DE602004000196T2

DE602004000196T2 - Flache Tellerfeder für automatische Getriebe

Info

Publication number: DE602004000196T2
Application number: DE602004000196T
Authority: DE
Inventors: Chi-Kuan Kao; Anthony L. Smith; Andrew Leslie Bartos; Patrick Benedict Usoro
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: General Motors Co
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: DE602004000196D1; US20040195070A1; US6832675B2; EP1464861A1; EP1464861B1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Kupplungsanwendungen für automatische Getriebe.
Hintergrund der Erfindung
Idealerweise sollten Kupplungen, die in automatischen Getrieben verwendet werden, weich einrücken. Bereichskupplungen verwenden typischerweise eine Filterfeder, um den anfänglichen Stoß der einrückenden Kupplung zu verringern, was in einem weicheren Lauf resultiert. Die Feder ist zwischen der Kraft, die wirksam ist, um die Kupplung einzurücken, und der Kupplung selbst positioniert, um die Wirkung der Kraft zu verringern. Idealerweise sollte eine Stoßfilterfeder eine kleine Steifigkeit bei kleinen Ablenkungen und eine sich monoton erhöhende Steifigkeit während einer Ablenkung (d. h. eine Steifigkeit, die sich mit einer konstanten Rate über den Ablenkungsbereich erhöht) bis ein voll belasteter Zustand erreicht ist, aufweisen.
Zwei Arten von Federringen werden typischerweise in automatischen Getrieben verwendet: gewellte Federringe und Tellerfedern. Gewellte Federringe weisen eine gewellte Oberflächenausbildung auf, die die Steifigkeit der Feder beeinflusst. Tellerfedern weisen einen kegelförmigen Abschnitt auf, der während einer Ablenkung der Feder abgeflacht wird. Der gewellte Federring weist eine Steifigkeit auf, die eine Konstante zwischen 20 Prozent und 80 Prozent ihres Ablenkungsbereiches ist. Die Tellerfeder weist eine Steifigkeit auf, die monoton bezüglich der Ablenkung abnimmt. Demgemäß weist keiner dieser Typen von Federn die gewünschte Eigenschaft einer sich monoton erhöhenden Steifigkeit über den Ablenkungsbereich der Feder auf.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Tellerfederaufbau zum weichen Einrücken einer Kupplung kann einen im Wesentlichen flachen, ringförmigen Teller mit gegenüberliegenden Flächen und ein in der Mitte des Tellers ausgebildetes Loch umfassen, so dass der Teller einen inneren Umfangsrand und einen äußeren Umfangsrand aufweist. Der Teller kann einen inneren Radius an seinem inneren Umfangsrand und einen äußeren Radius an seinem äußeren Umfangsrand aufweisen. Des Weiteren kann der Teller eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke zwischen seinen gegenüberliegenden Flächen aufweisen. Der Teller kann aus Stahl sein. Der Aufbau kann auch eine bewegbare erste winklige Platte aufweisen, die benachbart zu einer gegenüberliegenden Fläche angeordnet ist. Der Aufbau kann ferner eine zweite winklige Platte umfassen, die benachbart zu der anderen gegenüberliegenden Fläche angeordnet ist, so dass die inneren und äußeren Umfangsränder des Tellers in gegenüberliegenden Richtungen bezüglich einander abgelenkt werden, wenn sich der Teller während eines Ineingrifftretens der Kupplung zu der zweiten Platte hin bewegt. Die maximale Ablenkung des Tellers kann durch die winkligen Platten definiert sein.
Das US-Patent 5 385 224, veröffentlicht am 31. Januar 1995, an Uehara, offenbart einen im Wesentlichen flachen, ringförmigen Teller mit gegenüberliegenden Flächen und einem in der Mitte des Tellers ausgebildeten Loch, so dass der Teller einen inneren Umfangsrand und einen äußeren Umfangsrand aufweist. Uehara offenbart auch eine bewegbare Platte, die benachbart zu einer gegenüberliegenden Fläche des Tellers angeordnet ist. Bei Uehara ist es jedoch notwendig, dass eine Stützpunkt, auf dem die bewegbare Platte den Teller lagert, sich näher zu einem weiteren Stützpunkt bewegt, auf dem eine Membranfeder den Teller lagert, wenn sich der Teller zu der Platte hin bewegt, wodurch bewirkt wird, dass sich die effektive Steifigkeit des Tellers erhöht, wenn der Teller sich bewegt. Die bewegbare Platte von Uehara ist nach und nach gekrümmt, um die Änderung des Abstandes zwischen den Stützpunkten zu bewirken. Die hierin beschriebenen winkligen Platten können die bei Uehara erforderliche Verschiebung der Stützpunkte nicht bewirken. Zusätzlich steht die gekrümmte Platte von Uehara niemals in einem im Wesentlichen vollständigen Kontakt mit einer entsprechenden Fläche des Tellers, wie es bei den winkligen Platten der vorliegenden Erfindung vorzugsweise der Fall ist.
