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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsfeder mit Federkennlinie zur Erhöhung der Verschleißreserve, sowie eine Kupplung mit verbesserter Verschleißreserve.
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Nutzfahrzeuge weisen Druckluftverbraucher auf, wie beispielsweise ein pneumatisches Bremssystem, eine Luftfederungsanlage oder eine pneumatische Kupplung. Für diese Druckluftverbraucher wird ein Drucklufterzeuger vorgesehen, wie beispielsweise ein Kompressor. Ein solcher Kompressor wird in der Regel durch den Fahrzeugmotor angetrieben, beispielsweise durch eine Verbrennungskraftmaschine eines Nutzfahrzeugs.
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Nutzfahrzeuge weisen des Weiteren Druckluftspeicher auf. In diesen Druckluftspeichern wird die von einem Drucklufterzeuger erzeugte Druckluft zwischengespeichert, bis diese von einem Druckluftverbraucher verbraucht wird.
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Wenn ein Druckluftspeicher mit Druckluft gefüllt ist, sodass ein entsprechender Abschaltdruck vorliegt, wird der Drucklufterzeuger gemäß des Stands der Technik temporär von seinem Antrieb abgekoppelt, um Energie einzusparen. Ein solches Abkoppeln geschieht mittels einer Lamellenkupplung, die zwischen dem Fahrzeugmotor und dem Drucklufterzeuger zum Unterbrechen und Wiederherstellen der Drehmomentübertragung vorgesehen ist.
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Eine Schnittansicht einer solchen Lamellenkupplung gemäß des Stands der Technik ist in 1 dargestellt. Die Lamellenkupplung befindet sich im dargestellten Zustand in einer geschlossenen Position, in welcher eine Drehmomentübertragung aktiv ist. Ein Kupplungspaket K gewährleistet hierzu eine reibschlüssige Drehmomentübertragung.
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Genauer betrachtet wird die reibschlüssige Drehmomentübertragung mittels des Kupplungspakets K durch ein Aneinanderpressen der einzelnen Kupplungslamellen erreicht, was in der Darstellung der 1 einem Komprimieren des gesamten Kupplungspakets K in axialer Richtung (x-Richtung) entspricht. Dieses Komprimieren erfolgt schematisch dargestellt durch ein Kompressionselement 3, welches in axialer Richtung (x-Richtung) gegen das Kupplungspaket K drückt. Hierzu wird das Kompressionselement 3 durch eine Kupplungsfeder 1 auf bekannte Art und Weise in axialer Richtung (x-Richtung) gegen das Kupplungspaket K gepresst.
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Zum Trennen der Kupplung muss die auf das Kupplungspaket K über das Kompressionselement 3 in axialer Richtung (x-Richtung) wirkende Federkraft aufgehoben werden. Dies geschieht durch eine Bewegung eines Ausrücklagers L1 in axialer Richtung (negativer x-Richtung, aufgrund einer Kraft F1), wodurch der innere Umfangsbereich der Kupplungsfeder 1 in negative x-Richtung um die Strecke S1 bewegt wird. Hierdurch verformt sich die Kupplungsfeder 1 und nimmt eine durch das Bezugszeichen 1a dargestellte Position ein. Der Kontaktpunkt P zwischen der Kupplungsfeder 1 und einem Anlageelement 2 ändert sich hierbei nicht, die gesamte Kupplungsfeder 1 allerdings wird verformt und hierdurch in eine mit S2 gekennzeichnete Richtung bewegt (d.h. in der Schnittdarstellung um den Kontaktpunkt P geschwenkt). Aufgrund dessen verschiebt sich der Kontaktpunkt zwischen Kompressionselement 3 und Kupplungsfeder 1 in negative x-Richtung, wodurch das Kupplungspaket K entlastet und hierdurch die Kupplung getrennt wird.
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Im Stand der Technik besteht ein Problem darin, dass im Kontaktbereich zwischen Kupplungsfeder 1 und Ausrücklager L1 Verschleiß auftritt. Hierdurch ändert sich die Lage der (verschlissenen und hierdurch in der Schnittdarstellung verkürzten) Kupplungsfeder 1 im geschlossenen Zustand der Kupplung, wobei diese Verkürzung mittels einer Lageänderung des Ausrücklagers L1 in negative X-Richtung kompensiert werden muss.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass durch den o.g. Verschleiß im Kontaktbereich zwischen Kupplungsfeder 1 und Ausrücklager L1 Abrieb über das zur Schmierung vorgesehen Öl in den Schmierkreislauf gelangt.
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Durch die im Stand der Technik bekannten Konstruktionen ist des Weiteren, insbesondere aufgrund der Geometrien der bekannten Kupplungsfedern 1, der Verschleißweg der im Kupplungspaket K vorgesehenen Kupplungsbeläge auf einen geringen Verschleißweg begrenzt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu lösen. Diese Aufgabe wird durch die Konstruktionen gemäß der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Durch das Vorsehen eines abgeflachten Kontaktbereichs am Innenumfang der Kupplungsfeder wird ein Flächenkontakt zwischen Ausrücklager und Kupplungsfeder ausgebildet. Gemäß des Stands der Technik tritt zwischen diesen Bauteilen ein Linienkontakt auf, aber kein Flächenkontakt. Durch den erfindungsgemäßen Flächenkontakt wird Verschleiß im Kontaktbereich zwischen Ausrücklager und Kupplungsfeder vermieden oder zumindest minimiert. Dies geschieht zum einen dadurch, dass aufgrund eines vergrößerten Kontaktbereichs während des Verschleißens weniger Material von der Kupplungsfeder abgetragen wird.
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Darüber hinaus bewirkt der Materialabtrag aufgrund des vergrößerten Kontaktbereichs eine geringere Verkürzung und somit Lageänderung der Kupplungsfeder im geschlossenen Zustand der Kupplung, da sich der Materialabtrag auf eine größere Fläche verteilt.
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Der im Kontext dieser Patentanmeldung beschriebene „abgeflachte Kontaktbereich“ kann entweder tatsächlich einer separaten Abflachung an der Kupplungsfeder in dem Bereich entsprechen, der mit dem Ausrücklager in Berührungskontakt steht. Alternativ dazu kann die Kupplungsfeder aber auch ohne Abflachung eine solche (ggf. „flache“, weil ohne Knick ausgeführte) Gestalt aufweisen, dass sich hierdurch ein Flächenkontakt im Berührungskontakt zwischen Kupplungsfeder und Ausrücklager einstellt. Auch eine solche, also ohne separate Abflachung ausgeführte Ausgestaltung, fällt im Kontext dieser Patentanmeldung unter die beanspruchte Definition des „abgeflachten Kontaktbereichs“. Entscheidend ist vielmehr, dass sich im Berührungskontakt zwischen Kupplungsfeder und Ausrücklager ein Flächenkontakt einstellt.
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Durch das Vorsehen einer Kupplungsfeder mit im Querschnitt geradlinigen Verlauf (ohne Knick) erfolgt beim Verschleißen der Kupplungsfeder eine geringere Abnahme der auf das Kupplungspaket wirkenden Federkraft, im Vergleich zu einer Kupplungsfeder gemäß des Stands der Technik. Des Weiteren wird durch das Vorsehen der Kupplungsfeder ohne Knick eine „flache“ Gestalt erreicht, wodurch ggf. auf das Vorsehen eines separaten abgeflachten Kontaktbereichs an der Tellerfeder verzichtet werden kann, sodass trotzdem ein „abgeflachter Kontaktbereich“, also ein Kontaktbereich mit Flächenkontakt, zwischen Tellerfeder und Ausrücklager erreicht wird.
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Vorzugsweise stellt eine ringförmige Gestalt des Kontaktbereichs mit einem Innendurchmesser von höchstens 42 mm und einem Außendurchmesser von mindestens 47 mm eine bevorzugte Ausgestaltung dar.
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Als besonders bevorzugte Abmessungen haben sich in Bezug auf das Verschleißverhalten für den Innendurchmesser 40,6 mm und für den Außendurchmesser 48,9 mm bewährt.
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Als besonders bevorzugte Ausgestaltung hat sich für die Kupplungsfeder eine Zahnanzahl von acht bewährt.
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Vorzugsweise beträgt die Zahnbreite zwischen 8 mm und 12 mm.
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Als besonders bevorzugte Zahnbreite hat sich in Bezug auf das Verschleißverhalten eine Abmessung von 10 mm bewährt.
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Die größten Verbesserungen im Verschleißverhalten haben sich bei einer Lamellenkupplung mit einer Anzahl von genau drei der erfindungsgemäßen Kupplungsfedern gezeigt, die als Federpaket aneinander liegend angeordnet sind.
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Nachfolgend werden konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren gezeigt, ohne den Erfindungsgedanken auf diese konkreten Ausgestaltungen einzuschränken.
- 1 zeigt eine Lamellenkupplung gemäß des Stands der Technik in einer Schnittansicht.
- 2 zeigt einen Kontaktbereich zwischen Kupplungsfeder 10 und Ausrücklager L1 in einer Schnittansicht.
- 3 zeigt eine Lamellenkupplung in einer Schnittansicht.
- 4 zeigt den Ausschnitt einer Kupplungsfeder 10 in einer Schnittansicht.
- 5 zeigt eine Kupplungsfeder 10 in einer Draufsicht.
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Die in 1 dargestellte Lamellenkupplung wurde zur Veranschaulichung des Stands der Technik bereits in der Beschreibungseinleitung gewürdigt. Darüber hinaus ist in 1 im oberen Abschnitt ein Teilbereich der Lamellenkupplung durch einen unterbrochenen Kreis A markiert, der im unteren Abschnitt der 1 als Detailansicht A dargestellt ist.
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In der Detailansicht A ist der Kontaktbereich zwischen Kupplungsfeder 1 und Ausrücklager L1 vergrößert dargestellt. Die Kupplungsfeder 1 (bzw. die Innenumfangskante 1i der Kupplungsfeder 1) und das Ausrücklager L1 berühren sich in der dargestellten (Schnitt-)Ansicht in einem Punkt. Tatsächlich aber erstreckt sich dieser „Berührungspunkt“ rotationssymmetrisch, wodurch ein Linienkontakt LK zwischen Kupplungsfeder 1 und Ausrücklager L1 ausgebildet wird.
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In 2 wird eine Detailansicht A* einer erfindungsgemäßen Kupplungsfeder 10 dargestellt. Die Detailansicht A* unterscheidet sich von der Detailansicht A (in 1) dadurch, dass sich in der Detailansicht A* die Kupplungsfeder 10 (bzw. die Innenumfangskante 10i der Kupplungsfeder 10) und das Ausrücklager L1 mittels eines Flächenkontakts FK berühren. Hierzu ist am inneren Umfang der Kupplungsfeder 10 ein abgeflachter Kontaktbereich 10a vorgesehen, der zur Anlagefläche des Ausrücklagers L1 parallel ist.
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In einer nicht dargestellten, erfindungsgemäßen Ausführungsform stellt sich zwischen Kupplungsfeder 10 und Anlagefläche des Ausrücklagers L1 ein Flächenkontakt FK aufgrund der (im Querschnitt „flachen“) Gestalt der Kupplungsfeder 10 ein, ohne dass hierfür ein separat ausgebildeter abgeflachter Kontaktbereich 10a erforderlich ist.
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In 3 wird eine erfindungsgemäße Lamellenkupplung mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsfeder 10 gezeigt, in einer Darstellung analog zu 1. Die in 3 dargestellte Kupplungsfeder 10 weist im Gegensatz zur in 1 dargestellten Kupplungsfeder 1 keinen Knick 1k auf. Vielmehr weist die Kupplungsfeder 10 im Querschnitt (in der dargestellten Schnittansicht) einen geradlinigen Verlauf auf, ohne Knick, von ihrem Kontaktpunkt P mit dem Anlageelement 2, hin zum Berührungskontakt mit dem Ausrücklager L1.
