DE19814831A1

DE19814831A1 - Selbstverstärkende Drehmoment-Übertragungseinrichtung, insbesondere Reibungskupplung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19814831A1
Application number: DE1998114831
Authority: DE
Inventors: Gerd Brunken
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2018-04-03
Also published as: DE19814831C2; BR9901190A

Abstract

Eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung, insbesondere eine Reibungskupplung für Kraftfahrzeuge, mit einem Primärteil (1) und einem mit einer äußeren Stellkraft beaufschlagten, mindestens ein mit Reibbelägen (4, 9) versehenes Übertragungselement (40) auf das Primärteil (1) pressendes Sekundärteil (2) zeichnet sich dadurch aus, daß die Anpreßkraft des Übertragungselements (40) bei konstanter Stellkraft vom zu übertragenden Drehmoment abhängig ist und sich proportional hierzu verändert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung, insbesondere eine Reibungskupplung für Kraftfahrzeuge, mit einem Primärteil und einem mit einer äußeren Stellkraft beaufschlag ten, mindestens ein mit Reibbelägen versehenes Übertragungsele ment auf das Primärteil pressendes Sekundärteil, bzw. eine Dreh moment-Übertragungseinrichtung mit mindestens aus einem Primär teil und einem Sekundärteil bestehenden Antriebsseite, einer aus verschiedenen Bauteilen bestehenden Abtriebsseite und mindestens einem Übertragungselement, mittels dessen ein Kraftfluß von der Antriebsseite zur Abtriebsseite herstellbar ist.

Eine solche Drehmoment-Übertragungseinrichtung ist hinlänglich, beispielsweise aus der DE 39 40 917 A1, bekannt. Die darin of fenbarte Reibungskupplung überträgt das Drehmoment mittels einer mit der Getriebeeingangswelle verbundenen, radial außen beidsei tig mit Reibbelägen versehenen Kupplungsscheibe, die von einer Anpreßplatte auf das Schwungrad einer Brennkraftmaschine gepreßt wird. Die Anpreßplatte wird über eine Membranfeder mit einer äußeren Stellkraft beaufschlagt. Die von der Membranfeder aufge brachte Stellkraft bestimmt das übertragbare Drehmoment. Wird die Membranfeder von der Anpreßplatte abgehoben, löst sich die Anpreßplatte und das übertragbare Drehmoment wird gegebenenfalls bis auf Null reduziert. Ein konstruktiv nicht vermeidbarer Un rundlauf der Brennkraftmaschine bewirkt Drehmomentschwankungen und Drehmomentspitzen, die übertragen werden müssen, ohne daß die Kupplung dabei durchrutscht, was zu erhöhtem Verschleiß führen würde. Ähnliches gilt beim Beschleunigen einer drehmo mentstarken Brennkraftmaschine oder beim Anfahren eines Fahr zeugs im hohen Gang. Folglich muß die von der Membranfeder auf zubringende Anpreßkraft entsprechend groß sein, was im Grunde genommen zu einer Überdimensionierung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erläuter te Drehmoment-Übertragungseinrichtung zur Vermeidung der be schriebenen Nachteile zu verbessern, so daß insbesondere Tor sionsschwingungen gedämpft und die Betätigung komfortabler wird.

Zur Lösung der Aufgabe zeichnet sich eine gattungsgemäße Drehmo ment-Übertragungseinrichtung dadurch aus, daß die Anpreßkraft des Übertragungselements bei konstanter Stellkraft vom zu über tragenden Drehmoment abhängig ist und sich proportional hierzu verändert.

Bei einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung mit einer minde stens aus einem Primärteil und einem Sekundärteil bestehenden Antriebsseite, einer aus verschiedenen Bauteilen bestehenden Abtriebsseite und mindestens einem Übertragungselement mittels dessen ein Kraftfluß von der Antriebsseite zur Abtriebsseite herstellbar ist, erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß bei einer auf das Primärteil, das Sekundärteil und das Übertragungs element wirkenden konstanten Stellkraft, die sich zwischen dem Primärteil, dem Übertragungselement und dem Sekundärteil auf bauende Flächenpressung von zu übertragenden Drehmoment abhängig ist und sich hierzu proportional verändert.

