DE3406766C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit einem Rei­ bungselement, das an einer um eine Drehachse rotierbaren Kupplungsscheibe montierbar ist, wobei das Reibungselement einen Reibungsbelag aus einem keramischen Material aufweist mit radial vorderen und hinteren Rändern und der Reibungs­ belag eine erste in Umfangsrichtung verlaufende Mittellinie aufweist, die einen Bogen bildet, der sich zwischen dem radial vorderen und hinteren Rand erstreckt, wobei ferner der Reibungsbelag einen radial äußeren und einen radial inneren Teilabschnitt aufweist und jeder Teilab­ schnitt einen radialen Abstand von der Mittellinie hat.

Übliche Reibungselemente, die mit den Kupplungsscheiben durch Kleben oder Nieten verbunden sind, bestehen haupt­ sächlich aus organischen Fasermaterialien. Im Hochleistungs­ betrieb verschleißen derartige organische Reibungselemente jedoch relativ schnell. Dies hat zur Entwicklung von Rei­ bungselementen aus keramischem Material geführt. Es wurde jedoch gefunden, daß bei Kupplungen keramische Materialien empfindlich gegenüber Wärme sind, weil ihre Reibungskoeffi­ zienten sich als Funktion der Temperatur ändern. Dies kann zu unterschiedlichen Reibungswerten über der Oberfläche eines Reibungselementes führen, was ein Rattern oder Prel­ len zur Folge hat, wobei das Reibungselement bei einge­ rückter Kupplung abwechselnd schnell in Eingriff mit der zugehörigen Druckplatte tritt und sich wieder von ihr löst.

Aus der GB-PS 13 09 124 ist eine Reibungskupplung bekannt mit einem Reibungselement, das einen Reibungsbelag aus einem keramischen Material besitzt.

Abgesehen von den in Umfangsrichtung verlaufenden äußeren und inneren Rändern sind die Ecken dieser Reibbeläge und im wesentlichen auch ihre Seiten durch geradlinige Ränder begrenzt. Das Problem ungleicher Reibungswerte bei kera­ mischen Reibbelägen und das dadurch verursachte Prellen und Rattern ist im übrigen in dieser Druckschrift nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Reibungs­ kupplung der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß ungleiche Reibungswerte über die Fläche der Reibbeläge nach Möglichkeit vermieden werden.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß jeder Teilabschnitt des Reibungsbelages an seinen radialen Rän­ dern je einen konvexen vorderen und hinteren Randabschnitt aufweist, die symmetrisch zur jeweiligen Mittellinie des jeweiligen Teilabschnittes angeordnet sind, und die durch je einen konkaven vorderen und hinteren Randabschnitt, der zwischen den konvexen Randabschnitten liegt, verbunden sind, und daß die vorderen und hinteren Ränder des Reibungsbelages kontinuierlich gekrümmt sind.

Ein so gestalteter Reibungsbelag ermöglicht eine bessere Wärme­ übertragung und erreicht eine gleichmäßigere Temperaturver­ teilung über seiner Oberfläche, was zu einem gleichmäßigeren Reibungskoeffizienten führt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nach­ folgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 in Draufsicht eine getriebene Kupp­ lungsscheibe mit einem Reibungsele­ ment zeigt.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht ein keramisches Reibungselement nach der Erfindung.

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht die Kupplungs­ scheibe nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine getriebene Kupplungsscheibe 10 mit einer Drehachse 12. Die Scheibe 10 hat eine Eingangsseite 3 mit Innenverzahnung zur Aufnahme einer nicht-gezeigten Eingangswelle. Eine Mehrzahl von Federdämpfungs­ elementen 5 sind am Umfang um die Drehachse positioniert zum Absorbieren von Stoßbelastungen, die durch einen äußeren Abschnitt 7 der getriebenen Scheibe 10 übertragen werden. Der Außenteil 7 hat radial verlaufende Arme oder Schaufeln 9, welch letztere Kupplungsreibungselemente 60 tragen. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind die Reibungselemente 60 durch Nieten 11 befestigt, obwohl sie an den Schaufeln 9 auch durch andere Mittel, z. B. durch Ankleben, befestigt werden können. Eine zweite Gruppe von Nieten 13 hält die Eingangs- und Ausgangsteile, sowie die Feder­ dämpfungselemente zusammen, während eine dritte Gruppe von Nieten 19 verwendet wird, um eine Relativbewegung zwischen Eingangs- und Ausgangs­ teilen um die Drehachse 12 zu begrenzen, wie an sich bekannt.

