DE4440412C2

DE4440412C2 - Reibungskupplung mit automatischem Verschleißausgleich

Info

Publication number: DE4440412C2
Application number: DE4440412A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Weidinger
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2014-11-12
Also published as: US5645154A; ES2119655B1; GB9523033D0; DE4440412A1; FR2726872B1; ES2119655A1; FR2726872A1; GB2294983A; GB2294983B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Membran- oder Tellerfederkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus dem Stand der Technik sind mehrere Reibungs kupplungen bekannt, die einen automatischen Ver schleißausgleich aufweisen. Beispielsweise ist es aus den Offenlegungsschriften 43 06 688 und 44 12 107 bekannt, im Bereich der Auflage zwischen der Membran- oder Tellerfeder und der Anpreßplatte Verstellelemente mit Schrägflächen einzusetzen, die bei auftretendem Ver schleiß die ursprüngliche Stellung der Membran- oder Tellerfeder zum Gehäuse wieder herstellen, um sowohl die Einbaulage konstant zu halten als auch die Anpreß kraft.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kupplung der o. g. Bauart dahingehend zu verbessern, daß über die gesamte Lebensdauer des Kupplungsag gregates das übertragbare Drehmoment nahezu konstant ge halten wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Hauptanspruch gelöst. Dadurch, daß die Größe der Ver schleißnachstellung in Abhängigkeit der an der Anpreß platte benötigten Anpreßkraft eingestellt wird, können alle Faktoren berücksichtigt werden, die einen Einfluß auf die Drehmomentübertragung innerhalb der Kupp lung während des Betriebs haben. Eine wichtige Rolle spielt hierbei die Charakteristik der Lüftfedern, die wäh rend des Lüftvorgangs die Anpreßplatte beaufschlagen. Da die Anpreßplatte durch den Verschleiß der Reibbe läge mit der Zeit näher an das Schwungrad wandert, werden auch die von den Lüftfedern auf die Anpreßplat te ausgeübten Kräfte verändert. Diese Veränderung kann mit der erfindungsgemäßen Ausbildung berück sichtigt werden. Weiterhin ist bekannt, daß die Mem branfedern mit der Zeit Setzverluste aufweisen, welche bekannt sind und auf diese Weise berücksichtigt werden können. Weiterhin ist es bekannt, daß mitunter be stimmte Reibbeläge an der Kupplungsscheibe über ihre Lebensdauer Reibwertschwankungen unterworfen sind. Auch solche Einflüsse können berücksichtigt werden.

Dabei ist die Größe der Verschleißnachstellung niedriger ange setzt als die Größe des tatsächlich aufgetretenen Verschleißes an den Reibbelägen. Mit dieser Auslegung wird berücksichtigt, daß die Kräfte der Lüftfedern der Anpreßplatte mit zunehmendem Verschleiß ansteigen. Dieser Kraftanstieg, der der Anpreßkraft der Mem bran- oder Tellerfeder entgegenwirkt, kann dadurch kompensiert werden, daß die Größe der Verschleiß nachstellung entsprechend der zusätzlich benötigten Kraft zur Überwindung des Lüftfedern angesetzt wird. Bei vollständiger Kompensation des Verschleißweges würde die Teller- oder Membranfeder ihre Kraft ent sprechend der Einbaulage beibehalten und die Anpreß kraft würde somit zurückgehen. Da üblicherweise die Membran- oder Tellerfeder im absteigenden Ast ihrer Federkennlinie betrieben wird, kann durch den teilwei sen Ausgleich des tatsächlichen Verschleißweges eine Federkraftanhebung erzielt werden, die den Kraftan stieg der Lüftfedern entspricht.

Die Erfindung wird anschließend anhand eines Aus führungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen im einzel nen

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Kupplung;

Fig. 2 den Schnitt A-A gemäß Fig. 1;

Fig. 3-5 vergrößerte Darstellungen von Fig. 2 in ver schiedenen Betriebszuständen;

Fig. 6 Federkraftverlauf in Abhängigkeit von Ver schleiß.

Fig. 1 zeigt eine Membranfederkupplung 1, im Schnitt. Das Schwungrad 2 ist an einer nicht dargestell ten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine befestigt und läuft mit dieser um die Drehachse 3 um. Am Schwungrad 2 ist ein Kupplungsgehäuse 4 befestigt, welches die Anpreßplatte 5 sowie die Membranfeder 6 umfaßt. Die Anpreßplatte 5 ist gegenüber dem Kupp lungsgehäuse 4 und somit auch gegenüber dem Schwungrad 2 drehfest aber axial verlagerbar geführt, und zwar im vorliegenden Fall über etwa tangential verlaufende Tangentialblattfedern 8, die eine Lüftkraft auf die Anpreßplatte 5 ausüben, und zwar wegweisend vom Schwungrad 2. Zwischen Anpreßplatte 5 und Schwungrad 2 sind die Reibbeläge 11 einer Kupplungs scheibe angedeutet. Zwischen Anpreßplatte 5 und Kupplungsgehäuse 4 ist die Membranfeder 6 so ange ordnet, daß sie sich über einen mittleren Durchmesser am Kupplungsgehäuse 4 abstützt und über mehrere am Umfang verteilte Distanzbolzen gehalten ist. Mit ihrem Außendurchmesser liegt sie unter Zwischenschaltung einer Einrichtung zur Verschleißnachstellung 10 auf der Anpreßplatte 5 auf. Die Membranfeder 6 weist nach radial innen gerichtete Federzungen 7 auf, die über ein nicht dargestelltes Ausrücksystem betätigt werden kön nen. Das Ausrücksystem wirkt in Richtung des Pfeiles F auf die Federzungen 7 ein. Anstelle der Membranfeder 6 kann selbstverständlich eine Tellerfeder verwendet werden, wobei dann ein separates Hebelsystem zum Ausrücken der Reibungskupplung vorhanden sein muß.

Die Einrichtung 10 zur Verschleißnachstellung wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 2 näher erläutert. Sie weist ein Ringelement 16 auf, welches zentrisch zur Drehachse 3 verläuft und zwischen Anpreßplatte 5 und Membranfeder 6 eingespannt ist. Das Ringelement 6 liegt über mehrere am Umfang verteilte Schrägflächen 17 auf entsprechenden Gegenflächen 18 der Anpreß platte 5 auf. Im vorliegenden Fall ist zwar ein separates Bauteil zur Darstellung der Gegenflächen 18 einge zeichnet, es ist jedoch in jedem Fall fest mit der Anpreß platte 5 verbunden. Die Steigung von Schrägflächen 17 und Gegenflächen 18 mit dem Winkel β₁ ist unter ande rem so festgelegt, daß in eingerücktem Zustand der Kupplung, wenn das Ringelement 16 durch die Kraft der Membranfeder 6 auf die Gegenflächen 18 aufgepreßt wird, eine Relativverdrehung durch Selbsthemmung verhindert wird. Weiterhin besteht die Einrichtung 10 aus einer oder mehreren Federn 12, die das Ringelement 16 umfangsmäßig mit einer Kraft beaufschlagen, die versucht, den Abstand zwischen dem Außenumfang der Membranfeder 6 und der Anpreßplatte 5 zu vergrößern. Weiterhin sind mehrere am Umfang verteilte Spielge ber 13 vorgesehen, die jeweils einen Schiebebolzen 14 aufweisen parallel zur Drehachse 3, der mit einem Kopf an einer Fläche des Schwungrades 2 zur Anlage kommt. Jeder Spielgeber 13 weist zusätzlich auf der dem Schwungrad abgewandten Seite der Anpreßplatte 5 ei nen im wesentlichen nach radial innen weisenden An schlaghebel 15 auf, der, ohne von der Membranfeder 6 beeinflußt zu werden, auf dem Ringelement 16 aufliegt und dieses im ausgerückten Zustand der Kupplung an einer nicht gewollten Verdrehung durch die Federn 12 durch Axialanschlag hindert. Jeder Anschlaghebel 15 reicht dabei in eine entsprechende Unterbrechung 19 des Ringelementes 16 hinein und das Ringelement 16 liegt mit einer Kontur 20 der Unterbrechung 19 am Anschlaghebel 15 an, und zwar auf der Seite des An schlaghebels 15, die der Anpreßplatte zugewandt ist. Die Kontur 20 der Unterbrechung 19 kann - wie im vorliegenden Fall dargestellt - als Gerade ausgebildet sein mit einer Neigung entsprechend dem Winkel β₂, wobei diese Neigung der Neigung von Schrägflächen 17 und Gegenfläche 18 mit dem Winkel β₁ entgegengerich tet ist. Es ist jedoch auf möglich, die Kontur 20 nicht als eine gerade Linie auszubilden, sondern entsprechend einem bestimmten Verhalten der Kupplung als Kurve auszubilden. Dabei wird jedoch auch über den gesamten Verschleißweg die Neigung der Kontur 20 entgegenge setzt zur Neigung von Schrägflächen 17 und Gegenflä chen 18 verlaufen.

