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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Drehmomentübertragung in motorisierten Vorrichtungen. Sie betrifft genauer betrachtet eine Torsionsdäm pfungsvorrichtung.
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Die motorisierten Vorrichtungen können in ihrem Antriebsstrang mit einer Torsionsdämpfungsvorrichtung versehen sein. Eine solche Dämpfungsvorrichtung kann beispielsweis in eine Kupplungsscheibe, in einen Drehmomentbegrenzer oder in ein Zweimassenschwungrad, das zwischen dem Motor und dem Getriebe eines Fahrzeugs angeordnet ist, eingeschlossen sein. Eine solche Torsionsdämpfungsvorrichtung ermöglicht die Filterung der Drehungleichförmigkeiten des Motors und sonstigen Torsionsschwingungen. Diese Torsionsdämpfungsvorrichtungen ermöglichen während der Übertragung des Drehmoments eine relative Drehbewegung eines ersten drehenden Elements und eines zweiten drehenden Elements dank einer oder mehrerer Federn, die in Umfangsrichtung zwischen diesen eingreifen.
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Es sind Kupplungsscheiben bekannt, die eine zentrale Nabe umfassen, die gemeinsam in Drehung mit einem ersten drehenden Element oder mit mehreren elastischen Belastungsscheiben und mit einer oder mehreren Reibscheiben angetrieben wird. Die elastischen Belastungsscheiben liegen an dem ersten drehenden Element an und üben einen Druck auf die Reibscheibe aus, die gegen ein zweites drehendes Element reibt, das in Bezug zu ersten drehenden Element und zur zentralen Nabe drehbeweglich ist. Der Drehantrieb der Reibscheiben erfolgt im Allgemeinen durch Rillen. Der Drehantrieb der Reibscheiben kann in beide Drehrichtungen in einer aggressiven Umgebung (hohe Temperaturen, Staub, usw.) mit plötzlichen Drehrichtungsänderungen und Vorhandensein von wiederholten Stößen erfolgen, wobei die Kontaktflächen zwischen den Reibscheiben und den Rillen dazu neigen, beschädigt zu werden, insbesondere durch Phänomene von Verstemmung. Diese Erscheinungen neigen dazu, sich mit dem Verschleiß zu verschlimmern, und verringern die Lebensdauer des Torsionsdämpfers, wobei die Dämpfungsfunktion verschlechtert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Kupplungsscheiben des Standes der Technik zu verbessern, wobei ihre Lebensdauer erhöht und die Dämpfungsfunktion verbessert wird.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Torsionsdämpfungsvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend:
- - ein erstes drehendes Element und ein zweites drehendes Element, die in Bezug zueinander um eine Drehachse drehbeweglich sind;
- - mindestens eine Feder, die zwischen dem ersten drehenden Element und dem zweiten drehenden Element angeordnet ist, um, wenn sie sich verformt, eine relative Drehung zwischen dem ersten drehenden Element und dem zweiten drehenden Element um die Drehachse zu ermöglichen;
- - wobei das erste drehende Element Zähne umfasst, wobei jeder Zahn eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche umfasst;
- - eine Reibringscheibe koaxial mit dem ersten drehenden Element, umfassend Antriebselemente, die mit den Zähnen des ersten drehenden Elements zusammenwirken, um einen Drehantrieb der Reibringscheibe zu ermöglichen, wobei die Antriebselemente der Reibringscheibe geeignet sind, zwischen den Zähnen des ersten drehenden Elements bei einer Axialverlagerung der Reibringscheibe in Bezug zum ersten drehenden Element axial zu gleiten; wobei die Reibringscheibe eine Reibfläche umfasst, die dazu vorgesehen ist, gegen eine komplementäre Reibfläche bei einer relativen Drehung zwischen dem ersten drehenden Element und dem zweiten drehenden Element zu reiben;
- - eine elastische Belastungsscheibe koaxial mit dem ersten drehenden Element, die eine axiale Last an die Reibringscheibe anlegt.
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Die Reibringscheibe umfasst mindestens zwei elastische Klauen, wobei mindestens eines der Antriebselemente mindestens eine dieser elastischen Klauen umfasst, die sich im Wesentlichen axial entlang des entsprechenden Zahns erstreckt, wobei mindestens eine erste dieser elastischen Klauen in Kontakt mit einer ersten Zahnseitenfläche angeordnet ist, und wobei mindestens eine zweite dieser elastischen Klauen in Kontakt mit einer zweiten Zahnseitenfläche angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten elastischen Klauen in Umfangsrichtung elastisch verformbar sind.
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Eine solche Torsionsdämpfungsvorrichtung weist ein Nullspiel zwischen dem ersten drehenden Element und der Reibringscheibe auf. Die elastischen Klauen, mit denen die Antriebselemente der Reibringscheibe versehen sind, sind dazu vorgesehen, immer auf den Seitenflächen der Zähne des ersten drehenden Elements abgestützt zu sein. Der Verzicht auf das Spiel zwischen der Reibringscheibe und dem ersten drehenden Element beseitigt somit jedes Risiko einer Verstemmung.
