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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsscheibe,
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insbesondere für eine Einscheiben-Reibungskupplung von Kraftfahrzeugen,
mit einer Kupplungsbeläge trägenden Federscheibe, einer mit dieser in Drehmomentrichtung
durch Federn verbundenen, einen Nabenflansch aufweisenden Nabe und mit einer zwischen
Federscheibe und Nabenflansch angeordneten Reibscheibe, wobei Nabenflansch und Federscheibe
durch eine Vorspannfeder axial aneinandergedrückt werden, um - vermittels der Reibscheibe
- einen bei Verdrehung der Federscheibe gegenüber der Nabe wirksam werdenden Reibungswiderstand
zu erzeugen.
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Kupplungsscheiben dienen - neben der Kraftübertragung zwischen Motor
und Getriebe - auch der Entkoppelung von Drehschwingungen. Zu diesem Zweck befinden
sich Schraubenfedern zwischen der Nabe und der eigentlichen, die Reibbeläge tragenden
Kupplungsscheibe. Je nach Größe des Drehmomentes verdrehen sich die beiden Teile,
Nabe und Kupplungsscheibe, gegeneinander.
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Damit entsteht die bekannte Drehfederkonstante. Diese Drehbewegung
in der Kupplungsscheibe ist jedoch auch mit Nachteilen verbunden. In diesem Zusammenhang
ist in erster Linie das sog. Getrieberasseln zu nennen, welches insbesondere beim
Beschleunigen unter Vollgas auftritt. Um dieses Getrieberasseln zu unterbinden,
hat man zwischen Nabenflansch und Federscheibe innerhalb der Kupplungsscheibe Reibscheiben
angeordnet, und durch vorgespannte Druckfedern belastet, so daß eine Verdrehung
von
Federscheibe und Nabe gegeneinander nur nach Überwindung eines entsprechenden Reibwiderstandes
stattfinden kann.
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Bei gegebener Federvorspannung ergibt sich hierdurch ein für jede
Kupplungsscheibe typisches Reibmoment. Das Reibmoment entspricht der Hystereseschleife
bei der Relativverdrehung von Federscheibe und Nabe innerhalb der Kupplungsscheibe.
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Durch den geschilderten Reibungswiderstand innerhalb der Kupplungsscheibe
vermochte zwar das genannte Getrieberasseln beim Beschleunigen mit Vollgas vermieden
werden. Hinsichtlich eines weiteren Nachteils ist jedoch die bekannte Maßnahme,
innerhalb der Kupplungsscheibe druckfederbeaufschlagte Reibscheiben vorzusehen,
nicht wirksam. Der weitere Nachteil besteht darin, daß schon geringe Drehschwingungen
des Motors, die kleiner sind als die dem Reibmoment entsprechenden Werte, an das
Getriebe weitergegeben werden. Diese Drehschwingungen führen zu Geräuschen im sog.
Float, d.h. bei konstanter Fahrt auf der Straße.
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Durch die DE-AS 23 15 946 ist eine gedämpfte Kupplungsscheibe der
eingangs bezeichneten Art bekannt geworden, bei der der Reibungswiderstand gegen
ein Relativverdrehen von Federscheibe und Nabe nicht konstant bleibt, sondern mit
wachsendem Verdrehwinkel der beiden genannten Teile ansteigt.
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Dieser Effekt soll bei der bekannten Kupplungsscheibe dadurch erreicht
werden, daß die Reibung durch eine zumindest annähernd in radialer Richtung wirksame
Kraftkomponente zwischen dem mit den Reibbelägen drehfest verbundenen Teil (Federscheibe)
und der Nabe entsteht, wobei die Kraftkomponente dadurch erzeugt werden soll, daß
Federscheibe und Nabe durch wenigstens einen der Kraftspeicher (Drehmoment übertragende
Federn) in radialer Richtung gegeneinander verspannt sind.
