DE3712898A1 - Reibkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibkupplung zum reibschlüssigen Verbinden einer Antriebswelle mit einer Abtriebswelle, mit einem mit der Antriebswelle verbundenen, eine erste Kupplungs­ fläche aufweisenden ersten Kupplungskörper, mit einem mit der Abtriebswelle verbundene, eine zweite Kupplungsfläche aufweisen­ de zweiten Kupplungskörper, mit einem zwischen den Kupplungsflä­ chen angeordneten Reibkörper und mit einem Betätigungselement zum Aneinanderpressen der Kupplungskörper im geschlossenen Zustand der Reibkupplung.

Eine Reibkupplung der vorstehend beschriebenen Art ist allgemein bekannt.

Bei bekannten Reibkupplungen ist üblicherweise eine der Wellen mit einer kreisförmigen Kupplungsscheibe versehen, die in der Nähe ihrer Peripherie ein- oder beidseitig mit einem kreisring­ förmigen Reibkörper fest verbunden, beispielsweise vernietet ist. Die mit dem Reibkörper versehene Kupplungsscheibe steht auf einer Seite einer Gegenfläche einer Kupplungsscheibe des anderen Kupplungskörpers oder eines Kupplungsgehäuses gegenüber. Auf der anderen Seite befindet sich ein Betätigungselement, das ebenfalls als kreisringförmige Betätigungsscheibe ausgebil­ det ist. Wird eine derartige Reibkupplung beispielsweise in einem Kraftfahrzeug in Verbindung mit einem stirnverzahnten Stufengetriebe eingesetzt, so wird in der Regel die Betätigungs­ scheibe durch die Kraft einer geeigneten Feder konstant auf die Kupplungsscheibe gepreßt, so daß zwischen den Kupplungskörpern ein dauernder Reibschluß besteht und die Antriebswelle mit derselben Drehzahl umläuft wie die Abtriebswelle. Wird nun ein Kupplungspedal getreten, wird die Betätigungsscheibe gegen die Kraft der Federn von der Kupplungsscheibe abgehoben, so daß der Reibkörper auf beiden Seiten von der Betätigungsscheibe bzw. der Gegenfläche des anderen Kupplungskörpers abhebt und damit der Kraftfluß zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle unterbrochen ist.

Die bekannte Reibkupplung hat jedoch mehrere Nachteile.

Zum einen wird der Reibkörper, wenn er nur einseitig an der Kupplungscheibe befestigt ist, nur mit einer Reibfläche bzw. wenn er beidseitig angebracht ist, mit zwei Reibflächen wirksam, so daß sich die insbesondere beim Schließen der Kupplung ent­ wickelnde Reibungswärme nur auf einen verhältnismäßig kleinen Oberflächenbereich verteilt.

Zum anderen erhöhen die an der Kupplungsscheibe fest angeordne­ ten Reibbeläge das Massenträgheitsmoment der Kupplungsscheibe und damit beispielsweise des Getriebeeingangs, wenn die Kupp­ lungsscheibe an diesem angebracht ist. Dies bedeutet, daß bei jeder Winkelbeschleunigung der mit der Kupplungsscheibe verbun­ denen Welle Energie aufgewendet werden muß, die bei anschließen­ der Winkelverzögerung durch Abbremsen in Wärmeenergie umgesetzt werden muß. Außerdem kann infolge des erhöhten Massenträgheits­ moments die mit der Kupplungsscheibe versehene Welle rapiden Drehzahländerungen nur mit entsprechender Verzögerung folgen, so daß beispielsweise Probleme beim Synchronisieren des Getrie­ bes eintreten können, die umso größer sind, je höher das Gewicht der als Kupplungsbeläge ausgebildeten Reibkörper ist.

Zwar lassen sich einige dieser Probleme dadurch beheben, daß man in an sich bekannter Weise statt einer Enscheibenkupplung eine Mehrscheibenkupplung oder eine Lamellenkupplung verwendet, bei der z. B. die Wärmeentwicklung an den Reibflächen auf eine größere Zahl von Reibflächen verteilt wird, bei derartigen Lamellenkupplungen erhöhen sich jedoch das Gewicht und die Baugröße beträchtlich, so daß die Kupplung ein schweres und einen erheblichen Einbauraum beanspruchendes Aggregat ist, was der Forderung im modernen Automobilbau nach möglichst leichten und platzarmen Komponenten widerspricht.