Durch diese Ausgestaltung ist die Drehmoment-Übertragungsein richtung selbstverstärkend. Treten Drehmomentspitzen (Torsions schwingungen) auf, wird die Anpreßkraft der Übertragungselemente entsprechend erhöht, wodurch ein Durchrutschen sicher vermieden wird.

Vorteilhaft ist es, wenn das Primärteil und das Sekundärteil mindestens eine im Querschnitt konische Ringnut aufweisen und die dem Konus der Ringnuten jeweils angepaßten Reibbeläge des mindestens einen Übertragungselements in die jeweilige Ringnut eingreifen und das Übertragungselement in Umfangsrichtung schwenkbar gelagert ist.

Der Winkel α des Konus der Reibbeläge liegt vorzugsweise zwi schen 5° und 60°, insbesondere vorzugsweise zwischen 10° und 30°.

Treten Torsionsschwingungen auf - und diese sind bei einer Brennkraftmaschine konstruktionsbedingt immer vorhan den - schwenkt das mindestens eine Übertragungselement in Drehrichtung und verkantet sich innerhalb der konischen Nut, wodurch seine radiale Wirkfläche auf der radial äußeren Seite mit dem in Dreh richtung hinteren Bereich gegen die Seitenfläche der Ringnut gepreßt und mit seiner radial inneren Fläche mit der in Dreh richtung vorderen Seite an die gegenüberliegende Seitenfläche der Ringnut gepreßt wird. Je stärker die Torsionsschwingungen sind, umso größer ist der Schwenkwinkel des Übertragungselements und dadurch die Kraft, mit der die Reibflächen radial angepreßt werden, ohne daß es einer Erhöhung der Stellkraft bedarf.

Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Reibbeläge axial am Grund der Ringnuten anliegen und zwischen den Reibbelägen und den Ringnuten in radialer Richtung Spiel in Form eines Spaltes vorgesehen ist. Dadurch ist, wenn die Erfindung als Reibungs kupplung verwendet wird, das Ein- und Auskuppeln erleichtert und sichergestellt, daß beim Einkuppeln nicht sofort ein Reibschluß zwischen Übertragungselement und Primär- bzw. Sekundärseite erfolgt. In der Grundstellung (eingekuppelt, Motor steht) können aber über die axiale Wirkfläche dennoch Reibkräfte übertragen werden, so daß es möglich ist, ein mit der Drehmoment-Übertra gungseinrichtung ausgerüstetes Fahrzeug anzuschleppen oder anzu schieben. Sowie die ersten Torsionsschwingungen auftreten, fin det das eingangs beschriebene Verkanten des Übertragungselements statt.

Zur Erhöhung des übertragbaren Drehmoments können eine Mehrzahl zueinander radial versetzte Ringnuten sowohl im Primärteil als auch im Sekundärteil vorgesehen sein. Dadurch kann die notwendi ge Stellkraft weiter reduziert werden.

Vorzugsweise sind die Reibbeläge des Übertragungselements für die Primärseite und die Sekundärseite im Querschnitt spiegelsym metrisch ausgebildet. Hierdurch wird die Herstellung verein facht.

Bei einer im Querschnitt unsymmetrischen Ausbildung der Reibbe läge ist es möglich, die Oberfläche (Wirkfläche) der Reibbeläge für den Primärteil und den Sekundärteil unterschiedlich groß auszubilden und damit entsprechend der Wärmespeicherkapazität der benachbarten Bauteile anzugleichen. Dies kann erreicht wer den, indem die axiale Stärke der Reibbeläge für den Primärteil und den Sekundärteil unterschiedlich groß gewählt wird.

Vorzugsweise sind eine Mehrzahl von Übertragungselementen in Umfangrichtung hintereinander angeordnet. Die Übertragungsele mente können dann die Reibscheibe einer Reibungskupplung bilden. Um eine Kühlung der Reibscheibe während des Betriebes zu gestat ten ist es vorteilhaft, wenn zwischen den Übertragungselementen Hohlräume vorgesehen sind, die von der Umgebungsluft durchströmt werden können.

Die eine Reibscheibe bildenden Übertragungselemente sind vor zugsweise auf einer mit der Getriebeeingangswelle verbundenen Mitnehmerscheibe angeordnet. Diese Mitnehmerscheibe kann zum Ausgleich eines Mittenversatzes in Umfangsrichtung steif und in radialer Richtung elastisch ausgebildet sein.

