DE3490360C2 - Drehelastische Kupplungsscheibe - Google Patents

Drehelastische Kupplungsscheibe

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DE3490360C2 DE19843490360 DE3490360A DE3490360C2 DE 3490360 C2 DE3490360 C2 DE 3490360C2 DE 19843490360 DE19843490360 DE 19843490360 DE 3490360 A DE3490360 A DE 3490360A DE 3490360 C2 DE3490360 C2 DE 3490360C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine drehelastische Kupplungsscheibe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Reibungskupplungen werden in weitem Umfang dank ihrer einfachen Konstruktion und der einfachen Wartung eingesetzt. Obwohl Reibungskupplungen in verschiedene Typen eingeordnet sind, hat ihre Basiskonstruktion gemeinsam, daß ein Kupplungslöselager durch das Kupplungspedal gegen ein Schwungrad gedrückt wird, so daß eine normalerweise durch die Kraft der Feder gegen das Schwungrad gedrückte Kupplungsscheibe gegen die Kraft der Feder vom Schwungrad weggedrückt werden kann. Die Kupplungsscheibe ist in einen soliden Typ und einen Federtyp klassifiziert. Der Federtyp umfaßt Schraubenfedern, die zwischen einer auf die Eingangswelle des Getriebes aufgekeilten Nabe und Scheibenplatten angeordnet sind, die eine mit dem Schwungrad in Druckeingriff zu bringende Reibungsplatte hält, so daß dadurch ein Drehmoment übertragen wird. Daher ist es vorteilhaft, daß während des Eingriffs der Kupplung eine Stoßabsorptionswirkung vorhanden ist.
Wenn der Motor im Leerlauf betrieben wird, werden häufig "Klapper"- oder "Ratter"-Geräusche durch das Getriebe erzeugt. Dies liegt daran, daß im Leerlaufzustand im Motor eine große Drehmomentenänderung auftritt, insbesondere beim Dieselmotor. Diese Änderung resultiert in einer Kollision der Zahnräder des Getriebes, was Anlaß zur Erzeugung von Kämmgeräuschen gibt.
Es ist ein konstruktiver Aufbau mit einer speziellen Torsionscharakteristik bekannt, bei der für den Zweck der Verhinderung solcher Kämmgeräusche eine Reibungsbeilagscheibe zwischen den Scheibenplatten und der Nabe angeordnet ist, um Geräusche durch die Kupplungsscheibe zu absorbieren. Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Torsionscharakteristik des konstruktiven Aufbaus mit einer solchen Funktion. Die Geräusche, die während des Leerlaufs auftreten, betreffen ein erststufiges Hysteresedrehmoment, welches in Fig. 1 durch das Symbol H₁ angezeigt ist. Für den Zweck der Verhinderung der Geräusche ist es notwendig, dieses H₁ auf einem kleinen bestimmten Wert zu halten, der für das Motor/Getriebe-Torsionsschwingungssystem geeignet ist. Diesbezüglich hat die Mitanmelderin der vorliegenden Anmeldung die Technik zum Reduzieren des Oberflächendrucks zwischen den Reibungsplatten und der Nabe und das Vorsehen einer aufgebrachten Beschichtung für das Stabilisieren des Reibungskoeffizienten und das Verbessern des Abnutzungswiderstandes dieser Reibungsabschnitte vorgeschlagen, und zwar in der Japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift 58-67 124. Jedoch in Abhängigkeit vom Motor muß dieses Hysteresedrehmoment H₁ auf einen sehr kleinen Wert im Bereich von 0,5-1,2 Nm eingestellt werden, um Probleme zu vermeiden. Dies liegt daran, daß, wenn der Wert dieses Hysteresedrehmomentes H₁ im Betrieb kleiner wird als 0,5 Nm, die Kupplungsscheibe selbst eine Torsionsresonanz vollzieht, wodurch große Geräusche erzeugt werden, während, wenn dieser Wert größer als 1,2 Nm wird, die Verhinderungswirkung der vom Getriebe erzeugten Geräusche abrupt reduziert wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Feder-Kupplungsscheibe vorzusehen, bei der das erststufige Hysteresedrehmoment bei der Torsionscharakteristik der Kupplungsscheibe bei einem sehr geringen Wert über eine lange Zeitperiode stabil gehalten werden kann, so daß die Kupplungsscheibe bei einem beliebigen Motor eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch diese Lösung werden die eingangs genannten Nachteile beseitigt.
