DE3222119C1 - Axial nachgiebige Mitnehmerscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine axial nachgiebige Mitnehmerscheibe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus dem DE-GM 19 71 310, als bekannt hervorgeht

Derartige Mitnehmerscheiben sind insbesondere in automatischen Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge eingebaut. Eingangs der automatischen Schaltgetriebe ist ein hydrodynamischer Arbeitskreislauf, meistens ein Föttinger-Wandler vorgesehen, dessen torusförmiges Gehäuse das Getriebe-Eingangsglied darstellt und aufgrund einer entsprechend starken Bemessung seiner Wandstärke zugleich die Funktion des Schwungrades für· die davor liegende Brennkraftmaschine übernimmt. Die Mitnehmerscheibe ist zwischen dem Kurbelwellenende und dem Gehäuse des Föttinger-Wandlers angeordnet. Durch sie soll das Wandlergehäuse in Drehrichtung starr, in Axialrichtung jedoch in Grenzen beweglich an das Kurbelwellenende angekoppelt werden. Eine axiale Nachgiebigkeit ist nicht nur aufgrund thermischer Dehnungen der verbundenen Maschinenteile nötig, sondern vor allem dient die Nachgiebigkeit auch zum Auffangen des sogenannten axialen Atmens des Wandlers bei seinen unterschiedlichen Betriebszuständen. Je nach Drehzahlzustand bauen sich unterschiedlich hohe statische Drücke im Wandler auf, die zu einer axialen Aufweitung und/oder zu einer axialen Verlagerung des Wandlergehäuses führen. In Drehrichtung wird die Mitnehmerscheibe nicht nur durch das Abtriebsdrehmoment des Motors, sondern vor allem durch wechselnde Torsionsschwingungen belastet, deren Spitzenwerte das maximale Grunddrehmoment wesentlich

übersteigen können. Außerdem dient die Mitnehmerscheibe auch dazu, Mittenversatz und Planlaufabweichungen zwischen Kurbelwelle und Wandler aufzufangen, die sich unter Last ändern können.

Bekannte Mitnehmerscheiben sind im wesentlichen dreieckig oder viereckig ausgebildet, wobei die Mitnehmerscheibe mit ihren Ecken am Wandlergehäuse befestigt ist. Zwar konnten diese Mitnehmerscheiben die Drehmomente und die auftretenden Drehmomentstöße ohne weiteres übertragen, jedoch traten durch die axiale Belastung gelegentlich Dauerbrüche an derartigen Mitnehmerscheiben auf.

Die Mitnehmerscheibe nach dem eingangs zitierten DE-GM 19 71 310 läßt zwar erkennen, daß zwischen der inneren Flanschbefestigung und den äußeren Befestigungsstellen Ausnehmungen in der Mitnehmerscheibe angeordnet sind, jedoch ist über die Gestaltung der Mitnehmerscheibe in axialer Ansicht dieser Veröffentlichung nichts zu entnehmen.

Die GB-PS 8 45 221 zeigt eine drehmoment-belastbare, axial nachgiebige, runde Mitnehmerscheibe aus Blech zum Einbau in Wellenkupplungen. Aufgrund mehrerer dreieckiger Ausnehmungen mit zur Mitte gekehrter Spitze besteht die Mitnehmerscheibe im wesentlichen aus einem kreisförmigen Außenkranz und einem kreisförmigen Innenkranz, die beide durch breite geradlinige und radial verlaufende speichenartige Stege verbunden sind. Der Außen- und der Innenkranz sind jeweils am ganzen Umfang zwischen beidseitig anliegende Flansche fest eingespannt. Der einzige axial nachgiebige Teil der Mitnehmerscheibe sind die speichenartigen Stege, deren Einspannstellen im Hinblick auf eine Dauerbelastbarkeit in Axialrichtung nicht optimal gestaltet sind.