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Ferner werden die elastischen Klauen der Antriebselemente der Reibringscheibe dazu veranlasst, sich insbesondere während der Übergangsphasen elastisch zu verformen, nämlich während den Phasen des Startens des Drehantriebs der Reibringscheibe durch das erste drehende Element, oder während der Phasen einer Änderung der relativen Drehrichtung. Während dieser Übergangsphasen erzeugt die elastische Verformung mindestens einer dieser elastischen Klauen eine Dämpfung zwischen der Drehbewegung des ersten drehenden Elements und der Drehbewegung der Reibringscheibe. Die Stöße der Seitenflächen der Zähne des ersten drehenden Elements gegen die Antriebselemente der Reibringscheibe werden somit verringert bzw. verhindert. Die Verringerung bzw. Beseitigung der Stöße trägt auch zur Beseitigung der Verstemmungsprobleme bei. Die elastische Klaue trägt auf Grund ihrer größeren Kontaktfläche dazu bei, den Druck und somit das Verstemmen zu begrenzen. Die Lebensdauer der Dämpfungsvorrichtung wird somit erhöht.
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Die Dämpfungsvorrichtung ist auch während ihres gesamten Lebenszyklus zuverlässiger, da die Arbeit der Reibringscheibe unter dem Antrieb des ersten drehenden Elements während der Lebenszeit der Vorrichtung homogen bleibt. Es wird nämlich kein unerwünschtes Spiel die mechanische Verbindung zwischen dem ersten drehenden Element und der Reibringscheibe stören.
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Überdies ermöglicht es die Arbeit der elastischen Klauen der Reibringscheibe und genauer ihrer Reibfläche, sich mit einem Zugeffekt in Bezug zur Drehung des ersten drehenden Elements zu drehen, obwohl diese Teile kein Spiel zwischen sich aufweisen. Ein Zugeffekt bezeichnet die Tatsache, dass das erste drehende Element die Reibfläche der Reibringscheibe mit einer gewissen Winkelverzögerung in Drehung antreibt. Auf Grund dieses Zugeffekts ist eine Zeitzone vorhanden, während der sich das erste drehende Element drehen kann, ohne die Reibmittel zu belasten, die von der Reibringscheibe gebildet sind. Ein zusätzlicher Dämpfungseffekt wird während der Zeitzone des Zugeffekts zwischen dem ersten Element und der Reibringscheibe erhalten. Dieser Zugeffekt, der im Stand der Technik dank eines Winkelspiels zwischen den Teilen erhalten wird, wird hier ohne Spiel dank der Verformung der elastischen Klauen erhalten.
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Die Torsionsdämpfungsvorrichtung kann die folgenden zusätzlichen Merkmale allein oder in Kombination umfassen:
- - die elastische Belastungsscheibe ist axial auf der Seite der Reibringscheibe, die zu ihrer Reibfläche entgegengesetzt ist, angeordnet;
- - die ersten Seitenflächen von Zähnen sind in eine selbe erste Umfangsrichtung ausgerichtet, und die zweiten Seitenflächen von Zähnen sind in eine selbe zweite Umfangsrichtung, die zur ersten Umfangsrichtung entgegengesetzt ist, ausgerichtet;
- - die Antriebselemente sind radial innerhalb der Reibringscheibe angeordnet;
- - die Antriebselemente umfassen jeweils einen Körper, mit dem mindestens eine elastische Klaue verbunden ist, die dazu vorgesehen ist, den Körper von der entsprechenden Zahnseitenfläche beabstandet zu halten;
- - mindestens eines der Antriebselemente umfasst einen Körper, mit dem eine erste und eine zweite dieser elastischen Klauen verbunden sind, wobei die elastischen Klauen jeweils dazu vorgesehen sind, den Körper von einer ersten Zahnseitenfläche und von einer zweiten Zahnseitenfläche beabstandet zu halten, wobei die ersten und zweiten elastischen Klauen eines selben Antriebselements zwischen den Seitenflächen von zwei aufeinanderfolgenden Zähnen elastisch verformt werden;
- - jeder Körper ist in einem Zwischenraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähnen angeordnet, wobei jeder Körper eine kleinere Umfangsabmessung als die Breite des entsprechenden Zwischenraums hat, so dass durch elastische Verformung der ersten und zweiten elastischen Klauen ein Winkelspiel zwischen dem ersten drehenden Element und der Reibringscheibe zwischen zwei äußersten Winkelpositionen möglich ist;
- - die erste elastische Klaue und die zweite elastische Klaue sind dazu vorgesehen, mit der ersten bzw. zweiten entsprechenden Seitenfläche in der einen und der anderen der äußersten Winkelpositionen in Kontakt zu bleiben;
- - die Seitenfläche eines Zahns und die mit diesen Seitenflächen zusammenwirkende elastische Klaue sind um denselben Winkel in Bezug zu einer Radialrichtung geneigt. Mit anderen Worten ist jede elastische Klaue gegen die entsprechende Zahnseitenfläche gedrückt;
- - die ersten und zweiten elastischen Klauen eines selben Antriebselements erstrecken sich axial in dieselbe Richtung;
- - die ersten und zweiten elastischen Klauen erstrecken sich axial in Richtung der Reibfläche der Reibringscheibe, und das freie Ende jeder elastischen Klaue umfasst eine abgerundete Kante:
- - die Körper der Antriebselemente und die erste und/oder zweite elastische Klaue sind aus einem Stück hergestellt, wobei die erste und zweite elastische Klaue in Bezug zum Körper gekrümmt sind;
- - jede der elastischen Klauen erstreckt sich in eine Richtung, die einen Winkel kleiner oder gleich 30° zu einer Axialrichtung bildet;
- - das erste drehende Element umfasst zwei seitliche Scheiben, wobei das zweite drehende Elemente eine zentrale Scheibe umfasst, die axial zwischen den zwei seitlichen Scheiben angeordnet ist, wobei die Feder in Umfangsrichtung zwischen den seitlichen Scheiben und der zentralen Scheibe angeordnet ist, um ein Drehmoment zwischen dem ersten drehenden Element und dem zweiten drehenden Element zu übertragen;
- - das erste drehende Element umfasst einen Ring, der mit den Zähnen versehen ist, die sich radial außerhalb des Rings erstrecken;
- - nach einer Variante sind die Zähne des ersten drehenden Elements auf einer zentralen Öffnung der zentralen Scheibe ausgebildet, wobei sich die Zähne radial nach innen erstrecken.
