DE3141007C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Kupplung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art. Es ist bekannt, eine solche schwingungsdämpfende Kupplung, im folgenden als Torsionsdämpfer bezeichnet, zwischen den Bestandteilen einer Reibkupplung zu verwenden, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, wobei eines dieser koaxialen Teile eine Reibscheibe trägt, die dazu bestimmt ist, gemeinsam mit einer ersten Welle zu drehen, praktisch einer Antriebswelle, im Falle eines Kraftfahrzeugs die Motorabtriebswelle, während das andere der koaxialen Teile von einer Nabe gehalten wird, die gemeinsam mit einer zweiten Welle, d. h. einer getriebenen Welle, dreht, im Falle eines solchen Kraftfahrzeugs die Eingangswelle für ein Getriebe.

Eine solche Vorrichtung gestattet eine gesteuerte Übertragung des Drehmoments von einem der koaxialen Teile auf das andere. Hierdurch werden die Vibrationen, die in der gesamten kinematischen Kette, in der die Vorrichtung eingesetzt ist, entstehen können und welche im Falle eines Kraftfahrzeuges von dem Motor zu den Achsen der Räder übertragen werden, gedämpft.

Insbesondere bei bestimmten Anwendungsgebieten ist bei der Ausbildung einer solchen schwingungsdämpfenden Kupplung eine doppelte Anforderung zu beachten, nämlich einerseits die Übertragung eines mittleren Drehmoments bei möglichst großem Verdrehwinkelweg sicherzustellen, was normalerweise den Einsatz von elastischen Mitteln mittlerer Steifigkeit erfordert, und zum anderen trotzdem die Übertragung eines großen Enddrehmoments bei möglichst kleinem Verdrehwinkelweg zu gestatten, was normalerweise den Einsatz von elastischen Mitteln starker Federsteifigkeit erfordert. Folglich werden bei den bekannten, zum Einsatz kommenden Kupplungen auf einer Umfangslinie mehrere in Umfangsrichtung wirkende Federn, die alle tangential aus der Umfangslinie liegen, angeordnet und jeweils einzeln in Ausnehmungen eingesetzt, die als Fenster in den koaxialen Teilen der schwingungsdämpfenden Kupplung (Torsionsdämpfer) ausgebildet sind.

Das eine dieser koaxialen Teile wird von der Nabe, zu der es koaxial angeordnet ist, getragen und besteht aus mindestens einer Scheibe. Das andere dieser Teile, das eine Reibscheibe trägt, besteht aus mindestens einem Ring, der parallel zur Scheibe des anderen koaxialen Teils angeordnet ist.

Bei gleichen zu übertragendem Drehmoment müssen die Federn um so länger sein, je größer der Verdrehwinkel zwischen den beiden Kupplungshälften sein soll. Eine größere Federlänge ergibt sich auch dann, wenn ein größeres Drehmoment übertragen werden soll.

Je größer also der maximale Verdrehwinkel und das von einer Kupplung zu übertragende maximale Drehmoment sind, desto größer ist bei den koaxial zueinander angeordneten Scheiben das Verhältnis zwischen den Umfangserstreckungen der die Federn aufnehmenden Fenster und den Umfangserstreckungen der zwischen den Fenstern verbleibenden Abstände.

Daraus folgt, daß die mechanische Widerstandskraft der Scheibe und der Führungsringe durch die Länge der Fenster in Umfangsrichtung festgelegt ist, und daß als Folge daraus für solche Scheiben und Führungsringe eine Grenze des maximal übertragbaren Drehmoments bei einer bestimmten Verdrehsteifigkeit existiert.

Folglich sind die beiden Anforderungen, nämlich ein mittleres Drehmoment bei möglichst großem Verdrehwinkel und ein möglichst großes Enddrehmoment bei kleinem Verdrehwinkel zu übertragen, schwer in Einklang zu bringen.

Wenn z. B. bei einem Personenkraftwagen der Endverdrehwinkel relativ groß ist, z. B. ca. 15° beträgt, ist das Enddrehmoment folglich gering, z. B. 15 m/kg, und wenn das Enddrehmoment groß ist, z. b. 25 m/kg, dann ist der Endverdrehwinkel relativ klein, z. B. 8°. Um die Schwierigkeiten, die sich aus der Widersprüchlichkeit der Anforderungen ergeben, zu überwinden, sind verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden.

Zunächst wurden doppelte Torsionsdämpfer (schwingungsdämpfende Kupplungen) vorgeschlagen, d. h. Torsionsdämpfer, die in Serie geschaltet, axial nebeneinander einen ersten Dämpfer vorsehen, der bei einem schwachen Drehmoment wirksam ist und einen zweiten Dämpfer, der anschließend bei einem erhöhten Drehmoment wirkt, nachdem der Arbeitsbereich des ersten Dämpfers überschritten ist. Jedoch weisen diese doppelten Torsionsdämpfer den Nachteil auf, daß sie in axialer Richtung zu viel Platz benötigen, was bei verschiedenen Anwendungsfällen sehr hinderlich sein kann.

Des weiteren sind Torsionsdämpfer vorgeschlagen worden, bei denen um die Anordnung der in Umfangsrichtung wirkenden Federn zu erleichtern, diese auf mehreren Umfangslinien verschiedener Halbmesser angeordnet sind.

Jedoch weist eine derartige radiale Verteilung der in Umfangsrichtung wirkenden Federn ebenfalls Einbauprobleme auf, insbesondere hinsichtlich der Verbindungsriegel, welche die Führungsringe in axialer Richtung gewöhnlich miteinander verbinden, um eines der betreffenden koaxialen Teile zu bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elastische Kupplung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sie geeignet ist, ein großes maximales Drehmoment zu übertragen und dennoch bei mittlerem Drehmoment eine geringe Steifigkeit gegen Verdrehen aufweist, so daß zwischen den beiden zu verbindenden Wellen eine gute Drehschwingungsisolierung erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer schwingungsdämpfenden Kupplung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschriebenen Art durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip besteht somit darin, daß die in Umfangsrichtung zwischen den beiden Kupplungshälften wirkenden Federn für kleine Verdrehwinkel zwischen den Kupplungshälften in Serie geschaltet und ab einer bestimmten Größe des Verdrehwinkels parallel geschaltet sind.

