DE705066C - Reibscheibenkupplung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
17. APRIL 1941

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 705066 KLASSE 47 c GRUPPE

G 96326 XIIj47 c

sind als Erfinder genannt worden.

General Motors Corporation in Detroit, Mich., V. St. A. Reibscheibenkupplung

Patentiert im Deutschen Reich vom 28. September 1937 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 13. März 1941

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf Kupplungen, insbesondere solche, die bei Kraftwagen verwendet werden, um die Motorwelle mit der Getriebewelle zu verbinden.

Die Erfindung bezweckt u. a. die Schaffung einer federnden Verbindungsanordnung, die .sich bei Kraftwagenkupplungen besonders gut auswirkt, aber auch in anderen Verbindungen verwendet werden kann.

Wenn die Kupplung gemäß der Erfindung bei einem Kraftwagen benutzt werden soll, wird eine Feder verwendet, die einen verhältnismäßig langen Durchbiegungsbereich hat, innerhalb dessen die zur Herbeiführung der Durchbiegung erforderlichen Drücke sich nur wenig ändern und die Wirkung der Kupplung selbst bei stark abgenutzten Kupplungsflächen nicht wesentlich beeinträchtigt wird.

Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung einer Kupplungsfeder in der Form eines Ringes bzw. einer Scheibe mit radialen Riefelungen, deren Breite von dem Scheibenrand in Richtung gegen die Scheibenmitte, abnimmt. Teile der Kupplung sind so in diesen Riefelungen angebracht, daß das Antriebsdrehmoment übertragen werden kann, ohne daß radiale Schlüpfung entsteht.

Bei der Kupplung gemäß der Erfindung ist die übliche Druckplatte genau zentriert und der Stützbereich für die Feder sowie der Belastungsbereich haben eine günstigere Lage als bisher. Die neue Kupplung ist von einfacher Bauart, arbeitet ohne Reibungsverluste, hat ein verhältnismäßig geringes Gewicht und kann mit geringen Kosten hergestellt werden.

Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. ι ist ein Querschnitt durch die neue Kupplung.

Fig. 2 zeigt einige Kupplungsteile im Aufriß.

Fig. 3 ist eine schaubildliche Darstellung der neuen Kupplungsfeder.

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Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform.

Fig. 5 zeigt dieselbe Kupplung im Aufriß, einige Teile sind entfernt.
Fig. 6 zeigt Einzelheiten von der Linie 6-ß in Fig. 4 aus gesehen.

" Fig. 7 zeigt in ähnlicher Weise Einzelheiten λόιι der Linie J-J aus gesehen.

Fig. 8 ist ein Querschnitt durch eine dritte to Ausführungsform.

Fig. 9 zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 8 im Aufriß, einige Teile sind abgebrochen.

Fig. io und ii zeigen Kurven. '5 Die Kurbelwelle ii des Motors ist mittels Schrauben 13 mit dem Schwungrad 15 verbunden, das zusammen mit der Kupplung in einem Gehäuse 17 sitzt. Das eine Ende der Getriebewelle 19 ist bei 21 in der Kurbelwelle gelagert. Die Welle 19 trägt eine Nabe 23. auf welcher mittels einer bekannten federnden \'orrichtung 25 eine angetriebene Platte 2J mit Reibungsbelag 29 befestigt ist. Die Druckplatte 31 kann mittels einer Feder 33 in Richtung gegen das Schwungrad bewegt und, zwischen sich selbst und dem Schwungrad, mit der angetriebenen Platte 2j in Eingriff gebracht werden. Auf dem Schwungrad ist mittels Schrauben 35 eine ringförmige Anschlagplatte 37 befestigt, die mit Zungen 39 versehen ist, welche in einigem Abstand voneinander liegen. Zwischen den Zungen 39 der Platte i7 sind am Rand der Druckplatte 31 axiale Vorsprünge 41 geformt, die hakenförmige Enden 43 haben.