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Vorzugsweise ist die Höhe der elastischen Klauen kleiner als 3,8 mm.
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Vorzugsweise ist die Länge der elastischen Klauen größer als 4 mm und vorzugsweise größer als 4,5 mm und noch bevorzugter größer oder gleich 5 mm.
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Die Klaue wird vorzugsweise verformt, so dass sich ihre Dicke in einer zu der Drehachse X senkrechten Ebene erstreckt.
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Die elastischen Klauen haben eine Länge, die sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckt.
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Die elastischen Klauen haben jeweils eine Endzone, die in Axialrichtung ausgerichtet ist.
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Die Dicke der elastischen Klauen im Bereich der Enden der Klauen erstreckt sich in Tangential- oder Umfangsrichtung.
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Die Dicke der elastischen Klauen ist dünn genug, um die elastische Verformung der elastischen Klauen in Umfangsrichtung zu gestatten.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
- - 1 eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfungsvorrichtung darstellt;
- - 2 eine Schnittansicht der Vorrichtung aus 1 ist;
- - 3 eine perspektivische Teilansicht der Vorrichtung aus 1 ist;
- - 4 in Perspektive die Reibringscheibe der Vorrichtung aus 1 darstellt;
- - 5 eine Detailansicht eines Antriebselements der Reibringscheibe aus 4 ist;
- - die 6A, 6B, 6C das Zusammenwirken zwischen der Reibringscheibe und dem ersten drehenden Element in der Vorrichtung der 1 zeigen.
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1 stellt in Perspektive eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfungsvorrichtung dar. Die Dämpfungsvorrichtung des vorliegenden Beispiels ist in eine Kupplungsscheibe 1 integriert, die eine Umfangsreibungsscheibe 2 und eine zentrale Nabe 3 umfasst. Diese Dämpfungsvorrichtung ist dazu bestimmt, ein Drehmoment zwischen der zentralen Nabe 3 und der Reibungsscheibe 2 zu übertagen, wobei Umfangsfedern 4 zusammengedrückt werden, um eine Torsionsdämpfung zu gewährleisten, d.h. eine Dämpfung bei der Drehung der Kupplungsscheibe 1 um ihre Achse X.
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In der Beschreibung und den Ansprüchen sind die Begriffe „extern“ und „intern“ sowie die Richtungen „axial“ und „radial“ verwendet, um je nach den in der Beschreibung gegebenen Definitionen Elemente des Torsionsdämpfers zu bezeichnen. Die Drehachse X bestimmt die „axiale“ Richtung. Eine axiale Drehung ist somit eine Drehung um die Achse X. Die „radiale“ Richtung ist orthogonal zur Achse X ausgerichtet. Die Umfangsrichtung ist orthogonal zur Drehachse X und orthogonal zur radialen Richtung ausgerichtet. Die Begriffe „extern“ und „intern“ sind verwendet, um die relative Position einer Komponente in Bezug zu einer anderen, bezogen auf die Drehachse X, zu definieren, wobei eine Komponente nahe der Achse somit als intern bezeichnet wird, im Gegensatz zu einer externen Komponente, die sich radial an der Peripherie befindet.
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Die Kupplungsscheibe 1 des vorliegenden Beispiels ist eine Kupplungsscheibe für ein Kraftfahrzeug. Die Nabe 3 ist dazu bestimmt, mit einer Getriebeeingangswelle des Fahrzeugs verbunden zu sein, und die Reibungsscheibe 2 ist dazu bestimmt, durch einen Kupplungsmechanismus mit dem Schwungrad des Motors des Fahrzeugs verbunden zu sein.
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Die zentrale Nabe 3 treibt ein erstes drehendes Element 5 in Drehung an, während die Reibungsscheibe 2 drehfest mit einem zweiten drehenden Element (in 1 nicht sichtbar) verbunden ist, wobei diese zwei drehenden Elemente zueinander um die Drehachse X drehbeweglich sind, wobei die Federn 4 eine relative Drehung dieser zwei drehenden Elemente ermöglichen.
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2 ist eine Schnittansicht der Kupplungsscheibe der 1. Diese Schnittansicht zeigt, dass das erste drehende Element in dem vorliegenden Beispiel von zwei seitlichen Scheiben 5 und einem Ring 5' gebildet ist, der drehfest mit der Nabe 3 über eine Vordämpfungsvorrichtung 23 verbunden ist. Der Ring 5' ist durch Nieten auf den seitlichen Scheiben 5 befestigt.
