DE3837187A1 - Reibkupplung mit zumindest einer an einer der durch die kupplung bedarfsweise zu verbindenden wellen in umfangs- und axialrichtung festgelegten kupplungsscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibkupplung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Brennkraftmaschinen tragen auf ihrer Ausgangswelle (Kurbelwelle) in der Regel ein Schwungrad, das dazu dient, trotz des pulsierenden Drehmoments einen etwa gleichmä­ ßigen Lauf zu erzielen. Dieses Schwungrad ist meistens starr mit der Kurbelwelle ver­ bunden, so daß sich bei der Einleitung des schwankenden Drehmoments der Brennkraft­ maschine in das Schwungrad keine besonderen Probleme ergeben.

Ordnet man dagegen zwischen Kurbelwelle und Schwungrad eine Trennkupplung an, wie das z. B. für einen Hybridantrieb nötig ist, bei dem das Schwungrad auch als Rotor ei­ ner Elektromaschine dient (vgl. DE-OS 29 43 554), also auch bei abgeschalteter Brenn­ kraftmaschine laufen können muß, bzw. wie es auch nötig ist, wenn man mit dem elek­ trisch angetriebenen Schwungrad die Brennkraftmaschine starten will, dann werden die Drehmomentschwankungen über die Kupplungsscheibe in das Schwungrad geleitet. Diese Kupplungsscheibe muß, damit keine Drehschwingungsresonanzen im Drehzahlarbeitsbe­ reich der Brennkraftmaschine auftreten, in Umfangsrichtung spielfrei auf der Kurbel­ welle befestigt und in sich möglichst steif ausgeführt sein. Da diese Kupplungen meist in axialer Richtung öffnen, muß in axialer Richtung eine gewisse Beweglichkeit beste­ hen, damit ein vollständiges Öffnen der Kupplung möglich wird. Wenn die Kupplungsbe­ läge in radialer Richtung an eine Hohlzylinder- oder Hohlkegelkontur angepreßt bzw. abgehoben werden, muß die Beweglichkeit natürlich in radialer Richtung gegeben sein. Die axiale Beweglichkeit erzielt man üblicherweise durch eine axial verschiebliche Keil­ nut-Nabenlagerung der Kupplungsscheibe auf der einen Welle. Derartige Konstruktionen lassen sich aber nicht mit so geringem Spiel in Umfangsrichtung ausführen, wie es für eine Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und Schwungradanordnung erforderlich ist.

In den Hybridantrieb nach der älteren deutschen Patentanmeldung P 36 38 473.9 ist die - ebene - Kupplungsscheibe der an dieser Stelle eingesetzten, die Merkmale des Oberbegriffs des Hauptanspruchs aufweisenden Kupplung daher auch in axialer Rich­ tung an der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine festgelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reibkupplung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs mit einfachen Mitteln so auszubilden, daß die Kupplungsscheibe in Umfangsrichtung steif und spielfrei festgelegt ist, aber die zur Kupplungsbetätigung erforderlichen Axialbewegungen der Reibbeläge ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unter­ ansprüche.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß die US-PS 45 20 913 eine in üblicher Weise verschieb­ bar auf einer Welle gelagerte Kupplungsscheibe zeigt, die mit einer flachen umlaufenden Verformung versehen ist. Diese dient aber schon angesichts der verschiebbaren Lagerung der Kupplungsscheibe, aber auch wegen ihrer Längsschnittform nur der Versteifung der Kupplungsscheibe in Umfangsrichtung, gerade aber nicht zur Sicherstellung der Axial-Be­ weglichkeit der Reibbeläge bei Kupplungsbetätigung.

Mehrere Ausführungsbeispiele werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einem Axialschnitt die hier interessierenden Teile der Kupplung im geschlossenen und

Fig. 2 im geöffneten Zustand,

Fig. 3 ebenfalls einen Axialschnitt durch Kupplungsscheibe und Tragring in einer zweiten Ausführungsform sowie

Fig. 4 dieselben Teile in einer dritten Ausbildung.

In Fig. 1 ist mit 1 die Flanschseite der Brennkraftmaschine bezeichnet, aus der die Kurbelwelle 2 heraustritt. Auf dem Ende 3 der Kurbelwelle ist das Schwungrad 4 über eine drehbare Lagerung 5 üblichen Aufbaus befestigt. Teil des Schwungrades 5 ist die ringförmige Kupplungsfläche 6; der Kupplungsring 7 wird zum Einkuppeln über eine ro­ tationssymmetrisch angreifende Axialkraft 8 nach links gedrückt. Zwischen den Kupp­ lungsflächen von 6 und 7 befinden sich die Kupplungsbeläge 9 und 10, die auf der als ringförmiges Federelement ausgebildeten Kupplungsscheibe 11 befestigt sind. Die Kupp­ lungsscheibe 11 besitzt erfindungsgemäß umlaufende, das heißt kreisringförmige Sicken 12 und 13, die gegensinnig gerichtet sind. Sie ist über Druckverteilerplatten 14 (als Bei­ lagscheibe oder als umlaufender Ring) vielfach am Umfang des Tragrings 16 vernietet (15) oder verschraubt. Der Tragring 16 ist zwecks Erhöhung der Steifigkeit gegen Ver­ knicken bei Tangentiallast ebenfalls einmal oder mehrmals ringförmig gesickt (bei 17) und mit dem Kurbelwellenflansch 18 fest verschraubt.

Die Übertragung von Drehung und Drehmoment an nachgeordnete Einrichtungen wie z. B. Getriebe erfolgt vom Schwungrad aus in nicht näher ausgeführten üblichen Techniken di­ rekt oder über eine weitere Kupplung auf dem Wege 19. Die Lagerung des Schwungrades kann in dafür geeigneten Fällen statt am Ende der Kurbelwelle auch auf der Antriebs­ welle der nachgeordneten Einrichtungen erfolgen.

Wenn die Axialkraft 8 wirkt, wird der Kupplungsring 7 gegen den Kupplungsbelag 10 gedrückt; die Kupplungsscheibe 11 wird nach links geschoben und stützt sich über den Kupplungsbelag 9 an der Kupplungsfläche 6 ab. Der Kupplungsring 7 ist axial elastisch/ tangential steif (z. B. üblich mit Blattfedern) am Schwungradträger 20 befestigt. Man erhält so Kupplungskräfte an zwei Flächen, nämlich zwischen 6 und 9 bzw. 7 und 10.

Wird die Axialkraft 8 Null, so wird der Kupplungsring 7 infolge seiner elastischen Be­ festigungsmittel nach rechts an den Schwungradträger 20 gezogen. Die elastisch etwas vorgespannte Kupplungsscheibe 11 entspannt sich und rückt im Bereich der Kupplungs­ beläge nach rechts, bis sie bei 21 erfindungsgemäß zur definierten Anlage kommt. So wird erreicht, daß beide Kupplungsseiten berührungslos werden.

Durch die ringförmigen Sicken des Tragrings 16 ist dessen Rundlaufgenauigkeit und Knicksicherheit bei Torsionsbeanspruchungen auch bei geringer Wandstärke hoch. Die erforderliche leichte Axialbeweglichkeit der Kupplungsscheibe 11 wird erfindungsgemäß durch ihre umlaufenden Sicken erreicht. Dieselben Sicken sorgen wiederum für eine ho­ he Knicksteifigkeit in Umfangsrichtung, denn erstens wird das Biegeträgheitsmoment gegen Knickung hierdurch wesentlich erhöht und zweitens kann man wegen der Sicken, die die Axialbeweglichkeit erleichtern, alle Schlitze und Bohrungen vermeiden, die sonst zur Erzielung der Axialbeweglichkeit notwendig wären. Solche Schlitze und Boh­ rungen sind kritisch hinsichtlich von Kerbspannungen unter Wechsellast. Die Anordnung der Kupplungsscheibe 11 als weit außenliegender Ring reduziert erfindungsgemäß auch die an den Befestigungsbohrungen bei 15 unvermeidlichen Wechselbeanspruchungen im Vergleich zu Anordnungen mit einer am Kurbelwellenflansch direkt befestigten, anders gestalteten, insbesondere ungesickten, jedoch gelochten Kupplungsscheibe.

Den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 3 und 4 ist eine axial federnde Kupplungs­ scheibe 30 bzw. 40 mit nur einer umlaufenden Sicke 31 bzw. 41 gemeinsam; die Kupp­ lungsscheibe ist wiederum bei 32 bzw. 42 an einem starren Tragring 33 bzw. 43 befe­ stigt. Im geöffneten Zustand der Kupplung nach Fig. 3 kommt die Kupplungsscheibe 30 zur Anlage am Rand 34 des dort ebenen Tragrings 33, während in der Ausführung nach Fig. 4 der Tragring 43 für diesen Abstützeffekt die aus seiner Ebene vorstehende Kan­ tenpartie 44 aufweist.

Die Kombination mit Tragringsicken 17 (Fig. 1) bzw. Tragringkragen 44 (Fig. 4) er­ laubt erfindungsgemäß eine sehr einfache Begrenzung der Rückfederung der Kupplungs­ scheibe bei geöffneter Kupplung.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Kupplungsscheibe mit der dadurch ermöglichten hohen Verformungs- und Verwindungssteifigkeit gegen tangentiale Kräfte sorgt für eine drehsteife Verbindung von Schwungrad und Kurbelwelle im eingekuppelten Zustand, wo­ durch Torsionsschwingungsresonanzen im Bereich der vorkommenden Anregefrequenzen vermieden werden.

Claims (3)

1. Reibkupplung mit zumindest einer Reibbeläge tragenden federnden Kupplungsscheibe, die an einer von zwei durch die Kupplung bedarfsweise zu verbindenden Wellen in Um­ fangsrichtung, radial und in axialer Richtung festgelegt ist und deren die Reibbeläge tragende umfangsnahe Bereiche bei Kupplungsbetätigungen etwa achsparallele Bewe­ gungen ausführen, insbesondere für den Einsatz als Trennkupplung zwischen der Aus­ gangswelle einer Brennkraftmaschine und einer dieser zugeordneten Schwungradan­ ordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsscheibe (11) zwischen ihrer Fest­ legung (bei 15) und ihren die Reibbeläge (9, 10) tragenden Bereichen durch zumindest eine umlaufende Sicke (12, 13) als Ganzes axialelastisch ausgebildet ist.

2. Reibkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere jeweils gegen­ sinnig gerichtete, konzentrische umlaufende Sicken (12, 13) in radialer Richtung auf­ einanderfolgen.

3. Reibkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungs­ scheibe (11) über einen starren Tragring (16) an der einen Welle (2) festgelegt ist, der mit einem umfangsnahen Bereich (21) axial neben zumindest einer Sicke (12) in solcher Relativlage zu der Kupplungsscheibe (11) verläuft, daß sich die Kupplungs­ scheibe (11) bei geöffneter Kupplung federnd in axialer Richtung an dem Tragring (11) abstützt.