Hierdurch wird bewirkt, daß sich, wenn die Federn in Serie geschaltet sind, ihre Durchfederung und somit die entsprechenden Verdrehwinkel addieren, während, wenn sie parallel geschaltet sind, sich ihre Federstärken addieren.

Bei der erfindungsgemäßen schwingungsdämpfenden Kupplung ist somit für jede Gruppe der in Umfangsrichtung wirkenden Federn die Gesamtfederkraft unterhalb eines bestimmten Wertes des Verdrehwinkels schwach, während sie oberhalb von ihm relativ stark ist. Daraus folgt, daß es, wenn gewünscht, möglich ist, mit Federn, die auf einem gleichen Umfangskreis angeordnet sind, einen großen Verdrehwinkel bei mittlerem Drehmoment zu erhalten und die Übertragung eines großen Enddrehmoments zu gewährleisten.

Daraus ergibt sich, daß es dank der erfindungsgemäßen Ausbildung möglich ist, unterhalb eines bestimmten Drehmomentwerts relativ große Verdrehwinkel und somit geringe Drehsteifigkeiten der Kupplung zu erhalten, so daß sich bei einer Kupplung, die für die Übertragung eines großen Enddrehmoments ausgelegt ist, bei einem kleinen oder mittleren Drehmoment eine sehr gute Isolation und Dämpfung der Geräusche und Vibrationen ergibt.

Es ist insbesondere aus der französischen Patentschrift Nr. 78 16 117, veröffentlicht unter der Nummer 23 93 199 bekannt, bei einer schwingungsdämpfenden Kupplung in Umfangsrichtung wirkende Federn in verschiedenen Gruppen anzuordnen, wobei die Gruppen in bezug zueinander parallel arbeiten, während im Inneren jeder Gruppe die Federn in Serie arbeiten. Aber eine solche Vorrichtung weist Nachteile auf. Zunächst kann nicht der Einsatz identischer Federn vorgesehen werden. Des weiteren führt sie, wie es übrigens auch bei gebräuchlichen Torsionsdämpfern der Fall ist, zu einer mehr oder weniger schnellen Sättigung der zum Einsatz gelangenden Federn mit schwacher Federkraft, so daß sie vom Sättigungspunkt ab nicht mehr wirksam sind.

Dies bewirkt letztendlich, daß das Drehmoment, das zum Schluß des Federwegs zwischen den beiden Teilen erhalten wird, schwach bleibt.

Dank der erfindungsgemäßen Ausbildung können die in Umfangsrichtung wirkenden elastischen Organe, wenn es gewünscht wird, vollkommen identisch sein, und insbesondere eine gleiche Federstärke aufweisen und sie können, wenn es gewünscht wird, über den gesamten Verdrehwinkelbereich der Kupplung zwischen den beiden koaxialen Teilen wirken.

Des weiteren, und dies sei betont, kann das erhaltene Enddrehmoment bei dem Endverdrehwinkel zwischen den beiden koaxialen Teilen groß sein, auch in dem Fall, bei dem bei mittlerem Drehmoment ein großer Verdrehwinkel auftritt.

Beispielsweise liegt bei einem Fahrzeug mit hoher Drehzahl ein Enddrehmoment im Bereich von 35 m/kg bis 36 m/kg bei einem Endverdrehwinkel im Bereich von 15° an. Der Verdrehwinkel bei geringem oder mittlerem Drehmoment beträgt zwischen 10 und 12°.

Es wurde auch bereits bei verschiedenen bekannten schwingungsdämpfenden Kupplungen vorgeschlagen, jedes der koaxialen Teile, aus denen ein solcher Torsionsdämpfer besteht, mit einer ringförmigen Scheibe auszustatten, die beide parallel nebeneinander angeordnet sind, wobei die Scheibe eines der koaxialen Teile von einer Nabe getragen wird, während die Scheibe des anderen Teils, wenn es sich um eine Reibkupplung handelt, eine Reibscheibe trägt, und den koaxialen Teilen zumindest einen Ring beizuordnen, Führungsring genannt, der parallel zu den Scheiben der koaxialen Teile angeordnet ist und in bezug auf diese verdrehbar ist, wobei die in Umfangsrichtung wirkenden Federn zwischen den Scheiben der genannten koaxialen Teile angeordnet und jede jeweils in Aufnahmen, die als Fenster in beiden der koaxialen Teile und in einem solchen Führungsring ausgebildet sind, eingesetzt sind.

Dies ist insbesondere der Fall in der Zusatzanmeldung Nr. 88 012 des französischen Patents Nr. 14 11 155. Dies ist ebenfalls der Fall in der Patentanmeldung, die unter FR 22 79 973 veröffentlicht worden ist.

In der Zusatzanmeldung Nr. 88 102 des französischen Patents Nr. 14 11 155 sind beispielsweise die in Umfangsrichtung wirkenden Federn in Gruppen zu mindestens zwei Federn zusammengefaßt, die in der Ruhestellung der Anordnung vollständig ohne Umfangsspiel in den entsprechenden Fenstern zweier Führungsringe eingesetzt sind, wobei ein Feder jeder Gruppe sich während der Ruhestellung gleichzeitig ohne Spiel in Eingriff mit den entsprechenden Fenstern der Scheibe beider koaxialen Teile befindet, die andere dieser Federn einer solchen Gruppe ist dabei ohne Spiel in dem entsprechenden Fenster der Scheibe eines der genannten koaxialen Teile eingesetzt und mit Spiel in dem entsprechenden Fenster der Scheibe des anderen dieser koaxialen Teile.

