DE3820998C1 - Flexible coupling - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Kupplung, insbesondere für ein Zweimassenschwungrad für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine Kupplung dieser Gattung ist bekannt aus der DE-PS 28 48 748.

Die bekannte Kupplung weist am Umfang des Innenraumes mehrere im Volumen veränderliche Verdrängungskammern auf, in denen bei lastbedingter Verdrehung der beiden Kupplungshälften ein Dämp­ fungsmedium durch Drosselspalte gedrückt wird. Der damit ver­ bundene Dämpfungseffekt von Drehschwingungen ist über den Ver­ drehwinkel im wesentlichen konstant. Zwar ist auch dort schon an die Möglichkeit einer Anpassung der Dämpfungsarbeit an den Verdrehwinkel gedacht. Jedoch hat sich in der Praxis gezeigt, daß dies in kritischen Anwendungsfällen nicht ausreichend ist. Ein Hauptproblem ist die Realisierung einer optimalen Leer­ lauf- und Teillastabstimmung bei gleichzeitig gutem Resonanz­ verhalten. Es erfordert eine geringe Dämpfung im Leerlaufbe­ trieb, bei Teil- und Vollast und im Schubbetrieb, hohe Dämpfung jedoch beim Durchfahren der Resonanzdrehzahl und bei Last­ wechsel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung gemäß dem Gattungsbegriff derart zu gestalten, daß die Dämpfung noch feinfühliger als bisher in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel ein­ gestellt ist, so daß noch besser als bisher unterschiedliche Betriebszustände berücksichtigt werden können.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Haupt­ anspruches gelöst.

Der erfindungsgemäße Grundgedanke läßt sich auf verschiedene Weise verwirklichen: Eine Maßnahme kann darin bestehen, daß der Axialspalt zwischen der Mittelscheibe und den Seitenscheiben - bei unterschiedlichen Verdrehwinkeln - unterschiedlich groß bemessen wird. Ein wichtiger Gedanke besteht darin, zur axialen Begrenzung der einzelnen Verdrängungskammer besondere Trenn­ wände zu verwenden.

Mit dieser Maßnahme wird die Verdrängungskammer axial noch besser gegenüber dem übrigen Innenraum der Kupplung abge­ schottet, so daß der darin wirksame Teil der anderen Kupp­ lungshälfte mit deren sich radial erstreckenden Wirkfläche noch effektiver zur Dämpfung von Drehschwingungen beiträgt.

Aus der DE-OS 33 22 374 ist eine Kupplung bekannt, bei der zwischen zwei außenliegenden Seitenscheiben mehrere Außen- und Innenlamellen angeordnet sind. Zwischen radial nach innen bzw. außen gerichteten Ansätzen sind mehrere Verdrängungskammern gebildet, die seitlich von den benachbarten Innenlamellen be­ grenzt sind. Bei der lastbedingten Verdrehung verringert sich zwar das in der Verdrängungskammer eingeschlossene Volumen, aber der Querschnitt der radialen Wirkflächen bleibt dabei kon­ stant und somit auch der Dämpfungsgrad.

Bekannt ist aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS 37 08 345 (Patentanmeldung P 37 08 345.7-12) ferner eine Kupplung mit innenliegenden Scheiben, die mit entsprechenden Ansätzen der Außenscheiben veränderliche Verdrängungskammern bilden. Dabei unterliegen die Innenscheiben während der Verdrehung aufgrund der Bauart und Anordnung der elastischen Federelemente unter­ schiedlichen Verdrehungen. Dadurch ist zwar die in den Ver­ drängungskammern hervorgerufene Dämpfung so verbessert worden, daß das verdrängte Volumen etwa dem Belastungsanstieg und dem schrittweisen Verdrehen der verschiedenen Scheiben folgt. Diese Abhängigkeit ist jedoch noch nicht genügend wirksam, weil die Spalte zwischen den Scheiben zu groß sind. Die Scheiben können während des Betriebs taumeln und auf der Nabe axial wandern, so daß die Volumina der Verdrängungskammern und die Drosselspalte dauernd ihre Größe ändern. Die Dämpfung ist somit nicht genau genug feststellbar und sehr schwierig zu beeinflussen, weil die Scheiben auch axial elastisch sind.

Verwendet man stattdessen gemäß der Erfindung zur seitlichen Begrenzung der Verdrängungskammer eigens dafür vorgesehene Trennwände, so wird sichergestellt, daß die Querschnitte aller Drosselspalte bei den verschiedenen Betriebszuständen die vor­ bestimmte Weite beibehalten, und zwar nach radial innen und auch von dem einen Teil der Verdrängungskammer zum anderen.

