DE19510832A1 - Drehmomentübertragungseinrichtung mit maximalem Federvolumen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentübertragungseinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Drehmomentübertragungseinrichtungen dieser Art werden beispielsweise in Kupplungsscheiben von Reibungskupplungen von Kraftfahrzeugen verwendet. Eine prinzipielle Darstellung ist der Fig. 1 der Offenlegungsschrift 33 06 281 zu entnehmen. Drehmomentübertragungseinrichtungen dieser Art sind auch in anderen Anwendungsfällen üblich. Die dienen der Torsionsfederung innerhalb von Antriebssträngen von Brennkraftmaschinen, wobei sie die negativen Auswirkungen des ungleichförmigen Antriebs mildern.

Die Einbauräume solcher Drehmomentübertragungseinrichtungen sind in vielen Fällen durch konstruktive Gegebenheiten vorgegeben. Die weitverbreiteten und gut beherrschbaren Schraubenfedern sind nicht immer günstig in die vorgegebenen Bauräume zu integrieren.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einer Drehmomentübertragungseinrichtung mit Schraubenfedern eine optimal Abstimmung zwischen vorhandenem Bauraum und den gewünschten Federkraftverläufen zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Hauptanspruch gelöst. Durch die Anordnung von zumindest einer Schraubenfeder mit einem Verhältnis von Außendurchmesser D_a zur Länge L₀ in ungespanntem Zustand von gleich oder größer 0,7 ist es möglich, einen vorhandenen Bauraum optimal zu nutzen und dabei den größtmöglichen Energieinhalt im Hinblick auf den Bauraum zu erzielen.

Ein weiterer Vorschlag bei einer Kupplungsscheibe besteht darin, daß die Schraubenfeder (n) im wesentlichen über den Lastbereich, zumindest im Zugbetrieb wirksam ist (sind). Der größte Energieinhalt wird insbesondere bei Verwendung einer Kupplungsscheibe im Kraftfahrzeug im Zugbetrieb benötigt, wenn die Brennkraftmaschine das Fahrzeug mit Maximalleistung antreibt. Im Schubbetrieb - beim Antrieb der Brennkraftmaschine durch die Masse des Fahrzeugs - sind niedrigere Maximalwerte des Drehmomentes zu übertragen.

Es wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Feder (n) etwa über 70% des Verdrehwinkels des Zugbetriebes wirksam ist (sind). Es ist durchaus möglich, daß über den Verdrehwinkel mehrere Federeinrichtungen parallel oder nacheinander zum Einsatz kommen (z. B. Leerlauffedereinrichtung mit sehr flacher Federkennlinie), so daß die Federn mit dem maximalen Energieinhalt erst nach einer solchen Vorstufe zum Einsatz kommen und dann in jedem Fall bis zum Endanschlag wirksam sind. Auch hier ist es so, daß im Schubbetrieb die maximalen Drehmomente niedriger liegen können als im Zug betrieb und hier entweder ohne diese Federn mit dem maximalen Energieinhalt ausgekommen werden kann oder diese auch nur über einen relativ kleinen Verdrehwinkel wirksam sind.

Ein guter Kompromiß zwischen maximalem Energieinhalt und Bauraum kann erzielt werden, wenn die Feder (n) ein Verhältnis von Außendurchmesser D_a zur Länge L₀ im Bereich von 0,9, bis 1,5 aufweist (aufweisen). Bei diesen Abmessungen ist ein günstiges Verhältnis zwischen benötigtem Bauraum und praktikabler Ausführung einer Schraubenfeder zu treffen, wobei beispielsweise berücksichtigt ist, daß jede Feder Endwindungen besitzt, die nicht vollständig zur Feder herangezogen werden können.

Der vorgesehene Bauraum ist zumindest theoretisch am besten genutzt, wenn das gesamte Volumen innerhalb der Feder zur Federarbeit herangezogen wird. Aus diesem Zweck wird vorgeschlagen, das jede der Federn mit mindestens einer konzentrisch angeordneten Innenfeder versehen ist. Dabei kann der Innenraum ohne weiteres durch zusätzliche Innenfedern vorteilhaft genutzt werden.