Aber diese Ausführungen, die vorgesehen sind, um eine sich mit dem Verdrehwinkel verändernde Hysteresis zu erhalten, führen nicht zu einer vom Verdrehwinkel abhängigen Verbindung, zunächst in Serie, später parallel irgendwelcher der eingebauten Federn.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Darstellungen näher erläutert:

Es zeigt:

Fig. 1 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen schwingungsdämpfenden Kupplung im Aufriß in Richtung des Pfeils aus Fig. 2,

Fig. 2 einen Axialschnitt entlang der unterbrochenen Linien II-II in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 eine Teilansicht im Querschnitt, jeweils entlang der Linien III-III bzw. IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 eine Teilansicht eines abgewickelten Schnitts in Umfangsrichtung entlang der Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 6 und 7 Ansichten analog Fig. 5, wobei zwei aufeinanderfolgende Funktionsphasen der Kupplung dargestellt sind,

Fig. 8 ein Blockdiagramm des Funktionsablaufs,

Fig. 9 eine Ansicht analog Fig. 5 mit einer Ausführungsvariante,

Fig. 10, 11, 12 eine Ansicht analog Fig. 9, die sich auf den Funktionsablauf der verschiedenen Phasen dieser Variante beziehen,

Fig. 13 ein Blockdiagramm des Funktionsablaufs der Variante aus Fig. 9,

Fig. 14 und 15 jeweils Ansichten analog der Fig. 1 und 2 einer weiteren Variante,

Fig. 16 eine Teilansicht eines abgewickelten Schnitts in Umfangsrichtung entlang der Linie XVI-XVI in Fig. 14,

Fig. 17 und 18 Ansichten analog Fig. 16, wobei zwei Funktionsphasen dieser Variante dargestellt sind, und

Fig. 19 ein Blockdiagramm des Funktionsablaufs der Variante aus Fig. 17, 18.

Die Figuren stellen die Verwendung der Erfindung als Bestandteil einer Reibkupplung, die beispielsweise zur Ausstattung eines Kraftfahrzeugs gehört, dar.

Allgemein weist die schwingungsdämpfende Kupplung, im folgenden als Torsionsdämpfer bezeichnet, zwei koaxiale Teile A und B auf, die in Bezug zueinander innerhalb der Grenzen eines vorbestimmten maximalen Verdrehwinkels verdrehbar angeordnet sind. Des weiteren weist der Torsionsdämpfer in Umfangsrichtung wirkende Federn auf, die in Umfangsrichtung zwischen den Teilen A und B angeordnet sind.

In dem in Fig. 1 bis 8 dargestellten Beispiel ist das Teil A mit einer ringförmigen Trägerscheibe 10 ausgestattet, an deren äußerem Rand eine Reibscheibe 11 befestigt ist, die dazu dient, gemeinsam mit einer ersten Welle, z. B. eine Antriebswelle, im Falle eines Kraftfahrzeuges die Abtriebswelle des Motors (nicht dargestellt), zu drehen.

Das Teil B weist parallel zur Trägerscheibe 10 des Teils A zwei ringförmige Scheiben 12 auf, die jeweils in einem Abstand zu beiden Seiten der Scheibe 10 angeordnet sind, und die in radialer Richtung durch eine Nabe 13 vorspringend gehalten werden, die vorgesehen ist, gemeinsam mit einer zweiten Welle zu drehen, z. B. einer angetriebenen Welle, d. h. die Welle, die im Falle eines Kraftfahrzeugs ins Getriebe führt (nicht dargestellt).

In dem dargestellten Beispiel sind die Scheiben 12 nach einer bekannten Technik mittels einer Quetsch- oder Kerbverbindung gehalten; es können jedoch alle anderen Befestigungsmittel, die eine gemeinsame Rotationsbewegung der Scheiben 12 mit der Nabe 13 bewerkstelligen, verwendet werden, beispielsweise eine Vernietung.

Der Torsionsdämpfer besitzt des weiteren einen Führungsring 15, der parallel zu den Scheiben 10 und 12 der Teile A und B bezüglich dieser über einen Winkelweg verdrehbar angeordnet ist.

In dem in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Beispiel sind zwei Führungsringe 15 vorgesehen, die sich jeweils im Abstand seitlich der Scheiben 12 erstrecken.

Die Führungsringe 15, die in bezug auf die Nabe 13 frei drehen, sind beide in axialer Richtung durch Verbindungsriegel 16 miteinander verbunden.

Die Verbindungsriegel, deren Anzahl in dem dargestellten Beispiel 6 beträgt, durchdringen in einer im Detail nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise mit Spiel die Scheiben 10 und 12 der Teile A und B.

Die in Umfangsrichtung wirkenden und zwischen diesen Teilen angeordneten Federn erstrecken sich jeweils im wesentlichen in bezug auf einen Umfangskreis tangential.

In dem in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Beispiel sind die Federn, insgesamt 6 an der Zahl, auf einem gleichen Umfangskreis angeordnet, wobei sie jeweils Gruppen zu zwei Federn 18, 18′ bilden.

Es gibt somit in dem dargestellten Beispiel drei solcher Gruppen, von denen eine in Fig. 5 gezeigt ist.

Der Einfachheit halber ist in den Fig. 5 bis 7 nur die gleiche Gruppe der Federn 18, 18′ dargestellt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die verschiedenen Federn 18, 18′ allgemein in gleichmäßigen Abständen über den Umfang verteilt, wobei die Federn 18 in Umfangsrichtung mit den Federn 18′ abwechseln. Die Federn 18, 18′ sind jeweils einzeln in Aufnahmen angeordnet, die als Fenster 20, 20′ in der Scheibe 10 des Teils A ausgebildet sind, als Fenster 21, 21′ in den Scheiben 12 des Teils B, und als Fenster 22, 22′ in den Führungsringen 15.