Aus Neumüller "Römpps Chemie-Lexikon", 8. Auflage, 1979, Seite 496 in Verbindung mit "Jahrbuch der Oberflächentechnik", Band 33, 1977, Seite 207-214 ist es im Prinzip bekannt, in stromlos-abgeschiedenen Nickeldispersionsschichten Bornitrid einzulagern, um die Verschleißfestigkeit der Schicht zu erhöhen. Diese Druckschriften geben jedoch keinen Hinweis auf den Einsatz eines derartigen Lösungsmerkmales bei Federkupplungsscheiben der im Anspruch 1 angegebenen Art. Auch gibt dieser Stand der Technik keinen Hinweis darauf, daß derartige Dispersionsschichten in der beanspruchten Kombination die für die Erfindung geltendgemachten Vorteile erbringen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine graphische Darstellung einer für eine Kupplungsscheibe geforderten bevorzugten Torsionscharakteristik,
Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorderansicht mit der Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 2, und
Fig. 4 eine graphische Darstellung des erststufigen Hysteresedrehmoments entsprechend einem Torsions-Dauertest.
Eine Deckschicht 1, die gegen ein Schwungrad 10 eines Motors gedrückt wird, ist an einer von zwei Scheibenplatten 2 befestigt. Eine Nabe 3 ist auf eine Eingangswelle einer Transmission gekeilt und ist drehbar auf deren Umfangsfläche in zentrale Nabenaufnahmebohrungen der jeweiligen Scheibenplatten 2 eingesetzt. Paare bildende Flansche 4 verschiedener Form ragen an vier Stellen des Mittelabschnittes der äußeren Umfangsfläche der Nabe 3 radial nach außen. An der radial äußeren Seite der Nabe befindet sich eine Drehmomentenplatte 5, deren Ausschnitte 5 a mit den jeweiligen Flanschen 4 in Eingriff bringbar sind, zwischen den beiden Scheibenplatten 2. Die beiden Scheibenplatten 2 sind durch Stifte 6 miteinander verbunden. Die beiden Scheibenplatten 2 berühren die Drehmomentenplatte 5 über die drehmomentübertragenden Schraubenfedern 7 und 8, die über den Umfang in die Ausschnitte 5 a der Drehmomentenplatte 5 und die Ausschnitte 2 a der Scheibenplatten 2 eingesetzt sind. Jede Schraubenfeder 8 hat ein Spiel δ in Umfangsrichtung zwischen dieser und der Drehmomentenplatte 5. Die Drehmomentenplatte 5 befindet sich an beiden Seiten zwischen Reibungsplatten 9, die im wesentlichen dieselbe Form haben wie die Drehmomentenplatte. Die Reibungsplatten 9 berühren die Nabenflansche 4 über stoßabsorbierende Schraubenfedern 12, 13, die auf gleiche Weise in Umfangsrichtung zwischengeschaltet sind. Die Schraubenfeder 13 hat ein Spiel γ in Umfangsrichtung zwischen ihr und den Reibungsplatten 9. Die Reibungsplatten 9 stehen an ihrer zentralen Außenfläche in Druckberührung mit den Scheibenplatten 2, und zwar über Reibungsbeilagscheiben 11 a mit einem großen Reibungskoeffizienten. An ihrer inneren Umfangsfläche stehen die Reibungsplatten 9 über andere Reibungsbeilagscheiben 11 b mit kleinem Reibungskoeffizienten mit den Nabenflanschen 4 in Berührung.
