Es ist das Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Kupplunsscheibe bereitzustellen, mit welcher trotz
der Möglichkeit,
vergleichsweise hohe Drehmomente übertragen zu können, ein
hoher Einkuppelkomfort erreichbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch
eine Kupplungsscheibe für
eine Reibungskupplung, umfassend wenigstens ein erstes Reibelement
mit einer ersten Reibfläche
und wenigstens ein zweites Reibelement mit einer zweiten Reibfläche, wobei
das wenigstens eine erste Reibelement und das wenigstens eine zweite
Reibelement zur Reibwechselwirkung mit dem selben Gegen-Reiborgan einer
Reibungskupplung vorgesehen sind und wobei in einem reibmäßig nicht
wirksamen Zustand die erste Reibfläche des wenigstens einen ersten
Reibelements und die zweite Reibfläche des wenigstens einen zweiten
Reibelements in Richtung einer Kupplungsscheibenachse zueinander
versetzt sind.
Durch das versetzte Positionieren
verschiedener Reibflächen
wird bei einem Einkuppelvorgang eine Gruppe von Reibbelägen bzw.
reibflächenwirksam, über die
zunächst
am Beginn eines Einkuppelvorgangs und somit am Beginn eines Anfahrvorgangs
im Wesentlichen ein Drehmoment übertragen wird.
Erst bei weiterem Durchführen
des Einkuppelvorgangs werden auch die zurückversetzt liegenden Reibelemente
wirksam, so dass beispielsweise dann eine größere Reibfläche bereitgestellt ist und
vor allem durch geeignete Auswahl der Materialien der zu verschiedenen
wirksam werdenden Reibelemente ein optimiertes Einkuppelverhalten
erlangt werden kann.
Um in einfacher Art und Weise die
zueinander versetzt liegenden Reibflächen gestaffelt wirksam werden
lassen zu können,
wird vorgeschlagen, dass die erste Reibfläche des wenigstens einen ersten
Reibelements bezüglich
der zweiten Reibfläche des
wenigstens einen zweiten Reibelements nach vorne versetzt ist und
dass wenigstens das eine erste Reibelement axial beweglich an der
Kupplungsscheibe getragen ist. Hier kann beispielsweise vorgesehen
sein, dass das wenigstens eine erste Reibelement durch eine Belagfederung
an der Kupplungsscheibe getragen ist.
Wie bereits vorangehend angesprochen, kann
dadurch, dass das wenigstens eine erste Reibelement und das wenigstens
eine zweite Reibelement aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind,
durch gezielte Auswahl der verschiedenen Aufbaumaterialien dieser
Reibelemente das Kuppelverhalten wesentlich beeinflusst werden.
So wird gemäß einem
bevorzugten Aspekt vorgeschlagen, dass das wenigstens eine zweite
Reibelement einen höheren Reibkoeffizienten
aufweist, als das wenigstens eine erste Reib element. Auf diese Art
und Weise wird erlangt, dass zunächst
Reibelemente mit geringerem Reibkoeffizienten wirksam werden, die,
insbesondere auch in Verbindung mit der in dieser Phase wirksamen
Belagfederung, für
einen sehr sanften Beginn des Einkuppelvorgangs sorgen. Dann, wenn
bereits ein beträchtlicher
Teil des Drehmoments übertragen wird,
werden die anderen Reibelemente wirksam, die nunmehr auf Grund ihres
höheren
Reibkoeffizienten den wesentlichen Anteil des Drehmoments übertragen
werden. Bei dieser Anordnung ist es weiter von Vorteil, wenn das
wenigstens eine zweite Reibelement eine höhere Verschleißfestigkeit
aufweist, als das wenigstens eine erste Reibelement.
Um diese verschiedenen Eigenschaften
bei den verschiedenen Reibelementen erlangen zu können, wird
vorgeschlagen, dass das wenigstens eine erste Reibelement organisches
Reibmaterial umfasst und dass das wenigstens eine zweite Reibelement Sinter-Reibmaterial
oder Keramik-Reibmaterial umfasst.