In der Ruhestellung der Anordnung, wie sie in den Fig. 1 bis 5 gezeigt ist, sind die Federn 18, 18′ jeder Gruppe spielfrei in Umfangsrichtung in die entsprechenden Fenster 22, 22′ der Führungsringe 15 eingepaßt; d. h., in dieser Ruhestellung stoßen die Federn 18, 18′ mit ihren jeweiligen Enden gegen den entsprechenden Rand der Fenster 22, 22′ der Führungsringe 15.

Somit sind in der Ruhekonfiguration der Anordnung die Federn 18, 18′ in Serie, was im Detail hernach beschrieben wird.

Es ist ein Steuermechanismus vorgesehen, der über einen vorbestimmten Wert des Verdrehwinkelweges zwischen den Teilen A und B hinaus, eine Parallelschaltung von mindestens zwei Federn 18, 18′, sicherstellt, was nachfolgend erläutert wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich der Steuermechanismus daraus, daß in der Ruhestellung der Anordnung und für jede Gruppe der Federn jede der Federn 18, 18′, mit einem in Umfangsrichtung wirkenden Spiel in den entsprechenden Fenstern mindestens eines der Teile A, B eingesetzt sind.

In den in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsformen weisen die Fenster 21 der Scheiben 12 des Teils B, in denen jede Feder 18 eingesetzt ist, eine Umfangserstreckung auf, die gleich ist derjenigen der Fenster 22 der Führungsringe 15, dergestalt, daß in der Ruhestellung der Anordnung eine der Federn 18 in Umfangsrichtung spielfrei in diesen Fenstern 21 eingepaßt ist, d. h., daß sie mit ihren beiden Enden gegen den entsprechenden Rand der Fenster stößt.

Im Gegensatz dazu weist das Fenster 20 der Scheibe 10 des Teils A, in welchem jede Feder 18 eingepaßt ist, eine größere Erstreckung als das vorgenannte Fenster 22 auf, dergestalt, daß in der Ruhestellung der Anordnung jede dieser Federn 18 mit Spiel in jedem dieser Fenster eingesetzt ist, wobei das Spiel in Umfangsrichtung auftritt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verteilt sich das Umfangsspiel bei Ruhestellung der Anordnung gleichmäßig auf beide Seiten jeder Feder 18 und es hat, in Winkelmaß gemessen, beispielsweise den Wert J¹ (Fig. 3 und 5). Somit weist jedes Ende der Feder 18 einen Abstand zu dem entsprechenden Rand des Fensters 20 der Scheibe 10 des Teils A auf.

Dementsprechend weist das Fenster 20′ der Scheibe 10 des Teils A, in welchem jede Feder 18′ eingesetzt ist, eine Umfangserstreckung auf, die gleich ist derjenigen der Fenster 22′ der Führungsscheiben 15, so daß, wie bei Fenster 22′, in der Ruhestellung der Anordnung eine solche Feder 18′ mit jedem Ende in Berührung mit dem entsprechenden Rand eines solchen Fensters 20′ ist.

Dagegen ist die Umfangserstreckung der Fenster 21′ der Scheiben 12 des Teils B, in welches jede Feder 18′ eingesetzt ist, größer als diejenige der Führungsscheiben 15, derart, daß in der Ruhestellung der Anordnung eine derartige Feder 18 mit Umfangsspiel in solchen Fenstern 21′ eingesetzt ist.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel teilt sich das Umfangsspiel auf beide Seiten einer Feder 18′ auf, und hat winkelmäßig gemessen einen Wert J 2 (Fig. 3 und 5).

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Fenster 22, 22′ der Führungsringe 15 praktisch die gleiche Umfangserstreckung, wobei die Winkelspiele J1, J2, die oben erläutert worden sind, den gleichen Wert aufweisen.

Mit anderen Worten ist in dieser Ausführungsform die Umfangserstreckung der Fenster 20 der Scheibe 10 gleich derjenigen der Fenster 21′ der Scheiben 12, und die Umfangserstreckung der Fenster 20′ der Scheibe 10, die die gleiche ist, wie bei den Fenstern 22, 22′ der Führungsscheiben 15, ist gleich derjenigen der Fenster 21 der Scheiben 12.

Die Scheibe 10 zum einen und die beiden Scheiben 12 zum anderen weisen also Fenster mit größeren Umfangserstreckungen auf, die in Umfangsrichtung mit den Fenstern kleinerer Umfangserstreckung abwechseln, wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht. Scheibe 10 ist gegenüber Scheibe 12 so angeordnet, daß die Fenster mit größerer Umfangserstreckung denjenigen mit kleinerer Umfangserstreckung axial gegenüberliegen und umgekehrt.

Um für den Verbindungsriegel 16 einen Durchgang zu schaffen, weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Fenster 20, 21 und 20′, 21′ der Scheiben 10 und 12 an ihren radial innen gelegenen Rändern sich in Richtung auf die Achse des Torsionsdämpfers erstreckende bogenförmige Ausnehmungen 23 (Scheibe 10) und 24 (Scheiben 12) auf.

Was die Ausdehnung des Fensters 21 oder des Fensters 21′ betrifft, so haben die Ausnehmungen 24 der Scheiben 12 die gleiche Umfangserstreckung und diese ist genügend ausgelegt, damit in der Ruhestellung der Anordnung zu beiden Seiten des Verbindungsriegels 60 ein Umfangsspiel J3 besteht, das über den Winkel gemessen einen Wert aufweist, der gleich oder größer den Spielen J1, J2 ist, die bereits im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 5 beschrieben worden sind.

Was die radiale Erstreckung der Fenster 20 oder die der Fenster 20′ betrifft, so haben die Ausnehmungen 23 der Scheibe 10 die gleiche Umfangserstreckung und diese ist so ausgelegt, daß in Ruhestellung der Anordnung zu beiden Seiten des Verbindungsriegels 16 ein Umfangsspiel J4 aufweist, dessen Wert über den Winkel gemessen größer ist als der des Spiels J3, das im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 5 vorstehend erläutert worden ist.