Insgesamt ist aber auch bei Mehrscheiben- oder Lamellenkupplun­ gen der Verschleiß der Kupplungsbeläge häufig so groß, daß diese noch innerhalb der Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs einmal oder gar mehrfach ausgewechselt werden müssen.

Bekannte Reibkupplungen mit fest aufgenieteten Kupplungsbelägen haben ferner den Nachteil, daß dann, wenn eine Reibfläche des Kupplungsbelages "frißt", d. h. sich an der zugehörigen Gegen­ fläche des anderen Kupplungskörpers festsetzt, die Kupplung insgesamt funktionsunfähig wird. Selbst wenn es in einem solchen Falle gelingt, die aneinander festgefressenen Kupplungskörper durch entsprechende Krafteinwirkung wieder voneinander zu lösen, ist die Kupplung nicht wieder funktionsfähig, weil die voneinander losgerissenen Kupplungskörper keinen definierten Reibbeiwert zueinander mehr bilden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Reibkupplung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubil­ den, daß eine bessere Wärmeverteilung an den Reibflächen der Reibkörper eintritt, daß die Baugröße der Kupplung gegenüber bekannten Reibkupplungen verringert werden kann und daß die Lebensdauer und die Notlaufeigenschaften verbessert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Reibkörper im geöffneten Zustand der Reibkupplung lose zwischen den Kupplungsflächen angeordnet ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise überraschend einfach gelöst.

Dadurch, daß die Reibkörper bei geöffneter Kupplung lose zwi­ schen den Kupplungsflächen angeordnet sind, sind die Kupplungs­ körper vom Gewicht der Reibkörper befreit, so daß das Massen­ trägheitsmoment der Kupplungskörper entsprechend geringer ist.

Die entsprechenden Wellen vermögen daher rapiden Drehzahlände­ rungen schneller zu folgen, und die weiter oben geschilderte zusätzliche Beschleunigungsarbeit bei der Winkelbeschleunigung der Wellen wird vermieden.

Außerdem hat die lose Anbringung der Reibkörper den Vorteil, daß die Reibkörper nunmehr auf beiden Seiten einen Reibschluß zu den entsprechenden Kupplungsflächen darstellen, anders als bei fest aufgenieteten Kupplungsbelägen, die nur an der von der Kupplungsscheibe abgewandten Fläche wirksam wurden, nicht jedoch an der Fläche, mit der sie auf die Kupplungsscheibe aufgenietet sind.

Hieraus ergibt sich eine um einen Faktor 2 vergrößerte Wärmever­ teilung, oder anders herum ausgedrückt, eine Verkleinerung der Baugröße ohne Überschreitung der zulässigen Grenzwerte für die Wärmebeanspruchung.

Die erfindungsgemäße Reibkupplung kann auf diese Weise erheblich kleiner als herkömmliche Reibkupplungen aufgebaut werden, auch ihr Gewicht ist vermindert, so daß Baugewicht und Einbauraum im Kraftfahrzeugraum eingespart wird.

Die Raum- und Gewichtseinsparung kann so weit getrieben werden, daß die erfindungsgemäße Reibkupplung als Bauteil in ein Stufen­ getriebe eines Kraftfahrzeuges integriert werden kann. Die erfindungsgemäße Reibkupplung kann dabei so dimensioniert wer­ den, daß die Reibkörper mindestens so lange halten, wie die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs ist, so daß die als Kupplungsbe­ läge wirkenden Reibkörper nicht mehr als Verschleißteil, sondern als Lebensdauerteil im Getriebe verbleiben.

