DE3490360C2 - Drehelastische Kupplungsscheibe - Google Patents
Drehelastische KupplungsscheibeInfo
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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.
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.
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