DE4104833A1 - Elastische kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Kupplung in Scheiben­ bauweise zum Einbau in einen von einer Brennkraftmaschine an­ getriebenen Antriebsstrang nach dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1. Eine Kupplung dieser Gattung ist aus der JP 61-2 90 235 (A) bekannt.

Kupplungen dieser Art sind insbesondere auch Bestandteile von sogenannten Zweimassenschwungrädern, welche die Drehschwin­ gungen der Brennkraftmaschine vom nachfolgenden Antriebs­ strang fernhalten sollen. Eine geeignete Festlegung der Elastizität der federnden Kupplungselemente erlaubt eine Be­ einflussung des Betriebs- bzw. Resonanzverhaltens des gesam­ ten Antriebsstranges. Für sich allein ist ein derartiges Zweimassenschwungrad aus der DE-PS 37 08 345 (EP-A 77 902 828.8) bekannt. Diese Kupplung weist dreierlei Fe­ dern unterschiedlicher Steifigkeit auf, die jeweils einem be­ stimmten Betriebsbereich zugeordnet sind. Eine relativ schwa­ che Feder ist nur für die Leerlaufstufe mit geringem Drehmo­ ment zuständig, eine zweite Feder übernimmt den Hauptbe­ triebsbereich, und eine dritte Feder dient als Anschlag beim Auftreten von Drehmomentspitzen. Alle Federn sind in fenster­ förmigen Ausschnitten angeordnet, wobei in jedem derartigen Ausschnitt nur eine einzige Feder eingelegt ist. Das heißt, die Kupplung weist eine große Anzahl von Fenstern auf, was fertigungstechnisch aufwendig ist.

Demgegenüber weist die JP-A-61-2 90 235 fensterförmige Aus­ schnitte auf, in die jeweils ein aus drei Federn bestehender Federsatz eingesetzt ist. Die Federn sind dabei im Kraftfluß in Serie geschaltet. Bei den Federn handelt es sich um konventionelle Schraubenfedern, die untereinander ähnliche Längen aufweisen. Eine Variation der Federkennlinie durch Weglassen bzw. Hinzufügen von Federn ist damit ohne Änderung der Fenstergeometrien nicht möglich. Ferner müssen diese Fe­ dern, wenn man die Standzeiten optimieren will, davor ge­ schützt werden, daß sie auf Block zusammengeschoben werden. Dies ist mit Aufwand verbunden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Federanordnung in einer elastischen Kupplung der eingangs beschriebenen Gat­ tung zu finden, bei der die dem Leerlaufbetrieb zugeordnete Feder (Leerlauffeder) und die Feder für den Hauptbetriebsbe­ reich (Hauptfeder) so ausgebildet sind, daß keine Gefahr der Zerstörung der Leerlauffeder besteht, und daß ohne Änderung der Fenstergeometrien die Variation der Federkennlinie - mit bzw. ohne Leerlaufstufe - möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 gelöst. Dazu werden die beiden Federn innerhalb des fensterförmigen Ausschnittes wiederum im Rahmen eines Fe­ derblockes hintereinandergeschaltet. Dabei ist die Länge bzw. axiale Erstreckung der Leerlauffeder minimal gegenüber der Länge der Hauptfeder. Dies hat den Vorteil, daß in Umfangs­ richtung maximaler Bauraum für die Hauptfeder zur Verfügung steht. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Federkennli­ nien mit bzw. ohne Leerlaufstufe zu realisieren unter Beibe­ haltung des konstruktiven Aufbaus der Kupplung. Dies wird er­ reicht durch Tausch der Hauptfeder inklusive Leerlauffeder gegen eine minimal längere Hauptfeder. Des weiteren ist vor­ gesehen, daß die dem Leerlaufbetrieb zugeordnete Feder eine sehr geringe Steifigkeit aufweist, die nur im ersten Bereich des Verdrehwinkels zwischen den beiden Kupplungshälften wirk­ sam ist. Sie ist ferner so ausgebildet, daß die Federwindun­ gen eine Ebene bilden, sobald das ihr zugeordnete maximal übertragbare Drehmoment überschritten wird. Dies hat den Vorteil, daß die Leerlauffeder nicht davor geschützt werden muß, daß sie auf Block geht, da die Federwindungen sich nicht gegenseitig verschieben und deformieren können.