Eine weitere wichtige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß sich die Trennwände in Umfangsrichtung in der last­ freien Mittellage nur über einen Teil der zugehörenden Ver­ drängungskammer erstrecken. Dies hat zur Folge, daß bei ge­ ringem Verdrehwinkel der verfügbare Querschnitt für das radiale Abströmen zunächst groß und deshalb die Dämpfungskraft zunächst klein ist. Bei zunehmendem Verdrehwinkel nimmt der verfügbare Querschnitt ab, und deshalb die Dämpfungskraft zu.

Bei zunehmendem Verdrehwinkel kommt es auch bei in Umfangs­ richtung gesehen kurzen Trennwänden zu einem vollständigen Ab­ decken der betreffenden Verdrängungskammer. In diesem Augen­ blick erfolgt ein abrupter Anstieg der Dämpfungskraft, da das radiale Abströmen des Dämpfungsmediums durch extrem enge Axial­ spalte erfolgt. Um dies zu verhindern, wird in weiterer Ausge­ staltung der Erfindung vorgesehen, die Endbereiche der Trenn­ wände entsprechend zu gestalten, also beispielsweise mit einer sanften Krümmung oder Abschrägung. Aber auch hier läßt sich durch entsprechende Bemessung der Wandstärken Einfluß nehmen, und zwar bei Mittelscheibe, Seitenscheiben oder Trennwand selbst.

Unabhängig von den Maßnahmen zum Beeinflussen des radialen Ab­ strömens können die üblichen Maßnahmen zum Abströmen oder Über­ strömen in Umfangsrichtung beibehalten werden, siehe beispiels­ weise DE-PS 28 48 748, vor allem Fig. 4.

Die Ausführungsform mit Trennwänden hat ganz besondere Vorteile:

• (a) Die Trennwände (im allgemeinen plättchenförmige Elemente) dienen gleichzeitig als Abstandshalter zum Konstanthalten des Abstandes zwischen den einzelnen Scheiben. Damit erhält man definierte Abstände, die stets beibehalten werden, und es wird ein Taumeln der einzelnen Scheibe verhindert. Der erfindungswesentliche Axialspalt wird dadurch überhaupt erst definiert und festgelegt.
• (b) Es ergeben sich Möglichkeiten günstiger Materialpaarungen, z.B. bestimmte Kunststoffe für das Plättchen mit dem Stahl der übrigen Kupplung. Dies kann insbesondere dann wichtig sein, wenn das Dämpfungsmedium schlechte bzw. keine Schmiereigenschaften besitzt. Weiter sind Optimierung der Reibwerte und Abriebeigenschaften möglich.
• (c) Plättchenförmige Trennwände stellen billige Komponenten dar, die in ihrer Gestalt leicht abgewandelt werden können. Deshalb ist es möglich, ein und denselben Typus von elasti­ schen Kupplungen zwar im Grundsatz beizubehalten, aber für die einzelnen Anwendungsfälle lediglich die Gestalt des Plättchens zu ändern, um unterschiedliche Dämpfungscharak­ teristika zu erzielen.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine elastische Kupplung nach der Linie I-I der Fig. 2;

Fig. 2 zeigt einen Teillängsschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Detaildarstellung der Trennwand;

Fig. 4 zeigt eine Detaildarstellung der Übergangsbereiche an Trennwand und Mittelscheibe;

Fig. 5 und 6 zeigen eine Befestigungsvariante für die Trennwand.

Die in der Zeichnung dargestellte elastische Kupplung umfaßt im wesentlichen die folgenden Bauteile: Eine erste Kupplungshälfte 1 mit einer Nabe 3 und beispielsweise drei darauf befestigten Mittelscheiben 6, eine zweite Kupplungshälfte 2 mit zwei die erste Kupplungshälfte 1 mittels eines Flansches 4 beidseitig umschließenden und einen mit einem Dämpfungsmedium füllbaren flüssigkeitsdichten Innenraum 11 bildenden Seitenscheiben 7, 8 sowie elastischen Kupplungselementen, die als Federn 9 mit Fe­ dertellern 10 zwischen den Seitenscheiben 7, 8 und den Mittel­ scheiben 6 ausgebildet sind.

Die Mittelscheiben 6 sind am äußeren Umfang mit Ausnehmungen 12 versehen, so daß beidseitig radial verlaufende Wirkflächen 13 entstehen. Zwischen den Mittelscheiben 6 und jeweils auch zwi­ schen den äußersten Mittelscheiben und den Seitenscheiben 7, 8 sind Trennwände 17 aus vorzugsweise dünnem Blech angeordnet. Zwischen diesen Trennwänden befinden sich Distanzhülsen 20. Trennwände 17 und Distanzhülsen 20 sind gemeinsam auf einem Bolzen 19 aufgefädelt, der sich in axialer Richtung, wie an sich bekannt, zwischen den Seitenscheiben 7, 8 befindet.