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Die vorliegende Erfindung geht ebenfalls von der Grundidee aus, daß
eine Veränderlichkeit des Reibungswiderstandes innerhalb der Kupplungsscheibe, d.h.
bei Relativverdrehen der Federscheibe gegenüber der Nabe, in Abhängigkeit vom jeweiligen
Verdrehwinkel
angestrebt werden sollte. Abweichend von DE-AS 23 15 946 besteht indessen die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung darin, mit einfachen Mitteln Maßrahmen zu treffen, dahingehend,
daß die angestrebte Veränderlichkeit des Reibungswiderstandes in Abhängigkeit vom
Verdrehwinkel nicht nur auf die bekannte Maßnahme - Vergrößerung des Reibungswiderstandes
bei Vergrößerung des Verdrehwinkels - beschränkt bleibt, sondern darüber hinaus
auch andersartige Varianten einer Abhängigkeit des Reibungswiderstandes vom Verdrehwinkel
ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen
Federscheibe und Nabenflansch Distanzelemente angeordnet sind, die in Drehrichtung
mit je einer schiefen Ebene zusammenwirken, derart, daß bei einer Verdrehung der
Federscheibe gegenüber dem Nabenflansch eine den Reibungswiderstand zwischen diesen
beiden Teilen verändernde Abstandsänderung erfolgt, die von der Größe des jeweiligen
Verdrehwinkels abhängig ist.
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Zweckmäßigerweise sind hierbei die Distanzelemente räumlich der Federscheibe
und die schiefen Ebenen räumlich dem Nabenflansch zugeordnet.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dienen als Distanzelemente
Kugeln, die in Ausnehmungen der Federscheibe drehfest angeordnet sind. Als Distanzelemente
können alternativ aber auch Sicken vorgesehen sein, die in die Federscheibe eingeprägt
sind.
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Die dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßte, gewünschte Charakteristik
einer Abhängigkeit des Reibungswiderstandes vom Verdrehwinkel läßt sich aufgrund
der Erfindung in einfacher Weise durch Variationen im Bereich der schiefen Ebene
verwirklichen. So können z.B. die schiefen Ebenen so ausgebildet bzw. angeordnet
sein, daß sich mit steigendem Verdrehwinkel die Reibung zwischen Federscheibe und
Nabenflansch erhöht. Durch entsprechende Gestaltung der schiefen Ebene ist es möglich,
die Funktion progressiv, proportional oder
degressiv zu gestalten.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es aber auch
denkbar, daß die schiefen Ebenen jeweils zwei Schrägflächen aufweisen, derart, daß
sich - ausgehend von einer Nullage - die Reibung zwischen Federscheibe und Nabenflansch
mit steigendem Verdrehwinkel in beiden Drehrichtungen erhöht.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können als schiefe
Ebenen radiale Einfräsungen dienen, die in die der Federscheibe zugewandte Fläche
des Nabenflansches eingearbeitet sind. Alternativ hierzu können aber als schiefe
Ebenen auch Erhebungen vorgesehen sein, die in den Nabenflansch eingeprägt sind.
Letztere Variante ermöglicht eine Verringerung des Reibungswiderstandes mit steigendem
Verdrehwinkel, und zwar in beiden Drehrichtungen.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung lassen sich den
Unteransprüchen sowie - anhand von Ausführungsbeispielen -der Zeichnung und der
nachstehenden Zeichnungsbeschreibung entnehmen. Es zeigt: Fig. 1 eine Kupplungsscheibe
einer Einscheiben-Reibungskupplung für Kraftfahrzeuge, in Draufsicht (Pfeilrichtung
A in Fig. 2), Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 die Nabe
der Kupplungsscheibe aus Fig. 1 und 2, in Separatdarstellung, in Draufsicht entsprechend
Fig. 1 gesehen, Fig. 4 den Gegenstand von Fig. 3 in Seitenansicht, Fig. 5 eine Separatdarstellung
der Federscheibe aus der Kupplungsscheibe nach Fig. 1 und 2, in Draufsicht entsprechend
Fig. 1 gesehen, Fig. 6a einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5, Fig. 6b eine
gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6a etwas abgewandelte Ausführungsform
einer Federscheibe, in - teilweiser - Schnittdarstellung entsprechend Fig. 6a, Fig.
7a eine ausschnittsweise Seitendarstellung einer Ausführungsform einer Nabe entsprechend
Fig. 4
im Zusammenwirken mit einer Federscheibe entsprechend Fig.
6a, Fig. 7b eine gegenüber Fig. 7a durch andersartige Gestaltung der Federscheibe
abgewandelte Ausführungsform, und Fig. 8 bis 10 - schematisch - drei verschiedene
Alternativen von Federscheibe und mit dieser zusammenwirkenden Nabe, jeweils mit
nebenstehender Grafik (Abhängigkeit des Kupplungsdrehmoments vom Verdrehwinkel der
Federscheibe gegenüber der Nabe).