Der prinzipielle Verlauf eines Verschleißausgleichs vorgangs wird anschließend anhand der Fig. 1 und 2 in Verbindung mit der Fig. 6 dargestellt. Fig. 6 zeigt den typischen Kraftverlauf einer Membranfeder, wobei über den Federweg die Federkraft zuerst ansteigt und nach einem Maximum wieder abfällt. Üblicherweise werden die Membranfedern in Reibungskupplungen so verbaut, daß im Neuzustand die Membranfeder eine Einbaulage (EL) aufweist, die auf dem absteigenden Ast der Kurve liegt. Bei herkömmlichen Reibungskupplun gen ohne Verschleißausgleich verändert die Membran feder ihre Einbaulage entsprechend dem auftretenden Verschleiß an den Reibbelägen 11 und damit ändert sich die von ihr ausgeübte Kraft entsprechend dem Pfeil in Fig. 6. Damit ist sichergestellt, daß die Anpreßkraft auch bei Verschleiß immer ausreichend groß ist. Bei einer Reibungskupplung mit automatischem Verschleißaus gleich, entsprechend dem angezogenen Stand der Tech nik, ist dafür gesorgt, daß die Einbaulage der Membran feder absolut konstant gehalten wird und somit ihre Federkraft ebenfalls konstant gehalten wird. Die Ein baulage entsprechend EL bleibt erhalten. Bei der hier vorliegenden Konstruktion ist jedoch eine Einrichtung 10 zur Verschleißnachstellung vorgesehen, die im vor gegebenen Umfang Einfluß nimmt auf die Einbaulage der Membranfeder 6. Da beispielsweise mit zunehmen dem Verschleiß an den Reibbelägen 11 die Anpreßplat te 5 näher an das Schwungrad 2 wandert, wird die Vor spannkraft der Tangentialblattfedern 8, die als Lüftkraft genutzt wird, größer. Da diese Luftkraft der Anpreß kraft der Membranfeder 6 entgegenwirkt, würde somit über die Lebensdauer der Reibungskupplung die An preßkraft, die an den Reibbelägen 11 wirkt, absinken und die volle Drehmomentübertragungsfähigkeit der Kupplung würde leiden. Daher ist die Einrichtung 10 so ausgelegt, daß sie keinen einhundertprozentigen Ver schleißausgleich durchführt, sondern lediglich eine Ver schleißnachstellung. Dies wird dadurch erreicht, daß die Anschlaghebel 15 in den Unterbrechungen 19 des Ring elements 16 mit einer Kontur 20 zusammenarbeiten, die - bei geradliniger Ausbildung - einen Winkel β₂ ge genüber der Ebene der Reibfläche der Anpreßplatte aufweist. Durch die Neigung der Kontur 20 ist sicherge stellt, daß das Ringelement 16 bei jedem Nachstellvor gang nur einen Teil des entstandenen Verschleißes an den Reibbelägen 11 kompensiert, so daß entsprechend Fig. 6 die Einbaulage der Membranfeder 6 mit zuneh mendem Verschleiß geringfügig geändert wird, und zwar in Richtung des Pfeiles in Fig. 6. Damit erhöht sich die von der Membranfeder 6 auf die Anpreßplatte aus geübte Kraft beispielsweise in dem Maß, in welchem die Lüftkraft der Tangentialblattfedern 8 zunimmt. Auf die se Weise steht auch über dem gesamten Verschleißbe reich der Reibbeläge 11 an diesen immer die gleiche Anpreßkraft zur Verfügung, so daß das übertragbare Drehmoment der Reibungskupplung erhalten bleibt.

Die einzelnen Schritte der Verschleißnachstellung werden anschließend anhand der Fig. 3-5 näher erläu tert.