Vor allem dann, wenn im Bereich der
verschiedenen Reibelemente verschiedene Materialien eingesetzt werden,
wird zum Vermeiden von Unwuchten in einer eine erfindungsgemäße Kupplungsscheibe
aufweisenden Reibungskupplung vorgeschlagen, dass in Umfangsrichtung
um die Kupplungsscheibenachse erste und zweite Reibelemente verteilt
angeordnet sind. Auf diese Art und Weise wird ferner eine über den
Umfang sehr gleichförmige
Verteilung der Drehmomentübertragung
erlangt.
Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein,
dass in Umfansgrichtung um die Kupplunsscheibenachse auf wenigstens
ein erstes Reibelement wenigstens ein zweites Reibelement folgt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante wird vorgeschlagen,
dass das erste und zweite Reibelement abwechselnd aufeinander folgen.
Da im Allgemeinen Kupplungsscheiben
in Reibungskupplungen an beiden axialen Seiten reibmäßig beaufschlagt
werden, wird zur gleichmäßigen Belastung
einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe
vorgeschlagen, dass bezüglich
einer zur Kupplungsscheibenachse im Wesentlichen orthogonalen Ebene
hinsichtlich der Anordnung von ersten und zweiten Reibelementen
die Kupplungsscheibe im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut ist.
Dies bedeutet, dass in einem Umfangsbereich, in welchem an einer
axialen Seite beispielsweise ein erstes Reibelement vorgesehen ist,
auch an der anderen axialen Seite eine erstes Reibelement vorgesehen
ist. Dies hat zur Folge, dass dann, wenn beispielsweise diese ersten
Reibelemente nach vorne versetzt liegen, d.h. bei reibmäßigem Wirksamwerden
früher
in Reibkontakt mit jeweiligen Gegen-Reiborganen treten, als die
anderen Reibelemente, eine Axialabstützung im gleichen Umfangsbereich
zur anderen axialen Seite vorhanden ist.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform
kann auch vorgesehen sein, dass an einem Reibelemententräger an wenigstens
einem Umfangsbereich an einer ersten axialen Seite ein erstes Reibelement
vorgesehen ist und an einer zweiten axialen Seite ein zweites Reibelement
vorgesehen ist und an einem weiteren Umfangsbereich an der ersten
axialen Seite ein zweites Reibelement und an der zweiten axialen
Seite ein erstes Reibelement vorgesehen sind. Insbesondere dann,
wenn bei einer derartigen Anordnung der Reibelemententräger elastisch
verformbar ist, beispielsweise aus einem Blech aufgebaut ist, kann
dann die Axialverlagerbarkeit der an den verschiedenen Reibelementen
vorgesehenen Reiboberflächen
durch die eine Rückstellkraft,
also die Funktion einer Belagsfederung dann bereitstellende Eigenelastizität des Reibelemententrägers vorgesehen
werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft
ferner eine Reibungskupplung, umfassend wenigstens eine erfindungsgemäße Kupplungsscheibe.
Nachfolgend wird die vorliegende
Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert
beschrieben. Es zeigt:
1 eine
Axialansicht einer Kupplungsscheibe;
2 eine
Prinzip-Schnittansicht der in 1 dargestellten
Kupplungsscheibe, geschnitten längs
einer Linie II-II in 1;
3 eine
der 2 entsprechende
Ansicht einer alternativ aufgebauten Kupplungsscheibe.
In 1 ist
eine erfindungsgemäße Kupplungsscheibe 10 in
Axialansicht dargestellt. Die Kupplungsscheibe 10 ist grundsätzlich von
herkömmlichem
Aufbau und weist an einem radial außen liegenden Belagträger 12 eine
Mehrzahl von in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordneten Reibbelagselementen 14, 16 auf.
Nach radial innen hin kann der Belagträger 12 über eine
Torsionsschwingungsdämpferanordnung 18 an
einen Nabenbereich 20 angebunden sein, der wiederum drehfest mit
einer Abtriebswelle, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle
gekoppelt werden kann.