Der solcherart ausgebildete Torsionsdämpfer ist des weiteren in an sich bekannter Weise und daher nicht in den Figuren dargestellt mit Reibmitteln ausgestattet, die geeignet sind, während des Betriebs der Vorrichtung eine "Hysteresis" herbeizuführen.

Solche Reibmittel können in gebräuchlicher Weise zum Beispiel Reibringe aufweisen, die in axialer Richtung zwischen den Bestandteilen der Teile A und B angeordnet sind, wie beispielsweise mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnete Zwischenringe zwischen zum einen der Scheibe 10 und zum anderen den Scheiben 12 (Fig. 2).

Es ist jedoch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung bzw. Anwesenheit dieses Typs von als Reibringe dienenden Zwischenringen 30 beschränkt ist, sondern daß vielmehr alle bei Torsionsdämpfern bekannten Reibringe Verwendung finden können.

Es wird zunächst angenommen, daß die Federn 18, 18′ die gleiche Steifigkeit aufweisen.

Der Wert dieser Steifigkeit sei für jede einzelne Feder K. Dann wird angenommen, daß während des Betriebs bei einer Drehmomenteinwirkung auf den erfindungsgemäßen Torsionsdämpfer das Teil A der Vorrichtung bestrebt ist, nun den Teil B der Vorrichtung anzutreiben, und zwar in dem Drehsinn, wie er mit dem Pfeil F1 in Fig. 1 angezeigt ist.

In den Fig. 6 bis 7 werden die Scheiben 12 des Teils B, die mit der Nabe 13 verbunden sind, als feststehend angesehen, während sich die Scheibe 10 in die durch den Pfeil F2 angezeigte Richtung dreht, die dem durch den Pfeil F1 in Fig. 1 angezeigten Drehsinn entspricht.

Die Scheibe 10 des Teils A wirkt, wie schematisch durch die gestrichelten Doppelpfeile F3 in Fig. 5 verdeutlicht wird, in einer ersten Phase, die einem ersten Bereich des zwischen den Teilen A und B möglichen Verdrehwinkelweges entspricht, lediglich auf die Federn 18′. Diese werden durch die Belastung seitens der Scheibe 10 komprimiert und drücken auf die Führungsringe 15. Die Führungsringe 15 verschieben sich somit in bezug auf die Scheibe 10 in Richtung der Pfeile F4 in Fig. 5.

Folglich bewirken die Führungsringe aufgrund ihrer Verschiebung ein Zusammendrücken der Federn 18, welche sich an den Scheiben 12 abstützen.

Da die Federn 18 und 18′ gleichzeitig belastet werden und die gleiche Federsteifigkeit aufweisen, werden sie um die gleiche Strecke zusammengedrückt. Indem sie zusammengedrückt werden,. stoßen die Federn 18 als Reaktion gegen die Scheiben 12 (in Richtung der unterbrochenen Pfeile F5 in Fig. 5), wobei die Federn der Belastung durch die Führungsringe 15 ausgesetzt sind.

Daraus folgt, daß als Reaktion auf die Verschiebung der Scheibe 10 gemäß dem Pfeil F2, die Scheiben 12 gemeinsam die Tendenz haben, sich in die gleiche Richtung zu verschieben wie die Scheibe 10 (in der Fig. 5 mit dem Pfeil F6 angezeigt).

Somit sind in der ersten Betriebsphase, in der die Übertragung eines Drehmoments zwischen der Scheibe 10 und den Scheiben 12 bewirkt wird, die Federn 18 und 18′ in Serie geschaltet und das durch die Federn 18′ übertragene Moment wirkt vollständig durch die Federn 18 hindurch.

Für einen solchen Serienbetrieb ist die Federsteifigkeit jeder Federgruppe (18, 18′) gleich K/2.

In dem in Fig. 8 dargestellten Diagramm ist auf der Abszisse der Verdrehwinkelweg D zwischen den Teilen A und B der Vorrichtung aufgetragen und auf der Ordinate das zwischen beiden Teilen übertragene Moment C; die diese erste Betriebsphase der Vorrichtung darstellende Kurve ist eine Gerade I, die ausgehend vom Ursprung O, eine Steigung aufweist, die proportional K/2 ist.

Diese erste Phase des Betriebs dauert bis zu dem Zeitpunkt an, bis bei einem Wert D1 des Verdrehwinkelweges D das Spiel J1 durch die Verschiebung der Scheibe 10 verbraucht ist und als Folge die Scheibe 10 auf die Federn 18 einzuwirken beginnt (Fig. 6).

Daraus, daß in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Spiel J2 gleich dem Spiel J1 ist, folgt, daß die Federn 18′ unter der Belastung von Scheibe 10 beginnen, direkt auf die Scheiben 12 einzuwirken, gemäß den unterbrochen gezeichneten doppelten Pfeilen F′3 in Fig. 6.

Die Federn 18 wirken unter der Belastung der Scheibe 10 in gleicher Weise direkt auf die Scheiben 12 ein entsprechend dem gestrichelten Doppelpfeil F′5 in Fig. 6. Somit sind bei der Übertragung eines Drehmoments durch die Scheibe 10 auf die Scheibe 12 die Federn 18, 18′ nicht mehr hintereinander geschaltet, sondern greifen parallel ein, wobei jede dieser Federn direkt auf die Scheiben 12 drückt und die Federn von der Scheibe 10 direkt belastet werden. Bei einer solchen parallelen Schaltung ist die Federsteifigkeit jeder Feder-Gruppe 18, 18′ gleich 2 K.

Infolgedessen ist in dieser zweiten Betriebsphase die Funktionskurve wegen eines Wechsels der Federsteifigkeit bei dem Verdrehwinkel D1 nach einem vertikalen Sprung eine Gerade II, deren Steigung proportional 2 K ist und somit viermal größer als diejenige der Geraden I (Fig. 8).

