CN101298085A - 碟形弹簧,其制造方法及具有这种碟形弹簧的摩擦离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有环形的基体的碟形弹簧、其制造方法以及具有这种蝶形弹簧的摩擦离合器，其中该环形的基体具有至少一个环绕的边缘，该边缘具有至少一个通过材料挤压成形而形成的成形结构。

Description

碟形弹簧，其制造方法及具有这种碟形弹簧的摩擦离合器

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有环形的基体的碟形弹簧的方法，该环形的基体具有至少一个环形的边缘，该边缘具有至少一个通过材料挤压成形而形成的成形结构。另外，本发明还涉及一种相应地设计出的碟形弹簧以及一种带有根据本发明方法制造或设计出的碟形弹簧的摩擦离合器。

背景技术

碟形弹簧或膜片弹簧已普遍已知，它们通过圆锥度改变可以例如用作能量存储机构。这种碟形弹簧例如用于汽车的摩擦离合器中，其中，碟形弹簧在大多数情况下施加转矩传递所需的压紧力。然而，下述应用情况也是已知的，即，碟形弹簧或膜片弹簧作为杠杆元件用于至少部分地导入摩擦离合器闭合所需压紧力。在这些摩擦离合器中，至少一部分作用于压板上的压紧力被从外部导入摩擦离合器内，更确切地说是通过构造成碟形弹簧式或膜片弹簧式的构件。

还已知，为了提高碟形弹簧或膜片弹簧的使用寿命，对边缘上存在的棱边倒圆角。通过这种形式的倒圆角，可以减小可能会在这些棱边区域内出现的峰值应力。迄今为止，这种成形结构通过轴向的冲压()、尤其是在顺序模具(Folgewerkzeug)中加工而成。然而，不能最优地构造出这样成形结构的倒圆结构，因为需要极大的力来产生所需要的材料变形。同样由于要使用很大的力，需要特别大的压力机以及构造得非常稳定的冲压模具，由此又产生高成本。另外，对于每个碟形弹簧尺寸需要一个专门的冲压模具。

发明内容

本发明的任务是，开发一种在碟形弹簧或膜片弹簧边缘上形成所述成形结构的方法，该方法使得可以更好地构造出成形结构并且因此保证相应部件的使用寿命得到提高。此外，根据本发明的方法应能够不依赖于碟形弹簧直径而得到应用，或者说根据本发明的方法应使得可以采用一种可以不依赖于碟形弹簧外直径而加工所需的成形结构的模局。

在带有环形的基体的碟形弹簧中，该环形的基体具有至少一个环形的边缘，该边缘具有至少一个通过材料挤压成形而形成的成形结构，本发明的任务这样来实现，即，借助一种方法实现材料挤压成形，该方法包含至少一个滚压工艺(Rollprozess)。借助至少一个具有所述成形结构的所期望的几何结构的辊轮，对环形的基体的至少一个边缘成型出所述至少一个成形结构。

通常，碟形弹簧或者膜片弹簧式的构件由钢或弹簧钢的板材冲压出来，并因而首先成为原板坯。一个这样的板坯具有两个侧面和至少一个环绕的优选环形的边缘，该边缘基本上在两个侧面之间沿轴向延伸。在边缘与侧面的过渡区域内，存在已提到的棱边，该棱边通过材料挤压而去除

在相应的边缘或者相应的棱边上形成所期望的成形结构所需的材料挤压，可以借助于至少一个沿径向作用在环形的基体上的、沿着基体的周向或棱边被导向的成形辊轮(Formrolle)来产生。

根据本发明方法成型的碟形弹簧可以仅由一个环形的基体组成，该环形的基体不仅具有一个外边缘而且具有一个内边缘，其中，这些边缘的至少一个、优选两个具有通过滚压工艺而产生的成形结构。然而，还已公知这样的碟形弹簧，其具有一个环形的、仅具有一个环绕的边缘的基体，因为从另一边缘沿径向延伸出与基体构造成一体的舌。其中，这些舌可以径向向外或者径向向内地指向。

按照本发明所述方法制成的碟形弹簧或者膜片弹簧可以以特别有利的方式安装在摩擦离合器之内，该离合器具有一个离合器壳体以及一个与离合器壳体不可相对转动地但轴向上有限地可移动的压板，其中，碟形弹簧可轴向上夹紧在壳体与压板之间。

其中，摩擦离合器的压板可以以有利的方式由铸铁或者钢板制成。

上面提及的硬度，特别是应用于摩擦离合器中的铸铁部件的硬度，也可以以有利的方式在由铸铁、特别是灰铸铁制成的离合器壳体中得到应用，更确切的说是在不同的比如用于支撑碟形弹簧或者在压板和壳体之间传递转矩的区域或者其它区域上得到应用。