Man erkennt in der 1, dass in Umfangsrichtung aufeinander
folgend Reibbelagselemente 14 und 16 einander
abwechseln. Bei der dargestellten Ausgestaltungsform mit sechs Reibbelagselementen 14, 16 an
einer jeweiligen axialen Seite – bezogen auf
eine Kupplungsachse A – ergibt
sich somit, dass in radialer Richtung, d.h. einer Richtung im Wesentlichen
orthogonal zur Kupplungsachse A, einem jeweiligen ersten Reibbelagselement 14 ein
zweites Reibbelagselement 16 gegenüber liegt. In axialer Richtung
ist bezüglich
einer zur Kupplungsachse A im Wesentlichen orthogonalen Ebene, alo
beispielsweise der Zeichenebene in 1,
eine symmetrische Ausgestaltung vorgesehen, so dass dort, wo an
einer axialen Seite ein erstes Reibbelagselement 14 liegt, auch
an der anderen axialen Seite ein erstes Reibbelagselement 14 liegt,
und dort, wo an der erstgenannten axialen Seite ein Reibbelagselement 16 liegt, auch
an der anderen axialen Seite ein zweites Reibbelagselement 16 liegt.
Man erkennt in 2 weiter, dass
die ersten Reibbelagselemente 14, die eine jeweilige erste
Reibfläche 22 zur
Wechselwirkung mit Gegen-Reiborganen einer Reibungskupplung, in 2 symbolisiert durch eine
an einer axialen Seite vorgesehene Anpressplatte 24, bereitstellen,
bezüglich
jeweiliger Reibflächen 26 der
zweiten Reibbelagselemente 16 in einem Zustand, in welchem
sie reibmäßig noch
nicht beaufschlagt sind, d.h axial nicht belastet sind, einen axialen
Versatz V aufweisen und insofern der durch ein jeweiliges Gegen-Reiborgan, also
beispielsweise der an Anpressplatte 24 bereitgestellten
Gegen-Reibfläche 28,
um diesen Versatz V näherliegen.
Des Weiteren sind die ersten Reibbelagselemente 14 an
dem Reibbelagträger 12 über eine
Belagsfederung 30 getragen, so dass diese ersten Reibbelasgelemente 22 in
der Kupplungscheibe 10 grundsätzlich axial beweglich sind,
und zwar gegen die Rückstellkraft
der Belagsfederung 30. Hier können beispielsweise blattfederartige
Federungselemente am Reibbelagträger 12 und
den Reibbelagselementen 14 angebracht, beispielsweise angenietet sein,
grundsätzlich
können
die Belagsfederungen 30 auch als integraler Bestandteil
des Reibbelagträgers 12 ausgebildet
sein.
Im dargestellten Beispiel sind weiterhin
die zweiten Reibbelagselemente 16 am Reibbelagsträger 12 starr
angebracht, beispielsweise durch Vernietung, Verklebung oder dergleichen,
so dass hier eine Axialbeweglichkeit nicht vorhanden ist.
Bei Durchführung eines Einkuppelvorgangs werden
bedingt durch den in der 2 erkennbaren Versatz
V zunächst
die ersten Reibbelagselemente 14 mit ihren Reibflächen 22 reibend
in Kontakt mit der Gegen-Reibfläche 28 treten.
In dieser Anfangsphase eines Einkuppelvorgangs werden die zweiten
Reibbelagselemente 16 nicht wirksam, so dass in dieser Phase
das Reibverhalten und somit die Einkuppelcharakteristik im Wesentlichen
be stimmt ist durch die Reibcharakteristik der ersten Reibbelagselemente 14 in
Verbindung mit der durch die Belagsfederung 30 bereitgestellten
Federungscharakteristik. Erst dann, wenn bei weiterem axialen Heranbewegen
eines jeweiligen Gegen-Reiborgans 24 der Versatz V beseitigt
ist und beispielsweise ein Zustand erreicht ist, in welchem die
Reibbelagselemente 14 bzw. die Belagsfederungen 30 derselben
im Wesentlichen auf Block gesetzt sind, werden die zweiten Reibbelagselemente 16 mit
ihren Reibflächen 26 reibend
wirksam, so dass das Reibverhalten einer eine derartige Kupplungsscheibe 10 enthaltenden
Reibungskupplung dann bestimmt ist durch eine Überlagerung des Reibverhaltens
der Reibbelagselemente 14 und des Reibverhaltens der Reibbelagselemente 16.