Diese zweite Betriebsphase setzt sich bis zu einem Endwert D2 des möglichen Verdrehwinkelwegs zwischen den Teilen A und B der Vorrichtung fort, ab dem ohne Zwischenschaltung eines wirksamen elastischen Elements das Teil B durch das Teil A angetrieben wird. Dies geschieht, wie es in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist und wie es schematisch durch einen gestrichelten Doppelpfeil F7 in Fig. 7 verdeutlicht ist, entweder dadurch, daß die Verbindungsriegel 16 unter direkter Belastung durch die Scheibe 10 einen direkten Antrieb der Scheiben 12 sicherstellen oder dadurch, daß die Windungen der Federn 18, 18′ zur Anlage aufeinander gekommen sind.

Mit der beschriebenen Ausbildung ist es möglich, bei einer schwingungsdämpfenden Kupplung, die für ein großes maximales Drehmoment ausgelegt ist, in der Betriebsphase, in der die Federn 18, 18′ in Serie geschaltet sind, einen großen Verdrehwinkelweg für ein geringes oder mittleres Drehmoment zu erhalten.

Beispielsweise kann für ein Enddrehmoment von 35 bis 36 m/kg der Endverdrehwinkel D2 15° und für ein schwaches oder geringes Drehmoment D1 der Verdrehwinkel 10 bis 12° betragen.

In der Ausführungsform, die in den Fig. 9 bis 13 dargestellt ist, sind die Anordnungen denen gleich, die oben beschrieben worden sind, jedoch mit der Ausnahme, daß bei jeder Federgruppe 18, 18′ die Feder 18 in der Ruhelage der Anordnung unter Vorspannung steht.

Mit anderen Worten ist bei dieser Ausführungsform, bei der gleichfalls die Federn 18, 18′ identisch sind, die Umfangserstreckung der Fenster 22 der Führungsringe 15, in denen die Federn 18 eingesetzt sind, geringer als diejenige der Fenster 22′ der gleichen Führungsringe 15, in denen die Federn 18′ eingesetzt sind.

Das gleiche gilt für die Fenster 21 der Scheiben 12, welche, wie vorstehend beschrieben, eine Umfangserstreckung aufweisen, die derjenigen der Fenster 22 der Führungsringe 15 gleich ist.

Die Funktion dieser Variante ist gleich derjenigen, die vorstehend beschrieben wurde, jedoch mit dem Unterschied, daß in einer einleitenden Phase bei sehr kleinen Verdrehwinkeln zwischen den Teilen A und B die Federn 18′ die einzigen sind, die komprimiert werden, wobei sich diese einleitende Phase solange fortsetzt, bis diese Feder 18′ eine Zusammendrückung erreicht, die derjenigen gleich ist, der zu Beginn die Federn 18 aufgrund ihrer Vorspannung ausgesetzt sind.

In dem Diagramm in Fig. 13 ist diese einleitende Phase durch eine Gerade IO dargestellt, deren Steigung proportional der Federsteifigkeit K der Federn 18′ ist. Ausgehend von dem Wert DO des Federwegs, bei dem die Zusammendrückung der Federn 18 und 18′ gleich ist (Fig. 10 und 13), ist die Funktion dieser Ausführungsform mit derjenigen der vorhergehenden Ausführungsform gleich. Sie wird zunächst durch eine Gerade I1 beschrieben, die parallel zu der vorhergehend beschriebenen Gerade I verläuft, bis daß die Federn 18, 18′ parallel geschaltet sind (Fig. 11). Dann wird die Funktion wie bei der vorhergehend beschriebenen Variante nach einem senkrechten Sprung durch die Gerade II1, die parallel zu der vorhergehend beschriebenen Geraden II verläuft, fortgesetzt, bis es zu einem direkten Antrieb der Scheiben 12 durch die Scheibe 10 ohne Zwischenschaltung einer Feder kommt (Fig. 12).

Bei dieser Ausführungsvariante ist der Endwert des Momentes C2 gleich dem wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel, jedoch ist der entsprechende maximale Verdrehwinkelweg ein wenig geringer als der Verdrehwinkelweg D2, der vorhergehend besprochen worden ist.

In der Ausführungsvariante, die in den Fig. 14 bis 19 dargestellt ist, weist das Teil B lediglich eine einzige Scheibe 12 auf, und es existieren nicht nur zwei Arten von Federn, sondern es ist eine dritte Feder 18′′ den Federn 18, 18′ beigefügt.

Die Federn 18, 18′ sind, wie bei den bereits beschriebenen Varianten untereinander gleich und ihre Anordnung in der Kupplung ist prinzipiell die gleiche, wie bei den anderen Varianten:

In der Ruhestellung der Anordnung sind sie ohne Spiel in Umfangsrichtung in den Fenstern 22, 22′ der Führungsringe 15 festgelegt. Die Feder 18 ist ohne Spiel in einem Fenster 21 der Scheibe 12 des Teils B festgelegt und mit beidseitigem Spiel J1 in einem Fenster der Scheibe 10 des Teils A. Die Feder 18′ ist ohne Spiel in Umfangsrichtung in einem Fenster 20′ dieser Scheibe 10 und mit beidseitigem Umfangsspiel J2 in einem Fenster 21′ der Scheibe 12 des Teils A festgelegt.

Aber das Umfangsspiel J2 weist über den Winkel gemessen bei dieser Ausführungsvariante einen Wert auf, der größer ist als derjenige des Umfangsspiels J1.

Jeder Verbindungsriegel 16 durchdringt die Scheibe 10 mit beidseitigem Spiel J4, das über den Winkel gemessen einen Wert aufweist, der mindestens gleich ist dem des Spiels J1. Des weiteren durchdringt jeder Riegel die Scheibe 12 mit beidseitigem Spiel J3, das über den Winkel gemessen einen Wert aufweist, der mindestens gleich ist dem des Spiels J2.