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Die zentrale Nabe 3 ist radial innerhalb des Rings 5' über Rillen montiert, wobei ein Winkelspiel, das dem Winkelausschlag des Vordämpfers 23 entspricht, zwischen diesen Rillen vorhanden ist.
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Das zweite drehende Element ist hier von einer zentralen Scheibe 6 gebildet, die um den Ring 5' montiert ist, ohne mit diesem letztgenannten zu interagieren, wobei die Reibungsscheibe 2 auf diesen zweiten drehenden Element 6 befestigt ist. Die zentrale Nabe 3 umfasst innere Rillen 10 für ihre Verbindung mit der Getriebeeingangswelle, und der Ring 5' umfasst äußere Rillen, die Zähne 11 definieren.
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2 ist durch eine Vergrößerung ergänzt, die die Anordnung der Belastungs- und Reibringscheiben sichtbar macht, die die Aktion der Federn 4 vervollständigen. Die Kupplungsscheibe 1 umfasst somit eine erste Reibringscheibe 7, eine zweite Reibringscheibe 8 und eine elastische Belastungsscheibe 9. Die zweite Reibringscheibe 8 und die zwei seitlichen Scheiben 5 sind drehfest mit dem Ring 5' dank der Zähne 11 verbunden. Die elastische Belastungsscheibe 9 ist drehfest mit dem Ring 5' und somit dem ersten drehenden Element 5 verbunden.
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Die erste Reibringscheibe 7 wird in Drehung von dem Ring 5' durch Antriebselemente 16 angetrieben. Die elastische Belastungsscheibe 9 ist zwischen der ersten Reibringscheibe 7 und dem ersten drehenden Element 5 zwischengefügt, so dass die elastische Belastungsscheibe 9 eine axiale Last an die erste Reibringscheibe 7, an das zweite drehende Elemente 6 und an die zweite Reibringscheibe 8 anlegt. Wenn die Federn 4 während der Übertragung des Drehmoments zusammengedrückt werden, führt die relative Drehung des ersten drehenden Elements 5 und des zweiten drehenden Elements 6, die durch das Zusammendrücken der Federn 4 möglich ist, zur Reibung des zweiten drehenden Elements 6 auf der ersten Reibringscheibe 7, sowie zur Reibung der zweiten Reibringscheibe 8 auf dem zweiten drehenden Element 6, wobei diese zwei Reibungen unter der Belastung der elastischen Belastungsscheibe 9 stattfinden. Die elastische Belastungsscheibe 9 und die Reibungskoeffizienten der Reibringscheiben 7, 8 sind geeicht, so dass die beschriebenen Reibungen Energie abführen und eine Dämpfung beim Zusammendrücken der Federn 4 hervorrufen.
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3 stellt das Zusammenwirken des Ringes 5' und der ersten Reibringscheibe 7 dar, wobei die anderen Scheiben und drehenden Elemente nicht dargestellt wurden. Der Ring 5' umfasst Zähne 11 für den Drehantrieb der ersten Reibringscheibe 7. Jeder Zahn 11 umfasst zwei Seitenflächen 13A, 13B. Zwei aufeinanderfolgende Zähne 11 definieren einen Raum, umfassend eine Bodenfläche 12.
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Die Reibringscheibe 7 umfasst einen ringförmigen Abschnitt 15 sowie Antriebselemente 16, die in Umfangsrichtung auf der inneren Kontur des ringförmigen Abschnitts 15 verteilt sind. Der ringförmige Abschnitt 15 umfasst eine Reibfläche, die dazu vorgesehen ist, gegen eine komplementäre Reibfläche, die sich auf dem zweiten drehenden Element 6 befindet, bei einer relativen Drehung zwischen dem ersten drehenden Element 5 und dem zweiten drehenden Element 6 zu reiben.
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Die Reibringscheibe 7 ist allein in Perspektive in 4 dargestellt. Der ringförmige Abschnitt 15 der Reibringscheibe 7 erfüllt die Reibfunktion der Scheibe 7, wobei er gegen die elastische Belastungsscheibe 9 reibt. Jedes Antriebselement 16 umfasst im vorliegenden Beispiel zwei elastische Klauen 17, die mit den Seitenflächen 13A, 13B der entsprechenden Zähne 11 zusammenwirken. Die elastischen Klauen 17 erstrecken sich im Wesentlichen axial entlang der entsprechenden Zähne 11, d.h. jede elastische Klaue 17 erstreckt sich längs einer Seitenfläche 13A, 13B.
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5 ist eine vergrößerte Ansicht der 4, die eines der Antriebselemente 16 der Reibringscheibe 7 zeigt. Das Antriebselement 16 umfasst einen Körper 18, der am ringförmigen Abschnitt 15 befestigt ist und die zwei elastischen Klauen 17 trägt.
