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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe, die insbesondere bei einem Kupplungssystem eines Kraftfahrzeugs in Kontakt mit einer anderen Kupplungsscheibe gebracht werden kann, um einen Drehzahlausgleich herbeizuführen und ein Drehmoment zu übertragen.
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Aus
DE 10 2008 061 589 A1 ist eine Kupplungsscheibe mit mehreren Trägerelementen bekannt, wobei mit den Trägerelementen Kupplungsbeläge zur reibschlüssigen Übertragung eines Drehmoments befestigt werden können.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis Kraftfahrzeugbauteile derart auszugestalten, dass sich für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs Komfortverbesserungen ergeben. Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Kupplungsscheibe zu schaffen, die einen verbesserten Komfort ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Kupplungsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Kupplungsscheibe, insbesondere für ein Kupplungssystem eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen, mit einer Mitnehmerscheibe zum Montieren auf eine Welle, insbesondere auf eine Eingangs- oder Ausgangswelle eines Antriebsstranges, und mehreren Trägerelementen in drehfester Verbindung mit der Mitnehmerscheibe um deren Umfang zur Aufnahme mindestens eines Kupplungsbelags zur reibschlüssigen Übertragung eines Drehmoments, wobei jedes Trägerelement paarweise angeordnete Federsegmente aufweist, die zusammen als axiale Federung für den mindestens einen Kupplungsbelag dienen, und wobei die gepaarten Federsegmente jeweils unterschiedliche axiale Steifigkeiten haben. Auf diese Weise kann eine Kupplungsscheibe mit einer Belagfederung erzeugt werden, die sowohl einen weichen rupfoptimierten Anfahrbereich aufweist als auch einen möglichst flachen Verlauf bis zur Anpresskraft und eine hohe Restfederung zeigt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die gepaarten Federsegmente jeweils aus unterschiedlich dickem Material, insbesondere Blech, wie zum Beispiel Federstahl, geformt und haben dadurch unterschiedliche axiale Steifigkeiten. Die Federsegmente wirken als Doppelsegmente. Ferner ist jedes Federsegment vorzugsweise mit Wellungen geformt, die in die axiale Richtung komprimierbar sind und eine Federwirkung erzeugen. Bei der erfindungsgemäßen Doppelsegmentfederung werden Einschränkungen der herkömmlichen Bauart dadurch umgangen, dass zwei Federsegmente aus unterschiedlichen Materialdicken gepaart werden. Die beiden Federsegmente werden dabei unabhängig voneinander ausgelegt und abgestimmt, sodass das Federsegment aus dem dünnen Federstahl im wesentlichen den weichen Anfangsbereich für eine möglichst rupffreie Anfahrt erzeugt und das zweite Federsegment aus dem dickeren Federstahl dafür sorgt, dass auch über die Anpresskraft der Kupplung hinaus noch Federweg vorhanden ist.
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Das Federsegment aus dem dünneren Federstahl wird dabei ähnlich den Federsegmenten herkömmlicher Bauart für weiche Belagfederungskennlinien bereits vor Erreichen der Anpresskraft nahezu komplett flach gedrückt sein, während das Federsegment aus dem dickeren Federstahl auch bei der Anpresskraft der Kupplung noch eine Restwellungshöhe aufweist. Diese verbleibende Wellung kann erst durch das Aufbringen noch höherer Anpresskräfte flach gedrückt werden und wird daher als Restfederung bezeichnet. Dadurch dass auch hier einzelne Wellungen bei beiden Segmenten mit geringerer Aufstellhöhe ausgeführt werden, kann erreicht werden, dass ein weicher Übergang zwischen den Kennlinienbereichen der beiden Segmente entsteht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die gepaarten Federsegmente im Wesentlichen eine gleiche oder entsprechende Form beziehungsweise ein gleiches oder entsprechendes Profil. Die gepaarten Federsegmente können auch derart angeordnet sein, dass die Wellungen der Federsegmente so zueinander orientiert sind, dass sie in Serie wirken; also, dass sich der Federweg beider Federsegmente addiert. Bei einer Doppelsegmentfederung können somit jeweils zwei gleichförmige Segmente paarweise angeordnet sein. Eine oder mehrere Wellungen vorzugsweise die mittlere Wellung weist häufig eine reduzierte Aufstellhöhe auf, sodass sie erst nach Erreichen eines vorgegebenen Einfederwegs in Kontakt mit den Reibbelägen kommt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Belagfederung zunächst eine geringe Steigung aufweist und dann durch das Zuschalten der mittleren Wellung steifer wird und eine höhere Steigung erreicht.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kupplungsscheibe ein Kupplungssystem zwischen einem Schwungrad und einer Anpressplatte ausgebildet; also für eine Eingangswelle eines Getriebestranges. Vorzugsweise ist das Federsegment der gepaarten Federsegmente mit niedrigerer axialer Steifigkeit beziehungsweise aus dünnerem Material auf einer dem Schwungrad zugewandten Seite der Kupplungsscheibe angeordnet und das Federsegment der gepaarten Federsegmente mit höherer axialer Steifigkeit beziehungsweise aus dickerem Material ist auf einer der Anpressplatte zugewandten Seite der Kupplungsscheibe angeordnet.