Durch die geringe Baugröße der erfindungsgemäßen Reibkupplung kann auch von einer mechanischen Betätigung über ein Kupplungs­ pedal auf eine hydraulische oder pneumatische Betätigung überge­ gangen werden, was der Integrierbarkeit der Reibkupplung in ein Stufengetriebe weiter entgegenkommt. Die erfindungsgemäße Reibkupplung eignet sich daher in besonderer Weise für solche Getriebe, die als "Halbautomaten" ausgebildet sind, d. h. die als herkömmliche Stufengetriebe mit Zugkraftunterbrechung einen halbautomatisierten Gangwechsel ohne Kupplungsbetätigung durch den Fahrer ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Reibkupplung hat ferner den Vorteil einer erhöhten Betriebssicherheit, weil selbst dann, wenn sich der Reibkörper mit einer Reibfläche an der zugehörigen Gegenfläche des anderen Kupplungskörpers festfrißt, die jeweils andere Reibfläche infolge der "schwimmenden" Anordnung der Reibkörper noch voll wirksam bleibt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Reibkupplung sind die Kupplungsflächen kreisringförmig, und der Reibkörper ist hohlzylindrisch ausgebildet und koaxial zu den Wellen angeordnet.

Mit dieser, an sich bekannten Bauweise ergibt sich eine beson­ ders platzsparende Konstruktion, die zu den weiter oben geschil­ derten Vorteilen der geringen Baugröße beiträgt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsge­ mäßen Reibkupplung ist das Betätigungselement als Betätigungs­ scheibe ausgebildet, die über einen weiteren Reibkörper an einen als Kupplungsscheibe ausgebildeten Kupplungskörper anpreß­ bar ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß insgesamt vier Reibflächen wirksam sind, nämlich jeweils zwei Reibflächen auf beiden Ober­ flächenseiten der Reibkörper, so daß die Wärmeverteilung noch weiter erhöht wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet eine Reibkupplung, die als Lamellenkupplung ausgebildet ist, deren Reibkörper im geöffneten Zustand der Reibkupplung lose zwischen Kupplungsscheiben des einen Kupplungskörpers und Gegenflächen des anderen Kupplungskörpers angeordnet sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß durch eine Vervielfachung der Reibfläche in an sich bekannter Weise eine noch bessere Verteilung der Reibungswärme gelingt, wenn dies im Einzelfall bei besonders großen zu kuppelnden Aggregaten erforderlich sein sollte.

Schließlich ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bevorzugt, bei dem die Reibkupplung in einem Getriebegehäuse eines Kraft­ fahrzeugs angeordnet ist.

Diese Maßnahme hat den bereits weiter oben geschilderten Vor­ teil, daß die Reibkupplung ein integriertes Element eines Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs wird, wobei die Lebensdauer der Kupplungselemente der Lebensdauer der Getriebeelemente und damit im Regelfall mindestens der Lebensdauer des Kraftfahrzeugs entspricht.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste­ hend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angege­ benen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorlie­ genden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reib­ kupplung, in Seitenansicht, teilweise aufgebrochen und teilweise stark schematisiert;

Fig. 2 eine Darstellung, ähnlich Fig. 1, jedoch nur im Aus­ schnitt, für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Reibkupplung als Lamellenkupp­ lung ausgebildet ist.

In Fig. 1 ist an eine Reibkupplung von der linken Seite eine Motorausgangswelle 10 angeschlossen, die zu einer in Fig. 1 nicht gesondert dargestellten Brennkraftmaschine oder einer anderen Antriebsmaschine führt. Mit der Motorausgangswelle 10 läuft ein Kupplungsgehäuse 11 um, das an seiner Innenseite eine radiale erste Kupplungsfläche 12 aufweist. Das Kupplungs­ gehäuse 11 ist ferner mit einer zylindrischen Innenoberfläche 13 versehen.

Wie bei 14 angedeutet, kann sich die gesamte Reibkupplung inner­ halb eines Getriebegehäuses 14 eines in Fig. 1 nicht weiter im einzelnen dargestellten Getriebes, beispielsweise eines Stufen­ getriebes mit Zugkraftunterbrechung, eines Kraftfahrzeuges befinden.