Der Außenumfang der Nabe 3, der relativ zu den Nabenflanschen 4 näher am Schwungrad 10 liegt, ist drehbar in eine Büchse 14 eingesetzt, die an der Seite, die näher am Schwungrad 10 liegt, auf die Scheibenplatte 2, die äußere Reibungsbeilagscheibe 11 a und die Reibungsplatte 9 durch Preßsitz angebracht ist. Solch eine Büchse 14 kann ebenso am Außenumfang der Nabe 3 an der Seite vorgesehen sein, die vom Schwungrad 10 entfernt liegt. Wenn der Motor wenig belastet ist, d. h. wenn er im Leerlauf betrieben wird, wird das Motordrehmoment vom Schwungrad 10 auf die Nabe 3 übertragen, was über die Reibungsplatten 1, die Scheibenplatten 2, die Drehmomentenfedern 7, die Drehmomentenplatte 5, die Reibungsplatten 9, die Reibungsbeilagscheiben 11 b und die Nabenflansche 4 in der zuvor beschriebenen Reihenfolge erfolgt. Mit einer progressiv zunehmenden Motorbelastung wird die erste Kissenfeder 12 zuerst um einen Betrag entsprechend dem Spiel q der zweiten Kissenfeder 13 zusammengedrückt. Dann erfolgt ein Zusammendrücken der zweiten Kissenfeder 13, wonach die ersten Drehmomentenfedern 7 um einen Betrag zusammengedrückt werden, der dem Spiel δ der zweiten Drehmomentenfedern 8 entspricht. Dann werden die zweiten Drehmomentenfedern 8 zusammengedrückt, wodurch das Drehmoment unter Stoßabsorption übertragen wird.
Entsprechend der vorstehenden Beschreibung muß das erststufige Hysteresedrehmoment in der Drehmomentencharakteristik der Kupplungsscheibe auf einen sehr kleinen Wert gehalten zu werden, der in Fig. 1 durch H₁ angegeben ist, um zu verhindern, daß während des Leerlaufs des Motors vom Transmissionsgetriebe Eingriffsgeräusche erzeugt werden. Vorliegend wird dieser Wert dadurch erhalten, daß eine speziell aufgebrachte Beschichtung auf zumindest den Gleitreibungseingriffsabschnitten der Nabe 3, der inneren Reibungsbeilagescheibe 11 b und der Büchse 4 vorgesehen ist (einschließlich der Nabenflansche 4: dasselbe gilt für die spätere Beschreibung auch).
Es wird nun eine Ausführungsform beschrieben, gemäß der auf der Nabe 3 als stromlos abgeschiedene Nickel (Ni)-Schicht eine stromlos abgeschiedene Nickel (Ni)-Phosphor (P)-Schicht, und auf der Reibungsbeilagschicht 11 b und der Büchse 14 eine stromlos abgeschiedene Nickel (Ni)-Phosphor (P)-Bornitrid (BN)-Schicht vorgesehen ist.
Die stromlos abgeschiedene Ni-P-Schicht und die stromlos abgeschiedene Ni-P-BN-Schicht sind entsprechend einem bekannten Verfahren vorgesehen und ihre Konditionen sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Dicke und die Härte der abgeschiedenen Schichten sind ebenso in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1
Die Änderung des erststufigen Hysteresedrehmomentes ist in Fig. 4 dargestellt, und zwar unter der Bedingung, daß die Kupplungsscheibe die Nabe 3, die Reibungsbeilagscheibe 11 b und die Büchse 14 umfassen, die unter den vorgenannten Konditionen mit der abgeschiedenen Schicht versehen und einem Torsions-Dauertest unterworfen wurde. Aus den in Fig. 4 dargestellten Versuchsresultaten ist offensichtlich, daß, wenn die Kurve a einen bekannten Aufbau mit einer Büchse und einer Reibungsbeilagscheibe, die mit einer abgeschiedenen Nickel-Teflon-Verbundbeschichtung versehen ist, zeigt und die Kurve b einen Aufbau, der mit der stromlos-abgeschiedenen Ni-P-BN-Beschichtung versehen ist, das erststufige Hysteresedrehmoment auf einem kleinen Wert gehalten werden kann. Die Dauerhaftigkeit der Beibehaltung eines geringen Reibungskoeffizienten ist bei diesen Kupplungsscheiben besonders vorhanden.