Die ersten und zweiten winkligen Platten können jeweils eine winklige Fläche aufweisen. Die winklige Fläche der ersten Platte kann benachbart zu einer Fläche des Tellers angeordnet sein, so dass ein Winkel durch die erste Platte und den Teller an dem inneren Umfangsrand gebildet wird. Die winklige Fläche der zweiten Platte kann benachbart zu der gegenüberliegenden Fläche des Tellers angeordnet sein, so dass ein im Wesentlichen äquivalenter Winkel durch die zweite Platte und den Teller an dem äußeren Umfangsrand gebildet wird. Die erste Platte kann derart ausgebildet sein, dass sie zuerst mit dem inneren Umfangsrand des Tellers in Kontakt tritt und eine Belastung auf diesen aufbringt, wenn sie sich zu dem Teller hin bewegt. Des Weiteren kann die zweite Platte derart ausgebildet sein, dass sie zuerst mit dem äußeren Umfangsrand des Tellers in Kontakt tritt und eine Reaktionsbelastung auf diesen aufbringt, wenn sich der Teller durch die erste Platte zu der zweiten Platte hin bewegt. Die winklige Fläche von jeder Platte kann einen im Wesentlichen äquivalenten inneren und äußeren Radius aufweisen.
Die gegenüberliegenden Flächen des Tellers können in einem im Wesentlichen vollständigen Kontakt mit jeweiligen winkligen Flächen der Platten stehen, wenn die Kupplung in Eingriff steht. Zusätzlich kann die maximale Ablenkung des Tellers auftreten, wenn die gegenüberliegenden Flächen des Tellers in einem im Wesentlichen vollständigen Kontakt mit den jeweiligen winkligen Flächen der Platten stehen. Die Belastung, die durch die erste Platte aufgebracht wird, kann gleichmäßig über die im Wesentlichen vollständig in Kontakt stehenden Flächen des Tellers und der Platten verteilt werden.
Die Steifigkeit des Tellers kann sich proportional zu dem Quadrat der Ablenkung des Tellers erhöhen. Somit kann sich die Steifigkeit des Tellers monoton mit der Ablenkung des Tellers erhöhen. Die Ablenkungskennlinien von ursprünglich flachen Federringen werden in Almen, J.O. und Laszlo, A; „The Uniform-Section Disk Spring", Trans. ASME, Vol. 58, Nr. 4, Mai 1936, Seiten 305–314 diskutiert. Die Steifigkeit des Tellers kann das Verhältnis der Änderung der Kraft sein, die auf den Teller aufgebracht wird, um die Ablenkung des Tellers zu ändern. Die Steifigkeit des Tellers ist durch (S) dargestellt und kann gemäß der folgenden Formel bestimmt werden:
α = a/b, wobei a den äußeren Radius des Tellers darstellt, b den inneren Radius des Tellers darstellt, E der Elastizitätsmodul ist, t die Dicke des Tellers darstellt und υ die Poissonsche Konstante ist. Zur Ableitung dieser Formel siehe Almen and Laszlo, supra, Seiten 309–312.