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Der Berührungskontakt der erfindungsgemäßen Kupplungsfeder 10 aus 3 mit dem Ausrücklager L1 ist entweder als Linienkontakt LK (vgl. 1, Detailansicht A) ausgebildet, oder als Flächenkontakt FK (vgl. 2).
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Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Kupplungsfeder 10 aus 2 mit Flächenkontakt FK entweder als Ausgestaltung mit Knick 1k (vgl. 1 oben) ausgebildet, oder ohne Knick (vgl. 3).
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Somit werden Konstruktionen der Kupplungsfeder 10 offenbart, die entweder lediglich eine erfindungsgemäße Ausgestaltung ohne Knick 1k (vgl. 3) im Unterschied zum Stand der Technik aufweisen (d.h. Kontaktbereich somit irrelevant), oder lediglich eine erfindungsgemäße Ausgestaltung mit Flächenkontakt FK (vgl. 2) im Unterschied zum Stand der Technik aufweisen (d.h. ob mit Knick 1k oder nicht ist somit irrelevant), oder beide erfindungsgemäße Merkmale (also ohne Knick 1k und mit Flächenkontakt FK) miteinander kombiniert aufweisen.
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4 zeigt einen abgeflachten Kontaktbereich 10a einer erfindungsgemäßen Kupplungsfeder 10, wobei sowohl der Innendurchmesser Di als auch der Außendurchmesser Da gekennzeichnet sind.
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5 zeigt eine Kupplungsfeder 10 in einer Draufsicht. In dieser Darstellung ist ein Schnitt B-B markiert, welcher der Schnittposition aller geschnittenen Darstellungen (1 bis 4) der Kupplungsfeder 1,10 entspricht.
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Der Innenumfangsbereich der Kupplungsfeder 10 weist Ausnehmungen auf, wodurch Zähne Z am Innenumfang der Kupplungsfeder 10 definiert werden. In der hier gezeigten Ausgestaltung weist die Kupplungsglocke 10 acht Zähne auf. Jeder der Zähne weist eine Zahnbreite b auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsfeder (gem. Stand der Technik; teilentspannte Position der Kupplungsfeder 1, gespannte Position des Kupplungslamellenpakets K)
- 1a
- Kupplungsfeder (gem. Stand der Technik; gespannte Position der Kupplungsfeder 1, entspannte Position des Kupplungslamellenpakets K)
- 1k
- Knick der Kupplungsfeder 1 (gem. Stand der Technik)
- 1i
- Innenumfangskante der Kupplungsfeder 1
- 2
- Anlageelement (fix)
- 3
- Kompressionselement (verschieblich in X-Richtung)
- 4
- Kupplungsträger
- K
- Kupplungslamellenpaket
- L1
- Ausrücklager
- F1
- Betätigungskraft Ausrücklager
- P
- fixer Drehpunkt der Kupplungsfeder
- S1
- Verschiebeweg der Kupplungsfeder 1 ,10 an Innenumfangskante 1i.10i
- S2
- Schwenkbewegung (am Kompressionselement)
- A
- Detailansicht des Kontaktbereichs zwischen Kupplungsfeder 1 und Ausrücklager L1 (Stand der Technik)
- LK
- Linienkontakt (zwischen Kupplungsfeder 1 und Ausrücklager L1)
- A*
- Detailansicht des Kontaktbereichs zwischen Kupplungsfeder 10 und Ausrücklager L1
- FK
- Flächenkontakt (zwischen Kupplungsfeder 10 und Ausrücklager L1)
- 10
- Kupplungsfeder
- 10a
- abgeflachter Kontaktbereich an Innenumfangskante 10i
- Di
- Innendurchmesser des abgeflachten Kontaktbereichs 10a
- Da
- Außendurchmesser des abgeflachten Kontaktbereichs 10a
- Z
- Zähne
- b
- Zahnbreite