In Fig. 3 ist der Neuzustand der Reibungskupplung dargestellt entsprechend Fig. 2. Die unverbrauchten Reibbeläge 11 weisen eine Belagdicke von X₁ auf, wobei dieser Abstand gleichzeitig der Abstand zwischen der Anpreßplatte 5 und dem Schwungrad 2 ist. Dabei ergibt sich ein Abstand zwischen dem Schwungrad 2 und der Membranfeder 6 in ihrem radial äußeren Bereich von der Größe Y₁. Das Ringelement 16 ist dabei so verbaut, daß entgegen der Kraft der Feder 12, das heißt entge gen der Kraft P, mit seiner Unterbrechung am An schlaghebel 15 anliegt. Gleichzeitig liegt der Anschlag hebel 15 an der Kontur 20 an. Im Neuzustand ist gleich zeitig dafür gesorgt, daß jeder Spielgeber 13 mit seinem Schiebebolzen 14 an einer gehäusefesten Fläche anliegt, im vorliegenden Fall am Schwungrad 2. Bei einem auf diesen Neuzustand folgenden Einrückvorgang, bei wel chem Verschleiß an den Reibbelägen 11 auftritt, ergibt sich nun eine Situation, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Materialstärke der Reibbeläge 11 ist auf das Maß X₂ zurückgegangen, wobei X₂ kleiner als X₁ ist. Um dieses Maß wandert jeder der Anschlaghebel 15 von der Kon tur 20 der Unterbrechung 9 weg, und zwar in Richtung auf die Membranfeder 6, ohne diese allerdings zu berüh ren. Es sei darauf hingewiesen, daß auch der Abstand Y₂ zwischen Membranfeder 6 und Schwungrad 2 um das gleiche Maß kleiner ist gegenüber Y₁ wie der Übergang von X₁ zu X₂. Es sind nämlich während des Verschleiß vorganges sämtliche Bauteile 5, 16, 6 näher an das Schwungrad 2 herangerückt. Beim nachfolgenden Aus rückvorgang wird die Membranfeder 6 über eine Aus rücksystem mit einer Kraft in Richtung des Pfeiles F auf die Federzungen 7 einwirken, so daß die Membranfeder 6 um die Distanzbolzen 9 herumkippt und sie im Bereich ihres Außendurchmessers die Auflagekraft auf das Ringelement 16 verringert. Dabei ist nun das Federsy stem mit der Feder 12 in der Lage, über die Federkraft P das Ringelement 16 gegenüber der Anpreßplatte 5 bzw. der Membranfeder 6 zu verdrehen, und zwar gegen die Kraft der als Lüftfedern fungierenden Tangentialblatt federn 8. Diese Relativverdrehung der Ringelemente 16 kann solange fortgesetzt werden, bis die Unterbrechun gen 19 mit ihrer Kontur 20 am Anschlaghebel 15 zur Anlage kommen. In diesem Betriebszustand sind die Spielgeber 13 mit ihren Anschlaghebeln 15 durch die auf sie einwirkenden Kräfte (Federkraft P von Feder 12 über Kontur 20) in ihrer Stellung arretiert und das Maß der Verschleißnachstellung ist nunmehr nur abhängig von der Neigung der Konturen 20. Der Endzustand nach dem Nachstellvorgang und nach dem Aufheben der Ausrückkraft entsprechend Pfeil F ist in Fig. 5 dar gestellt. Hier ist die Kupplung wieder voll eingerückt und das Ringelement 16 ist um einen bestimmten Betrag in Richtung des Pfeiles P der Federkraft der Federn 12 gegenüber der Anpreßplatte 5 bzw. der Membranfeder 6 verdreht. Damit weist die Membranfeder 6 einen Ab stand von der Anpreßplatte 2 von der Größe Y₃ auf, wobei Y₃ größer ist als Y₂ und kleiner als Y₁.

Die Kontur 20 in der Unterbrechung 19 kann natür lich auch kurvenförmig anstelle einer Geraden ausgebil det sein, und zwar in Abhängigkeit beispielsweise von Reibwertveränderungen an den Reibbelägen während der Laufzeit einer Kupplungsscheibe. Weiterhin können auch beispielsweise Reibverluste berücksichtigt wer den, die sich an den Lagerstellen zwischen der Mem branfeder und den übrigen Bauteilen ergeben können, sowie Setzverluste der Membranfeder über einen grö ßeren Zeitraum.

Besonders kostengünstig gestaltet sich aber die Erfindung, wenn die Kontur 20 geradlinig ausgeführt ist.

Es ist auch möglich, die Kontur 20 über ihre Umfangserstreckung mit unterschiedlicher Steigung auszuführen.

Claims

Membran- oder Tellerfederkupplung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine befestigtes Schwungrad (2), welches eine Drehachse (3) definiert, eine gegenüber dem Schwungrad (2) drehfest, aber axial verlagerbare Anpreßplatte (5), eine zwischen Anpreßplatte (5) und Schwungrad (2) angeordnete Kupplungsscheibe mit Reibbelägen (11), eine Membran- oder Tellerfeder (7), die in ihrem degressiven Kennlinienbereich die Anpreßplatte (5) in Richtung Schwungrad beaufschlagt, eine Lüfteinrichtung (8) für die Anpreßplatte (5) sowie eine Einrichtung zur automatischen Verschleiß nachstellung (10) in Abhängigkeit vom Verschleiß der Reibbeläge (11), wobei ein mittels zumindest einer Feder (12) in Umfangsrichtung in Nachstellrichtung beaufschlagtes, im eingerückten Zustand an der Membran- oder Tellerfeder (7) an liegendes Ringelement über mehrere am Umfang verteilte, einen Winkel β₁ aufweisende Schrägflächen (17) auf entsprechenden Gegenflächen (18) der Anpreßplatte (5) aufliegt und ein Anschlaghebel (15) eines Spielgebers (13) im ausgerückten Zustand eine Verdrehung des Ringelementes (16) durch Anlage an einer Kontur (20) des Ringelementes (16) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur mit ihrer in Umfangsrichtung verlaufenden Steigung derart ausgeführt ist, daß durch sie die an der Anpreßplatte (5) zum annähernden Konstanthalten des übertragbaren Drehmomentes be nötigte Kraft festlegbar ist, wobei die Größe der Verschleißnachstellung niedriger angesetzt ist als die Größe des tatsächlich auftretenden Verschleißes an den Reibbelägen.