Um ein sicheres Verschwenken des Übertragungselements zu errei chen, liegt der Schwenkpunkt bezogen auf die Umfangsrichtung bzw. die Drehrichtung außermittig. Zur Anpassung der Klemmkraft liegt der Schwenkpunkt des Übertragungselements außerdem radial außerhalb der durch die Reibbeläge gebildeten Wirkfläche, wobei die Exzentrizität abhängig ist, von dem notwendigen Schwenkwin kel.

Durch eine entsprechende Bemessung des Mittenversatzes, das heißt dem Versatz, mit dem die Übertragungselemente bezogen auf die Mitte der Reibbeläge an den Blechen befestigt sind, kann ein Durchrutschen der Kupplung im Schiebebetrieb bewirkt werden. Abhängig vom Mittenversatz verstärkt sich die Aufstützung des Übertragungselements bei einer Drehrichtung bezogen auf die Abtriebsseite. Bei Umkehrung des Drehrichtungsverhältnisses ist der Aufstützeffekt und damit das übertragbare Moment dann ge ringer. Eine solche Auslegung hat die vorteilhafte Wirkung, daß bei (meist ungewolltem) Herunterschalten des Getriebes in eine höhere Untersetzungsstufe bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit der Motor nicht auf Überdrehzahl gebracht und nicht den damit ein hergehenden hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt wird.

Die Erfindung kann beispielsweise auch bei einer Scheibenbremse oder dergleichen eingesetzt werden.

Mit Hilfe einer Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine als Reibungskupplung ausgestaltete Drehmo ment-Übertragungseinrichtung im oberen Quer schnitt in vereinfachter Darstellung;

Fig. 2 die Draufsicht auf die Kupplungsscheibe gemäß Sichtpfeil II nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Übertragungselement im Querschnitt;

Fig. 4 eine die geometrischen Verhältnisse des Übertra gungselements verdeutlichende Skizze;

Fig. 5 den Schnitt entlang der Linie V-V nach Fig. 4.

Die Drehmoment-Übertragungseinrichtung kann als Reibungskupplung oder beispielsweise als Scheibenbremse verwendet werden. Nach folgend soll sie anhand einer Reibungskupplung erläutert werden.

Wie Fig. 1 zeigt, ist das Primärteil 1 über die Schraube 11 drehfest mit dem Schwungrad 10 einer hier nicht näher darge stellten Brennkraftmaschine verbunden. Drehfest, aber in axialer Richtung beweglich, ist die Anpreßplatte 2 als Sekundärteil mit dem Primärteil 1 verbunden. Über eine Membranfeder 3 wird die Anpreßplatte 2 mit einer äußeren Stellkraft belastet. Zwischen dem Primärteil 1 und der Anpreßplatte 2 ist eine Kupplungsschei be 21 vorgesehen, die radial außen beidseitig mit Reibbelägen 4, 9 versehen ist, die an einer Mehrzahl von Übertragungselementen 40 ausgebildet sind. Die Übertragungselemente 40 sind schwenkbar an der aus zwei Scheiben 6, 8 gebildeten, mit einer Torsions dämpfungseinrichtung 7 versehenen Mitnehmerscheibe 12 verbunden, die wiederum drehfest mit einer Getriebeeingangswelle (wie bei 13 angedeutet) verbunden ist.

Das Primärteil 1 und die Anpreßplatte 2 sind mit im Querschnitt konischen Ringnuten 15, 16 versehen, die zueinander radial be abstandet sind. Dem Konus der Ringnuten 15, 16 angepaßt, sind auch die Reibbeläge 4, 9 konisch ausgebildet. Der Konuswinkel α beträgt zwischen 10° und 30°, vorzugsweise um 15°. Die Reibbelä ge 4, 9 sind auf zwei Scheiben 17, 18 aufgebracht, insbesondere aufgesintert, die mit mehreren Löchern 22, 23 versehen sind, um die Verbindung zwischen den Reibbelägen 4, 9 und den Scheiben 17, 18 zu erhöhen. Die Reibbeläge 4, 9 bilden zusammen mit den Scheiben 17, 18 das Übertragungselement 40. In der in Fig. 3 gezeigten Nullage (keine Bewegung des Primärteils 1) ist radial zwischen den Reibbelägen 4, 9 und der zugehörigen Ringnut 15, 16 ein Spalt 24 vorhanden. Axial liegen die Reibbeläge 4, 9 am Nutgrund 19, 20 an.