Zwischen den Trennwänden 17 und den Radialflächen 13 an den Mittelscheiben 6 sind Verdrängungskammern 16 gebildet, die ra­ dial außen von der zweiten Kupplungshälfte 2, radial innen von den Ausnehmungen 12 an den Mittelscheiben 6 begrenzt sind. Der Durchmesser der Distanzhülsen 20 ist so gewählt, daß radial außen und innen Drosselspalte 15 entstehen, durch die das Dämpfungsmedium bei relativer Verdrehung der beiden Kupplungs­ hälften gedrückt wird. Die Dicke der Distanzhülsen 20 ent­ spricht im wesentlichen der Dicke der Mittelscheiben 6.

Die Trennwände 17 erstrecken sich in Umfangsrichtung so weit, daß die Radialflächen 13 im Zustand ohne oder kleinem Drehmo­ ment noch außerhalb des Bereichs der Trennwände 17 liegen. In Fig. 3 ist dargestellt, daß erst ab einem Verdrehwinkel a die Radialflächen 13 zwischen die Trennwände 17 eintauchen. Im Be­ reich des Verdrehwinkels c, der einem großen Drehmoment ent­ spricht, ist die Verdrängungskammer 16 seitlich nur noch durch die Trennwände 17 begrenzt. Während sich bei kleinem Drehmoment das Dämpfungsmedium außerhalb der Trennwände 17 auch radial nach innen verdrängen läßt (reduzierter Dämpfungseffekt), liegt bei hohen Drehmomenten im Bereich des Verdrehwinkels c eine nahezu dichte Verdrängungskammer vor, wobei das Dämpfungsmedium nur durch die festgelegten Drossselspalte 15 zur anderen Seite fließen kann. Dies ergibt die angestrebte starke Dämpfung im Bereich hoher Drehmomente. Dabei ist vorteilhaft, wenn die Trennwände 17 an ihrer radial inneren Seite die Mittelscheiben 6 im Bereich der Ausnehmungen 12 überdecken, um besondere Dichtheit zu gewährleisten.

Um einen Stoß beim Eintauchen der Radialflächen 13 der Mittel­ scheiben 6 in die durch die Trennwände 17 gebildeten dichten Verdrängungskammern zu vermeiden, kann die in Umfangsrichtung liegende Stirnseite 18 von der Radialrichtung abweichend ge­ staltet werden. In Fig. 3 sind die Stirnseiten gekrümmt dar­ gestellt. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß die Radial­ flächen 13 erst während des Winkelbereichs b vollständig in den Bereich der Trennwände eintauchen. Ein noch weicheres Eintau­ chen läßt sich erreichen, wenn in derselben Umfangsrichtung die Trennwände 17 innerhalb einer Kupplung unterschiedlich groß ausgebildet werden, so daß sich ein stufenweises Eintauchen der Radialflächen 13 vollzieht und somit ein weicher Ausstieg der Dämpfungskraft.

Es kann für die Erzielung besonderer Kennlinien der Kupplung von Vorteil sein, die Dämpfungskammer für die beiden Umfangs­ richtungen unterschiedlich groß auszubilden. Die Trennwände für die seitliche Begrenzung lassen sich dazu mit unterschiedlicher Tiefe gestalten, also etwa so, daß der Verdrehwinkel e für die Schubrichtung kleiner ist als der Verdrehwinkel b + c für die Zugrichtung.

In der Fig. 4 ist eine Möglichkeit dargestellt, um die Dämpfung in Abhängigkeit des Verdrehwinkels noch besser abzu­ stufen. Dazu kann entweder die Wandstärke der Trennwände 17 in Stufen 24 oder als auslaufende Fläche 25 zur Stirnseite 18 hin verjüngt sein. Eine solche Verjüngung kann auch an der Mittel­ scheibe 6 in Form von Stufen 26 oder einer Keilfläche 27 auf­ gebracht sein. Mit diesen Maßnahmen wird die Dämpfung beim Ein­ tauchen der Radialfläche 14 zwischen die Trennwände 17 den Er­ fordernissen entsprechend gesteigert.

Die Mantelflächen der Distanzhülsen 20 zwischen den Trennwänden 17 bilden, wie erwähnt, die Gegenfläche 14 in der Verdrängungs­ kammer 16. Diese Fläche kann als Festanschlag 22 genutzt wer­ den, an den die Mittelscheiben 6 nach Verdrehung um den Winkel c anschlagen. Vorteilhafterweise werden die Flächen 13 mit Ver­ tiefungen 21 versehen, die der Kontur der Distanzhülsen 20 ent­ spricht, also im vorliegenden Ausführungsbeispiel kreisförmig. Dadurch entsteht auch unmittelbar vor dem Erreichen des Fest­ anschlages, also der Distanzhülsen 20, noch ein Druckpolster und gedämpftes Anstoßen.