Die beschriebenen Merkmale erlauben eine Variation der Feder­ kennlinien bei minimalen Aufwand und erhöhen damit die Ein­ satzmöglichkeit einfach aufgebauter Kupplungen.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, als die dem Leerlaufbetrieb zugeordnete Feder eine Ausführung mit nur einer einzigen Windung zu wählen, welche bei maximalem Hub nur eine Dicke aufweist, die der Drahtstärke entspricht. Ge­ mäß Anspruch 3 kann diese Feder auch als Kegelfeder ausgebil­ det sein, deren Windungen sich spiralförmig radial ineinander anordnen, wenn die Feder ganz gestaucht ist. Dadurch nimmt auch diese Feder bei maximaler Stauchung nur die Dicke einer Federwindung an. Gemäß den Ansprüchen 4 und 5 ist zwischen den beiden Federn jeweils ein Trennelement vorgesehen, das als ebene Scheibe ausgebildet sein kann. Gemäß Anspruch 6 ist jeder Federblock innerhalb der Ausschnitte in den beiden Kupplungshälften durch Federtöpfe zentrierend geführt. Gemäß Anspruch 7 ist vorgesehen, daß im Falle der Wahl einer Kegel­ feder diese so eingesetzt ist, daß sie an ihrem größten Durchmesser durch die innere Mantelfläche eines Federtopfes geführt ist. Dabei ist der größte Durchmesser der Kegelfeder zur anderen Feder (für den Hauptbetriebsbereich) hin gerich­ tet. Gemäß Anspruch 8 ist innerhalb der Kupplung ein flüssig­ keitsdichter Innenraum vorgesehen, der mit viskosem Medium gefüllt werden kann, welches die Federblöcke ständig mit Schmiermittel versorgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Kupplung im Bereich der Federblöcke,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Kupplung,

Fig. 3 einen Federblock mit zwei eingelegten Federn,

Fig. 4 Schemadarstellung einer einwindigen Feder,

Fig. 5 einen Federblock mit einer ersten Feder als Ke­ gelfeder,

Fig. 6a, 6b schematische Darstellungen möglicher Feder­ kennlinien.

Aus den Fig. 1 und 2 ist eine elastische Kupplung zu er­ kennen, die zwei Kupplungshälften 1, 2 umfaßt, die über ein Wälzlager 3 gegenseitig gelagert sind. Die zweite Kupplungs­ hälfte 2 trägt eine Mittelscheibe 4, die in einem von zwei Seitenscheiben 5 an der Kupplungshälfte 1 gebildeten Innen­ raum verdrehbar ist. Sowohl die Mittelscheibe 4 als auch die Seitenscheiben 5 weisen im wesentlichen gleichartige Aus­ schnitte 6 auf, in welcher ein Federblock 7 angeordnet ist. In für sich allein bekannter Weise kann dadurch ein Drehmo­ ment von der ersten auf die zweite Kupplungshälfte übertragen werden, wobei die Umfangskraft jeweils auf Federtöpfe 8 und 9 an beiden Enden des Federblockes 7 angreift.