Die Dicke und Härte der abgeschiedenen Beschichtungen sind so bestimmt, daß sie die Änderung des erststufigen Hysteresedrehmoments klein hält, und zwar unter Inbetrachtziehung der Faktoren einschließlich der auf die Gleitberührungsabschnitte aufgebrachten Last, der Anzahl der Dauerbenutzungen und der Materialien der miteinander wirkenden Teile. Da jedoch die Dicke und die Härte der abgeschiedenen Beschichtungen in Abhängigkeit von der Eintauchdauer in das Bad, der Dauer der Wärmebehandlung und der Temperatur der Wärmebehandlung delikat sind, ist es schwierig, die Produktion zu handhaben. Daher ist es unter Inbetrachtziehung der Fluktuation der Qualität der Produkte wünschenswert, daß die Dicke der stromlos-abgeschiedenen Ni-P-Beschichtung so ausgewählt wird, daß sie im Bereich von 4-10 µm liegt. Die Dicke der stromlos-abgeschiedenen Ni-P-BN-Beschichtung ist so ausgewählt, daß sie innerhalb des Bereiches von 10-16 µm liegt. Die Härte beider Beschichtungen ist so ausgewählt, daß sie innerhalb des Bereiches von Hmv 700-900 liegt. Wenn die abgeschiedenen Beschichtungsdicken von den vorgenannten Bereichen abweichen und kleiner sind als die vorgenannten Werte, so nimmt der Abnutzungsbetrag an den Abschnitten mit den abgeschiedenen Beschichtungen zu, was zu einer unzureichenden Lebensdauer führt. Übermäßig dicke Beschichtungen sind hinsichtlich der Kosten nachteilig. Darüber hinaus erhöht eine unzureichende Härte der Beschichtungen den Abnutzungsumfang mit dem Ergebnis einer fehlenden Lebensdauer. Eine übermäßig große Härte der Beschichtungen neigt zu einer früheren Abnutzung der miteinander in Eingriff stehenden Teile und macht die Beschichtungen spröde und gibt Anlaß zu einer fehlenden Lebensdauer.
Die Zusammensetzung der Beschichtung, welche die stromlos abgeschiedene Ni-P-Beschichtung vorsieht, enthält gemäß Tabelle 1 9 Gew.-% P. Da jedoch die Härte in Abhängigkeit vom P-Gehalt sich ändert, wird es bevorzugt, daß die Zusammensetzung 8-10 Gew.-% P enthält, wenn die Lebensdauer und die Fluktuation der Qualität der Produkte in Betracht gezogen wird. Gleicherweise ändert sich für den Fall der stromlos abgeschiedenen Ni-P-BN-Beschichtung ebenfalls die Härte in Abhängigkeit vom P-Gehalt. Ein großer P-Gehalt resultiert in Härte und Brüchigkeit und verursacht ebenso eine Abnutzung der miteinander in Eingriff stehenden Teile, während ein kleiner P-Gehalt in einer Weichheit resultiert. Daher ist es bevorzugt, daß die Zusammensetzung 5-8 Gew.-% P enthält. Obwohl weiterhin ein großer Gehalt an BN die Selbstschmierung verbessert und die Dauerhaftigkeit der Aufrechterhaltung eines niedrigen Reibungskoeffizienten sicherstellt, erhöht dieser Gehalt die Kosten. Es ist daher bevorzugt, daß die Zusammensetzung 3-5 Gew.-% BN enthält.
Entsprechend der vorstehenden Beschreibung wird für die Kupplungsscheibe der Erfindung eine speziell abgeschiedene Beschichtung auf zumindest dem Gleitreibungseingriffsabschnitt zwischen der Reibungsbeilagscheibe und der Nabe vorgesehen. Daher kann der Reibungskoeffizient am Gleitreibungseingriffsabschnitt auf einen kleinen Wert stabilisiert und der Abnutzungswiderstand weiter verbessert werden. Ebenso kann das erststufige Hysteresedrehmoment in der Torsionscharakteristik der Kupplungsscheibe über eine lange Zeitperiode auf einem sehr kleinen Wert stabil gehalten werden.