Von der rechten Seite in Fig. 1 ist eine Getriebeeingangswelle 20 an die Reibkupplung angeschlossen. Auf das linke freie Ende der Getriebeeingangswelle 20 ist eine Hülse 21 drehstarr aufge­ setzt, die eine radiale Kupplungsscheibe 22 von kreisförmiger Gestalt trägt. Der Durchmesser der Kupplungsscheibe 22 ist kleiner als oder gleich groß wie der Innendurchmesser der zylin­ drischen Innenoberfläche 13. Die Kupplungsscheibe 22 weist eine zweite Kupplungsfläche 23 auf, die der ersten Kupplungs­ fläche 12 des Kupplungsgehäuses 11 gegenübersteht. Die gegen­ überliegende Seite der Kupplungsscheibe 22 wirkt als dritte Kupplungsfläche 24.

Zwischen der ersten Kupplungsfläche 12 und der zweiten Kupp­ lungsfläche 23 befindet sich ein erster Reibkörper 30. Der erste Reibkörper 30 ist von flacher, hohlzylindrischer Gestalt und ist koaxial zu den Wellen 10, 20 angeordnet. Der Außendurch­ messer des ersten Reibkörpers 30 ist gleich groß wie oder ge­ ringfügig kleiner als der Innendurchmesser der zylindrischen Innenoberfläche 13 des Getriebegehäuses 14, so daß der erste Reibkörper 30 auf diese Weise im Getriebegehäuse 14 zentriert und in radialer Richtung gelagert angeordnet ist.

Der erste Reibkörper 30 weist aufgrund seiner Einbaulage eine erste Reibfläche 31 gegenüber der ersten Kupplungsfläche 12 sowie eine zweite Reibfläche 32 gegenüber der zweiten Kupplungs­ fläche 23 auf.

Auf der Seite der dritten Kupplungsfläche 24 kann an die Kupp­ lungsscheibe 22 ein zweiter Reibkörper 33 angrenzen, der nach Form, Größe und Einbauart dem ersten Reibkörper 30 in axialer Beabstandung entspricht. Der zweite Reibkörper 33 weist eine dritte Reibfläche 34 gegenüber der dritten Kupplungsfläche 24 sowie eine vierte Reibfläche 35 auf, die einer Betätigungs­ scheibe 40 gegenübersteht. Die Betätigungsscheibe 40 kann mit­ tels einer bei 41 angedeuteten axialen Kraft ausgelenkt werden, so daß dann die vierte Reibfläche 35 an einer Oberfläche 42 der Betätigungsscheibe 40 anliegt.

Die Reibkörper 30, 33 sind bevorzugt als Sinterkörper ausgebil­ det. Sie können z. B. so hergestellt werden, daß ein geeignetes Sinterpulver mit einem Bindemittel vermischt wird, Formkörper aus dieser Mischung gepreßt und dann im Ofen gesintert werden.

Bei der vorstehenden Schilderung wurden die Kupplungsflächen 12, 23, 24 bzw. Oberfläche 42 sowie die Reibflächen 31, 32, 34 und 35 als jeweils in radialen Ebenen zu den Wellen 10, 20 liegende Flächen angenommen, es versteht sich jedoch, daß statt streng radial verlaufender Flächen auch konische Flächen oder gekrümmte Flächen oder sonstwie rotationssymmetrische Flächen verwendet werden können, ohne daß hierdurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Im Normalfall ist die Reibkupplung gemäß Fig. 1 durch die axiale Kraft 41, die beispielsweise mittels Federn ausgeübt werden kann, geschlossen. Die Betätigungsscheibe 40 drückt unter der Wirkung der Kraft 41 auf den zweiten Reibkörper 33, dieser wiederum auf die Kupplungsscheibe 22, und diese wiederum drückt den ersten Reibkörper 30 gegen das Kupplungsgehäuse 11.

Aufgrund des in dieser Weise hergestellten Reibschlusses läuft die Getriebeeingangswelle 20 mit derselben Drehzahl um wie die Motorausgangswelle 10. In diesem eingekuppelten Zustand sind alle vier Reibflächen 31, 32, 34, 35 wirksam. Bei einer Varian­ te, bei der der zweite Reibkörper 33 fehlt und die Betätigungs­ scheibe 40 unmittelbar auf die Kupplungsscheibe 22 wirkt, sind entsprechend nur die beiden Reibflächen 31 und 32 wirksam.