Ein Federaufbau zum Erhöhen der Kupplungsweichheit kann eine im Wesentlichen flache Scheibe mit gegenüberliegenden Flächen, eine erste ringförmige Platte mit einer winkligen Fläche, die eine konische Form nach außen bildet, die benachbart zu einer Scheibenfläche angeordnet ist, und eine zweite ringförmige Platte mit einer winkligen Fläche, die eine konische Form nach innen bildet, die benachbart zu der anderen Scheibenfläche angeordnet ist, umfassen, wobei die winkligen Flächen zusammenwirkend derart ausgebildet sind, dass sie mit den jeweiligen benachbarten Flächen der Scheibe in Kontakt treten, wenn sich die erste Platte während des Ineingrifftretens der Kupplung in der Richtung der Scheibe bewegt.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen einfach verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Veranschaulichung in einer seitlichen Querschnittsdarstellung einer Automatikgetriebekupplung mit einem Tellerfederaufbau;
2a ist eine schematische Veranschaulichung in Draufsicht eines Tellers zur Verwendung in dem Tellerfederaufbau von 1;
2b ist eine schematische Veranschaulichung in einer seitlichen Querschnittsdarstellung des Tellers von 2a;
3a ist eine schematische Veranschaulichung in Draufsicht einer winkligen Platte zur Verwendung in dem Tellerfederaufbau von 1;
3b ist eine schematische Veranschaulichung in einer seitlichen Querschnittsdarstellung der winkligen Platte von 3a;
4a ist eine schematische Veranschaulichung in Draufsicht einer weiteren winkligen Platte zur Verwendung in dem Tellerfederaufbau von 1;
4b ist eine schematische Veranschaulichung in einer seitlichen Querschnittsdarstellung der winkligen Platte von 4a;
5 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung in einer Schnitt-Explosionsdarstellung des Tellerfederaufbaus von 1;
6a ist eine schematische Querschnittsdarstellung des Tellerfederaufbaus von 1;
6b ist eine schematische Querschnittsdarstellung des Tellerfederaufbaus von 1, die einen Kontakt der winkligen Platte von 3a und der winkligen Platte von 4a mit dem Teller von 1 zeigt;
7 ist eine schematische Querschnittsdarstellung von Belastungskräften, die auf den Teller des Tellerfederaufbaus von 6b wirken;
8a ist eine schematische Veranschaulichung in teilweiser vertikaler Querschnittsdarstellung einer ersten alternativen Ausführungsform eines Tellerfederaufbaus;
8b ist eine schematische Veranschaulichung in teilweiser vertikaler Querschnittsdarstellung einer zweiten alternativen Ausführungsform eines Tellerfederaufbaus;
8c ist eine schematische Veranschaulichung in teilweiser vertikaler Querschnittsdarstellung einer dritten alternativen Ausführungsform eines Tellerfederaufbaus;
8d ist eine schematische Veranschaulichung in teilweiser vertikaler Querschnittsdarstellung einer vierten alternativen Ausführungsform eines Tellerfederaufbaus;
9 ist ein Graph der theoretischen Beziehung zwischen einer Belastung F und einer Ablenkung d eines Tellers in dem Tellerfederaufbau von 1; und
10 ist ein Graph analytischer und experimenteller Daten in Bezug auf eine Belastung in Newton (N), die auf den Teller in dem Tellerfederaufbau von 1 aufgebracht wird, vs. einer Ablenkung des Tellers in Millimeter (mm).
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt einen Tellerfederaufbau 11, der in einer Kupplung verwendet wird. Der Tellerfederaufbau umfasst einen ringförmigen Teller 13, eine erste winklige Platte 15 und eine zweite winklige Platte 17. Der ringförmige Teller 13 wird auch als eine Scheibe bezeichnet. Die erste winklige Platte 15 wird auch als eine erste ringförmige Platte bezeichnet. Die zweite winklige Platte 17 wird auch als eine zweite ringförmige Platte bezeichnet. Die erste winklige Platte 15 ist durch einen Kolben 19 zu dem ringförmigen Teller 13 hin bewegbar. Eine Fluidkraft wirkt auf den Kolben 19, um ihn zu der ersten winkligen Platte 15 hin zum Ineingriffbringen einer Kupplung 16 zu bewegen. Der gezeigte Tellerfederaufbau 11 befindet sich in einem „Ruhe"-Zustand und die Kupplung steht nicht in Eingriff.
Bezug nehmend auf 2a, wobei gleiche Bezugsziffern sich auf gleiche Komponenten in 1 beziehen, ist der ringförmige Teller 13 mit einer Fläche 21 gezeigt. Der ringförmige Teller 13 weist auch eine gegenüberliegende Fläche 23 auf, die im Profil in 2b gezeigt ist, wobei gleiche Bezugsziffern sich auf gleiche Komponenten in den 1–2a beziehen. 2b ist eine Querschnittsdarstellung des Tellers an den in 2a gezeigten Pfeilen. Der Teller 13 weist einen inneren Umfangsrand 25 und einen äußeren Umfangsrand 27 auf. Ein Loch 29 ist in der Mitte des Tellers 13 ausgebildet. Der Teller 13 weist einen inneren Radius b, gemessen von der Mitte zu dem inneren Umfangsrand 25, und einen äußeren Radius a, gemessen von der Mitte zu dem äußeren Umfangsrand 27, auf. Unter neuerlicher Bezugnahme auf 2a weist der Teller 13 Erweiterungen oder Finger 31 entlang des äußeren Umfangsrandes 27 auf. Die Finger 31 dienen zur Führung beim Positionieren der Scheibe während des Zusammenbaus. Der Teller 13 kann weniger oder mehr Finger 31 als gezeigt aufweisen; darüber hinaus kann ein durchgehender Flansch um den äußeren Umfangsrand 27 des Tellers 13 herum anstelle von Fingern 31 verwendet werden. Die Finger 31 sind nicht innerhalb des äußeren Radius a enthalten. Der Teller 13 weist eine Dicke t auf. Der Teller 13 ist im Wesentlichen flach, wie in 2b zu sehen. Der Teller 13 besteht vorzugsweise aus Stahl.