Die Fig. 3 zeigt eine Detail-Schnittdarstellung durch den Fe­ derblock gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 1. Zu erken­ nen sind die zur ersten Kupplungshälfte 1 gehörenden Seiten­ scheiben 5 und die zur zweiten Kupplungshälfte 2 gehörende Mittelscheibe 4. In den gleichartigen Ausschnitten 6 in der Mittelscheibe 4 und den Seitenscheiben 5 ist der Federblock 7 eingelegt, und zwar auf beiden Seiten mit Hilfe von Feder­ töpfen 8 und 9. Der Federblock 7 umfaßt zwei Federn, nämlich eine erste Feder 11 und eine zweite Feder 12. Zwischen den Federn 11, 12 sowie eventuell auch an den einander abgewand­ ten Stirnseiten der Federn sind kreisrunde Trennelemente als Scheiben 14 eingelegt zur stirnseitigen Übertragung der Umfangskraft von der einen Kupplungshälfte auf die Federtöpfe und von dort auf die in Serie hintereinander angeordneten Fe­ dern 11 und 12. Die erste Feder 11 ist als Feder mit einer einzigen Windung ausgebildet, während die zweite Feder 12 eine Vielzahl von Federwindungen aufweist. Ferner ist die Fe­ dersteifigkeit der ersten Feder 11 wesentlich kleiner als diejenige der zweiten Feder 12. Die solchermaßen getroffene Anordnung der Federn des Federblockes weist der ersten Feder 11 bei kleinem Drehmoment den Hauptteil des Verdrehwinkels zu, da die andere Feder 12 eine höhere Steifigkeit aufweist und daher bei kleinem Drehmoment nur eine geringfügige Einfe­ derung erfährt. Ein Anschlag ist erreicht, wenn diese einzige Federwindung in einer Ebene liegt und zwischen zwei Scheiben 14 eingespannt ist. Bei steigendem Drehmoment übernimmt nun­ mehr die zweite Feder 12 den Hauptteil des sich anschließen­ den Verdrehwinkels bis zu ihrer maximalen Einfederung. Der ersten Feder 11 ist damit insbesondere der Leerlaufbetrieb und der zweiten Feder 12 der Hauptbetriebsbereich des An­ triebsmotors zugeordnet. Die erste Feder 11 hat aufgrund der geringen Länge in Umfangsrichtung einen zu vernachlässigenden Einfluß auf die Dimensionierung der dem Hauptbetriebsbereich zugeordneten zweiten Feder 12. Der Bauraum innerhalb des Aus­ schnittes 6 steht somit faktisch nur der Dimensionierung für die dem Hauptbetriebsbereich zugeordneten zweiten Feder 12 zur Verfugung.

Die zu dem Federblock 7 zusammengefaßten Federn werden durch die Federtöpfe 8 und 9 so geführt, daß diese zusammen mit den Trennscheiben 14 stets in exakter koaxialer Lage zueinander bleiben. Dazu weist der eine Federtopf 8 eine Hülsenform auf, in der die Feder 12 und die entsprechende Trennscheibe 14 von außen zentriert sind. Der Federtopf 9 hingegen zentriert mit­ tels eines Dornes die Federn 11 und 12 an deren Innendurch­ messer. In einem Ausschnitt 6 für einen Federblock 7 können entweder zwei außenzentrierende Federtöpfe 8 oder zwei innenzentrierende Federtöpfe 9 angeordnet sein oder gemischt. Werden zwei außenzentrierende Federtöpfe 8 eingebaut, so kön­ nen die einander zugewandten Stirnseiten einen Verdrehwinkel­ anschlag bilden, so daß nicht die Federn des Federblockes diese Funktion übernehmen müssen. Werden stattdessen zwei in­ nenzentrierende Federtöpfe 9 verwendet, so können die einan­ der gegenüberliegenden Dorne den Verdrehanschlag bilden. Wer­ den gemischt außen- bzw. innenzentrierende Federtöpfe verwen­ det, so ist von Vorteil,wenn auch der innenzentrierende Fe­ dertopf 9 mit einem hülsenförmigen Außenteil als Verdrehwin­ kelanschlag ausgebildet wird.

Die Fig. 4 zeigt eine einwindige Feder 11, die im wesent­ lichen nur aus einer einzigen Windung besteht. Vorzugsweise erstreckt sich die Feder über einen Umfangsbereich von ge­ ringfügig weniger als 360 Grad, um ein Verhaken der Federen­ den zu vermeiden und ein exaktes Anliegen innerhalb des Fe­ dertopfes bzw. an der Trennscheibe 14 zu gewährleisten.

Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung eines Federblockes, bei der die erste Feder als Kegelfeder 11a ausgebildet ist. Diese hat den Vorzug, daß sie in Umfangsrichtung auch eine größere Län­ ge überbrücken kann, wobei der Kegel so gewählt ist, daß sie ebenfalls auf eine Blocklänge gestaucht werden kann, die der Dicke einer einzigen Drahtwindung entspricht.