Durch geeignete Auswahl der Aufbaumaterialien für die verschiedenen Reibbelagselemente 14 und 16 wird
es möglich,
eine Kupplungscharakteristik zu erhalten, die an bestimmte Anforderungen
angepasst ist. Besteht beispielsweise die Anforderung darin, am
Beginn eines Anfahrvorgangs, also am Beginn eines Einkuppelvorgangs,
einen vergleichsweise hohen Einkuppelkomfort bereitzustellen, später aber
dann ein relativ hohes Drehmoment übertragen zu können, so
können
beispielsweise die ersten Reibbelagselemente 14 mit einem
Reibmaterial aufgebaut werden, das einen vergleichsweise kleineren
Reibkoeffizienten aufweist, während
die zweiten Reibbelagselemente 16 mit einem Reibmaterial
aufgebaut werden, das einen vergleichsweise größeren Reibkoeffizienten aufweist.
Das Reibmaterial mit dem vergleichsweise kleineren Reibkoeffizienten
erlaubt also am Beginn eines Einkuppelvorgangs ein sanftes, im Wesentlichen
rupffreies Einsetzen des Reibzustands, während dann, wenn bereits ein
gewisses Drehmoment über
eine. derartige Kupplung übertragen
wird, das Reibmaterial mit größerem Reibkoeffizienten wirksam
wird. Da in dieser Phase jedoch der Schlupf bereits geringer ist,
d.h. nur noch eine geringere Drehzahldifferenz zwischen der Kupplungsscheibe 10 und
den Gegen-Reiborganen vorhanden ist, besteht auch dann, wenn das
Reibmaterial mit größerem Reibkoeffizienten
reibend wirksam wird, nur noch eine deutlich geringere Gefahr des
Auftretens von Rupfschwingungen. Gleichwohl wird ab diesem Wirksamwerden
der zwei ten Reibbelagselemente 16 der wesentliche Anteil
des Drehmoments über
diese Reibbelagselemente 16 übertragen, so dass auch das
Kupplungsverhalten im Wesentlichen bestimmt sein wird durch die
Charakteristik dieser zweiten Reibbelagselemente. Reibmaterialien,
die diese vorangehend angesprochene Charakteristik ermöglichen,
umfassen als Reibbelagsmaterialien für die ersten Reibbelagselemente 14 beispielsweise
organische Reibmaterialien. Organische Materialien umfassen Faser-
oder Garnmaterialien, die in einen Reibzement aus Harzen, Kautschuk,
Füllstoffen,
wie Ruß,
Graphit oder Kaulin, eingebettet sind. Die Fasern bzw. Garne können Glasfasern
oder Kohlefasern sein, können
aber auch Polyacrylnitril-(PAN)-Fasern, Aramidfasern, Zellstofffasern
sein. Auch der Einsatz von Drahtmaterialien, wie z.B. Messingdraht oder
Kupferdraht, ist möglich.
Als Reibmaterialien für die
zweiten Reibbelagselemente 16 kommen in diesem Falle sogenannte
Sintermaterialien oder Keramikmaterialien in Frage. Sinterbeläge können eine Metallbasis
aus Kupfer oder Kupferlegierungen oder Eisen oder Eisen-Kupfer-Legierungen
aufweisen. Auch Aluminium, Nickel, Chrom, Molybdän sowie sonstige spröde intermetallische
Phasen, wie z.B. Ni3Sn sowie niedrig schmelzende
Metalle wie Blei, Zinn, Antimon, Wismut können als Basismateriale für derartige
Sinterbeläge
eingesetzt werden. In derartige Sinterbeläge können als Feststoffschmiermittel Graphitpulver,
Kokspulver und MoS2-Pulver zugegeben werden.
Weiter können
als Füllstoffe
Quarzsand oder Bimssand, Tonerde, Mullit, Glimmer, Silicate, Chromkarbide
und Silicatglas eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes
derartiger Materialien ist, dass die zweiten Reibbelagselemente 16,
die den wesentlichen Drehmomentenanteil übertragen werden, auf Grund
dieser Materialauswahl auch aus einem verschleißfesterem Material aufgebaut
sind, so dass der dort auftretende Verschleiß gemindert werden kann und
somit die gesamte Betriebslebensdauer einer derartigen Kupplungsscheibe
verlängert
werden kann.