Die Feder 33 ist eine kegelförmige Tellerfeder. Sie hat überall dieselbe Stärke und besitzt radiale Riefelungen, die auf der einen Seite dem Schwungrad zugewandte Vertiefungen 45 und auf der anderen Seite Vertiefungen 47 bilden. Die Breite der Riefelungen nimmt von dem Außenrand der Federplatte in Richtung gegen die Alittelöffnung fortschreitend ab. In der Nähe der Mitte verlaufen die Seitenwände mehr axial und verstärken den Widerstand der Platte gegen Verschiebungen aus ihrer Normallage, aber die größere Werkstoffmenge in den Wänden ergibt eine größere Nachgiebigkeit bei Axialbewegungen.

Die Zungen 39 werden von den Vertiefungen 47 und die Vorsprünge 41 von den Vertiefungen 45 aufgenommen. Die Umdrehungen des Schwungrades und der Platte ^₁J werden deshalb durch Zusammenwirkung zwischen den Zungen 39 und den die Zungen umschließenden Nuten 47 auf die Feder 33 übertragen, und die Drehungen der Feder pflanzen sich in ähnlicher Weise durch die Vorsprünge 41 und die Nut 45 zur Druckplatte fort. Durch diese Anordnung werden unter

•fc Reibung arbeitende Antriebsfinger zwischen der Druckplatte und dem Schwungrad vermieden. Die sich \'erjüngenden Nuten verhindern eine radiale Verschiebung der Druck-■glätte und sichern ein genaues Zentrieren derselben.

Wenn die Feder in der beschriebenen Weise eingebaut ist, ist sie schwach verzerrt und gespannt, um die Druckplatte unter Vorspannung in Kupplungslage zu bringen. Wenn die kegelförmige Feder nicht belastet wäre, würde ihre Spitze etwas weiter nach links liegen, als in Fig. 1 dargestellt, aber die Spitze wurde bei dem Zusammenbau der Feder mit den Teilen 39 und 41 etwas nach rechts verschoben. Wenn die Teile so zusammengebaut sind, wird die Druckplatte auf Grund der Federspanuung in Eingriffslage gehalten, weil das ringförmige Band der Feder, das zwischen den von den Teilen 39 und 41 begrenzten Berührungskreisen liegt, verzerrt ist. Um die Kupplung zu lösen, wird der Spitzenteil der Feder noch weiter nach rechts gezogen. Da die Feder bei 39 befestigt ist, wird der 13ruck in dem Berührungskreis bei 41 aufgehoben. Um die Entkupplung herbeizuführen, wird auf der Welle 19 eine Hülse 49 angebracht, die am einen Ende einen Flansch 51 hat. welcher in die Federspitze eingreift und mittels dessen ein Zug auf diese Spitze ausgeübt werden kann. Wenn die Kupplung eingerückt ist, ist an dieser Stelle keine Belastung vorhanden, weil die miteinander im Eingriff stehenden Kupplungsteile die Federbelastung aufnehmen. Am anderen Ende der Hülse 49 ist ein Flansch 53 vorgesehen, der mit einem Entkupplungsglied 55 zusammenwirkt, welches beispielsweise aus einem reibungverringernden Lager, einem Graphitring o. dgl. bestehen kann und in einem Ring 57 sitzt. Der Ring 57 trägt, wie üblich, zwei einander diametral gegenüberliegende Drehzapfen 59, welche mit dem gegabelten Ende eines Hebels 61 üblicher Art im Eingriff stehen, der beispielsweise bei 63 im Gehäuse 17 drehbar gelagert sein kann.. Wenn der Hebel 61 im Uhrzeigersinn bewegt wird, bewegt sich die Hülse nach rechts. Der Spitzenabschnitt der Feder 33 wird dann auch >io nach rechts verschoben, und die Federbelastung wird von der Hülse aufgenommen, während der Druck auf die Druckplatte zwangsläufig aufgehoben wird.