Jedes Reibungselement 60 hat eine Stützplatte 44, mit der ein Reibungs­ belag 46 verbunden ist. Obwohl in der bevorzugten Ausführungsform die Stützplatte 44 dieselbe Form wie der Reibungsbelag hat, kann sie auch eine völlig andere Form als der Reibungsbelag haben.

Fig. 2 zeigt das Reibungselement 60 im Detail. Jeder Reibungsbelag 46 hat einen bogenförmigen, wärmeabsorbierenden Körper aus einer keramischen Zusammensetzung. Um Verformungen oder Temperatur­ gradienten über die radial verlaufende Oberfläche minimal zu halten, hat der Reibungsbelag 46 eine größere Wärmeführungskapazität in seinen radial inneren und radial äußeren Abschnitten. Diese Abschnitte sind daher in Umfangsrichtung vergrößert, um sicherzustellen, daß irgendwelche heiße Stellen relativ zentrisch zwischen, oder radial innerhalb des Körpers des Reibungselementes liegen, anstatt längs der radial inneren und äußeren Umfangsabschnitte des Elementes. Hohe Wärmekonzentrationen in den letztgenannten Bereichen verursachen die unerwünschten Verzerrungen der Reibungskoeffizienten, die bei Verwendung von keramischen Belägen zum Rattern führen.

Jedes Reibungselement 60 kann sich um die Drehachse 12 in Gegenuhrzeiger­ richtung drehen, wie durch den Pfeil R angezeigt ist. Bei dieser ange­ nommenen Drehung hat der Belag 46 jedes Elementes 60 radiale vordere und hintere Kanten 14 bzw. 16, sowie eine in Umfangsrichtung verlaufende radiale Mittellinie 18, die durch das radiale Symmetriezentrum des Elementes 16 geht. Radial auswärts von der Mittellinie 18 und radial ein­ wärts der Mittellinie 18 liegt ein etwas schmalerer, aber ähnlich ge­ formter Teilabschnitt 22. Beide Abschnitte sind in der rechten Schaufel 9 der Scheibe 10 nach Fig. 1 dargestellt und sie sind in Draufsicht etwa wurstförmig ausgebildet. Die Teilabschnitte 20, 22 haben größere Ab­ messungen und damit größere Wärmeführungskapazitäten als der dazwischen­ liegende Mittelabschnitt 21 des Belages 46. Die beiden Teilabschnitte 20, 22 sind sowohl radial, als auch in Umfangsrichtung symmetrisch, und sie haben Mittellinien 24, 26 (Fig. 2), die beide parallel zu der da­ zwischenliegenden Mittellinie 18 verlaufen. Die effektiven Grenzen der Teilabschnitte 20, 22 relativ zum Mittelabschnitt 21 sind in Fig. 1 durch gestrichelte Linien 23 dargestellt.

Die radialen vorderen und hinteren Kanten 14, 16 sind symmetrisch ausge­ richtet bezüglich der Drehachse 12 der Scheibe 10. Eine radiale Linie 28, die von der Drehachse 12 ausgeht, tangiert somit die Enden 15 der vorderen Kante 14, während eine radiale Linie 30, die von derselben Mittelachse 12 ausgeht, eine Tangente an die Enden 17 der hinteren Kante 16 bildet.

Der radial äußere Teilabschnitt 20 hat einen konvexen vorderen Randab­ schnitt 32, der eines der obengenannten Enden 15 einschließt. Das Ende 15 liegt im Schnitt der Mittellinie 24 mit der radialen Linie 28. In gleicher Weise hat der radial innere Teilabschnitt 22 einen konvexen vorderen Randabschnitt 34, der das zweite Ende 15 umfaßt, das im Schnitt der Mittellinie 26 des inneren Teilabschnittes 22 mit der radialen Linie 28 liegt. Zwischen den konvexen vorderen Randabschnitten 32 und 34 liegt ein konkaver vorderer Randabschnitt 36 symmetrisch zu der Mittellinie 18, jedoch im Abstand von der radialen Linie 28, die er nicht berührt.

Die radiale hintere Kante 16 hat radial äußere und innere konvexe hintere Randabschnitte 38 und 40, die dieselben Merkmale wie die konvexen vorderen Randabschnitte 32 und 34 haben, wobei beide symmetrisch von der hinteren radialen Linie 30 tangential berührt werden. Ebenso liegt ein konkaver hinterer Randabschnitt 42 zwischen den konvexen Randabschnitten 38 und 40 und der Abschnitt 42 hat einen Abstand von der radialen Linie 30.