至于灰铸铁材料强度的可能发生的变化，必要时可结合热处理工序和/或硬化工序参阅特刊《设计者12/97，材料技术》(，，Der Konstrukteur12/97，Werkstofftechnik”)。

附图说明

根据本发明制造的碟形弹簧和装有这种碟形弹簧的摩擦离合器在功能上以及制造技术上的其它优点通过下列附图说明进一步阐述。

图中示出：

图1示出具有碟形弹簧的摩擦离合器，

图2示出通过压力-或冲压机的顺序模具后的碟形弹簧板坯，

图3示出与成形辊轮相咬合的按照图2的碟形弹簧板坯，

图4示出与按照图2及图3的碟形弹簧板坯的外边缘即将咬合的成形辊轮，

图5为按照图4所示的视图，其中，成形辊轮与碟形弹簧板坯的外边缘已咬合，

图6示出使用多个成形辊轮对外边缘进行成型的一种实施方案，

图7示出根据现有技术的碟形弹簧的外边缘上的横断面结构，

图8示出碟形弹簧外边缘上的借助于成形辊轮可能形成的一种横断面结构。

具体实施方式

图1所示的摩擦离合器1具有板盖形式的离合器壳体2。一压板3与离合器壳体2不可相对转动地但至少轴向上有限地可移动地相连接，更确切地说是，在此借助于片簧元件4，该片簧元件4以公知的方式方面与压板3铆接，另一方面与离合器壳体2铆接。离合器壳体2可与对应压板5例如借助螺栓固定地连接。压板3与反压板5具有摩擦面，离合器盘7的摩擦片6可以夹紧在所述摩擦面之间。

在离合器壳体2和压板3之间作用地设置有一碟形弹簧8，该碟形弹簧在所述实施例中也在空间上轴向上布置在离合器壳体2和压板3之间。在所述实施例中，碟形弹簧8具有一在此用作储能装置的环形的基体9和操作舌10，该操作舌10从环形的基体9的内边缘11伸出沿径向向内延伸。操作舌10在其径向内部的端部区域或在其舌尖部12上这样构造，使得该操作舌可以与在图中仅部分地示意示出的操作机构13配合作用。如公知的那样，操作机构13优选具有至少一个轴向上可以移动的操作轴承或者分离轴承，这可以例如借助于液压或气动装置的马达或者这些驱动装置的组合来实现。

在所示的实施例中，环形的基体9相对壳体2这样支撑，使得碟形弹簧8可以相对于该壳体摆动以操作离合器。为此，设置有由壳体2承载的摆动支座14。在所示实施例中，碟形弹簧8以单臂杠杆的形式支承在壳体2上，确切地说是这样的，使得该碟形弹簧可以以径向上位于摆动支座14内部的区域对压板3的凸台15加载。为此舌尖部12由操作机构13加载。在所示的按照图1的摩擦离合器的结构原理中涉及一种强制性闭合的摩擦离合器，其中，传递所需转矩所需的作用在压板3上的压紧力借助操作机构13被导入摩擦离合器1中。然而，这样的摩擦离合器的结构通常也是公知的，在这些结构中，碟形弹簧8或与之等效的部件本身至少部分地或者完全地施加用于压板3的压紧力。这种离合器构造例如已通过DE 42 39 291 A1，DE 43 06 505 A1或者43 22 677 A1为我们所知。

在大多数情况下，具有环形的基体的碟形弹簧具有至少一个环绕的边缘，该边缘在图中所示的实施例中由外边缘16构成。

尤其是对于承受动态载荷的碟形弹簧，也就是说对于在工作条件下基体的圆锥度发生变化的碟形弹簧，如在用于车辆的摩擦离合器中使用该碟形弹簧那样的情况，在很多情况下需要非常长的使用寿命。其前提是，在碟形弹簧的环形的基体区域内不发生断裂。已知，这种形式的断裂可能尤其是由于在碟形弹簧环形的基体的内圆周或外圆周上出现的大的应力而尤其是在圆周的棱边处发生。此外，由于表面缺陷引起的缺口效应，在边缘区域中可能会产生应力集中。为提高这种碟形弹簧的使用寿命，已公知，对碟形弹簧的至少是环绕的棱边区域中的轮廓或边缘、尤其是外边缘和/或内边缘倒圆角。由此可以改善碟形弹簧的疲劳强度，因为通过对棱边倒圆角可以优化基体边缘区域内的应力特性。