Beim Ausrücken der Kupplung ist es wünsehenswert, nicht nur den Federdruck auf die Druckplatte aufzuheben, sondern auch die Druckplatte zwangsläufig von der angetriebenen Platte trennen zu können. Zu diesem Zweck wird die folgende Vorrichtung ver- iao wendet. Ein haarnadelförmiges Drahtstück hat einen nach innen gebogenen Teil 67,

der in der Aussparung 43 sitzt. Auf beiden Seiten des Teiles 67 erstreckt sich das Drahtstück über den Rand der Feder 33, von der Nut 45 bis in die benachbarten Nuten 47 hinein. In den Nuten 47 liegen die oberen Drahtenden bei 70 gegen die Vorsprünge 39 an, worauf die Schenkelteile 69 des Drahtstückes der Länge nach die Vertiefungen 47 durchsetzen und über einen Teil dieser Strecke gegen den Boden der Vertiefungen anliegen und zuletzt in Löcher 71 hineindringen, die zwecks Befestigung der Drähte in der Hülse 49 vorgesehen sind. Nachdem die Kupplung freigegeben und der Federdruck auf die Druckplatte aufgehoben ist, werden die inneren Enden der Schenkel 69 aufgefangen, worauf der Draht sich an den Berührungsstellen 70 mit den festen Vorsprüngen 39 dreht und die Druckplatte durch die Verbindung bei 43 von der angetriebenen Platte abgehoben wird.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform mit der Kurbelwelle 101 und der Getriebewelle 103. Das Kupplungsgehäuse 105 nimmt auch das auf der Motorwelle sitzende Schwungrad 107 auf. Auf dem Schwungrad ist mittels Schrauben 109 eine ringförmige Platte in befestigt, die nach außen ragende Verlängerungen 113 besitzt, welche von den nach hinten gewandten Vertiefungen 115 einer geriefelten Kupplungsfeder 117 aufgenommen werden, die der Feder 33 nach Fig. 1 entspricht. Zum Unterschied von der letzteren sind die Verlängerungen 113 nicht auf der Außenseite der Druckplattenvorsprünge, sondern radial auf der Innenseite derselben angeordnet. Die Druckplatte 119 kann gegen die auf der Welle 103 sitzende angetriebene Platte 121 gepreßt werden. Die Druckplatte besitzt Vorsprünge oder Zähne 123, welche Schlitze 125 aufweisen und in die nach vorn gewandten Vertiefungen 127 der Feder hineinragen. Bei dieser Form der Erfindung erhält die Feder beim Zusammenbau eine anfängliche Verdrehung im Verhältnis zu den Teilen 113 und 119. Da die Druckplatte hier radial außerhalb des Bereiches 113 ihre Anlagefläche hat, so dürfte es einleuchten, daß beim Zusammenbau die Spannung in dem ringförmigen Band zwischen der Berührungsfläche der Druckfläche und der Berührungsfläche mit den Teilen 113 derart ist, daß bei Aufhebung der Belastung der Spitzenabschnitt der kegelförmigen Feder nach rechts bewegt wird. Die Belastung wird durch den Eingriff zwischen der Druckplatte und der angetriebenen Platte aufgenommen. Auf der Welle 103 ist ein Ring 133 verschiebbar angeordnet, der nach links bewegt werden kann mittels eines über eine Büchse 131 wirkenden Hebels 129. Der Ring 133 hat axiale Zähne 130, welche Sitz für einen Ring 135 bilden, der in der Nähe der Spitze der Kegelfeder gegen diese anliegt. Wenn der Hebel entgegen dem Uhrzeigersinn verschoben wird, wird die Feder stärker gebogen. Im Gegensatz zu der Auslösebewegung bei . Fig. ι bewirkt dieser Vorgang nicht, daß die Belastung der Druckplatte aufgehoben wird. Um die Druckplatte zwangsläufig von der angetriebenen Platte abzuheben, wird ein gebogener Draht verwendet, dessen Schenkel 139 sich durch die Vertiefungen 115 erstrecken und von einer in Löchern 149 gelagerten Klammer 147 festgehalten werden (Fig. 7). Die Schenkel verlaufen darauf durch Schlitze 145, in denen sie auch ihre Drehpunkte haben. Die Schlitze 145 sind in etwas verlängerten Teilen 113' der Rillen geformt, die die Drahtschenkel aufnehmen. Unmittelbar außerhalb des Außenrandes der Feder 117 gehen die Drahtschenkel in Augen 143 über, die durch ein Ouerstück 141 miteinander verbunden sind, welches in dem Haken 125 des Zahnes 123 sitzt. Bei Betätigung des Hebels 129 drehen sich die Schenkel um ihre Drehpunkte in den Schlitzen 145, wodurch die Druckplatte von der angetriebenen Platte abgehoben wird. Fig. 8 und 9 zeigen eine dritte Ausführungsform. Hier bezeichnet 201 das Schwungrad, 203 die von der Kupplung angetriebene Welle, 205 die angetriebene Platte und 207 die Druckplatte. Die Ankerplatte 209 ist mittels Schrauben 211 auf dem Schwungrad befestigt. Die Feder 213 ist von derselben Art wie die in Fig. 4 gezeigte. In der schon beschriebenen Weise ragen die Zungen 215 der Druckplatte in die nach vorn offenen Riefelungen und die Verlängerungen 217 der Ankerplatte 209 in· die sich nach hinten öffnenden Riefelungen hinein. Wie bei Fig. 4, wenn die Feder 213 bei Einkupplung beansprucht wird, bewegt sich ihr Spitzenabschnitt nach rechts, so daß die Entkupplungshülse 219 nach links bewegt werden muß, um eine Entkupplung hervorzurufen. Die Kupplungshülse 219 wird mittels eines Hebels der in Fig. 4 gezeigten Art bewegt. Auch bei dieser Ausführungsform wird eine aus haarnadelförmig gebogenen Drähten bestehende Vorrichtung verwendet, um die Druckplatte frei zu machen. Zu diesem Zweck werden die bogenförmigen Teile von IJ-förmigen Drahtstücken in den hakenförmigen Teilen der Zungen 215 gelagert, während die Schenkel sich in den Riefelungen nach unten erstrecken und in die Schlitze 221 in der Ankerplatte eingreifen, im wesentlichen wie in Fig. 4 gezeigt. Anstatt, wie in Fig. 4 gezeigt, eine Halteklammer 147 zu verwenden, sind die Schenkel nach unten bis zur Mitte geführt und liegen gegen die Entkupplungshülse 219 an. Die Bewegung der Hülse 219 nach links bewirkt, daß die Haarnadelhebel sich bei 221