Jeder Reibungsbelag 46 ist vorzugsweise mit der Stützplatte 44 verbunden. Die Platte 44 besteht vorzugsweise aus Stahl, oder einem anderen ge­ eigneten Material. Der Reibungsbelag 46 besteht aus einer gesinterten keramischen Zusammensetzung, vorzugsweise einer Keramik auf Kupferbasis, mit einem Anteil von 70-80% Kupfer, es können aber auch andere keramische Zusammen­ setzungen verwendet werden. Ein solches gesintertes Material auf Kupfer­ basis für die Beläge ist handelsüblich käuflich.

Wie Fig. 2 zeigt, verläuft die Mittellinie 28 des Reibungsbelages 46 in Umfangsrichtung zwischen den konkaven Randabschnitten 36 und 42. Dieser Umfangsabschnitt der Mittellinie 18 zwischen den Rändern 36 und 42 bildet einen Bogen, der verschieden ist von jedem der Bögen, die durch die Umfangsabschnitte der Mittellinien 24, 26 zwischen den Rändern 32 und 38 sowie 34 und 40 gebildet werden.

Die Bögen, die durch die Mittellinien 24 und 26 gebildet werden, erstrecken sich über denselben Winkel, vorzugsweise etwa 40° bei der Ausführungsform nach Fig. 2. Im Gegensatz hierzu erstreckt sich die Mittellinie 18 des Mittelabschnittes 21 über einen kleineren Winkel, etwa 35° in dieser Aus­ führungsform. Die Folge davon, daß der Mittelabschnitt 21 sich in Um­ fangsrichtung über einen kleineren Winkel erstreckt, gewährleistet, daß der radial dazwischenliegende Teil des Reibungsbelagmaterials relativ kürzer ist und damit einer höheren Temperaturbelastung ausgesetzt ist als der innere und der äußere Teilabschnitt, bei Voraussetzung einer konstanten Dicke des Belages. In der dargestellten Ausführungsform sind Nietlöcher 48 (Fig. 2) symmetrisch auf der Mittellinie 18 angeordnet, wodurch die Menge des Reibungsbelagmaterials im Mittelabschnitt 21 weiter reduziert wird und damit auch die Wärmekapazität in diesem Bereich.

Der Teilabschnitt 22 wird derselben Reibungsbelastung und daraus resultierenden Wärmeenergie ausgesetzt wie der Teilabschnitt 20, obwohl die Länge des Bogens 26 kleiner ist als die des Bogens 24. Dies ist eine Folge der Drehgeschwindigkeit der zugehörigen Druck­ platte, die niedriger ist im Bereich des Bogens 26 als im Bereich des Bogens 24. Die relative Geschwindigkeit nimmt zu mit dem Abstand von der Drehachse 12.

Die Stützplatte 44 und der Reibungsbelag 46 haben, wie oben erwähnt, dieselbe Form, wobei die Stützplatte 44 etwas größer ist als der Reibungsbelag 46. Wie Fig. 2 zeigt, bildet die Stützplatte einen um den Umfang verlaufenden Rand oder eine Überlappung 70 mit einer Breite von etwa 1,5 mm. Die Überlappung 70 der Stützplatte 44 kann aber auch breiter sein und z. B. bis zu 18 mm betragen, wobei die Nieten 11 sich durch den Überlappungsteil der Stützplatte 44, anstatt durch das Reibungsmaterial selbst, erstrecken können. Auch eine solche Ausführungsform liegt im Rahmen der Erfindung.

In der bevorzugten Ausführungsform des Reibungsbelages 46 haben die konvexen Ränder 32, 34, 38 und 40 gleiche Abmessungen, sie liegen separat auf gleichem Radius 50, der von einem Krümmungsmittelpunkt 52 ausgeht, welcher entsprechend auf der Mittellinie 26 bzw. 24 liegt. In der bevorzugten Ausführungsform hat die Mittellinie 18 einen radialen Abstand von der Drehachse 12 von etwa 127 mm, wobei dieser Abstand für andere Ausführungsformen, z. B. im Bereich von 100-175 mm liegen kann. Für diesen Bereich der radialen Abmessungen hat der Radius 50 vorzugsweise eine Größe von etwa 12,5-15,0 mm, während ein bevorzugter Radius für die konkaven Randabschnitte 36 und 42 im Bereich von 44,5-63,5 mm liegt.