Bezug nehmend auf 3a, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten in den 1–2b bezeichnen, ist die zweite winklige Platte 17 gezeigt, die eine Fläche 33 aufweist, die im zusammengebauten Zustand wie in 1 von der Ringscheibe 13 entfernt ist. Die zweite winklige Platte 17 weist einen inneren Umfangsrand 35 und einen äußeren Umfangsrand 37 auf. Die inneren und äußeren Umfangsränder 35, 37 befinden sich an denselben inneren und äußeren Radien b, a wie der innere Umfangsrand 25 und der äußere Umfangsrand 27 des Tellers 13 in 2a.
Bezug nehmend auf 3b, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten in den 1–3a bezeichnen, ist eine Querschnittsdarstellung der zweiten winkligen Platte an den in 3a gezeigten Pfeilen gezeigt. Die zweite winklige Platte 17 ist von ihrem inneren Umfangsrand 35 zu ihrem äußeren Umfangsrand 37 hin verjüngt, so dass sie an ihrem äußeren Umfangsrand 37 dicker ist als an ihrem inneren Umfangsrand 35. Der Abstand entlang einer Achse durch die Mitte der zweiten winkligen Platte 17 von dem Anfang der Verjüngung zu dem Ende der Verjüngung ist als d_max gezeigt. Unter neuerlicher Bezugnahme auf 3a weist die zweite winklige Platte 17 Finger 39 auf, die zur Führung während des Zusammenbaus verwendet werden. Die zweite winklige Platte 17 kann weniger oder mehr Finger 39 als gezeigt aufweisen; darüber hinaus kann ein durchgehender Flansch um den Umfang der zweiten winkligen Platte 17 herum anstelle der Finger 39 verwendet werden. Die Finger 39 sind nicht Teil der Verjüngung der zweiten winkligen Platte 17.
Bezug nehmend auf 4a, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten in den 1–3b bezeichnen, ist eine Fläche 41 der ersten winkligen Platte 15 mit einem inneren Umfangsrand 43 und einem äußeren Umfangsrand 45 gezeigt. Bezug nehmend auf 4b, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten in den 1–4a bezeichnen, ist eine Querschnittsdarstellung der ersten winkligen Platte 15 an den in 4a gezeigten Pfeilen gezeigt. Die erste winklige Platte 15 weist im Wesentlichen die gleichen inneren und äußeren Radien b, a auf wie der Teller 13. Unter neuerlicher Bezugnahme auf 4a weist die erste winklige Platte 15 Finger 47 an ihrem äußeren Umfangsrand 45 zur Führung während des Zusammenbaus auf. Die erste winklige Platte 15 kann weniger oder mehr Finder 47 als gezeigt aufweisen; darüber hinaus kann ein durchgehender Flansch um den Umfang der ersten winkligen Platte 15 herum anstelle der Finger 47 verwendet werden. Die erste winklige Platte 15 ist verjüngt, so dass der innere Umfangsrand 43 dicker ist als der äußere Umfangsrand 45. Somit ist die Fläche 41 winklig. Die Differenz der Dicke zwischen dem inneren Umfangsrand 43 und dem äußeren Umfangsrand 45 ist d_max. Die Finger 47 sind Teil der Verjüngung der ersten winkligen Platte 15.
Bezug nehmend auf 5, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten in den 1–4b bezeichnen, ist eine Explosionsdarstellung der zweiten winkligen Platte 17 gezeigt, wobei der im Wesentlichen flache, ringförmige Teller 13 und die erste winklige Platte 15 in zusammengebauten Positionen (wie in 1 gezeigt) bezüglich einander sind. Die zweite winklige Platte 17 weist eine winklige Fläche 49 auf, die benachbart zu der Fläche 21 des ringförmigen Tellers 13 angeordnet ist. Die zweite winklige Platte 17 ist leicht nach oben gedreht gezeigt, um die winklige Fläche 49 offen zu legen. Die winklige Fläche 49 ist winklig auf Grund der Verjüngung der zweiten winkligen Platte 17 zwischen ihrem inneren Umfangsrand 35 und ihrem äußeren Umfangsrand 37. Die winklige Fläche 49 weist eine konische Form nach innen auf, die durch die Differenz der Dicke d_max, in 3b gezeigt, des inneren Umfangsrandes 35 und des äußeren Umfangsrandes 37 der zweiten winkligen Platte 17 definiert ist.
Die bewegbare erste winklige Platte 15 weist eine winklige Fläche 41 auf, die eine konische Form nach außen aufweist, welche durch die Differenz der Dicke d_max, in 4b gezeigt, zwischen dem inneren Umfangsrand 43 und dem äußeren Umfangsrand 45 der ersten winkligen Platte 15 definiert ist. Die winklige Fläche 41 der ersten winkligen Platte 15 ist benachbart zu einer gegenüberliegenden Fläche 23 des flachen, ringförmigen Tellers 13.