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Die elastischen Klauen 17 sind axial aus dem Körper 18 herausragend. Jede elastische Klaue 17 umfasst ein freies Ende, das an dem entgegengesetzt liegenden Ende zum Körper 18 angeordnet ist. Jede elastische Klaue 17 weist eine Höhe H sowie eine Länge L auf, gemessen zwischen dem ende der Klaue und dem Körper 18. Die elastischen Klauen 17 weisen auch einen Winkel α zwischen einer Achse parallel zur Achse X (Achse X') und der Richtung, in die sich entlang ihrer Länge L die entsprechende elastische Klaue 17 erstreckt, auf. In diesem Beispiel kann der Winkel α einen Wert von 5 bis 20° haben, d.h. dass sich die elastischen Klauen 17 nicht genau senkrecht zum Körper 18 erstrecken, sondern sich eher, obwohl im Wesentlichen axial, leicht schräg zum Körper 18 erstrecken. Die elastische Arbeit der elastischen Klauen 17 erfolgt in Umfangsrichtung. Der Winkel α ermöglicht es dem freien Ende jeder elastischen Klaue 17, an der entsprechenden Seitenfläche 13A, 13B zur Anlage zu gelangen. Die elastische Klaue 17 arbeitet elastisch in Abhängigkeit von der Annäherung oder Entfernung zwischen dem Körper 18 und den entsprechenden Seitenflächen 13A, 13B.
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Diese Arbeit der elastischen Klauen 17 ist in den 6A bis 6C dargestellt. Diese Figuren sind Teilansichten, die die Reibringscheibe 7 und den Ring 5' zusammengefügt und von vorne gesehen darstellen.
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6A stellt die Reibringscheibe 7 dar, die auf dem Ring 5' in einer Ausgleichsposition zwischen der Reibringscheibe 7 in Bezug zum Ring 5' montiert ist, d.h. einer Position, in die die elastischen Klauen die Reibringscheibe 7 zurückführen, wenn sich die elastischen Klauen 17 durchbiegen. In der Ausgleichsposition der 6A übt jede elastische Klaue 17 der Reibringscheibe 7 eine Umfangskraft mit im Wesentlichen demselben Wert auf die entsprechende Seitenfläche 13A, 13B aus. Der Körper 18 der Antriebselemente 16 befindet sich somit in einer zentralen Position im Wesentlichen in gleichem Abstand zu den zwei Seitenflächen 13A, 13B von zwei aufeinanderfolgenden Zähnen 11.
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6B stellt schematisch den Fall dar, in dem ausgehend von der Ausgleichsposition der 6A der Ring 5' des ersten drehenden Elements 5 in Drehung im Uhrzeigersinn (durch den Pfeil in der Figur angezeigt) in Bezug zum zweiten drehenden Element 6 belastet wurde, während die Reibringscheibe 7 eine Reaktion in die entgegengesetzte Richtung auf Grund ihrer Reibung unter der Last der elastischen Belastungsscheibe 9 ausübt. In diesem Fall wird eine erste elastische Klaue 17A (auf der rechten Seite jedes Zahns 11 in 6B angeordnet) bis zu einem Maximum verformt, wo das Antriebselement 16 nun in Drehung durch eine erste entsprechende Seitenfläche 13A angetrieben wird. Der Körper 18 des Antriebselements 16 bleibt von der entsprechenden ersten Seitenfläche 13A entfernt, wobei die Drehbewegung zwischen der ersten Seitenfläche 13A und dem Körper 18 unter Vermittlung der ersten, maximal verformten elastischen Klaue 17A übertragen wird.
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6B stellt einen kontinuierlichen Drehbetrieb dar, bei dem die elastischen Klauen 17 nicht mehr durch elastische Verformung arbeiten, wobei das Drehmoment von dem Ring 5' auf die Scheibe 7 kontinuierlich übertragen wird, ohne relative Drehung, wobei die elastische Klaue 17A somit maximal verformt wird. Im Übergangsbetrieb, wenn sich der Ring 5' im Uhrzeigersinn dreht, wird sich die erste elastische Klaue 17A zuerst elastisch verformen, um eine relative Drehung zwischen dem ringförmigen Abschnitt 15 und dem Ring 5' zu gestatten. Bei dieser Übergangsbewegung kommt es zu einem Zugeffekt zwischen dem Ring 5' und dem ringförmigen Reibabschnitt der Scheibe 7, d.h. dass eine Drehung des Ringes 5' vor dem Drehantrieb der Scheibe 7 möglich ist. Diese Bewegung setzt sich fort, bis die elastische Klaue 17A maximal verformt ist, und bis die Drehbewegung des Ringes 5' sodann direkt durch die Seitenfläche 13A auf die Klaue 17A und den Körper 18 übertragen wird (in 6B dargestellte Position).
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In der Position der 6B ist die zweite elastische Klaue 17B (auf der linken Seite jedes Zahns 11 in 6B angeordnet), während der Ring 5' die Reibringscheibe 7 in Drehung antreibt, maximal von der entsprechenden zweiten Seitenfläche 13B entfernt. Die elastischen Klauen 17 sind dimensioniert, um immer mit der entsprechenden Seitenfläche 13A, 13B in Kontakt zu bleiben, auch wenn sie in der Position der Klaue 17B der 6B sind. Nämlich, wenn der Dauerbetrieb der 6B unterbrochen wird, und der Ring 5' wieder in die umgekehrte Richtung seine Drehung aufnimmt, wird sich der Körper 18 nun der zweiten Seitenfläche 13B entsprechend der zweiten Klaue 17B annähern, ohne dass diese letztgenannte gegen die entsprechende Seitenfläche 13B anstößt, sondern wird sich im Gegenteil dieser mit einer Dämpfung nähern, die durch die elastische Verformung der elastischen Klaue 17B hervorgerufen wird.