Die vordere und die hintere Kante 14 und 16 sind vorzugsweise längs ihrer gesamten Ausdehnung gekrümmt, um das Vorhandensein von Teilen, die senkrecht zu einer Umfangswirkungslinie relativ zu einer zuge­ hörigen Druckplatte liegen, minimal zu halten, wobei solche Teile parallel zu den radialen Linien 28 bzw. 30 liegen wurden. Insoweit, als jedes Segment (mit Ausnahme der Punkte auf der Mittellinie 18) der vorderen und hinteren Ränder oder Kanten gebogen ist und damit einen spitzen Winkel zu der Wirkungslinie bildet, wird die Neigung zum Aufbau von lockerem Reibungsmaterial längs einzelner Segmente und darauf resultierenden lokalen Hitzetaschen auf einem Minimum ge­ halten. Eine solche kontinuierliche Krümmung ist daher sehr erwünscht, um lokale Beschädigungen der Reibungsbelagkanten zu vermeiden.

Die Reibungsbeläge 46 haben vorzugsweise bestimmte Abmessungen zwischen den Teilabschnitten und den Mittellinien, sowie zwischen den radialen inneren und äußeren Kanten. So ist das Maß A (Fig. 2) der Abstand zwischen der inneren Mittellinie 18 und den Mittel­ linien 24 und 26. Der Abstand zwischen der Mittellinie 18 und dem radialen Innenrand 54 des Reibungsbelages ist durch das Maß B ge­ geben. In gleicher Weise ist der Abstand zwischen der Mittellinie 18 und dem radialen Außenrand 58 vorzugsweise gleich demselben Maß und damit auch durch das Maß B gegeben. Vorzugsweise ist das Verhältnis von A zu B etwa 0,6. Das radiale Maß A zwischen einer der Mittellinien 24, 26 und der Mittellinie 18 beträgt somit vorzugsweise 60% des Ab­ standes zwischen der Mittellinie 18 und dem entsprechenden Außenrand. Dieser letztgenannte Parameter liefert eine optimale Wärmeabfuhr von den inneren und äußeren Teilabschnitten 20, 22 relativ zum mittleren Abschnitt 21, konstante Dicke des Reibungsbelages vorausgesetzt.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Reibungselemente 60 paarweise montiert. Die Nieten 11 halten zusammengehörige Paare von Reibungselementen 60 zusammen, die symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der Scheibe 10 angeordnet sind, wobei je ein Paar von Reibungselementen auf jeder Schaufel 9 angeordnet ist. Der vordere und hintere Rand 14 und 16 sind insoweit austauschbar als die Elemente symmetrisch aufgebaut sind. Eine Drehrichtung umgekehrt zur Pfeilrichtung R in Fig. 2 führt daher zu einer vorderen Kante 16 und einer hinteren Kante 14.

Claims (5)

1. Reibungskupplung mit einem Reibungselement, das an einer um eine Drehachse rotierbaren Kupplungsscheibe montierbar ist, wobei das Reibungselement einen Reibungsbelag aus einem keramischen Material aufweist mit radial vorderen und hinteren Rändern und der Reibungsbelag eine erste in Umfangsrichtung verlaufende Mittellinie aufweist, die einen Bogen bildet, der sich zwischen dem radial vorderen und hinteren Rand erstreckt, wobei ferner der Reibungsbelag einen radial äußeren und einen radial inneren Teilabschnitt aufweist und jeder Teilabschnitt einen radialen Abstand von der Mittellinie hat, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilabschnitt (20, 22) des Reibungsbelages (46) an seinen radialen Rändern (14, 16) je einen konvexen vorderen und hinteren Randabschnitt (15, 17) aufweist, die symmetrisch zur jeweiligen Mittellinie (24 bzw. 26) des jeweiligen Teilabschnittes (20, 22) angeordnet sind und die durch je einen konkaven vorderen und hinteren Randabschnitt (36, 42), der zwischen den konvexen Rand­ abschnitten (15, 17) liegt, verbunden sind, und daß die vorderen und hinteren Ränder (14, 16) des Reibungsbelages (46) kontinuierlich gekrümmt sind.

2. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungs­ belag (46) eine Mehrzahl von Nietlöchern (48) aufweist, die symmetrisch auf der ersten Mittellinie (18) liegen.

3. Reibungsbelag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen Randabschnitte (15, 17) einen Radius (50) von wenigstens etwa 12,5 mm auf­ weisen.

4. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Teilab­ schnitt eine in Umfangsrichtung verlaufende weitere Mittellinie hat, dadurch gekennzeich­ net, daß der radiale Abstand von einer dieser weiteren Mittellinien (24, 26) von der ersten Mittel­ linie (18) etwa 60% des radialen Abstandes von der ersten Mittellinie (18) zu einem der in Umfangsrichtung verlaufenden Ränder (58, 54) der Teilabschnitte (20, 22) beträgt.

5. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material des Reibungsbelages (46) eine Keramik auf Kupferbasis ist und daß der Anteil des Kupfers im Bereich von 70-80% liegt.