Bezug nehmend auf 6a, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten in den 1–5 bezeichnen, ist eine Querschnittsdarstellung des Tellerfederaufbaus 11 in einer „Ruhe"-Position ohne Ablenkung des Tellers 13 gezeigt. Ein Winkel Theta θ wird an dem äußeren Umfangsrand 27 des Tellers 13 zwischen der zweiten winkligen Platte 17 und dem Teller 13 gebildet. Ein im Wesentlichen äquivalenter Winkel θ' wird an dem inneren Umfangsrand 25 des Tellers 13 zwischen der ersten winkligen Platte 15 und dem Teller 13 gebildet. Eine imaginäre Linie, die gegenüber von θ zwischen dem inneren Umfangsrand 35 der winkligen Fläche 49 der zweiten winkligen Platte 17 und dem inneren Umfangsrand 25 der Fläche 21 des Tellers 13 gezogen wird, weist eine Länge d_max auf. Eine imaginäre Linie, die gegenüber dem Winkel θ' zwischen dem äußeren Umfangsrand 27 an der gegenüberliegenden Fläche 23 des Tellers 13 und dem äußeren Umfangsrand 45 der winkligen Fläche 41 der ersten winkligen Platte 15 gezogen wird, weist ebenfalls eine Länge d_max auf.
Bezug nehmend auf 6b, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten in den 1–5 bezeichnen, ist 6b eine Querschnittsdarstellung der zweiten winkligen Platte 17, des Tellers 13 und der ersten winkligen Platte 15, wenn die winklige Fläche der zweiten winkligen Platte 17 und die winklige Fläche der ersten winkligen Platte 15 in einem im Wesentlichen vollständigen Kontakt mit den jeweiligen Flächen 21, 23 des Tellers 13 stehen. Ein im Wesentlichen vollständiger Kontakt tritt auf, wenn die Kupplung 16 von 1 in einem eingerückten Zustand ist, wobei sich die erste winklige Platte 15 zu der zweiten winkligen Platte 17 hin bewegt. Die maximale Ablenkung des Tellers 13 ist durch die winkligen Flächen 41, 49 der Platten 15, 17 definiert. Die maximale Ablenkung des Tellers 13 tritt auf, wenn die gegenüberliegenden Flächen 21, 23 des Tellers 13 in einem im Wesentlichen vollständigen Kontakt mit den jeweiligen winkligen Flächen 49, 41 der Platten 15, 17 stehen. Somit ist die maximale Ablenkung des Tellers d_max. Der Teller wird an den in 6a gezeigten Winkeln θ, θ' abgelenkt, wenn er zu dmax abgelenkt wird, wie in 6b gezeigt. Demgemäß besteht ein Vorteil des Tellerfederaufbaus darin, dass die maximale Ablenkung des Tellers und der maximale Winkel der Ablenkung durch die Konstruktion des Aufbaus gesteuert werden. Wenn die winkligen Flächen 41, 49 der Platten 15, 17 bzw. die Flächen 23, 21 des Tellers 13 in einem im Wesentlichen vollständigen Kontakt stehen, wird eine Belastung, die durch die erste winklige Platte 15 aufgebracht wird, gleichmäßig über diese in Kontakt stehenden Flächen verteilt.
Bezug nehmend auf 7, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten in den 1–6b bezeichnen, ist die Ablenkung des Tellers 13, wenn eine Belastung auf den inneren Umfangsrand 25 und den äußeren Umfangsrand 27 aufgebracht wird, dargestellt. Die Belastung wird in der Richtung einer Achse durch die Mitte des flachen Tellers 13 aufgebracht. Der Teller 13 ist in einer ersten nicht abgelenkten Position 51 gezeigt. Der Teller 13 ist auch in einer zweiten abgelenkten Position 53 gezeigt. Die winkligen Platten 15, 17 sind in 7 nicht gezeigt. Die an dem inneren Umfangsrand 25 des Tellers 13 in der ersten Position 51 gezeigten Pfeile stellen die Belastung dar, die durch die erste winklige Platte 15 auf den Teller 13 aufgebracht wird. Die an dem äußeren Umfangsrand 27 des Tellers 13 gezeigten Dreiecke stellen die Reaktionsbelastung dar, die durch die zweite winklige Platte 17 aufgebracht wird, wenn durch die erste winklige Platte 15 eine Belastung auf den Teller 13 aufgebracht wird.