Die Drehrichtung der Windungen wird bei der Anordnung von Innenfedern so ausgelegt sein, daß sie der jeweiligen äußeren Feder entgegengesetzt ist. Dadurch entgeht man der Gefahr der gegenseitigen Behinderung der Federwindungen beim Einfedern.

Die Erfindung wird anschließend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 prinzipielle Darstellung der Festlegung eines Bauraumes für Schraubenfedern;

Fig. 2 der im wesentlichen maßstabsgerechte Schnitt durch ein Schraubenfedernpaket;

Fig. 3 die Ansicht einer Kupplungsscheibe mit der Anordnung von mehreren am Umfang verteilten Federpaketen;

Fig. 4 die Zug-Schubkennlinie einer Kupplungsscheibe gemäß Fig. 3.

Wie aus dem Stand der Technik ersichtlich, bestehen einfache Drehmomentübertragungseinrichtungen in Kupplungsscheiben aus einem Satz konzentrisch zur Drehachse angeordneter Schraubenfedern, die von einem Eingangsteil angesteuert werden und das Drehmoment auf ein Ausgangsteil weiterleiten, wobei in den Eingangsteilen und den Ausgangsteilen korrespondierende Fenster angeordnet sind. Der für die Anordnung dieser Federn vorgesehene Bauraum ergibt sich in Achsrichtung im wesentlichen durch weitere Bauteile des Antriebsstranges (z. B. Schwungrad der Kurbelwelle auf der einen Seite sowie Getriebe bzw. Ausrückelemente auf der anderen Seite) und in radialer Richtung im wesentlichen durch die Reibbeläge einerseits sowie die Nabe und eventueller Reibeinrichtung zwischen den Ein- und Ausgangsteilen andererseits. Es ist auch möglich, daß der Bauraum nach radial innen hin durch Bauteile eines Leerlaufdämpfers eingeschränkt ist. Es ergibt sich somit entsprechend Fig. 1 ein prinzipiell rechteckiger Bauraum 6, der konzentrisch zur Drehachse 5 umlaufend angeordnet ist. Die günstigste Anordnung im Hinblick auf einen maximalen Energieinhalt wäre rein theoretisch eine Feder, die den gesamten Bauraum 6 ausfüllt. Damit wäre der maximale Energieinhalt des zur Verfügung stehenden Raumes ausgefüllt. In der Praxis sind Federelemente mit einer solchen Querschnittsform nicht zu realisieren. Eine praktikable und gut beherrschbare Bauform ist die zylindrische Schraubenfeder. Eine solche Schraubenfeder würde innerhalb des Bauraumes 6 den zylindrischen Federraum 7 maximal aufweisen können. Dabei sollte das Federvolumen möglichst über den gesamten zylindrischen Federraum 7 sich erstrecken. Eine solche Ausführung ist beispielsweise gegenüber der öfter praktizierten Lösung von zwei Sätzen Schraubenfedern radial übereinander innerhalb des Bauraumes 6 bezüglich des möglichen Energieinhaltes deutlich günstiger.