以前，对碟形弹簧的边缘或边缘棱边倒圆角通过在成形模具中轴向的压制来实现。其中，尤其是碟形弹簧板坯外圆周上的冲压棱边或切削棱边通过轴向的挤压被倒成倒圆结构。为此，在相应的压制模具中安装有成型环，该成型环在碟形弹簧的环形的基体的内-和/或外边缘的区域中形成所希望的几何结构。采用已知的工艺很难尤其是在碟形弹簧的外边缘的区域内得到所要求的几何结构，因为工艺参数或者材料质量的微小的波动会妨碍所期望的几何形状的成形。这将导致不能达到规定的使用寿命，尤其是对于重要的应用场合，或者导致故障数量的增加，这些故障可能引起汽车生产商方面召回举动。

通过下面详细说明的按照本发明的方法，在碟形弹簧基体的至少一个边缘区域内产生的成形结构可显著改善地被构造，由此可以降低在这种边缘区域内产生的最大应力，并因此显著提高相应部件的使用寿命。

另外，由此可提高构成该碟形弹簧的材料的承载能力，因此碟形弹簧可以设计得更小，这意味着既节省材料又节省结构空间。

图2中示出碟形弹簧板坯120，该碟形弹簧板坯具有一外部的环形的基体119，该环形的基体具有一环绕的外边缘116。外边缘116在碟形弹簧板坯120或环形的基体119的两个表面116a之间轴向上延伸。正如已知的那样，径向上向内延伸的舌110从环形的基体119的径向上内部的边缘区域111延伸出，这些舌在相应的碟形弹簧制成后用于环形的基体119的偏转，也即用于改变环形的基体119的圆锥度。各个舌110通过径向延伸的缝隙117相互分开，这些缝隙在径向上外侧连至一个窗形的扩展部分118。为了加强将要由碟形弹簧板坯120制成的碟形弹簧，形成扩展槽118的边界的边缘或这些边缘的棱边也可以具有成形结构、如倒圆结构。这种形式的成形结构可以通过在相应的模具中的轴向压制来形成。

在图3中再次示出了图2所示的碟形弹簧板坯120，其中，成形辊轮125压在外边缘116上来进行成型、例如尤其是在外边缘116区域上倒圆角。成形辊轮125具有一个导槽126，其具有所期望的形状，碟形弹簧110的外边缘116嵌入该导槽中。成形辊轮125可旋转地支承在相应的夹具或者模具中，并且相对于碟形弹簧110的中轴线可径向移动，因此该成形辊轮可以以确定的力压在碟形弹簧110的外边缘116上。使碟形弹簧板坯120绕其轴线转动，其中成形辊轮可绕一个静止的转动轴转动，就可以进行外边缘116的成型。使碟形弹簧板坯120围绕其转动轴线被驱动，同时也可电动地驱动成形辊轮或者成形辊轮仅仅被携动，可以进行外边缘116的模制。然而，也可符合目的地仅仅电动地驱动成形辊轮。也可以使成形辊轮沿着外边缘116在一个环绕轨道上运动，其中，如果需要，可以随着该运动，电动地驱动成形辊轮围绕其自身的旋转轴转动。

为了防止用于在外边缘116区域内形成相应的成形结构所必需的径向力使环形的基体109变形，应该将碟形弹簧板坯120或者至少环形的基体109的区域固定地夹紧在工具的两块板之间。此外，附加地或者可选地，也可以使用具有轴向的凸起的工具，这些凸起可轴向上嵌入扩展槽118并因此可径向上支撑内部的边缘区域111。

图4中再次示出成形辊轮125与环形导槽126。如图4所示，设置在成形辊轮125中的环形导槽126的横截面这样构造，使得该导槽可在碟形弹簧板坯120的外边缘116上产生一个至少近似半圆的形状。然而，该导槽也可以具有其它任意的形状。借助至少一个成形辊轮125，可对在冲压成型碟形弹簧板坯120时产生的外边缘116的棱边127、128倒圆角，由此保证减小外边缘116区域内的应力。

图5再次示出碟形弹簧板坯120的局部，其中，成形辊轮和/或板坯120在径向方向上这样移动，使得通过碟形弹簧板坯120与至少一个成形辊轮125之间的相应的相对运动在板坯120的外边缘116上成型出倒圆结构129。倒圆结构129或者说相应的成形结构129通过对构成碟形弹簧板坯120的材料如尤其是钢或者弹簧钢的材料挤压或塑性流变来实现。在此，参照导构成碟形弹簧板坯的材料厚度，这样确定槽126的横截面变化及宽度，使得尽可能地避免边缘区域116中的侧面轴向上的材料挤压或者厚度增加。

尽管仅仅通过碟形弹簧板坯一次旋转来加工成形结构129是可行的，但是在大多数应用情况下尤其应该逐渐成型出成形结构129。为此，可在碟形弹簧板坯120每转动一圈后，增大由至少一个成形辊轮125施加在碟形弹簧板坯120上的径向力。