Die Erfindung zieht eine Konstruktion eines Tellerfederaufbaus in Erwägung, in der eine Belastung durch die zweite winklige Platte 17 auf den äußeren Umfangsrand 27 des Tellers 13 aufgebracht werden kann und eine gleiche Reaktionsbelastung auf den inneren Umfangsrand 25 des Tellers 13 durch die erste winklige Platte 15 aufgebracht würde, da die Ablenkung des Tellers 13 dieselbe sein würde.
„Winklige Platten" wie hierin verwendet bedeutet ein Paar von Platten mit anfänglichen Kontaktpunkten (d. h. den Punkte, an denen die Platten mit dem Teller zuerst in Kontakt treten), die axial bezüglich einander versetzt sind, so dass der anfängliche Kontaktpunkt von einer der Platten an dem inneren Umfangsrand des Tellers liegt und der anfängliche Kontaktpunkt der anderen Platte an dem äußeren Umfangsrand des Tellers liegt. Jedes derartige Paar von Platten kann als eine erste winklige Platte und eine zweite winklige Platte innerhalb des Umfangs der Erfindung betrachtet werden. Zum Beispiel weist die erste winklige 15 Platte in dem in den 5–6b gezeigten Federaufbau einen anfänglichen Kontaktpunkt auf, an dem sie zuerst mit dem Teller 13 an dem inneren Umfangsrand 25 des Tellers 13 in Kontakt tritt und eine Kraft auf diesen aufbringt. Die zweite winklige Platte 17 weist einen anfänglichen Kontaktpunkt auf, an dem sie zuerst mit dem Teller 13 an dem äußeren Umfangsrand 27 des Tellers 13 in Kontakt tritt und eine Kraft auf diesen aufbringt.
In den 8a–8d, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten in den 1–7 bezeichnen, sind einige alternative Konstruktionen für winklige Platten innerhalb des Umfangs der Erfindung dargestellt. Bezug nehmend auf 8a ist eine erste winklige Platte 15A derart verjüngt, dass ihr äußerer Umfangsrand 45A dicker als ihr innerer Umfangsrand 43A ist, und der anfängliche Kontaktpunkt, an dem sie zuerst mit dem Teller 13 in Kontakt tritt, und eine Kraft auf diesen aufbringt, ist der äußere Umfangsrand 27 des Tellers 13. Eine zweite winklige Platte 17A ist derart verjüngt, dass ihr innerer Umfangsrand 35A dicker als ihr äußerer Umfangsrand 37A ist, und der anfängliche Kontaktpunkt, an dem sie zuerst mit dem Teller 13 in Kontakt tritt, und eine Kraft auf diesen aufbringt, ist der innere Umfangsrand 25 des Tellers 13. Die Platten 15A, 17A würden dieselbe maximale Ablenkung d_max bewirken und würden diesel ben Winkel θ, θ' definieren wie die Platten 15, 17 in 1 und den 3a–6b.
Bezug nehmend auf 8b ist eine erste winklige Platte 15B gezeigt, die einen winkligen Arm 59 mit einem winkligen Rand 60, der zu Beginn mit dem Teller 13 an dem äußeren Umfangsrand 27 des Tellers 13 in Kontakt tritt, aufweist. Eine zweite winklige Platte 17B ist gezeigt, die einen winkligen Arm 61 mit einem winkligen Rand 62, der zu Beginn mit dem Teller 13 an dem inneren Umfangsrand 25 des Tellers 13 in Kontakt tritt, aufweist. Äquivalente Winkel θ, θ', die im Wesentlichen dieselben sind wie die durch die Platten 15, 17 definierten, sind zwischen dem Teller 13 und Linien ausgebildet, die von den winkligen Rändern 60, 62 der winkligen Arme 59, 61 an den jeweiligen Platten 15B, 17B weg verlaufend gezeigt sind. Die Platten 15B, 17B würden dieselbe maximale Ablenkung d_max wie die Platten 15, 17 in 1 und den 3a–6b bewirken.
Bezug nehmend auf 8c ist eine erste winklige Platte 15C derart verjüngt, dass der äußere Umfangsrand 45C dicker ist als der innere Umfangsrand 43C. Die erste winklige Platte 15C tritt zuerst mit dem Teller 13 an dem äußeren Umfangsrand 27 des Tellers 13 in Kontakt. Eine zweite winklige Platte 17C ist gezeigt, die einen winkligen Arm 63 mit einem winkligen Rand 64, der zu Beginn mit dem Teller 13 an dem inneren Umfangsrand 25 des Tellers 13 in Kontakt tritt, aufweist. Äquivalente Winkel θ, θ', die im Wesentlichen dieselben sind, wie die durch die Platten 15 und 17 definierten, sind zwischen dem Teller 13 und einer Linie ausgebildet, die von dem winkligen Rand 64 des winkligen Arms 63 an der Platte 17C und zwischen dem Teller 13 bzw. der ersten winkligen Platte 15C weg verlaufend gezeigt ist. Die Platten 15C, 17C würden dieselbe maximale Ablenkung d_max wie die Platten 15, 17 in den 1 und den 3a–6b bewirken.