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Prinzipiell ist dabei eine Anordnung der dicken Segmente sowohl auf der dem Schwungrad als auch der Anpressplatte zugewandten Seite möglich. Vorzugsweise werden die dicken Federsegmente jedoch auf der der Anpressplatte zugewandten Seite angeordnet, da sich die Anpressplatte bei Anfahrten mit hohem Energieeintrag in der Regel stärker topft und daher die Funktion der Restfederung auf dieser Seite wichtiger ist als auf der Schwungradseite. In Kupplungssystemen bei denen mit Problemen beim Verschieben der Kupplungsscheibe auf der Getriebeeingangswelle zu rechnen ist, wird man dagegen das Federsegment aus dem dickeren Federstahl vorzugsweise auf der Schwungradseite anordnen. Die Kupplungsscheibe muss beim Schließen der Kupplung um die Länge des Belagfederwegs auf der Schwungradseite verschoben werden. Da die Kennlinie auf der Seite mit dem dickeren Federstahl deutlich steifer ist als die mit dem dünneren Federstahl, wird auch die Belagfederlänge auf der Seite mit dem dickeren Federstahl kürzer ausfallen als auf Seite mit dem dünneren Federstahl. Damit beträgt der Verschiebeweg der Kupplungsscheibe beim Schließen der Kupplung im Gegensatz zum Stand der Technik bei Doppelsegmenten nicht mehr die halbe Belagfederungslänge sondern kann kürzer gewählt werden.
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Der mindestens eine Reibbelag der Kupplungsscheibe wird daher mit Hilfe von Federsegmenten an die Mitnehmerscheibe angebunden. Um eine gute Anfahrbarkeit zu erreichen, sind diese Segmente vorzugsweise gewellt ausgeführt und bilden zusammen dadurch die Federung. Je nach Anwendungsbereich werden Einzel- oder Doppelsegmente eingesetzt. Die Federcharakteristik kann durch die Wahl des Materials und der Materialdicke sowie die Höhe und Form der Wellung angepasst werden. Bei Doppelsegmenten werden zwei Federsegmente paarweise so angeordnet, dass sich der Federweg beider Segmente addiert. Insbesondere stellt die Erfindung eine Kupplungsscheibe mit einer Segmentgeometrie bereit, die eine Federung mit weichem, flachem Verlauf im Bereich der Anfahrmomente und mit einem ebenfalls möglichst flachen Verlauf bis zur Anpresskraft und einer hohen Restfederung darbieten kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Kupplungsbelag an den mehreren Trägerelementen befestigt, vorzugsweise mittels mehrerer Befestigungselemente, wie beispielsweise Verbindungsniete. Der Kupplungsbelag ist typischerweise ringförmig ausgebildet und erstreckt sich um einen radialen äußeren Umfang einer Seite der Kupplungsscheibe, also im Bereich der Trägerelemente radial außerhalb der Mitnehmerscheibe. Vorzugsweise weist die Kupplungsscheibe zwei Kupplungsbeläge auf, von denen sich jeder um einen radialen äußeren Umfang einer jeweiligen Seite der Kupplungsscheibe erstreckt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befestigt jedes Befestigungselement einen Kupplungsbelag an einem Trägerelement und verbindet dessen beide Federsegmente mit dem Belag. Somit ist jedes Trägerelement mit beiden Kupplungsbelägen befestigt. Vorzugsweise ist jedes Trägerelement an mindestens zwei Stellen mit der Mitnehmerscheibe drehfest verbunden, vorzugsweise mittels Befestigungselemente, wie Niete.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kupplungssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit einer Kupplungsscheibe, die wie vorstehend beschrieben ausund weitergebildet sein kann. Das erfindungsgemäße Kupplungssystem ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet, die einerseits hohe Anforderungen bezüglich Momentenschwankung bei geringen Anfahrmomenten haben und andererseits zur Absicherung der Momentübertragung bei Hochenergie-Anfahrten und damit verbunden starker dynamischer thermischer Topfung der Anpressplatte eine hohe Restfederung benötigen.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht einer Kupplungsscheibe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2: eine Schnittdarstellung eines Teils der Kupplungsscheibe aus 1,
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3: eine Schnittdarstellung eines Teils einer modifizierten erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe und
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4: ein Diagramm der Kennlinie der Belagfederung der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe.