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6C stellt den Fall dar, in dem sich ausgehend von der Ausgleichsposition der 6A oder der äußersten Position der 6B der Ring 5' gegen den Uhrzeigersinn dreht, während die Reibringscheibe 7 eine Reaktion im Uhrzeigersinn ausübt. Wie vorher wird sich die zweite elastische Klaue 17B elastisch bis zu einem Maximum verformen (in 6C dargestellt), wo der Ring 5' die Reibringscheibe 7 in Drehung gegen den Uhrzeigersinn antreibt.
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Aus dynamischer Sicht ändert der Ring 5', um von der äußersten Position der 6B in die andere äußerste Position der 6C überzugehen, seine Drehrichtung, und verformt sich die elastische Klaue 17A elastisch, wobei sie mit der ersten Seitenfläche 13A in Kontakt bleibt, während sich der Körper 18 von dieser ersten Seitenfläche 13A entfernt und de zweiten entgegengesetzt liegenden Seitenfläche 13B annähert, wobei sich die elastische Klaue 17B nun bis in die Position der 6C elastisch verformt.
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Zwischen diesen zwei Positionen der 6B und 6C verläuft das System über seine Ausgleichsposition der 6A. Eine gewisse Torsionsschwingung ist somit zwischen dem Ring 5' und dem ringförmigen Abschnitt 15 dank der Arbeit der elastischen Klauen 17 möglich.
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Die Torsionsschwingung wird durch den Zugeffekt ermöglicht, da jeder Körper 18 eine kleiner Umfangsabmessung als die Breite des Raums zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähnen 11 hat, so dass ein ringförmiges Spiel zwischen dem Ring 5' und dem ringförmigen Abschnitt 15 durch elastische Verformung der elastischen Klauen 17 zwischen den zwei äußersten Winkelpositionen der 6B und 6C möglich ist.
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Da die elastischen Klauen 17 dimensioniert sind, um immer mit der entsprechenden Seitenfläche 13A, 13B in Kontakt zu bleiben, erfolgt die Annäherung des Körpers 18 an eine Seitenfläche 13A, 13B immer mit Dämpfung. Dazu sind die Dimensionen L und α der elastischen Klauen 17 (siehe 5) derart gewählt, dass die freien Enden von zwei elastischen Klauen 17 eines selben Antriebselements 16 vor der Montage und im freien Zustand um einen größeren Abstand als der Abstand zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Seitenflächen 13A, 13B von zwei aufeinanderfolgenden Zähnen 11 entfernt sind.
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6A zeigt die Entfernung 19 zwischen den zwei in Umfangsrichtung äußersten Punkten der zwei aufeinanderfolgenden Seitenflächen 13A, 13B. Das entsprechende Antriebselement 16 wird in den Raum zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Zähnen 11 eingesetzt, so dass die elastischen Klauen 17 vorgespannt werden, um an den Seitenflächen 13A, 13B zur Anlage zu gelangen. Die Entfernung der elastischen Klauen 17 ist somit in 6A gleich mit der Entfernung 19 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Seitenflächen. Wenn die Reibringscheibe 7 nicht auf dem Ring 5' montiert ist, muss die Entfernung der elastischen Klauen 17 größer als diese Entfernung 19 der Seitenflächen 13A, 13B sein, um diese Vorspannung zu ermöglichen. Nach einem bevorzugten Merkmal ist die Entfernung der elastischen Klauen 17 größer als die Entfernung 19 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Seitenflächen von zwei aufeinanderfolgenden Zähnen um einen Wert gleich viermal die Verlagerungsdistanz eines Antriebselements 16 zwischen der Ausgleichsposition (6A) und einer seiner äußersten Positionen ( 6B oder 6C). wenn die Vorspannung zwischen der ersten Klaue und der zweiten Klaue gleich verteilt ist, und wenn die Reibringscheibe 7 in der Ausgleichsposition (6A) ist, wird jede elastische Klaue 17 vorgespannt, wobei sie elastisch um eine Distanz zweimal die Distanz, die zwischen der Ausgleichsposition (6A) und einer der äußersten Positionen (6B oder 6C) zurückgelegt werden kann, verformt wird. In einer der äußersten Positionen (beispielsweise der in 6B dargestellten) wird die zweite elastische Klaue 17B, die sich auf der Seite befindet, auf der sich der Körper 18 von der zweiten entsprechenden Seitenfläche 13B entfernt, und die dennoch mit der zweiten Seitenfläche 13B in Kontakt bleibt, immer noch, auch in dieser äußersten Position, um eine Distanz vorgespannt, die einmal der möglichen Distanz zwischen der Ausgleichsposition (6A) und einer der äußersten Positionen (6B oder 6C) entspricht.
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Zum Beispiel, wenn der Übergang von der Ausgleichsposition der 6A in eine der äußersten Positionen der 6B, 6C 0,2 Millimeter ist, ist nun die Entfernung der elastischen Klauen 17 in Ruhestellung (d.h. wenn die Reibringscheibe 7 nicht auf dem Ring 5' montiert ist) gleich der Entfernung 19 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähnen 11, plus 0,8 Millimeter. Wenn somit die Vorspannung zwischen der ersten und der zweiten Klaue gleich verteilt ist, und in der Position der 6A wird jede elastische Klaue 17 zu der anderen elastischen Klaue um 0,4 Millimeter verformt, und in der Position der 6B wird die elastische Klaue 17B noch um 0,2 Millimeter vorgespannt.
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Mit diesen Maßen ist festzustellen, dass jede elastische Klaue 17 immer mit der entsprechenden Seitenfläche 13A, 13B zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähnen 11 in Kontakt bleibt.
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Die Anordnung der elastischen Klauen 17 in Bezug zum Körper 18 ist vorzugsweise an die Anordnung der Zähne 11 angepasst. In dem vorliegenden Beispiel sind die zwei Seitenflächen 13A, 13B der Zähne 11 um einen Winkel β (in 6A dargestellt) in Bezug zu einer Radialrichtung geneigt. Die Radialrichtung ist eine Richtung senkrecht auf die Achse X und die Achse X schneidend. Jede elastische Klaue 17 ist auch um denselben Winkel β in Bezug zu einer Radialrichtung geneigt. Die elastische Klaue 17 besitzt somit eine maximale Auflage mit der entsprechenden Seitenfläche 13A, 13B eines Zahns 11.
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Überdies sind die elastischen Klauen 17 der Antriebselemente 16 auch derart dimensioniert, dass sie eine Axialverlagerung der Reibringscheibe 7 auf dem Ring 5' ermöglichen. Wenn nämlich eines der Elemente, das an der Dämpfung durch Reibung beteiligt ist, nach dieser Reibung abgenutzt ist, kann die Reibringscheibe 7 dazu veranlasst werden, axial entlang der Zähne 11 in Abhängigkeit von der Stapelung der Reibring- und Belastungsscheiben gleiten. Unter Bezugnahme auf 2 wird die zweite Reibringscheibe 8 dazu neigen, sich abzunutzen, wobei sie auf dem zweien drehenden Element 6 reibt, und die erste Reibringscheibe 7 wird dazu neigen, sich abzunutzen, wobei sie an dem zweiten drehenden Element 6 reibt. Diese Abnutzung wird die erste Reibringscheibe 7 veranlassen, axial entlang der Zähne 11 in Richtung des zweiten drehenden Elements 6 unter der Last, die von der elastischen Belastungsscheibe 9 ausgeübt wird, zu gleiten. Zum Beispiel kann die Reibringscheibe 7 dazu veranlasst werden, sich axial um eine Distanz von 1,6 Millimeter zwischen ihrem Neuzustand und dem Lebensende der Kupplungsscheibe zu verlagern, und zwar um den Verschleiß der verschiedenen Reibmittel auszugleichen.
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Unter Bezugnahme auf 3 kann die Reibringscheibe 7 dazu veranlasst werden, sich in die Axialrichtung in die Richtung 20 oder die Richtung 21 zu verlagern. Die Verlagerungsrichtung 20, 21 der Reibringscheibe 7 hängt von der Montagerichtung dieser Scheibe und der Anordnung der verschiedenen Scheiben ab und ist somit jeder Kupplungsscheibe eigen. Wie dem auch sei, muss die Vorbelastung der elastischen Klauen 17 und die Durchbiegearbeit dieser Klauen 17 das axiale Gleiten der Reibringscheibe 7 entlang der Zähne 11 des Ringes 5' ermöglichen.
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Unter Bezugnahme auf die 1 und 3 kann die Reibringscheibe 7 hier dazu veranlasst werden, sich in Axialrichtung in die Richtung 21 zu verlagern.
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Unter Bezugnahme auf 5 muss das ausgewählte Material zur Bildung der elastischen Klauen 17 gewählt sein, um dieses Gleiten zu ermöglichen, ebenso wie die Dimensionierung der elastischen Klauen 17 in der Höhe H, Länge L bzw. im Winkel α. Hier sind zur Vereinfachung die Klauen 17, die Körper 16 und der ringförmige Abschnitt 15 der Reibringscheibe aus demselben Stück gebildet.
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Die untenstehende Tabelle legt die Ergebnisse dar, die für verschiedene Dimensionierungen der elastischen Klauen
17 erhalten wurden. Diese Prüftabelle bezieht sich auf eine Kraftfahrzeugkupplungsscheibe herkömmlicher Dimension. In dieser selben Kupplungsscheibe wurden verschiedene Reibringscheiben
7 auf dem Ring
5' montiert, mit als Unterscheidungsmerkmal der Dimensionierung der elastischen Klauen
17 angesichts der drei oben erwähnten Kriterien (Höhe
H, Länge
L, Winkel
α). Die axiale Gleitleistung ist in der Zeile „Gleitbelastung in Newton“ für jede der Reibringscheiben (von V1 bis V8 nummeriert) angegeben. Die Messung der Gleitbelastung entspricht der axialen Belastung, die notwendigerweise an die getestete Reibringscheibe anzulegen ist, so dass sich diese axial verlagert. Je geringer diese Gleitbelastung ist, desto besser ist die Gleitleistung der geprüften Reibringscheibe. Eine zu große Gleitbelastung würde nämlich teilweise oder zur Gänze das Gleiten des Antriebselements
16 entlang der entsprechenden Zähne
11 unter der von der elastischen Belastungsscheibe
9 während des Verschleißes der Scheiben ausgeübten Belastung verhindern.
| Getestete Reibringscheibe | V1 | V2 | V3 | V4 | V5 | V6 | V7 | V8 |
| Höhe H | 4,4 | 3,8 | 3,2 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 4 |
| Länge L | 5 | 5 | 7 | 5 | 5 | 4,33 | 4 | 4 |
| Winkel α | 5 | 5 | 5 | 5 | 20 | 20 | 5 | 10 |
| Gleitbelastung in N | 301 | 227 | 110 | 156 | 134 | 175 | 242 | 250 |
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Es zeigt sich, dass die Kriterien, die zu einer geringen Gleitbelastung beitragen, sind:
- - eine geringe Höhe H,
- - eine große Länge L,
- - ein großer Winkel α.
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In dem vorliegenden Beispiel ist die Reibringscheibe 7 aus einem einzigen Stück aus einem Stahlblech von 1,8 Millimeter Dicke hergestellt und ausgeschnitten, um den ringförmigen Abschnitt 15 und die Antriebselemente 16 zu bilden, wobei die elastischen Klauen 17 sodann durch Falzen des Materials gebildet werden.
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Die Dimensionierung der elastischen Klauen 17 muss natürlich in Abhängigkeit vom verfügbaren Platz für ihre Montage in der Kupplungsscheibe 1 erfolgen, und insbesondere in Abhängigkeit vom verfügbaren axialen Platz für die elastischen Klauen 17, die Größe der Zähne 11, usw. in dem Beispiel der obenstehenden Tabelle wird eine Gleitbelastung von weniger als 160 N als besonders vorteilhaft angesehen, was den Ergebnissen entspricht, die den Reibringscheiben V3, V4 und V5 zugeordnet werden.
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Unter Bezugnahme auf 3, wenn die Konstruktion der Kupplungsscheibe 1 impliziert, dass das Gleiten der Reibringscheibe 7 in die Richtung 20 erfolgt, erfolgt diese axiale Verlagerung somit in die Richtung einer Krümmung der elastischen Klauen 17, was für das Gleiten der elastischen Klauen 17 auf den Seitenflächen 13A, 13B günstig ist. Umgekehrt, wenn das Gleiten in die Richtung 21 erfolgt, ist es nach einem bevorzugten Merkmal vorteilhaft, eine Radienausführung der Kante der elastischen Klauen 17 vorzusehen, bei der die Gefahr besteht, dass sie das Gleiten stört. Unter Bezugnahme auf 5 ist die äußere Kante 22 der elastischen Klauen 17 von diesem Maß betroffen. Im Falle des erwähnten bevorzugten Merkmals ist diese äußere Kante 22 nicht eine scharfe Kante, sondern hingegen eine durch einen Anschlussradius sanfte Kante, wodurch der schneidende Charakter dieser Kante vermieden und das Gleiten in die Richtung 21 erleichtert wird.
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Weitere Ausführungsvarianten der Torsionsdämpfungsvorrichtung können eingesetzt werden, ohne über den Rahmen der Erfindung hinauszugehen. Beispielsweise wurden die mit elastischen Klauen 17 versehenen Antriebselemente 16 unter Bezugnahme auf die erste Reibringscheibe 7 beschrieben, wobei es sich versteht, dass die zweite Reibringscheibe 8 auch mit solchen Antriebselementen 16 ausgestattet sein kann, ebenso wie jede andere Reibringscheibe, mit der die Torsionsdämpfungsvorrichtung ausgestattet ist, und die in Drehung direkt oder indirekt von der zentralen Nabe 3 angetrieben werden soll.
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Überdies können die Antriebselemente 16 mit einer größeren Anzahl von elastischen Klauen 17 als zwei versehen sein. Jedes Antriebselement kann beispielsweise zwei elastische Klauen auf jeder Seite haben, wobei diese elastischen Klauen nun gemeinsam mit einer der Seitenflächen eines Zahns zusammenwirken.
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Eine elastische Klaue 17 pro Antriebselement ist auch möglich, sofern mindestens eine erste elastische Klaue 17A und eine zweite elastische Klaue 17B auf zwei getrennten Antriebselementen vorhanden sind.
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Die Ausführung einer Reibringscheibe kann auch von der Ausführung in einem Stück, die hier als Beispiel beschrieben ist, unterschiedlich sein, wobei die Antriebselemente 16 externe Elemente sein können, die auf dem ringförmigen Abschnitt 15 befestigt sind, wie auch die elastischen Klauen 17 externe Elemente sein können, die auf dem entsprechenden Antriebselement 16 befestigt sind.
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Da überdies die Reibringscheibe mit mehreren Antriebselementen 16 versehen ist, die in Umfangsrichtung auf ihrem inneren Umfang angeordnet sind, kann nur ein Teil dieser Antriebselemente (beispielsweise jedes zweite) mit elastischen Klauen 17 ausgestattet sein, wobei die anderen Antriebselemente einfache Zähne sind, die nun trotzdem den Dämpfungseffekt genießen, der von den elastischen Klauen der Antriebselemente, die mit diesen versehen sind, verliehen wird.
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Nach einer nicht dargestellten Variante sind die Zähne des ersten drehenden Elements auf einer zentralen Öffnung der zentralen Scheibe ausgebildet, wobei sich die Zähne radial nach innen erstrecken.