Anstelle der Befestigung der Trennwände über Distanzhülsen 20 kann gemäß Fig. 5 ein Bolzen 19 mit Ringnuten 23 und einem den Distanzhülsen entsprechenden Außendurchmesser vorgesehen sein. In diese in exaktem Abstand angebrachten Ringnuten können die Trennwände federnd eingerastet werden. Gemäß Fig. 6 sind in diesem Falle die Trennwände 17 mit einer radial nach außen ge­ richteten Öffnung 28 versehen, die in die Ringnuten 23 des Bol­ zens 19 federnd einrasten.

Durch die Möglichkeit, die Trennwände 17 sowohl bezüglich der Dicke, ihrer Weite in der jeweiligen Umfangsrichtung und der Wandstärken-Ausbildung der Stirnseite 18 unterschiedlich aus­ zuführen, ergeben sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten sowohl in Kupplungen der eingangs erwähnten Gattung in Zweimassen­ schwungrädern oder in anderen elastischen Kupplungen, ferner als selbständige Schwingungsdämpfer.

Claims (11)

1. Elastische Kupplung in Scheibenbauweise, insbesondere für ein Zweimassenschwungrad für eine Brennkraftmaschine, mit den folgenden Merkmalen:

• a) eine erste Kupplungshälfte (1) ist durch mindestens eine, einer Nabe (3) zugeordnete Scheibe (Mittelscheibe 6) gebildet;
• b) eine zweite Kupplungshälfte (2) besteht aus zwei un­ tereinander drehstarr verbundenen, zu beiden Seiten der Mittelscheibe (6) angeordneten und diese am Außenumfang umhüllenden Seitenscheiben (7, 8);
• c) beide Kupplungshälften (1, 2) sind begrenzt gegeneinan­ der verdrehbar und über elastische Kupplungselemente (9) miteinander verbunden;
• d) die Seitenscheiben (7, 8) begrenzen einen die Mittel­ scheibe (6) aufnehmenden flüssigkeitsdichten Innenraum (11), der mit einem Dämpfungsmedium gefüllt ist;
• e) im radial äußeren Bereich des zwischen den Seiten­ scheiben (7, 8) befindlichen Innenraumes (11) befindet sich wenigstens eine, beim gegenseitigen Verdrehen der Kupplungshälften (1, 2) in Volumen veränderliche, mit dem Dämpfungsmedium füllbare und eine Drosselöffnung (15) aufweisende Verdrängungskammer (16), die zum Teil aus sich radial erstreckenden und in Umfangsrichtung wirksamen Flächen (13, 14) an den beiden Kupplungshälf­ ten (1, 2) gebildet ist;
• f) zwischen der Mittelscheibe und den beiden Seitenschei­ ben besteht jeweils ein Axialspalt, der ein Abströmen von Dämpfungsmedium radial nach innen erlaubt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• g) die verfügbaren (wirksamen) Querschnitte für das radiale Abströmen bei unterschiedlichen Verdrehwinkeln unterschiedlich groß sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur axialen Begrenzung der Verdrängungskammer (16) Trennwände (17) vorgesehen sind, und daß die einzelne Trennwand (17) mit einer der beiden Kupplungshälften (1, 2) drehfest verbunden ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke wenigstens einer der Scheiben radial innerhalb der Verdrängungskammer (16) über dem Verdreh­ winkel unterschiedlich groß ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stärke der Trennwand (17) über dem Ver­ drehwinkel radial innerhalb der Verdrängungskammer (16) unterschiedlich groß ist.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelne Trennwand (17) in Umfangsrich­ tung nur teilweise die zugehörende Verdrängungskammer (16) abdeckt.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Kupplungshälfte (1) mehrere Mittel­ scheiben (6) umfaßt, welche auf einer Nabe (3) in einem Abstand angeordnet sind, der der Dicke der betreffenden Trennwände (17) im wesentlichen entspricht.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die Trennwände (17), ausgehend von einer lastfreien Mittelstellung, zur Erzielung ungleich großer Verdrängungskammern (16), in Umfangsrichtung unterschied­ lich weit erstrecken.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennwände (17) als dünne Plättchen aus­ gebildet sind.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelne Trennwand (17) an einem Bolzen (19) befestigt ist, der sich im äußeren Bereich der zweiten Kupplungshälfte (2) zwischen den Seitenscheiben (7, 8) in axialer Richtung erstreckt.

10. Kupplung (19) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen als Festanschlag (22) für die erste Kupplungs­ hälfte (1) ausgebildet ist.