Eine alternative Ausgestaltungsart
der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe 10 ist
in 3 gezeigt. Man erkennt
hier, dass an dem beispielsweise aus einem scheibenartigen Blechmaterial
gebildeten Reibbelagträger 12 an
einer ersten axialen Seite, welche beispielsweise in der 3 die rechte Seite sein
kann, ähnlich
wie in 1 gezeigt, in
Umfangsrichtung wieder abwechselnd Reibbelagselemente 14 und 16 liegen,
wobei vorzugsweise wieder jeweils auf ein Reibbelagselement 14 ein
Reibbelagselement 16 folgt und umgekehrt. An der zweiten
axialen Seite, also in der 3 beispielsweise
der linken Seite, ist dann jeweils in einem Umfangsbereich, in welchem
an der ersten axialen Seite ein Reibbelagselement 14 liegt,
ein Reibbelagselement 16 vorgesehen und umgekehrt. Man
erkennt in 3 weiterhin,
dass bei der ebenen, scheibenartigen Ausbildung des Reibbelagträgers 12 die
Reibbelagselemente 14 eine größere axiale Dicke aufweisen,
als die Reibbelagselemente 16. Es ergibt sich somit wieder
eine Anordnung, bei welcher an beiden axialen Seiten die an den
Reibbelagselementen 14 bereit gestellten Reibflächen 22 axial
bezüglich
der Reibflächen 26 an
den Reibbelagselementen 16 vorspringen, und zwar um den
Versatz V. D.h., bei einem Einkuppelvorgang treten an beiden axialen
Seiten zunächst
die Reibflächen 22 der
Reibbelagselemente 14 in Kontakt mit einer zugeordneten
Reibfläche
eines Gegen-Reiborgans. Unter der Beaufschlagung beispielsweise durch
eine Membranfeder oder einen sonstigen Kraftspeicher wird dann der
Reibbelagträger 12 beim weiteren
Einkuppeln elastisch verformt, so dass er eine in Umfangsrichtung
wellenartige Struktur annimmt, bis letztendlich auch die Reibflächen 26 der Reibbelagselemente 16 in
Kontakt mit den zugehörigen
Gegen-Reiborganen. Dabei erfüllt
dann der Reibbelagträger 12 mit
seiner Eigenelastizität
die Funktion einer Belagsfederung und ermöglicht, dass zunächst wieder
die beispielsweise aus den vorangehend angegebenen Materialien aufgebauten
Reibbelagselemente 14 reibend wirksam werden und erst nach
einem bestimmten Einrückweg,
dann die anderen Reibbelagselemente 16 wirksam werden.
Auch auf diese Art und Weise kann der eingangs geschilderte gestaffelte
Einrückbetrieb
erhalten werden.
Diese Ausgestaltungsform ist sehr
einfach und kostengünstig
aufzubauen. Selbstverständlich kann
auch hier die Anbindung der verschiedenen Reibbelagselemente 14 oder/und 16 über Belagfederungen
erfolgen. Auch dadurch lässt
sich das Reibverhalten ebenso beeinflussen, wie durch entsprechende
Auswahl der Aufbaumaterialien der Reibbelagselemente 14, 16.
Es ist selbstverständlich,
dass die erfindungsgemäße Kupplungsscheibe
in verschiedensten Bereichen bezüglich
der vorangehend beschriebenen und der in den 1 und 2 dargestellten
Variante abgeändert
werden kann. So können
beispielsweise mehr erste Reibbelagselemente 14 als zweite Reibbelagselemente 16 vorgesehen
sein, oder umgekehrt. Auch kann die Umfangsstaffelung anders sein,
wobei in jedem Falle zum Vermeiden von Unwuchten auf eine symmetrische
Verteilung geachtet werden muss. Des Weiteren können selbstverständlich auch
diejenigen Reibbelagselemente, die erst später reibend wirksam werden,
unter Einsatz einer Belagsfederung an den Reibbelagträger 12 angebunden
sein. Grundsätzlich
ist es auch möglich,
die ersten Reibbelagselemente 14 und die zweiten Reibbelagselemente 16 aus
den gleichen Materialien aufzubauen, wobei durch das zeitlich versetzte
Wirksamwerden dieser beiden Gruppen von Reibbelagselementen 14 und 16 ebenfalls
eine gestufte Reibcharakteristik erlangt werden kann