Wird hingegen die Kraft 41, d. h. durch Aufbringen einer entspre­ chenden Gegenkraft, aufgehoben, so kann sich die Kupplungs­ scheibe 22 frei zwischen den Reibkörpern 30, 33 drehen, weil aufgrund des Fehlens der axialen Kraft 41 kein Reibschluß an den Reibflächen 32, 34 stattfindet. Die Reibkörper 30, 33 stehen in diesem Falle in Umfangsrichtung still oder nehmen eine Zwi­ schendrehzahl zwischen der Drehzahl der Kupplungsscheibe 22 und der Drehzahl des Kupplungsgehäuses 11 ein.

Sollte aufgrund eines Fehlers oder einer Fehlbedienung im Be­ reich einer der Reibflächen 31, 32, 34, 35 ein "Fressen" auf­ treten, so ist dies für die Funktion der Reibkupplung unerheb­ lich, weil die Funktion durch die jeweils nicht betroffenen Reibflächen aufrechterhalten bleibt. Bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel könnten im Extremfall sogar zwei der vier Reibflächen 31, 32, 34, 35 sich festsetzen, ohne daß die Funktion der Reibkupplung beeinträchtigt wäre, weil sie jeweils bei den anderen Reibflächen noch zum Öffnen und Schließen der Kupplung herangezogen werden könnten.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Variante ist der Aufbau insoweit modifiziert, als eine Bauart nach Art einer Lamellenkupplung gewählt wurde. Die Hülse 21 trägt in diesem Fall mehrere axial beabstandete Kupplungsscheiben 22, 22 a, die zwischen sich und dem Kupplungsgehäuse 11 bzw. weiteren Gegenflächen 50 mehrere Reibkörper 30, 30 a, 30 b . . . einschließen.

Mittels einer Betätigungsscheibe, ähnlich der Betätigungsscheibe 40 in Fig. 1, kann nun auch die Lamellenkupplung gemäß Fig. 2 geschlossen werden, dies kann auch durch axiales Verrücken der Getriebeeingangswelle 20 erfolgen.

Claims (6)

1. Reibkupplung zum reibschlüssigen Verbinden einer Antriebs­ welle (10) mit einer Abtriebswelle (20), mit einem mit der Antriebswelle (10) verbundenen, eine erste Kupplungs­ fläche (12) aufweisende ersten Kupplungskörper, mit einem mit der Abtriebswelle (20) verbundenen, eine zweite Kupp­ lungsfläche (23) aufweisenden zweiten Kupplungskörper, mit einem zwischen den Kupplungsflächen (12, 23) angeord­ neten Reibkörper (30) und mit einem Betätigungselement (40, 41) zum Aneinanderpressen der Kupplungskörper im geschlossenen Zustand der Reibkupplung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reibkörper (30) im geöffneten Zustand der Reibkupplung lose zwischen den Kupplungsflächen (12, 23) angeordnet ist.

2. Reibkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsflächen (12, 23) kreisringförmig und der Reibkörper (30) hohlzylindrisch ausgebildet und koaxial zu den Wellen (10, 20) angeordnet ist.

3. Reibkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement (40, 41) als Betätigungsscheibe (40) ausgebildet ist, die über einen weiteren Reibkörper (33) an einen als Kupplungsscheibe (22) ausgebildeten Kupplungskörper anpreßbar ist.

4. Reibkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkupplung als Lamellenkupplung ausgebildet ist, deren Reibkörper (30, 30 a, 30 b, 30 c) im geöffneten Zustand der Reibkupplung lose zwischen Kupp­ lungsscheiben (22, 22 a . . .) des einen Kupplungskörpers und Gegenflächen (50, 50 a . . .) des anderen Kupplungskörpers angeordnet sind.

5. Reibkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Getriebegehäuse (14) eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.

6. Reibkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibkörper (30) als Sinterkörper ausgebildet sind.