Zwischen den Federtöpfen 8, 9 können gemäß einem Baukasten­ prinzip verschiedene Federanordnungen eingebaut werden. Wird für einen bestimmten Anwendungsfall nur eine einzige Feder gebraucht, so ergibt sich, wie bekannt, die in Fig. 6a darge­ stellte Prinzip-Kennlinie. Zu erkennen ist der im wesent­ lichen lineare Anstieg des Drehmoments M über dem Verdrehwin­ kel W. Die Fig. 6b zeigt eine Kupplung, in der zweierlei Federn zu einem Federblock 7 zusammengefaßt sind, so daß eine geknickte Kennlinie entsteht. Der kleinere Verdrehwinkelbe­ reich a entspricht dabei einer kurzen, vorzugsweise einwindi­ gen Feder 11, dem sich der Verdrehwinkelbereich b einer zwei­ ten Feder mit mehr Windungen und größerer Federsteifigkeit anschließt.

Aus der Fig. 2 ist zu erkennen, daß der von den Seitenschei­ ben 5 eingeschlossene Innenraum sowohl radial außen am Gehäu­ se als auch radial innen mittels einer Dichtung abgedichtet ist. Die Kupplung kann darüber hinaus mit einer Dämpfungsein­ richtung versehen sein, die mittels eines eingeschlossenen Mediums wirksam ist, wobei das eingeschlossene Medium gleich­ zeitig die eingeschlossenen Federblöcke mit Schmiermittel versorgt und gegen Verschleiß schützt.

Claims (8)

1. Elastische Kupplung in Scheibenbauweise, insbesondere für ein geteiltes Schwungrad für eine Brennkraftmaschine, mit zwei gegeneinander verdrehbaren Kupplungshälften (1, 2), die mehrere am Umfang verteilte Ausschnitte (6) aufwei­ sen, in denen elastische Kupplungselemente (11, 12) ange­ ordnet sind, welche vorzugsweise als in Serie geschaltete hintereinander liegende Schraubenfedern ausgebildet sind und die bei gegenseitiger Verdrehung der beiden Kupp­ lungshälften (1, 2) im wesentlichen nacheinander zur Wir­ kung kommen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) die elastischen Kupplungselemente sind zu einem aus zwei Federn (11, 12) zusammengesetzten Federblock (7) zusammengefaßt;
• b) die Federn (11, 12) weisen unterschiedliche Steifig­ keit auf, wobei die erste Feder (11) eine wesentlich geringere Steifigkeit aufweist als die zweite Feder (12), so daß die erste Feder (11) im wesentlichen dem Leerlaufbetrieb und die zweite Feder (12) im wesent­ lichen dem Hauptbetriebsbereich des Antriebsmotors zugeordnet ist;
• c) die erste Feder (11) ist so ausgebildet, daß sie bei maximaler Einfederung unter einem Drehmoment, das über dem Leerlaufdrehmoment des Antriebsmotors liegt, eine einzige Ebene bildet und die axiale Erstreckung innerhalb des Federblockes (7) der Dicke einer einzi­ gen Federwindung entspricht;
• d) die erste Feder (11) hat eine wesentlich geringere axiale Erstreckung als die zweite Feder (12).

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Feder (11) als 1-windige Feder mit im wesentlichen einer einzigen Windung ausgebildet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Feder als Kegelfeder (11a) ausgebildet ist, deren Windungen bei maximaler Einfederung spiralförmig radial ineinander liegen und eine Ebene bilden.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Federn (11, 12) jeweils ein Trennelement (14) eingelegt ist.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (14) als ebene ringförmige Scheibe ausgebil­ det ist.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jeder Federblock (7) innerhalb der Aus­ schnitte (6) in den beiden Kupplungshälften (1, 2) durch Federtöpfe (8, 9) zentrierend geführt ist.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kegelfeder (11a) mit ihrem größten Durchmesser zur zweiten Feder (12) hin innerhalb der Fe­ dertöpfe (8, 9) eingesetzt ist, wobei die Führung dieser Kegelfeder (11a) durch die innere Mantelfläche eines der Federtöpfe (8) erfolgt.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Kupplungshälfte (1) einen durch Seitenscheiben (5) gebildeten flüssigkeitsdichten und mit einem viskosen Medium gefüllten Innenraum auf­ weist, in dem die Federblöcke (7) ständig mit Schmiermit­ tel versorgt sind.