Bezug nehmend auf 8d ist eine erste winklige Platte 15D gezeigt, die einen winkligen Arm 65 mit einem winkligen Rand 66, der zu Beginn mit dem Teller 13 an dem äußeren Umfangsrand 27 des Tellers 13 in Kontakt tritt, aufweist. Eine zweite winklige Platte 17D ist derart verjüngt, dass ihr innerer Umfangsrand 35D dicker ist als ihr äußerer Umfangsrand 37D. Die Platte 17D tritt zu Beginn mit dem Teller 13 an dem inneren Umfangsrand 25 des Tellers 13 in Kontakt. Äquivalente Winkel θ, θ', die im Wesentlichen dieselben sind wie die durch die Platten 15, 17 definierten, sind zwischen dem Teller 13 und der zweiten winkligen Platte 17D bzw. zwischen dem Teller 13 und einer Linie ausgebildet, die von dem winkligen Rand 66 des winkligen Arms 65 der ersten winkligen Platte 15D weg verlaufend gezeigt ist. Die Platten 15D, 17D würden dieselbe maximale Ablenkung d_max wie die Platten 15, 17 in den 1, 3a–6b bewirken.
Die Erfindung zieht in Erwägung, dass in jeder von den 5–6b und 8a–8d die erste winklige Platte ein Kolben sein kann, der sich durch eine hydraulische Kraft zu dem Teller 13 hin bewegt und eine Kraft auf den Teller 13, in Abhängigkeit davon, mit welchem Rand die erste winklige Platte zuerst in Kontakt tritt, auf entweder den inneren Umfangsrand 25 des Tellers 13 oder den äußeren Umfangsrand 27 des Tellers 13 aufbringt, wie in den oben angeführten Fig. gezeigt. In 1 zieht die Erfindung in Erwägung, dass der Kolben 19 und die erste winklige Platte 15 einteilig sein können.
9 ist ein Graph, der die theoretische Beziehung zwischen einer Belastung F, die auf den Teller 13 aufgebracht wird, und einer Ablenkung d des Tellers darstellt. Die theoretische Beziehung ist: F = K1d + K2d3
und α = a/b. In den oben stehenden Gleichungen ist der äußere Radius des Tellers 13a, der innere Radius des Tellers 13 ist b und die Dicke des Tellers ist t. E ist der Elastizitätsmodul, der als Youngscher Modul bekannt ist und für Stahl 206,900 N/mm² beträgt. E ist das Verhältnis zwischen Belastung und Verformung in einem Metall während einer elastischen Deformation. Die Poissonsche Konstante oder υ ist das negative Verhältnis zwischen seitlicher Verformung und direkter Zugverformung, wenn eine Belastung auf ein Metall aufgebracht wird. Für Stahl ist υ = 0,3.
Die Steifigkeit einer flachen Scheibe wie dem Teller 13 ist das Verhältnis der Änderung der Kraft F, die auf den Teller für die Änderung der Ablenkung d des Tellers in der Richtung der Aufbringung der Kraft F aufgebracht wird. Die Steifigkeit S kann aus der oben stehenden Gleichung, die die Belastung F mit der Ablenkung d in Beziehung setzt, abgeleitet werden als:
wobei K₁ und K₂ wie oben beschrieben sind. Somit erhöht sich die Steifigkeit der Ringscheibe 13 proportional zu dem Quadrat der Ablenkung d. Diese sich monoton erhöhende Steifigkeit mit einer Ablenkung ist ideal für Kraftfahrzeugkupplungen, da die Kupplung eher weich und nicht abrupt eingerückt wird, da einer Kraft, die auf den Teller aufgebracht wird, mit einem zunehmenden Widerstand (Steifigkeit) während einer Ablenkung der Feder begegnet wird.
Bezug nehmend auf 10, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Komponenten in den 1–9 bezeichnen, zeigt eine grafische Darstellung analytischer Daten (durch eine Volllinie dargestellt) und experimenteller Daten (durch eine Strichlinie mit Datenpunkten dargestellt) die Beziehung zwischen der Belastung F, die auf den Teller aufgebracht wird, und der Ablenkung d des Tellers. Die Belastung F wird in Newton (N) gemessen und die Ablenkung d wird in Millimetern (mm) gemessen. Wie in 10 gezeigt, wird eine gute Korrelation zwischen den experimentellen Daten und der theoretischen Beziehung zwischen Belastung F und Ablenkung d über den Ablenkungsbereich 0–2,2 mm erzielt. Die experimentellen Daten wurden unter Verwendung eines Stahltellers erzielt, der einen äußeren Radius a von 65,5 mm, einen inneren Radius b von 42,5 mm und eine Dicke t von 1 mm aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform würde die maximale Ablenkung d_max des Tellers 13 etwa 2,2 mm betragen.
Wie in den Ansprüchen dargelegt, können verschiedene Merkmale, die gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der veranschaulichten Erfindung gezeigt und beschrieben sind, kombiniert werden.
Während die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Tellerfederaufbau (11) zum weichen Einrücken einer Kupplung (16) mit einem im Wesentlichen flachen ringförmigen Teller (13), der gegenüberliegende Flächen (21, 23) und ein Loch (29) aufweist, das in der Mitte des Tellers ausgebildet ist, so dass der Teller einen inneren Umfangsrand (25) und einen äußeren Umfangsrand (27) aufweist, gekennzeichnet durch eine bewegbare erste winklige Platte (15), die benachbart zu einer gegenüberliegenden Fläche (23) angeordnet ist; und eine zweite winklige Platte (17), die benachbart zu der anderen gegenüberliegenden Fläche (21) angeordnet ist, so dass die inneren und äußeren Umfangsränder des Tellers in gegenüberliegende Richtungen bezüglich einander abgelenkt werden, wenn sich der Teller während des Ineingrifftretens der Kupplung (16) zu der zweiten Platte hin bewegt.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 1, wobei die Platten (15, 17) jeweils eine winklige Fläche (41, 49) aufweisen, die winklige Fläche (41) der ersten Platte (15) benachbart zu einer Fläche (23) des Tellers angeordnet ist, so dass durch die erste Platte und den Teller an dem inneren Umfangsrand ein Winkel Θ' gebildet wird, und die winklige Fläche (49) der zweiten Platte (17) benachbart zu der gegenüberliegenden Fläche (21) des Tellers angeordnet ist, so dass durch die zweite Platte und den Teller an dem äußeren Umfangsrand ein im Wesentlichen äquivalenter Winkel Θ gebildet wird.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 1, wobei die erste Platte derart ausgebildet ist, dass sie zuerst mit dem inneren Umfangsrand des Tellers in Kontakt tritt und auf diesen eine Belastung aufbringt, wenn sie sich zu dem Teller hin bewegt.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 1, wobei die zweite Platte derart ausgebildet ist, dass sie zuerst mit dem äußeren Umfangsrand des Tellers in Kontakt tritt und eine Reaktionsbelastung auf diesen aufbringt, wenn der Teller durch die erste Platte zu der zweiten Platte hin bewegt wird.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 2, wobei die gegenüberliegenden Flächen des Tellers in einem im Wesentlichen vollständigen Kontakt mit den jeweiligen winkligen Flächen der Platten stehen, wenn die Kupplung in Eingriff steht.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 1, wobei die maximale Ablenkung (d_max) des Tellers durch die winkligen Platten definiert ist.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 5, wobei die maximale Ablenkung des Tellers auftritt, wenn die gegenüberliegenden Flächen des Tellers in einem im Wesentlichen vollständigen Kontakt mit den jeweiligen winkligen Flächen der Platten stehen.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 5, wobei eine Belastung, die durch die erste Platte aufgebracht wird, gleichmäßig über die im Wesentlichen vollständig in Kontakt stehenden Flächen des Tellers und der Platten verteilt wird.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 5, wobei der Teller einen inneren Radius (b) an seinem inneren Umfangsrand und einen äußeren Radius (a) an seinem äußeren Umfangsrand aufweist; und wobei die winklige Fläche von jeder Platte einen im Wesentlichen äquivalenten inneren und äußeren Radius aufweist.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 1, wobei sich die Steifigkeit des Tellers proportional zu dem Quadrat der Ablenkung des Tellers erhöht.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 1, wobei der Teller einen inneren Radius an dem inneren Umfangsrand, einen äußeren Radius an dem äußeren Umfangsrand und eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke zwischen den gegenüberliegenden Flächen aufweist; und wobei die Steifigkeit des Tellers das Verhältnis der Änderung der Kraft ist, die auf den Teller aufgebracht wird, um die Ablenkung des Tellers zu ändern; wobei die Steifigkeit des Tellers durch S dargestellt ist und gemäß der folgenden Formel bestimmt wird:

wobei a den äußeren Radius des Tellers darstellt, b den inneren Radius des Tellers darstellt, E der Elastizitätsmodul ist, t die Dicke des Tellers darstellt und υ die Poissonsche Konstante ist.
Tellerfederaufbau nach Anspruch 1, wobei der Teller aus Stahl ist.