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Bezugnehmend zunächst auf das erste Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Kupplungsscheibe 1 für ein Kupplungssystem eines Kraftfahrzeugs gezeigt, mit der ein Drehmoment übertragen werden kann. Die Kupplungsscheibe 1 weist eine zentrale Mitnehmerscheibe 2 mit einer Nabe 3 zum Montieren auf eine Eingangswelle eines Getriebestranges und mehrere Trägerelemente 4 zur Aufnahme und Befestigung zweier Reibbeläge 5 auf gegenüberliegenden Seiten der Kupplungsscheibe 1 auf. Jedes der Trägerelemente 4 umfasst paarweise angeordnete, aus Blech geformte Federsegmente 6, 7, die zusammen als eine axiale Federung – also, in axialer Richtung – für die Kupplungsbeläge 5 dienen. Die Kupplungsbeläge 5 sind ringförmig ausgeführt und jeweils auf einer Seite der Kupplungsscheibe 1 an den Trägerelementen 4 radial außerhalb der Mitnehmerscheibe 2 mittels Verbindungsniete 8, 9 angebracht. In den 1 und 2 sind diese als jeweils sogenannte Fangniete dargestellt, die nicht nur das jeweilige Federsegment 6, 7 des Trägerelements 4 mit dem jeweiligen Reibbelag 5 verbinden sondern gleichzeitig das jeweils andere Segment 6, 7 fangen und damit ein Aufklaffen der Beläge 5 verhindern. Die Füße F der jeweils gepaarten Federsegmente 6, 7 des Trägerelements 4 bzw. des Segmentpaars kommen dabei aufeinander zum liegen und sind drehfest mit der Mitnehmerscheibe 2 um deren Umfang vernietet.
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Bei der Doppelsegmentfederung in 1 und 2 sind die Belagfederungssegmente 6, 7 jeweils paarweise am Umfang angeordnet und wechselseitig über die Verbindungsniete 8, 9 mit den Reibbelägen 5 verbunden. Die beiden Federsegmente 6, 7 sind hierbei erfindungsgemäß aus Federstahl unterschiedlicher Dicke hergestellt. Jedes Federsegment 6, 7 ist ferner mit dessen eigenen Wellungen 10, 11 geformt, die bei deren Komprimierung in axialer Richtung des Weges W zwischen den Reibbelägen 5 eine Federwirkung entfalten, um die Belagfederung zu erzeugen. Wie der 2 deutlich zu entnehmen, ist das Segment 6 aus dünnerem Federstahl (z.B. 0,4 mm Dicke) und das Segment 7 aus dickerem Federstahl (z.B. 0,7 mm Dicke) gefertigt. In dieser Abbildung sind jeweils sogenannte Fangniete 8, 9 dargestellt, die nicht nur das jeweilige Segment 6, 7 mit dem Reibbelag 5 verbinden sondern gleichzeitig das jeweils andere Segment fangen. Damit wird ein Aufklaffen der Beläge verhindert. Beim Zusammendrücken der beiden Beläge 5 werden die Köpfe der Niete 8, 9 auch in ein dafür vorgesehenes Loch 12 im gegenüberliegenden Belag 5 aufgenommen.
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Aufgrund der unterschiedlichen Materialdicken der beiden Federsegmente 6, 7 werden hier Belagniete 8, 9 mit einer unterschiedlichen Stufenlänge (Fanglänge) verwendet. Die Stufenlänge des Niets 8 entspricht der Summe aus der Belagfederlänge W und der Dicke des dünnen Federsegments 6, während die Stufenlänge des Niets 9 der Summe aus der Belagfederlänge W und der Dicke des dickeren Federsegments 7 entspricht. In Anwendungen, bei denen ein leichtes Aufklaffen der Kupplungsscheibe zulässig ist, kann auch mit zwei gleichen Fangnieten mit der längeren Stufenlänge des Niets 9 gearbeitet werden.