Bei der vorgenannten Ausführungsform wurde die stromlos abgeschiedene Ni-P-BN-Beschichtung entsprechend der Darstellung in Tabelle 1 für 1 h bei 500°C wärmebehandelt. Jedoch kann eine äquivalente Härte mit einer Wärmebehandlung von 1 h bei 300°C erzielt werden. Außerdem können gleiche Dauerversuchsergebnisse wie die Ergebnisse des Torsions-Dauerversuchs in Fig. 4 erzielt werden.
Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wurde weiterhin die stromlos abgeschiedene Ni-P-Beschichtung auf der Nabe 3 und die stromlos abgeschiedene Ni-P-BN-Beschichtung auf der Reibungsbeilagscheibe 11 b und der Büchse 14 vorgesehen. Jedoch wird eine äquivalente anerkennenswerte Wirkung erzielt, wenn im Gegensatz dazu die stromlos abgeschiedene Ni-P-Beschichtung auf der Reibungsbeilagscheibe 11 b und der Büchse 14 und die stromlos abgeschiedene Ni-P-BN-Beschichtung auf der Nabe 3 vorgesehen wird.
Bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel sind die Beschichtungszusammensetzungen, die Beschichtungsdicken und die Beschichtungshärten als Beispiel der Kombination der stromlos abgeschiedenen Ni-P-Beschichtung und der stromlos abgeschiedenen Ni-P-BN-Beschichtung dargestellt. In Abhängigkeit von den Konditionen, einschließlich der auf die Kupplungsscheibe aufgebrachten Belastung und der Anzahl der dauerhaften Einsätze können unterschiedliche Beschichtungszusammensetzungen, Beschichtungsdicken und Beschichtungshärten verwendet werden, um eine anerkennenswerte Wirkung äquivalent zu der zu erreichen, die sich im Zusammenhang mit dem vorgenannten Ausführungsbeispiel ergeben.

Claims (4)

1. Drehelastische Kupplungsscheibe mit einer am Mittelabschnitt des Außenumfangs mindestens einen Flansch aufweisenden Nabe, den Flansch der Nabe zwischen sich aufnehmenden Scheibenplatten und einem zwischen den Scheibenplatten und dem Flansch der Nabe angeordneten Gleitteil für eine reibende Gleitberührung mit der Nabe, wobei die Drehmomentübertragung von den Scheibenplatten auf die Nabe über dazwischen angeordnete Schraubenfedern bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine stromlos abgeschiedene Ni-P-Beschichtung auf der reibenden Oberfläche des Gleitteils (11 b, 14) oder der Nabe (3) und eine stromlos abgeschiedene Ni-P-Beschichtung mit Bornitrid- Einlagerung (Ni-P-BN-Beschichtung) auf der entsprechenden Gegenfläche der Reibpaarung vorgesehen ist.
2. Drehelastische Kupplungsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitteil eine Reibungsbeilagscheibe (11 b) umfaßt, die zwischen dem Nabenflansch (4) und den Scheibenplatten (2) angeordnet ist, sowie eine Büchse (14), die auf der Innenumfangsfläche der Scheibenplatten (2) zwischen der Nabe (3) und den Scheibenplatten mit Preßsitz befestigt ist.
3. Drehelastische Kupplungsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromlos abgeschiedene Ni-P-Beschichtung ohne BN-Einlagerung eine Zusammensetzung aufweist, die aus Ni: 90-92 Gew.-% und P: 8-10 Gew.-% besteht.
4. Drehelastische Kupplungsscheibe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stromlos abgeschiedene Ni-P-BN- Beschichtung eine Zusammensetzung hat, die aus Ni: 87-92 Gew.-‰, P: 5-8 Gew.-% und BN: 3-5 Gew.-% besteht.
DE19843490360 1983-08-10 1984-08-08 Drehelastische Kupplungsscheibe Expired DE3490360C2 (de)

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