Die Feder 18′′ hat eine Federsteifigkeit K′′, die sich von der Federkraft K der Federn 18, 18′ unterscheidet.

Wie diese Federn 18, 18′ ist die Feder 18′′ in der Ruhestellung der Anordnung ohne Spiel in den Fenstern 22′ der Führungsringe 15 angeordnet. Jedoch ist sie bei dieser Ruhestellung der Anordnung mit beidseitigem Spiel in Umfangsrichtung in den Scheiben 10 und 12 eingesetzt, wobei in der der dargestellten Ausführungsform das Umfangsspiel bei beiden dieser Scheiben gleich ist.

Auch hier verteilt sich das Spiel in der Ruhestellung der Anordnung gleichmäßig auf beide Seiten der Feder 18′′, und zwar mit einem Wert von J5.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Spiel J5 gleich dem Spiel J1.

Des weiteren steht in dem angegebenen Ausführungsbeispiel die Feder 18′′ in den Fenstern 22′′ der Führungsringe 15 unter Vorspannung.

Wie bei den vorhergehenden Funktionsbeschreibungen wird die Scheibe 12 als feststehend und die Scheibe 10 als sich gemäß dem Pfeil F2 der Fig. 16 bis 18 verschiebend angesehen.

In einer ersten Betriebsphase, die einem ersten Bereich des möglichen Verdrehwinkelwegs zwischen dem Teilen A und B der Vorrichtung entspricht, sind aufgrund des Spiels J5 der Federn 18′′ lediglich die Federn 18, 18′ wirksam, wobei sie in Serie geschaltet zwischen den Scheiben 10 und 12 in Eingriff sind, was schematisch mittels der gestrichelten doppelten Pfeile F3, F5 in Fig. 16 dargestellt ist.

In dem Diagramm der Fig. 19 weist die Gerade I₂, welche diese Funktionsphase darstellt, eine Steigung proportional der Federsteifigkeit K/2 auf.

Diese erste Funktionsphase setzt sich fort, bis bei einem Wert D1 des Verdrehwinkelwegs zwischen den Teilen A und B das Spiel J5 verbraucht ist und die Scheibe 10 ihrerseits die Federn 18′′ (Fig. 17) zu belasten beginnt.

Nachdem die Vorspannung der Feder 18′′ überwunden worden ist, was der senkrechten Geraden IIO des Diagramms in Fig. 19 entspricht, beginnt eine zweite Funktionsphase, in welcher die Federn 18′′ direkt die Belastung, der sie durch die Scheibe 10 ausgesetzt sind, gemäß dem unterbrochenen Pfeil F8 in Fig. 17 auf die Scheibe 12 übertragen. Die Federn 18 übertragen gemäß dem unterbrochenen Pfeil F9 in dieser Fig. 17 die Belastung, der sie durch die Scheibe 10 ausgesetzt sind, ebenso direkt auf die Scheibe 12.

Somit arbeiten in dieser zweiten Funktionsphase die Federn 18, 18′′ parallel, während die Federn 18′ außer Betrieb sind. Aufgrund des Umfangsspiels, das zwischen jeder Feder 18′ und dem entsprechenden Rand des Fensters 21′ der Scheibe 12, in welchem sie angeordnet ist, vorhanden ist, bleibt eine solche Feder 18′ ohne Einwirkung auf die Scheibe 12.

In dem in Fig. 19 dargestellten Diagramm hat also die Gerade II₂, welche diese zweite Funktionsphase darstellt, eine Steigung proportional (K+K′′).

Diese zweite Funktionsphase setzt sich fort, bis bei dem Endwert D2 des Verdrehwinkelwegs zwischen den Teilen A und B ein Antrieb zwischen den Teilen A und B ohne Zwischenschaltung eines wirksamen elastischen Elements stattfindet, sei es, wie in der Fig. 18 dargestellt, daß die Scheibe 10 dann die Scheibe 12 mittels des Bolzens 16 antreibt, wie es schematisch durch einen gestrichelten Pfeil F7 in dieser Fig. 18 dargestellt ist, sei es, daß die Windungen zumindest bestimmter Federn 18, 18′, 18′′ zur gegenseitigen Anlage kommen.

Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist das den Federn 18′ zugeordnete Spiel in Umfangsrichtung J2 gleich dem den Federn 18 zugeordneten Spiel J1, wie bei der in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsform.

In diesem Fall greifen die Federn 18′ während der zweiten Funktionsphase parallel mit den Federn 18, wodurch die Steigung der Funktion bei diesem Verdrehwinkel steiler wird, wie in Fig. 19 bei II′₂ dargestellt.

Der Endwert C′2 des Drehmoments, der beim Endverdrehwinkel zwischen den beiden Teilen A und B auftritt, wird folglich erhöht.

Gemäß einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsvariante haben die Federn 18, 18′ statt einer gleichen Federstärke eine unterschiedliche Federstärke.

Das Funktionsprinzip bleibt das gleiche, jedoch sind die Steigungen der Geraden des Funktionsverlaufs, wie er in einem entsprechenden Diagramm dargestellt wurde, verändert.

Desgleichen ist es bei der Ausführungsform, wie sie in den Fig. 1 bis 8 dargestellt ist, beispielsweise möglich, daß bei jeder Federgruppe 18, 18′ irgendeine dieser Federn 18, 18′ während der zweiten Funktionsphase ausgeschaltet wird. Dies geschieht dadurch, daß dieser Feder ein Umfangsspiel beigegeben wird, das größer ist als das der anderen. Diese Vorgehensweise ist bereits für die Feder 18′ bei den in den Fig. 16 bis 19 dargestellten Ausführungsformen beschrieben.

In diesem Fall, und wie schematisch mit unterbrochenen Strichen II′ in dem Diagramm in Fig. 8 dargestellt, ist die die zweite Betriebsphase darstellende Steigung des Funktionsverlaufs ebenfalls flacher.

Diese Vielzahl der Varianten veranschaulicht die große Vielfalt der möglichen Ausführungsformen.

Die vorliegende Erfindung ist im übrigen nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle Ausführungsvarianten und/oder Kombinationen ihrer verschiedenen Elemente.

Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das Gebiet der Reibkupplungen, sondern erstreckt sich allgemein auf das Gebiet der Torsionsdämpfer.

So ist sie auch nicht auf den Fall solcher schwingungsdämpfender Vorrichtungen beschränkt, die nur zwei koaxiale Teile aufweisen, sondern erstreckt sich demgegenüber z. B. auch auf den Fall, bei dem drei koaxiale Teile vorgesehen sind, wobei z. B. die Drehelastizität zwischen dem ersten und dem zweiten Teil die Dämpfung von Totpunktgeräuschen sicherstellt und die erfindungsgemäße Vorrichtung dann zwischen dem zweiten und dem dritten Teil wirken könnte.

Claims (11)

1. Elastische schwingungsdämpfende Kupplung mit mindestens zwei koaxial angeordneten Teilen (A, B), die gegeneinander in den Grenzen eines bestimmten Verdrehwinkels gegen mindestens zwei in Umfangsrichtung wirkende, zwischen ihnen angeordnete Federn (18, 18′, 18′′), von denen wenigstens einige in der Ruhestellung der Anordnung in Serie geschaltet sind, verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuermechanismus vorgesehen ist, der oberhalb eines bestimmten Wertes des Verdrehwinkels zwischen den beiden Teilen (A, B) eine parallele Schaltung wenigstens einiger der vorher in Serie geschalteten Federn (18, 18′, 18′′) bewirkt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, bei der die parallel zueinander angeordneten koaxialen Teile (A, B), mindestens eine Ringscheibe (10, 12) im Zusammenwirken mit mindestens einem Führungsring (15) aufweisen, der quer zur Achse der Kupplung parallel zu den Scheiben der koaxialen Teile (A, B) angeordnet und in bezug auf diese über einen bestimmten Winkel hinweg verdrehbar ist, wobei die in Umfangsrichtung wirkenden Federn (18, 18′, 18′′) jeweils einzeln in Aufnahmen angeordnet sind, die zum Teil von in beiden koaxialen Teilen (A, B) und zum Teil in den Führungsringen (15) angeordneten Fenstern (20, 21, 22, 20′, 21′, 22′, 20′′, 21′′, 22′) gebildet werden, wobei die Federn (18, 18′, 18′′) zusammengefaßt zu Gruppen von mindestens zwei in der Ruhestellung der Anordnung ohne Spiel in Umfangsrichtung in den entsprechenden Fenstern (22, 22′, 22′′) der Führungsringe eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuermechanismus darin besteht, daß in Ruhestellung der Anordnung in jeder Feder-Gruppe jeder der Federn (18, 18′, 18′′) einer solchen Gruppe mit Spiel (J1, J2, J5) in Umfangsrichtung in entsprechende Fenster (20, 21, 20′, 21′, 20′′, 21′′) der Scheibe(n) (10, 12) mindestens einer der koaxialen Teile (A, B) eingesetzt ist.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe zwei Federn (18, 18′) aufweist, von denen eine Feder (18′) ohne Spiel in Umfangsrichtung in dem entsprechenden Fenster (20′) der Scheibe (10) eines ersten der beiden koaxialen Teile (A, B) und mit Spiel (J2) in dem entsprechenden Fenster (21′) der Scheibe(n) (12) eines zweiten der beiden koaxialen Teile (B, A) eingesetzt ist, und die andere Feder (18) mit Spiel (J1) in Umfangsrichtung in dem entsprechenden Fenster (20) der Scheibe (10) des ersten (A, B) und ohne Spiel in dem entsprechenden Fenster (21) der Scheibe(n) (12) des zweiten Teils (B, A) eingesetzt ist.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel (J1) in Umfangsrichtung, mit dem die eine der Federn (18) in dem entsprechenden Fenster (20) der Scheibe (10) eines ersten (A) der koaxialen Teile (A, B) gleich ist demjenigen (J2), mit welchem die andere Feder (18′) in dem entsprechenden Fenster (21′) der Scheibe(n) (12) des zweiten (B) der koaxialen Teile (A, B) eingesetzt ist.

5. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel in Umfangsrichtung einer der Federn jeder Gruppe, das in dem entsprechenden Fenster der Scheibe eines ersten der koaxialen Teile belassen ist, unterschiedlich ist zum Spiel der anderen Feder dieser Gruppe, das in dem entsprechenden Fenster der Scheibe des zweiten koaxialen Teiles belassen ist.

6. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe(n) (10, 12) jedes der koaxialen Teile Fenster (20, 21) mit einer größeren Umfangserstreckung aufweist(en), welche über den Umfang mit Fenstern (20, 21′) kleinerer Umfangserstreckung abwechseln, und daß die Fenster mit der größeren Umfangserstreckung der Scheibe(n) des einen koaxialen Teils den Fenstern (20′, 21) mit der kleineren Umfangserstreckung der Scheibe(n) des anderen Teils axial gegenüberliegen und umgekehrt.

7. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Federgruppe eine dritte Feder aufweist, die in der Ruhestellung mit einem Spiel in Umfangsrichtung in dem entsprechenden Fenster der Scheibe eines ersten der koaxialen Teile und auch mit Umfangsspiel in dem entsprechenden Fenster der Scheibe des zweiten dieser koaxialen Teile eingesetzt ist.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel in Umfangsrichtung für beide der koaxialen Teile gleich ist.

9. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer der Federgruppen die Federn die gleiche Federsteifigkeit aufweisen.

10. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer der Federgruppen die Federn unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweisen.

11. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer der Federgruppen mindestens eine der Federn während der Ruhestellung unter Vorspannung steht.