Die Übertragungselemente 40 sind mit den Blechen 6, 8 im Gelenk 5, das den Schwenkpunkt P bildet, über Nieten oder dergleichen beweglich verbunden. Sie sind in einer solchen Anzahl vorhanden, daß sie eine Reibscheibe bilden. Zwischen den einzelnen Über tragungselementen 40 ist ein Hohlraum 14 vorgesehen, der ein Durchströmen mit Luft gestattet, so daß eine Innenkühlung der Reibscheibe gegeben ist. In Umfangsrichtung D, die gleichzeitig auch die Drehrichtung ist, sind die Übertragungselemente 40 bezogen auf die Mitte M der Reibbeläge 4, 9 mit dem Versatz a schwenkbar an den Blechen 6, 8 befestigt. Dadurch wird das Ver kippen der Übertragungselemente 40 in Drehrichtung D erleich tert. Die Exzentrizität e vom Schwenkpunkt P zur Mitte des Wirk radius r_m bestimmt ebenfalls das Maß der Kippbewegung der Über tragungselemente 40 und damit die Krafterhöhung bei konstanter, von der Membranfeder 3 aufgebrachter Stellkraft.

Durch eine entsprechende Bemessung des Mittenversatzes a (vgl. Fig. 4) kann ein Durchrutschen der Reibungskupplung im Schiebe betrieb bewirkt werden. Abhängig von der Größe des Mittenver satzes verstärkt sich die Aufstützung des Übertragungselements 40 bei einer Drehrichtung gemäß Sichtpfeil D bezogen auf die Abtriebsseite. Bei Umkehrung des Drehrichtungsverhältnisses ist der Aufstützeffekt und damit das übertragbare Moment T dann geringer. Eine solche Auslegung hat die vorteilhafte Wirkung, daß bei einem versehentlichen Herunterschalten des Getriebes in eine hohe Untersetzungsstufe bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit der Motor nicht auf Überdrehzahlen gebracht und nicht der damit einhergehenden hohen mechanischen Belastung ausgesetzt wird.

Die bei einem Verschwenken der Übertragungselemente 40 auf die radial äußere Seite der Ringnuten 15, 16 übertragbare Anpreß kraft F_p ist in Fig. 4 gekennzeichnet. Die Reaktionskraft F, die im Schwenkpunkt P angreift und das Verschwenken der Über tragungselemente 40 bewirkt, bildet sich aus dem Quotienten von Drehmoment T und dem Radius R des Schwenkpunkts P. Das übertrag bare Drehmoment T ermittelt sich gemäß der Formel

T = Σ p_i × A_i × r_i,

wobei p = Flächenpressung, A = Flächenelement und r = korrespon dierender Radius zu A ist. Die Anpreßkraft ist bekanntlich das Produkt aus Flächenpressung und Reibfläche. Wie Fig. 3 zeigt, kann die axiale Stärke t₁, des dem Primärelement 1 zugehörigen Reibbelages 9 größer gewählt werden als die axiale Stärke t₂ des der Anpreßplatte 2 zugeordneten Reibbelages 4. Dadurch kann die Wirkfläche nach der Wärmespeicherkapazität der Bauteile aus ge richtet werden.

Anstatt wie in der Zeichnung dargestellt drei zueinander radial versetzte Ringnuten 15, 16 vorzusehen, können auch weniger oder mehr realisiert werden, je nach dem welches maximale Drehmoment übertragen können werden soll.