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In der Zeichnung, insbesondere Fig. 1 und 2, bezeichnet 10 die Nabe
einer insgesamt mit 11 bezifferten Kupplungsscheibe einer Einscheiben-Reibungskupplung
für Kraftfahrzeuge. Die Nabe 10 besitzt eine Keilverzahnung 12, die der Drehmomentübertragung
auf eine (nicht gezeigte) Getriebeeingangswelle dient. Die radiale Fortsetzung der
Nabe 10 bildet ein Nabenflansch 13, durch den die Nabe 10 mit einer Federscheibe
14 (auch Trägerlamelle genannt) verbunden ist. Die Federscheibe 14 trägt außen beidseitig
Kupplungs-Reibbeläge -15.
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Die Verbindung von Nabe 10 und Federscheibe 14 in Drehrichtung (vgl.
Pfeil 16 in Fig. 1) ist - wie bei derartigen Kupplungen üblich - so konzipiert,
daß innerhalb gewisser Grenzen eine Relativverdrehung zwischen den Teilen 10, 14
stattfinden kann.
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Als Anschläge zur Begrenzung dieser Relativverdrehbarkeit zwischen
den Teilen 10, 14 dienen Niete 17, die in radiale Aussparungen 18 am Außenumfang
des Nabenflansches 13 eingreifen.
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Eine relative Verdrehung der Teile 10, 14 gegeneinander kann aber
- wie ebenfalls üblich - nur nach Überwindung des Federwiderstandes von Schraubenfedern
19 erfolgen, von denen insgesamt 6 in der Kupplungsscheibe 11 angeordnet sind.
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Wie weiterhin insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Federscheibe
14 auf der Nabe 10 zwischen zwei Reibscheiben 20, 21 angeordnet. Die axiale Fixierung
der Federscheibe 14 auf der Nabe 10 erfolgt durch eine HaltescheibS 22, die außen
durch
eine Tellerfeder 23 druckbeaufschlagt ist. Die vorgespannte Tellerfeder 23 stützt
sich in rückwärtiger Richtung an einem Sicherungsring 24 ab. Infolge der Vorspannung
der Tellerfeder 23 und des Reibungsbeiwertes der Reibscheiben 20, 21 einerseits
und der Federscheibe 14 andererseits ergibt sich ein Reibungsmoment, welches bei
Relativverdrehung der Teile 10, 14 gegeneinander wirksam wird. Das Reibungsmoment
dient zur Dämpfung der durch die Federn 19 bewirkten Schwingungen zwischen den Teilen
10, 14 innerhalb der Kupplungs scheibe 11.
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Die Fig. 3-10 machen nun deutlich, daß dieses Reibungsmoment zwischen
den Teilen 10, 14 nicht konstant ist, sondern vielmehr vom Verdrehwinkel der beiden
Teile 10, 14 gegeneinander abhängt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6a (vgl.
auch Fig. 7a) sind zu diesem Zweck in der Federscheibe 14a drei in gleichmäßigem
Winkelabstand von 9 = 1200 angeordnete Ausnehmungen 25 vorgesehen, in denen jeweils
eine Kugel 26 drehfest angeordnet ist. Die Kugeln 26 dienen als axiale Distanzelemente
zwischen der Federscheibe 14a und der Nabe 10 bzw. dem Nabenflansch 13. Sie wirken
hierbei - wie Fig. 7a erkennen läßt - mit radialen Einfräsungen 27 am radial innenliegenden
Bereich des Nabenflansches 13 zusammen, die hierbei die Funktion von schiefen Ebenen
ausüben. Entsprechend ihrer Zuordnung zu den Distanzelementen (Kugeln 26) sind auch
die radialen Einfräsungen 27, wie Fig. 3 zeigt, in gleichmäßigen Winkelabständen
von L = 1200 an der der Federscheibe 14a zugewandten Fläche des Nabenflansches 13
angeordnet.
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Bei der in Fig. 3, 4 und 7 gezeigten Ausführungsform weisen die als
schiefe Ebenen fungierenden radialen Einfräsungen 27 jeweils zwei Schrägflächen
auf, die mit 28 und 29 beziffert sind. Fig. 7a demonstriert nun das Zusammenwirken
der Distanzelemente (Kugeln 26) mit den schiefen Ebenen (radiale Einfräsungen 27).
In Fig. 7a sind allerdings Federscheibe 14a und Nabe 10 in axialem Abstand voneinander
dargestellt. In montiertem Zustand der Kupplungsscheibe 11 jedoch (vgl. hierzu Fig.