在图6中示出借助于滚压工艺来压制碟形弹簧板坯120的外轮廓116的变型方案。在这个变型方案中使用了多个成形辊轮125，在所示的实施例中使用了3个这种形式的成形辊轮125。这些成形辊轮优选均匀地布置在碟形弹簧板坯120的圆周上。

正如已经提及的那样，非硬化的碟形弹簧板坯120轴向上同心地夹紧在两个可转动的板或盘之间。在这里，可以驱动至少一个盘，另外一个对应盘可被携动。然后，被携动的或者被驱动旋转的成形辊轮可以在碟形弹簧板坯的转动轴线的方向供给这样转动中的该碟形弹簧板坯120。在这里，至少一个成形辊轮相对于碟形弹簧板坯的径向上的移动以及由该成形辊轮施加在碟形弹簧板坯外边缘上的径向力这样来确定，使得保证成形辊轮的导槽轮廓至少尽最大可能地构造出碟形弹簧板坯的外边缘。

通过有利的方法，滚压工艺可以与碟形弹簧板坯120的冲压工序联合到一起，这样可以避免附加的处理。

图7示出碟形弹簧的环形的基体的外部区域，其中，采用常规方法借助于在模具中轴向上的压制成型来加工出外圆周216的棱边。

图8中示出碟形弹簧的环形的基体的外部区域，其中，已经借助成形辊轮对外边缘3 16倒圆角了。可以清楚地看到，借助于按照本发明的方法，可以在应力技术上本质上更好地构造出具有至少一个环形的基体的碟形弹簧的边缘或棱边。

按照本发明的方法既可以用于具有环绕的外边缘的碟形弹簧，也可以用于具有环绕的内边缘的碟形弹簧中。

在对一个优选由非硬化的弹簧钢制成的碟形弹簧板坯120实现所期望的成形结构之后，可采用公知的方法对该碟形弹簧板坯120继续处理。因此可对板坯硬化处理及回火，得到其最终的碟形弹簧形状。在热处理之前和/或期间和/或之后，如果需要，则对碟形弹簧板坯或者碟形弹簧的表面进行机械或化学处理。因此碟形弹簧例如可以具有一个光滑的表面，以得到更高的疲劳强度。

这些实施例不应理解成对该发明的限制。而是在本公开内容的框架内可以进行许多的改变和修改，尤其是那些可以由单个的特征结合在概要说明和附图说明及权利要求书中所述的以及在附图中包含的特征以及元件或方法步骤的组合或者变换而构成的改变和修改。

参考标号列表

1  摩擦离合器     113-

2  壳体           114-

3  压板           115-

4  片簧元件       116外边缘

5  反压板         117缝隙

6  摩擦片         118扩展部分

7  离合器盘       119环形的基体

8  碟形弹簧       120碟形弹簧板坯

9  环形的基体     121-

10 操作舌         122-

11 内边缘         123-

12 舌尖部         124-

13 操作机构       125成形辊轮

14 摆动支座       126导槽

15 凸台           127棱边

16 外边缘         128棱边

110舌             129倒圆结构

111边缘区域       216外圆周

112-              316外边缘

Claims (8)

1.用于制造具有环形的基体的碟形弹簧的方法，所述环形的基体具有至少一个环绕的边缘，所述边缘具有至少一个通过材料挤压成形而形成的成形结构，其特征在于，通过一滚压工艺产生该材料挤压成形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助至少一个径向上作用在所述环形的基体上的、沿着该基体的圆周被导向的成形辊轮来产生所述材料挤压成形。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，碟形弹簧仅由一个环形的基体组成并且在外边缘及内边缘上都具有通过滚压工艺产生的成形结构。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，碟形弹簧具有一环形的基体，所述环形的基体具有一环绕的边缘及一边缘区域，从该边缘区域伸出径向上延伸的舌。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述环形的基体的外边缘是环绕的，并且这些舌一体地从该基体的径向上的内边缘伸出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个成形结构构成倒圆结构。

7.具有环形的基体的碟形弹簧，该基体具有至少一个环绕的边缘，所述边缘具有至少一个通过材料挤压成形而形成的成形结构，其特征在于，该材料挤压成形通过一滚压工艺来产生。

8.具有一壳体及一与该壳体无相对转动的、但可轴向上有限地移动的压板的摩擦离合器，该压板可借助于一可轴向上被夹紧在所述壳体及该压板之间的碟形弹簧被加载，其特征在于，该碟形弹簧是按照权利要求7构造的并且是根据权利要求1至5中至少一项制造的。

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