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Welche Segmente 6, 7 (also, dick oder dünn) auf welcher Seite der Kupplungsscheibe 1 angeordnet sind (Schwungradseite S oder Anpressplattenseite A) kann dabei je nach Anwendung variieren. Dies hängt davon ab, ob ein reduzierter Verschiebeweg der Kupplungsscheibe oder eine hohe Restfederung auf der Anpressplattenseite als wichtiger angesehen wird. In den 1 und 2 sind die dickeren Federsegmente 7 auf der der Anpressplatte A zugewandten Seite der Kupplungsscheibe 1 angeordnet, da sich die Anpressplatte bei Anfahrten mit hohem Energieeintrag in der Regel stärker topft und daher die Funktion der Restfederung auf dieser Seite wichtiger ist als auf der Schwungradseite S. Wie in der 3 gezeigt, kann jedoch in Kupplungssystemen, bei denen mit Problemen beim Verschieben der Kupplungsscheibe auf der Getriebeeingangswelle zu rechnen ist, das Federsegment 7 aus dem dickeren Federstahl vorzugsweise auf der Schwungradseite S angeordnet sein. Die Kupplungsscheibe 1 muss beim Schließen der Kupplung um die Länge des Belagfederwegs W auf der Schwungradseite S verschoben werden. Da die Kennlinie auf der Seite S mit dem dickeren Federstahl deutlich steifer ist als die mit dem dünneren Federstahl, wird auch die Belagfederlänge auf der Seite mit dem dickeren Federstahl kürzer ausfallen als auf der Seite mit dem dünneren Federstahl.
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In dem Diagramm der 4 ist eine mögliche Auslegung einer Belagfederung aus einer erfindungsgemäßen Kombination aus einem dünnen und einem dicken Federsegment 6, 7 zu sehen. Die gesamte Belagfederung der Kupplungsscheibe 1 (also, die durchgezogene Kurve) zeichnet sich durch eine sehr geringe Anfangssteigung mit nur wenig Krümmung im Anfahrbereich 13 aus und hat gleichzeitig eine flache Endsteigung bei der Anpresskraft der Kupplung mit hoher Restfederung 14. Die Federkennlinie des dünnen Federsegments 6 (also, die langgestrichelte Kurve) hat dagegen einen nahezu senkrechten Verlauf im Bereich 15 der Anpresskraft der Kupplung. Die Kennlinie des dicken Federsegments 7 (also, die kurzgestrichelte Kurve) zeichnet sich durch eine hohe Anfangssteigung 16 aus, die in empfindlichen Fahrzeugen zu starkem Rupfen führt.
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In herkömmlichen Kupplungsscheiben führt eine zunehmende Empfindlichkeit der Fahrzeuge gegenüber Momentenanregungen aus einer schlupfenden Kupplung während der Anfahrt zur Auslegung von Belagfederungscharakteristiken mit geringer Anfangssteigung. Um diese zu erreichen, werden Federsegmente aus möglichst dünnem Federstahl eingesetzt aber diese werden bereits bei Kräften unterhalb der Anpresskraft der Kupplung komplett flach gedrückt und haben daher im Bereich um die Anpresskraft der Kupplung keinen Federweg mehr.
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Bei Anfahrten mit hoher Energie, z.B. mit Anhänger am Berg, kommt es zu einer schnellen starken Erwärmung der Reibflächen in der Kupplung. Insbesondere die Anpressplatte reagiert darauf mit einer Topfung, die dazu führt, dass die Kupplungsscheibe am Innendurchmesser stärker zusammengepresst wird als am Außendurchmesser. Die Kraft durch die Belagfederung ist damit am Außendurchmesser geringer als am Innendurchmesser. Damit verringern sich der effektive Reibradius und das maximal übertragbare Moment. Um dem entgegen zu wirken kann man eine Belagfederung derart auslegen, dass sie bis hinauf zur Anpresskraft der Kupplung noch deutlich Federweg aufweist. Umso flacher die Kennlinie im Bereich der Anpresskraft der Kupplung noch ist, desto geringer ist der Kraftabfall am Außendurchmesser im Fall einer Topfung der Anpressplatte. Eine solche Kennlinie erfordert jedoch Federsegmente aus einem möglichst dicken Federstahl und hat zur Folge, dass die Federungskennlinie eine hohe Anfangssteigung besitzt.
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Mit der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe kann jedoch eine Belagfederungscharakteristik erzeugt werden, die einen weichen flachen Anfang bei geringen Kräften aufweist sowie eine möglichst flache Kennlinie im Bereich der Anpresskraft der Kupplung mit hoher Restfederung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsscheibe
- 2
- Mitnehmerscheibe
- 3
- Nabe
- 4
- Trägerelement
- 5
- Kupplungsbelag
- 6
- erstes Federsegment
- 7
- zweites Federsegment
- 8
- Verbindungsniet
- 9
- Verbindungsniet
- 10
- Wellung des ersten Federsegments
- 11
- Wellung des zweiten Federsegments
- 12
- Loch
- 13
- Anfahrbereiche der Kennlinie
- 14
- Restfederung
- 15
- Bereich der Anpresskraft der Kupplung
- 16
- Anfangssteigung
- F
- Füße der Federsegmente
- A
- Seite der Anpressplatte
- S
- Seite des Schwungrads
- W
- Federweg
- K
- Kraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008061589 A1 [0002]