In Fig. 2 ist der Längsschnitt durch ein Federelement dargestellt, welches entsprechend Fig. 3 in mehrfacher Ausführung in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet ist. Dabei ist eine Schraubenfeder 8 mit maximalem Durchmesser vorgesehen, die ein Verhältnis von D_a zu L₀ von gleich oder kleiner 0,7 aufweist. In einer praktikablen Ausbildung mit Endwindungen, die nicht mehr komplett zu Federarbeit beitragen, wird sich ein Verhältnis von D_a zu L₀ ergeben, welches etwa in der Größenordnung von 0,9 bis 1,5 angesiedelt ist. Um das Federvolumen möglichst gut zu nutzen sind innerhalb der Schraubenfeder 8 eine weitere Schraubenfeder 9 sowie eine Schraubenfeder 10 mit kleineren Durchmessern angeordnet, wobei die Drehrichtung der Windungen jeweils abwechselnd in die eine oder die andere Richtung zeigt. Dadurch wird vermieden, daß sich die einzelnen Federwindungen bei Kompression gegenseitig beeinträchtigen. Die in Fig. 3 dargestellte Kupplungsscheibe 1 in Seitenansicht ist prinzipiell entsprechend dem angezogenen Stand der Technik aufgebaut. Im radial äußeren Bereich befinden sich die Reibbeläge 2, die beispielsweise mit zwei axial beabstandeten Deckblechen 4 in Verbindung stehen, wobei zwischen den beiden Deckblechen 4 eine Nabenscheibe angeordnet ist, die in der Nabe 3 mündet. In der Nabenscheibe und in den Deckblechen sind Fenster 11 angeordnet, die möglichst gleichmäßig am Umfang verteilt sind, und welche die Federn 8, 9, 10 aufnehmen. Der prinzipielle Drehmomentverlauf bei Drehmomentbeaufschlagung einer solchen Kupplungsscheibe 1 ist in Fig. 4 dargestellt. In der Fig. 4 ergibt sich eine durchlaufende Drehmomentkurve im Zugbereich mit ansteigender Kraft bzw. Moment über dem Verdrehwinkel. Dabei wird davon ausgegangen, daß von der Ruhestellung aus sämtliche Federn gleichmäßig im Zugbetrieb beaufschlagt werden. Damit kann einerseits ein sehr hohes Enddrehmoment trotz kleinen Bauraums verwirklicht werden oder eine sehr flache Federkennlinie, wobei diese flache Federkennlinie zunehmend an Bedeutung gewinnt. Sie entkoppelt in weit besserem Maß den Antriebsstrang von den Ungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine. Bei Beaufschlagung der Kupplungsscheibe 1 in Schubrichtung muß - bei gleichem Verdrehwinkel wie im Zugebetrieb - nicht das gleiche hohe Enddrehmoment erzielt werden, so daß hier beispielsweise nur eine Teil der Schraubenfedern 8-10 zum Einsatz kommen, was durch die Größe der Fenster 11 in Umfangsrichtung leicht verwirklicht werden kann. In den Figuren dargestellt ist eine Ausführungsform bei welcher, ausgehend von der neutralen Stellung, erst ein Teil der Federn 8-10 und dann wieder sämtliche Federn 8-10 zur Wirkung kommen. Es ist natürlich auch möglich, in die Kupplungsscheibe 1 eine Leerlauffedereinrichtung vorzusehen, welche von der belastungsfreien Lage ausgehend in Zug- und in Schubrichtung für einen sehr flachen Federkennlinienverlauf in einem vorgesehenen Verdrehwinkelbereich sorgt. Anschließend an diesen Leerlaufbereich wird dann zumindest in Zugrichtung das gesamte zur Verfügung stehende Federvolumen zum Einsatz kommen, um einen großen Verdrehwinkel mit flacher Federkennlinie bzw. ein maximales Moment im Endbereich des Verdrehwinkels zu erzielen.

Mit der beschriebenen Ausbildung von Torsionsfedern ist es möglich, größere Energieinhalte und Endmomente und/oder bessere Federkennlinien zu erzielen und zwar mit einer einfachen Bauform. Damit können beispielsweise Reihenschaltungen von Federsätzen bzw. zweireihige Federsätze radial übereinander oder axial nebeneinander umgangen werden.

Claims (6)

1. Drehmomentübertragungseinrichtung wie beispielsweise Kupplungsscheibe für eine Kraftfahrzeugreibungskupplung, umfassend wenigstens ein konzentrisch zu einer Drehachse angeordnetes Eingangsteil, wenigstens ein ebenfalls konzentrisch angeordnetes Ausgangsteil, wobei beide Teile bei Drehmomentbeaufschlagung relativ zueinander verdrehbar sind, gegen die Kraft von in Fenstern beider Teile eingesetzten Federelemente, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Schraubenfeder (8) vorgesehen ist, die ein Verhältnis von Außendurchmesser D_a zu Länge L₀ im ungespannten Zustand von gleich oder größer 0,7 aufweist.

2. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (n) (8, 9, 10) im wesentlichen über den Lastbereich zumindest im Zugbetrieb wirksam ist (sind).

3. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (n) (8, 9, 10) etwa über 70% des Verdrehwinkels des Zugbetriebes wirksam ist (sind).

4. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (n) (8, 9, 10) ein Verhältnis von Außendurchmesser (D_a) zu Länge (L₀) im Bereich von 0,9 bis 1,5 aufweist (aufweisen).

5. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Federn (n) mit mindestens einer konzentrisch angeordneten Innenfeder (9, 10) versehen ist.

6. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung der Windungen entgegengesetzt gerichtet ist.