Bezugszeichenliste

1

Primärteil

2

Anpreßplatte Sekundärteil

3

Feder/Membranfeder

4

Belag/Reibbelag

5

Gelenk

6

Scheibe

7

Torsionsdämpfungseinrichtung

8

Scheibe

9

Belag/Reibbelag

10

Schwungrad

11

Schraube

12

Mitnehmerscheibe

13

Getriebeeingangswelle

14

Hohlraum

15

Ringnut

16

Ringnut

17

Blech

18

Blech

19

Nutgrund

20

Nutgrund

21

Kupplungsscheibe/Reibscheibe

22

Bohrung

23

Bohrung

24

Spalt

40

Übertragungselement
Ai Flächenelement
a Mittenversatz
e Exzentrizität
r_m

Wirkradius
t₁

Stärke/Belagstärke
t₂

Stärke/Belagstärke
D Umfangsrichtung/Drehrichtung
F Umfangskraft
F_p

Anpreßkraft
M Mitte
P Schwenkpunkt
R Schwenkradius
r_i

korrespondie render Radius
α Konuswinkel
T Moment

Claims

1. Drehmoment-Übertragungseinrichtung mit einem Primärteil (1) und einem mit einer äußeren Stellkraft beaufschlagten, mindestens ein mit Reibbelägen (4, 9) versehenes Übertra gungselement (40) auf das Primärteil (1) pressendes Sekun därteil (2) dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft des Übertragungselements (40) bei konstanter Stellkraft vom zu übertragenden Drehmoment abhängig ist und sich proportional hierzu verändert.

2. Drehmoment-Übertragungseinrichtung mit einer mindestens aus einem Primärteil (1) und einem Sekundärteil (2) bestehenden Antriebsseite, einer aus verschiedenen Bauteilen (6, 8, 12) bestehenden Abtriebsseite und mindestens einem Übertragungselement (40), mittels dessen ein Kraftfluß von der Antriebsseite zur Abtriebsseite herstellbar ist, da durch gekennzeichnet, daß bei einer auf das Primärteil (1), das Sekundärteil (2) und das Übertragungselement (40) wir kenden konstanten Stellkraft, die sich zwischen dem Primär teil (1), dem Übertragungselement (40) und dem Sekundärteil (2) aufbauende Flächenpressung vom zu übertragenden Dreh moment abhängig ist und sich hierzu proportional verändert.

3. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärteil (1) und das Sekundärteil (2) mindestens eine im Querschnitt konische Ringnut (15, 16) aufweist und die dem Konus der Ringnut (15, 16) jeweils angepaßten Reibbeläge (4, 9) des minde stens einen Übertragungselements (40) in die jeweilige Ringnut (15, 16) eingreifen, und daß das Übertragungsele ment (40) in Umfangsrichtung (D) schwenkbar gelagert ist.

4. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibbeläge (4, 9) axial am Grund (19, 20) der Ringnuten (15, 16) anliegen und zwischen den Reibbelägen (4, 9) und den Ringnuten (15, 16) in radialer Richtung ein Spalt (24) vorgesehen ist.

5. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl zueinander radial ver setzte Ringnuten (15, 16) vorgesehen sind.

6. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibbeläge (4, 9) des Übertragungselements (40) im Querschnitt spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.

7. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Übertragungselementen (40) in Umfangs richtung (D) angeordnet sind.

8. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente (40) eine Reibscheibe (21) bilden.

9. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkpunkt (P) des Über tragungselements (40) radial außerhalb der durch die Reib beläge (4, 9) gebildeten Wirkfläche liegt.

10. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkpunkt (P) des Über tragungselements (40) bezogen auf die Umfangsrichtung (D) außermittig liegt.

11. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) des Konus zwischen 5° und 60° beträgt.

12. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 11, da durch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) des Konus zwischen 10° und 30° beträgt.

13. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Stärke (t₁, t₂) der Reibbeläge (4, 9) unterschiedlich ist.

14. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Reibbeläge (4, 9) für den Primärteil (1) und den Sekundärteil (2) unterschiedlich groß ist.

15. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Übertragungselementen (40) Hohlräume (14) zur Durchströmung mit Luft vorgesehen sind.

16. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente (40) auf einer mit der Getriebeeingangswelle (13) verbundenen Mitnehmerscheibe (12) angeordnet sind.

17. Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 16, da durch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (12) in Umfangsrichtung (D) steif und in radialer Richtung elastisch ist.

18. Verwendung einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche als Rei bungskupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei der Primärteil (1) das Schwungrad (10) einer Brennkraftmaschine oder mit diesem fest verbunden und der Sekundärteil (2) die von einer Feder (3) beaufschlagte Anpreßplatte ist.