra.
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Das Profil 31d der Unterseite 25 zeigt teilweise einen Krümmungsradius Rb.
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Die 9 zeigt die Membranfeder 20 gemäß einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung im freien Zustand. Diese Variante ist dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Ringscheibe eine maximale Dicke aufweist, die im Wesentlichen gleich der Dicke e der sich radial nach innen erstreckenden Zungen 22 ist. Die Ringscheibe 21 zeigt eine variable Dicke, die durch ein Verfahren zur Beseitigung von ausschließlich in den Zonen geringerer Dicke lokalisiertem Material erhalten wird.
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Obwohl die Erfindung in Verbindung mit mehreren bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass sie keineswegs darauf beschränkt ist, und dass sie sämtliche technischen Äquivalente der beschriebenen Einrichtungen sowie ihre Kombinationen einschließt, sofern diese innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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