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festsetzen und die Druckplatte von dem Schwungrad abheben, während dasselbe der Feder 213 eine zusätzliche Spannung mitteilt. I'm zu verhindern, daß die Haarnadelhebel die Hülse 210 nach rechts pressen, ist ein röhrenförmiges Stanzstück 222, vorgesehen, dessen eines Ende 22(1 in der Hülse 2iq befestigt und dessen anderes Ende 225 über den Rand der Feder gebogen ist. Bei dieser Ausführungsform übt der Haarnadelhebel eine Rückwirkung auf die Entkupplungshülse 219 aus und nicht, wie in Fig. 4 gezeigt, auf einen von der Feder getragenen Teil 147. Durch diese Veränderung ist eine sehr befriedigende Vorrichtung zur Freigabe der Druckplatte geschaffen worden, die gewissermaßen durch Schiebung wirkt. Der Haarnadelhebel ist vorzugsweise bei 22y gebogen, um ein Herausschleudern desselben durch die Schleuderkraft zu verhindern. Das Stanzstück verhindert gegenseitige Axialbewegungen und Drehbewegungen zwischen der Hülse 219 und der Feder. Die Länge der Bewegung der Schenkel des Haarnadelhebels in der entgegengesetzten Richtung von seinem Drehpunkt aus ist im wesentlichen gleich der Länge der Bewegung der sich radial erstreckenden Federteile von dem Berührungspunkt mit der Ankerplatte 209. Während der Kupplungsbewegungen braucht deshalb der Haarnadelhebel sich nicht zu biegen. Die drei Berührungspunkte des Haarnadelhebels liegen zweckmäßig auf einer geraden Linie, die mit der Wellenachse einen Winkel bildet, der etwa halb so groß ist wie die Winkelbewegung, die bei Entkupplungen stattfindet. Hierdurch wird die Gleitbewegung zwischen dem Haarnadelhebel und dem Berührungspunkt herabgesetzt. Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind einander sehr ähnlich. Sie haben die Verwendung der kegelförmigen, mit Riefen versehenen Anpreß federn },},, 117. 213 gemeinsam. Diese Federn sind eine verbesserte Ausführung der glatten (nicht geriefelten) kegelförmigen Tellerfedern. Bei einer glatten kegeligen Tellerfeder überlagern sich zwei Federwirkungen.