1) liegen jedoch die Teile 10, 14a eng aneinander, derart,
daß
die Kugeln 26 in die radialen Einfräsungen 27 eingreifen.
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Erfolgt nun eine Relativverdrehung der beiden Teile 10, 14a gegeneinander
in einer der beiden möglichen Drehrichtungen, die in Fig. 3 und 7a jeweils durch
einen Doppelpfeil 30 gekennzeichnet sind, so bewegen sich die Kugeln 26 auf einer
der beiden Schrägflächen 28 bzw. 29 entlang, mit der Folge, daß sich der Abstand
zwischen den beiden Teilen 10, 14a vergrößert. Durch diese axiale Abstandsvergrößerung
zwischen Nabe 10 und Federscheibe 14a erhöht sich gleichzeitig der von der Tellerfeder
23 über die Reibscheiben 20, 21 auf Federscheibe 14 und Nabenflansch 13 ausgeübte
Anpreßdruck und damit auch das Reibmoment zwischen den Teilen 10, 14 bzw.
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14a. Eine Relativverdrehung der Teile 10, 14 bzw. 14a gegeneinander
in einer der beiden Drehrichtungen (Doppelpfeil 30) bewirkt also je nach Größe des
Verdrehwinkels eine Erhöhung des Reibmoments zwischen diesen beiden Teilen.
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Die Ausführungsformen nach Fig. 6b und 7b unterscheiden sich von der
Ausführungsform nach Fig. 3-5, 6a und 7a dadurch, daß die Distanzelemente - in Fig.
6b mit 31, in Fig. 7b mit 32 beziffert - jeweils als Sicken ausgebildet sind, die
in die Federscheibe 14b durch Prägen eingearbeitet sein können.
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Die oben beschriebene Zusammenwirkung der Teile 10 und 14b und die
sich daraus ergebenden Änderungen des Reibmomentes zwischen den Teilen 10 und 14b
entsprechen der vorstehenden Schilderung.
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Die in Fig. 8 linksseitig dargestellte Variante entspricht im wesentlichen
der Ausführungsform nach Fig. 3-5, 6a und 7a.
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Die in dem Nabenflansch 13 eingearbeitete schiefe Ebene 27 besitzt
zwei Schrägflächen 28, 29, die die gleiche Steigung, nur in entgegengesetztem Sinne,
aufweisen. Hierdurch ergibt sich die auf der rechten Seite gezeigte Charakteristik
der Abhängigkeit des Kupplungsdrehmoments vom jeweiligen Verdrehwinkel zwischen
den Teilen 10, 14. Die Abhängigkeit stellt sich als sog. Hystereseschleife dar.
Das veränderliche Reibmoment zwischen den Teilen 10, 14 bei einem bestimmten Verdrehwinkel/)1
ergibt sich als Strecke y.
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Die Variante nach Fig. 9 entspricht im wesentlichen derjenigen nach
Fig. 8. Der Unterschied besteht darin, daß die schiefe Ebene 27' zwei Schrägflächen
28' und 29' mit unterschiedlichem Steigungswinkel besitzt. Die rechtsseitig skizzierte
zugehörige Charakteristik zeigt, daß das Reibmoment (y') in der einen Drehrichtung
(rechte Seite des Diagramms) mit steigendem Verdrehwinkel eine geringere Zuwachsrate
hat als in der anderen Drehrichtung (linke Seite des Diagramms).
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Fig. 10 zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei der die schiefe
Ebene 27'' zwei Schrägflächen 28'' und 29" aufweist, die jedoch im Unterschied zu
den Ausführungsformen nach Fig. 8 und 9 eine in der jeweiligen Drehrichtung fallende
Neigung besitzen. Entsprechend macht die rechtsstehende Charakteristik deutlich,
daß das Reibmoment y" mit steigendem Verdrehwinkel, und zwar in beiden Drehrichtungen,
jeweils abnimmt.
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Über die in der Zeichnung gezeigten und im vorstehenden beschriebenen
Alternativen hinaus lassen sich noch weitere Varianten denken, durch die die Reibwertcharakteristik
dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden kann. Derartige Variationen lassen
sich z.B. in einfacher Weise durch entsprechende Gestaltung der Schrägflächen 28,
29 der schiefen Ebenen 27 erzielen, wobei z.B. die Schrägflächen 28, 29 in der einen
oder anderen Richtung mehr oder weniger gekrümmt sein können.