Die Kupplung nach der FR-PS 10 21 778 soll Fluchtungsfehler der beiden verbundenen Wellenenden hinsichtlich Exzentrizität und Winkellage sowie Abstandsänderungen in Axialrichtung ausgleichen können. Es ist dazu ein Paar runder Mitnehmerscheiben aus Blech vorgesehen, die im Abstand zueinander angeordnet, beide an ihrem Innenrand fest eingespannt und jeweils einem der beiden Wellenenden zugeordnet sind. Am Außenumfang sind die Mitnehmerscheiben über Distanzbolzen punktuell verbunden. In den Mitnehmerscheiben sind mehrere konzentrische Kränze einer Folge von kreisbogenförmigen Langlöchern angeordnet, wobei jeder Kranz die gleiche Anzahl von Langlöchern aufweist und wobei die radial benachbarten Langlöcher unterschiedlicher Kränze genau auf Lücke zueinander angeordnet sind. Die verbleibenden Stege zwischen den Langlöchern unterschiedlicher Kränze sind relativ schmal, so daß sie in Radialrichtung nachgiebig sind. Dadurch kann auch ein größerer axialer Versatz der Wellenenden aufgefangen werden. Durch diese Ausgestaltung der Mitnehmerscheiben werden jedoch keinerlei Hinweise dahin gegeben, wie eine axial nachgiebige Mitnehmerscheibe besonders dauerfest gestaltet werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die zugrunde gelegte Mitnehmerscheibe dahingehend zu verbessern, daß sie hinsichtlich der auftretenden axialen Dauerbeanspruchung den Belastungen auch über unbegrenzte Zeiträume hinweg schadlos standhalten kann, also dauerfest ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Aufgrund der nierenförmigen Ausnehmungen, die radial zwischen den Befestigungsstellen und der Flanschvefschraubung mit der Kurbelwelle vorgesehen sind, werden in Umfangsrichtung ausladende bogenförmige Kraftflußwege geschaffen, die axial bei geringerer Werkstoffbeanspruchung deformiert werden können. Gleichwohl ist die Mitnehmerscheibe in Umfangsrichtung ausreichend drehsteif.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen bzw. der nachfolgenden Beschreibung verschiedener in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele entnommen werden; dabei zeigt

Fig. 1 eine seitliche Schnitt-Ansicht auf einen Fahrzeugantrieb mit einer Mitnehmerscheibe, F i g. 2 eine axiale Ansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Mitnehmerscheibe,

Fig.3 und 4 axiale Ansichten auf weitere Ausführungsbeispiele von Mitnehmerscheiben,

Fig.5 einen in Umfangsrichtung genommenen Schnitt durch eine Befestigungsstelle der Mitnehmerscheibe nach F i g. 4 entlang der Schnittlinie V-V und

F i g. 6 einen ähnlichen Schnitt wie der nach F i g. 5 eines modifizierten Ausführungsbeispieles.

Der in F i g. 1 dargestellte Fahrzeugantrieb umfaßt einen strichpunktiert angedeuteten Fahrzeugantriebsmotor t und ein daran angeblocktes Schaltgetriebe 2, welches als automatisches Getriebe ausgebildet ist. Die Abtriebswelle 3 des Motors ist mit einem Wellenflansch 4 versehen, der unter Zwischenschaltung der drehsteifen aber axial nachgiebigen Mitnehmerscheibe 6 an das Eingangsglied 5 des Schaltgetriebes angekoppelt ist. Das Eingangsglied 5 stellt das Wandlergehäuse des in dem Schaltgetriebe zunächst angeordneten hydrodynamischen Arbeitskreislaufes dar; es bildet aufgrund einer entsprechenden Masse zugleich das Schwungrad für den Fahrzeugantriebsmotor. Beim dargestellten Ausführunsbeispiel ist am Außenumfang an den Befestigungsstellen 8 der Mitnehmerscheibe auch noch ein Anlasserzahnkranz 7 mit befestigt. Die Mitnehmerscheibe ist mittig über eine Flanschverbindung an der Antriebswelle 3 verdrehfest verschraubt, wofür ein Kranz von Schraubenbohrungen 14 in der Mitte der Mitnehmerscheibe angeordnet ist. Mittels einer zentrischen Bohrung kann die Mitnehmerscheibe auf einer entsprechenden Schulter der Abtriebswelle zentriert werden. Die dargestellten Ausführungsbeispiele von Mitnehmerscheiben weisen drei gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Befestigungsstellen 8 bzw. 8' auf.

Um die Mitnehmerscheibe in Axialrichtung definiert nachgiebig aber gegen Dauerbeanspruchung widerstandsfähig zu gestalten, ist die Mitnehmerscheibe zumindest angenähert rund ausgebildet, wobei zwischen den Befestigungsstellen 8, 8' und dem Umfangskreis 4' des Abtriebswellenflansches 4 jeweils nierenförmige Ausnehmungen 9, 9' angeordnet sind. Die nierenförmigen Ausnehmungen erstrecken sich in Umfangsrichtung gleichmäßig in der einen und in der anderen Richtung, so daß zwischen benachbarten Ausnehmungen lediglich speichenartige Stege 10, 10' verbleiben, deren Breite b mindestens etwa dem Doppelten und höchstens etwa dem Dreifachen der radialen Breite B des Umfangskranzes U der Mitnehmerscheibe entspricht. Hierbei soll als Vergleichsmaß die aus Festigkeitsgründen mindestens erforderliche Breite zugrunde gelegt werden. Und zwar ist weniger die Drehbeanspruchung der Mitnehmerscheibe sondern die Axialbeanspruchung für die Bemessung der Breite maßgebend. Bei einer Unterschreitung des angegebenen Mindestmaßes der Stegbreite würde dort eine unzulässig hohe Beanspruchung

entstehen, wogegen eine Überschreitung des angegebenen Maximalmaßes keine oder nur eine unnötige Absenkung der Beanspruchung und somit eine unnötige Gewichtserhöhung der Mitnehmerscheibe entstehen würde.

Bei beiden in den F i g. 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen weisen die Befestigungsstellen 8 außer einer Fixierbohrung 12 zur Aufnahme eines Paßstiftes, Nietes oder dergleichen auch noch zwei dies- und jenseits davon liegende Schraubenbohrungen 13 auf. Hierdurch sind die Federwege des Umfangskranzes 11 zwischen den speichenartigen Stegen 10,10' und den Befestigungsstellen etwas kürzer als bei den Befestigungsstellen 8' bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 3 mit nur einer einzigen Befestigungsschraube und dement- is sprechend einem einzigen Schraubendurchgangsloch 13'.

Um einen allmählichen Übergang des speichenartigen Steges 10 in die Flanschverbindung zwischen Mitnehmerscheibe und Abtriebswelle zu schaffen und um so die Beanspruchung der Mitnehmerscheibe gegen Axialbelastung im Bereich der Stegwurzel abzusenken, ist vorgesehen, daß die nierenförmigen Ausnehmungen 9, 9' an ihrer radial inneren Kontur jeweils etwa kreisbogenförmig mit einem relativ großen Krümmungsradius konturiert sind, wobei die inneren Konturen der Ausnehmungen jeweils den Umfangskreis 4' des Abtriebswellenflansches an einer etwa umfangsgleich mit der entsprechenden Befestigungsstelle 8, 8' liegenden Umfangsstelle berühren. Und zwar ist der Krümmungsradius R dieser inneren Kontur der Ausnehmungen etwa 1,5- bis 4mal so groß, vorzugsweise etwa doppelt so groß wie der Krümmungsradius des Umfangskreises 4'. Der die nierenförmigen Ausnehmungen an ihrem radial nach außen liegenden Umfang begrenzende Linienzug entspricht zumindest im Bereich des Außenkranzes 11 etwa einer Äquidistante im Abstand der oben bereits angesprochenen Mindestbreite B dieses Außenkranzes und verläuft im Bereich der Befestigungsstellen mit einem möglichst großen Übergangsbogen zwischen diesen beiden Äquidistanten. Im Bereich der Stege ist die nierenförmige Ausnehmung durch einen möglichst großen Kreisbogen zwischen den beiden bereits erwähnten Begrenzungslinien konturiert

Abgesehen von der mittig liegenden Flanschverbindung und den am Außenumfang angeordneten Befestigungsstellen 8, 8' stellt die Mitnehmerscheibe im wesentlichen eine sternförmige Mehrfachanordnung von im wesentlchen T-förmigen axialen Federn mit dem speichenartigen Steg 10,10' als Vertikalstrich und dem Umfangskranz 11 als Querstrich dar. Im Bereich eines jeden Endes dieser T-förmigen Federn ist en Übergang in eine Einspannungsstelle angeordnet. Um diese hinsichtlich der Dauerbeanspruchung kritischen Übergangsbereiche zu den Einspannstellen hin weiterhin zu entlasten, können dort elastische Unstetigkeitsstellen vorgesehen werden. Beim Ausführungsbeispiel nach Fi g. 3 sind derartige Unstetigkeitsstellen am Umfangskranz und im Wurzelbereich der speichenartigen Stege angeordnet. Und zwar sind hier die elastischen Unstetigkeitsstellen in Form einer stufenartigen Vergrößerung 15 bzw. 15' des Flächenträgheitsmomentes der oben erwähnten T-förmigen Federn gegen axiales Verbiegen ausgebildet Nachdem die Mitnehmerscheibe aus einem gleichmäßig dicken Blech mit der Blechstärke d gebildet ist, kann eine solche Unstetigkeitsstelle lediglich in einer Verbreiterung des tragenden Querschnittes in Richtung zur Einspannstelle hin erfolgen. Die im Wurzelbereich des speichenartigen Steges 10' liegende Unstetigkeitsstelle 15 liegt etwas radial mittig zwischen der schmälsten Stelle 18 des Steges 10' und dem Umfangskreis 4' bzw. radial etwas innerhalb von dieser Mitte.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 sind die Unstetigkeitsstellen lediglich am Übergangsbereich des Umfangskranzes 11 zu den Befestigungsstellen 8 hin vorgesehen. Sie sind dort in Form einer Z-förmigen Wellung 16 des Bleches ausgebildet, wobei die Stufenhöhe h der Wellung etwa der halben bis vollen Blechdicke d entspricht (F i g. 5). Anstelle einer Z-förmigen oder stufenförmigen Wellung kann auch eine U-förmige Wellung bzw. eine Sicke gemäß Fig.6 vorgesehen werden, wobei die Höhe h' dieser Wellung ebenfalls zwischen der halben und der vollen Blechdicke liegt.

Der Wurzelbereich der speichenartigen Stege 10,10' ist hinsichtlich Dauerbeanspruchung besonders kritisch, und zwar auch innerhalb des bereits in der Einspannung liegenden Bereichs. Die Schraubenbohrungen 14 für die Flanschverbindung stellen jedoch Kerben in diesem Wurzelbereich dar, und sie sollten möglichst weit weg von der Mittellinie 10" der speichenartigen Stege entfernt liegen. Dies wird dadurch sichergestellt, daß die Anzahl der Flanschschrauben der Flanschverbindung zur Abtriebswelle hin ein geradzahliges Vielfaches der Anzahl der Befestigungsstellen 8, 8' ist und daß die Schraubenbohrungen 14 in Umfangsrichtung so gelegt werden, daß die der Mittellinie 10" nächstgelegenen Schraubenbohrungen in Umfangsrichtung gleichen Abstand a von dieser Mittellinie haben.

Der radial äußere Bereich der Mitnehmerscheibe an den Umfangsstellen des Zusammentreffens des Umfangskranzes 11 und der speichenartigen Stege 10, 10' ist nur relativ gering durch die Axialkräfte beansprucht Deshalb kann dieser Bereich entweder zu Wuchtzwekken verwendet werden oder er kann aus Steifigkeits- und/oder Gewichtsgründen ganz ausgespart sein. Eine entsprechende Aussparung 19 dieses Bereiches zeigt die Mitnehmerscheibe 6" nach F i g. 4, wogegen im Ausführungsbeispiel der Mitnehmerscheibe 6 nach F i g. 2 eine entsprechende Begrenzungslinie 20 strichpunktiert dargestellt ist, die den Wuchtbereich radial nach innen begrenzt. Innerhalb dieses Wuchtbereiches können Wuchtbohrungen, Anfräsungen oder dergleichen ohne Beeinträchtigung der Dauerfestigkeit angebracht werden. Diese Begrenzungslinie 20 ist durch ein Paar von in die Außenkontur der Mitnehmerscheibe tangential übergehende zueinander spiegelbildlichen und vorzugsweise kreisförmigen Äquidistanten 21 zu den beiden benachbarten nierenförmigen Ausnehmungen und durch einen beiden Äquidistanten gemeinsamen Tangentialkreis 22,22' gebildet. Bei dem in Fig.4 in vollen Linien dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein relativ großer Radius r für diesen Tangentialkreis 22 gewählt. Im Extremfall kann ein relativ kleiner Radius r'für diesen Tangentialkreis 22' gewählt werden, wie er in Fig.4 punktiert angedeutet ist. Dieser Mindestradius entspricht etwa der für den Umfangskranz 11 zu fordernden Mindestbreite B. Es steht deswegen zur Gewichtseinsparung oder aus Wuchtgründen relativ viel Material zur Abnahme zur Verfügung.

Durch die Maßnahmen der Erfindung kann die axiale Dauerfestigkeit der elastischen Mitnehmerscheibe erheblich gesteigert werden, so daß im Bereich der Einspannstellen keine besonderen Zwischenlagen zwischen Schraubenkopf und Mitnehmerscheibe erforderlich sind, was bisher nötig war. Für derartige Zwischenlagen

mußten bisher recht umständliche und zeitraubende
Optimierungsversuche für deren Gestaltung vorgenommen werden. Dies kann nunmehr entfallen; vor
allen Dingen können durch den Wegfall dieser Zwischenlagen Kosten und Gewicht für jeden einzelnen 5
Anwendungsfall eingespart werden. Dank der erheblichen Steigerung der axialen Dauerbelastbarkeit kann
auch ein weniger fester Werkstoff für die Mitnehmerscheibe gewählt werden, als er bei der herkömmlichen
Gestaltung nötig war. Auch dies führt zu einer Preisre- io

duzierung. Darüber hinaus sind ehemals erforderlich gewesene teure Nachbehandlungen der Oberfläche wie z. B. Nitrieren oder Kugelstrahlen zur Steigerung der Dauerfestigkeit nunmehr ebenfalls entbehrlich. Aufgrund der großflächigen nierenförmigen Ausnehmungen in der Mitnehmerscheibe ist diese auch leichter als eine herkömmliche dreieckige oder viereckige Platte,, so daß trotz gesteigerter Dauerfestigkeit und trotz Beibehaltung einer gleichen Blechdicke Gewicht eingespart werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Axial nachgiebige Mitnehmerscheibe aus Blech konstanter Dicke für Fahrzeugantriebe, die mittig am Ende der Antriebswelle des Fahrzeugantriebsmotors angeflanscht ist und radial außerhalb davon an wenigen, vorzugsweise drei gleichmäßig am Umfang verteilten Befestigungsstellen mit dem Eingangsglied des angrenzenden Schaltgetriebes verbunden ist, und die radial zwischen den Befestigungsstellen und der mittigen Flanschbefestigung Ausnehmungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an der wenigstens angenähert kreisförmig ausgebildeten Mitnehmerscheibe (6, 6', 6") jeder Befestigungsstelle (8, 8') jeweils eine nierenförmige Ausnehmung (9, 9') zugeordnet ist, die sich in Umfangsrichtung so weit erstreckt, daß die zwischen benachbarten nierenförmigen Ausnehmungen (9, 9') verbleibenden speichenartigen Stege (10,10'), deren radiale Mittellinie (10") die Winkelhalbierende zwischen den Befestigungsstellen (8,8') bildet, mindestens etwa doppelt und höchstens etwa dreimal so breit (Maß b) sind wie der aus Festigkeitsgründen mindestens erforderliche zu den Befestigungsstellen (8, 8') verlaufende Umfangskranz (11) der Mitnehmerscheibe (6,6', 6") (Maß B).

2. Mitnehmerscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nierenförmigen Ausnehmungen (9,9') an ihrer radial inneren Kontur jeweils etwa kreisbogenförmig mit einem etwa 1,5- bis 4fachen, vorzugsweise etwa 2fachen Krümmungsradius (R) des Umfangskreises (4') des Antriebswellenflansches (4) konturiert sind, daß aber diese inneren Konturen jeweils den Umfangskreis (4') des Abtriebswellenflansches (4) an einer etwa umfangsgleich mit der zugeordneten Befestigungsstelle (8, 8') liegenden Umfangsstelle berühren.

3. Mitnehmerscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangskranz (11) und/oder die speichenartigen Stege (10,10') jeweils am Übergang zu den Befestigungsstellen bzw. zur mittigen Anflanschung hin eine elastische Unstetigkeitsstelle in Form einer stufenartigen Vergrößerung (15,15') des Flächenträgheitsmomentes gegen axiales Verbiegen oder in Form einer quer zum Umfangskranz (11) bzw. zum speichenartigen Steg (10, 10') verlaufenden Wellung (16,17) des Bleches aufweisen.

4. Mitnehmerscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Unstetigkeitsstelle an den speichenartigen Stegen (10') etwa radial mittig zwischen der schmälsten Stelle (18) des Steges (10') und dem Umfangskreis (4') des Abtriebswellenflansches (4) oder etwas radial innerhalb von dieser Mitte angeordnet ist.

5. Mitnehmerscheibe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellung (17) in Form einer U-förmigen Rille mit einer lichten Tiefe (h') zwischen der halben und der vollen Blechdicke (d) gebildet ist.

6. Mitnehmerscheibe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellung (16) in Form einer 2-förmigen Stufe mit einer Stufenhöhe (h) zwischen der halben und der vollen Blechdicke (d) gebildet ist.

7. Mitnehmerscheibe nach einem der Ansprüche 1

bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Flanschschrauben der Flanschverbindung zur Abtriebswelle (3) hin ein geradzahliges Vielfaches von der Anzahl der Befestigungsstellen (8,8') ist und daß die Schraubendurchgangslöcher (14) dieser Flanschverbindung in der Mitnehmerscheibe (6, 6', 6") in Umfangsrichtung relativ zu den speichenartigen Stegen (10,10') so gelegt sind, daß die der Mittellinie (10") des speichenartigen Steges (10, 10') nächstgelegenen Schraubendurchgangslöcher in Umfangsrichtung gleichen Abstand (a) von ihr (10") haben.

8. Mitnehmerscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Bereiche der Mitnehmerscheibe (6,6', 6") an den Umfangsstellen des Zusammentreffens des Umfangskranzes (11) und der speichenartigen Stege (10, 10') — Wuchtbereiche — wenigstens teilweise, vorzugsweise zur Beeinflussung der axialen Steifigkeit und/oder zu Wuchtzwecken ausgespart bzw. freigearbeitet sind.

9. Mitnehmerscheibe nach Ansprache, dadurch gekennzeichnet, daß die Wuchtbereiche radial nach innen begrenzt sind (Begrenzungslinie 20) durch ein Paar von in die Außenkontur der Mitnehmerscheibe (6,6', 6") tangential übergehenden zueinander spiegelbildlichen Äquidistanten (21) zu den radial äußeren Begrenzungslinien der beiden benachbarten nierenförmigen Ausnehmungen (9, 9') und durch einen beiden Äquidistanten gemeinsamen Tangentialkreis (22, 22'), dessen Radius (r, r') größer ist als oder höchstens gleichgroß ist wie die mindestens erforderliche Breite (B) des Umfangskranzes (11).