Die erste Wirkung besteht darin, daß die

Feder bei der Durchbiegung am äußeren Rande gedehnt und am inneren Rande verengt wird. Die dadurch hervorgerufene anteilige Federkraft ist der dritten Potenz des um einen konstanten Betrag verminderten Federweges proportional. Sie beginnt mit dem Betrage XuIl, steigt auf einen höchsten Wert an, sinkt bei weiterer Durchbiegung wieder ab. um bei ebener Lage der Federn XuIl zu werden, hat weiter einen entgegengesetzten Höchstwert und erreicht nochmals den Wert XuIl, wenn

fio der Federkegel symmetrisch umgestülpt ist.

Zeichnet man diesen Anteil der Federkraft über dem Federweg auf. so erhält man eine S-förmige Kurve.

Zweitens wird die glatte Tellerfeder aus der kegeligen Lage in die ebene Lage durchgebogen. Der dadurch hervorgerufene Anteil -ler Federkraft ist einfach proportional dem Federweg.

Überlagern sich nun beide Wirkungen, so entsteht eine Kurve der Federkraft über dem Federweg, «lie S-förmig gekrümmt ist, wobei es von dem Verhältnis der beiden Wirkungen, d.h. vom Verhältnis der Höhe des Kegelstumpfes zur Blechdicke, abhängt, wie der mittlere, nahezu geradlinige Teil der S-Kurve geneigt ist. Für die ernndungsgemäße Verwendung der Feder ist es erwünscht, daß die Kraft über einen gewissen Weg der Feder konstant bleibt, damit die Wirkung der Feder unabhängig von der Abnutzung der Kupplungsscheibeii wird. Dazu muß der mittlere, nahezu geradlinige Teil der S-Kurve waagerecht verlaufen. Dies ist durch ein ganz bestimmtes Verhältnis dei· Kegel stumpf höhe und der Blechdicke erreichbar. Die Kegelstumpf höhe ist durch die Länge des Federweges vorgeschrieben. Eine nach dem oben Gesagten passende ßlechdicke würde die Federkräfte zu groß machen.

Da aber die Riefelung bezüglich des Verhältnisses der beiden Anteile der Federkraft genau so wirkt wie eine Erhöhung der Blechdicke, ohne daß dadurch die Feder steifer wird, so ist mit der Anwendung geriefelter kegeliger Tellerfedern ein Mittel gegeben, die Feder nach Federweg. Federkraft und Form der charakteristischen Federkraftkurven dem Bedürfnis einer Kupplungsfeder anzupassen. In allen Fällen wird ein langer, konstant bleibender Durchbiegungsbereich durch die ge- too riefelte Form der Feder erreicht.

Sämtliche Ausführungsformen sind von einfacher Bauart, lassen sich billig herstellen und arbeiten zuverlässig. Das Drehmoment wird einwandfrei übertragen, die Druckplatte wird genau zentriert, und Radialbewegungen werden verhindert. Jn jedem Fall können durch entsprechende Bemessung der Tiefe und tier Randausdehnung der Rillen die erwünschten Eigenschaften der Feder mitgeteilt werden.

Der verhältnismäßig lange Xulldurchbiegungsbereich dieser neuen Feder ist für Kupplungen sehr vorteilhaft. Dies ergibt sich klar aus den Kurven in Fig. 10 und 11. Fig. 11 zeigt die durch Belastung hervorgerufene Durchbiegungskurve für eine gewöhnliche Tellerfeder, während Fig. 10 dieselbe Kurve für eine Feder gemäß der Erfindung mit radialen Riefelungen zeigt. In Fig. 11 bezeichnen α, α¹ die Grenzen für den Xulldurch- iao biegungsbereich, und in Fig. 10 deuten b, b¹ die Grenzen für denselben Bereich an, der in

diesem Fall bedeutend langer ist. Es kann angenommen werden, daß die Feder im Ruhezustand kegelförmig ist und bei der Ausübung von Druck flachgepreßt wird. Wenn das Kupplungsfutter abgenutzt ist, wird die Feder bei eingerückter Kupplung nicht so stark verflacht. Der Entkupplungsmechanismus muß dann anfangen, die Platte in einem Bereich mit geringerer Durchbiegung zu biegen, z. B.

»o in dem Punkt α² in Fig. ii, und arbeitet deshalb teilweise außerhalb des Nulldurchbiegungsbereiches. Dieser Nachteil kann vermieden werden durch Verwendung einer Entkupplungspedalvorrichtung, die derartige mechanische Eigenschaften besitzt, daß die Federwirkung innerhalb dieses Bereiches gehalten wird. Baulich kann dies dadurch erreicht werden, daß man die Berührungskreise zwischen der Feder und der Anschlagplatte und z\vischen der Feder und der Druckplatte in radialer Richtung weit voneinander anordnet. Gemäß Fig. io aber macht der lange Nulldurchbiegungshereich es möglich, ein Pedal zu verwenden, welches gute mechanische Eigenschaften hat, so daß man die Berührungskreise mit der Druckplatte und der Ankerplatte in ganz geringem radialem Abstand voneinander anordnen kann. Der Entkupplungsvorgang erfolgt trotzdem innerhalb des Nulldurchbiegungsteiles b, b^x in Fig. 10.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Reibscheibenkupplung mit einer auf eine Druckplatte Avirkenden Anpreß feder, dadurch gekennzeichnet, daß als Anpreßfeder ein konischer Federring (33, 117, 213) verwendet wird, der radialgerichtete Riefelungen (45, 47, 115, 127} besitzt.
2. 2. Reibscheibenkupplung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Riefelungen (45, 47, 115, 127) vom Innern des Federringes bis zur Außenkante zunimmt.
3. 3; Reibscheibenkupplung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Anschlagplatte (37, in, 209) und die umlaufende Druckplatte (31, 119, 207) mit ringförmig angeordneten Vorsprüngen (41, 39, 123, 113, 215, 217) in die Riefelungen des Feder ringes eingreifen und dadurch mit diesem zwangsläufig verbunden sind.
4. 4. Reibscheibenkupplung - nach Anspruch ι bis 3, gekennzeichnet durch in der Mitnehmerhülse (51, 133, 219) befestigte Alitnehmergabeln (65, 139, 227), die- radial in den Riefelungen des Federringes angeordnet sind und an einem Ende einen Haken (67, 143) besitzen, an dem die Druckplatte befestigt ist.
5. 5. Reibscheibenkupplung nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Federring (117, 213) in Berührung stehenden Vorsprünge der Druckplatte (119, 207) und Anschlagplatte (111, 209) in verschiedenen Radialabständen zum Achsmittelpunkt der Kupplung angeordnet sind, so daß die Mitnehmergabeln (139, 227) auf den Vor-Sprüngen der Anschlagplatte eine Drehbewegung ausführen können.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen