DE102011105479A1 - Hebelfeder - Google Patents

Abstract

Eine Hebelfeder für eine Kupplung, insbesondere eine Reibkupplung mit einer Verschleiß nachstelleinrichtung, für ein Kraftfahrzeug, umfasst Hebelelemente zur Übertragung einer Kraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung, und einen mit den Hebelelementen verbundenen Kraftrand, wobei die Hebelfeder eine Aufstellhöhe h₀ und eine Dicke s aufweist. Erfindungsgemäß ist die Hebelfeder als Schnappfeder ausgebildet. Durch das Umschnappen der Hebelfeder, insbesondere des Kraftrandes, kann die benötigte Einrückkraft zur Betätigung der Hebelfeder und zum Öffnen der Reibkupplung deutlich verringert werden.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Hebelfeder für eine Kupplung, insbesondere für eine Reibkupplung mit einer Verschleißnachstelleinrichtung, für ein Kraftfahrzeug umfassend Hebelelemente zur Übertragung einer Kraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung, und einen mit den Hebelelementen verbundenen Kraftrand.
• Üblicherweise erfordern Kupplungen, insbesondere zugedrückte Kupplungen, welche als Reibkupplungen ausgebildet sind, eine hohe Einrückkraft zum Betätigen der Kupplung. Es besteht daher das ständige Bedürfnis, die zum Betätigen der Kupplung benötigte Kraft, insbesondere die Einrückkraft, unter Gewährleistung der sicheren Funktionsweise der Kupplung zu reduzieren.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung die Kraft, insbesondere die Kraft, welche zur Betätigung einer Kupplung erforderlich ist, zu reduzieren.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüche angegeben.
• Die erfindungsgemäße Hebelfeder für eine Kupplung, insbesondere eine Reibkupplung mit einer Verschleißnachstelleinrichtung, für ein Kraftfahrzeug umfasst Hebelelemente zur Übertragung einer Kraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung, und einen mit den Hebelelementen verbundenen Kraftrand, wobei die Hebelfeder eine Aufstellhöhe h₀ und eine Dicke s aufweist. Erfindungsgemäß ist die Hebelfeder als Schnappfeder ausgebildet.
• Die Hebelfeder kann in einer zugedrückten Reibkupplung angeordnet sein, wobei die Reibkupplung eine Teilkupplung beispielsweise einer Doppelkupplung oder Hybridkupplung sein kann. Die Reibkupplung umfasst eine Gegenplatte und mindestens eine gegenüber der Gegenplatte axial verlagerbare Anpressplatte. Die Anpressplatte kann über die Hebelfeder, welche an einem Gehäuse abgestützt und radial innen in axialer Richtung von einem Betätigungselement mit einer Kraft beaufschlagt sein kann, in axialer Richtung verlagert werden. Durch die axiale Verlagerung der Anpressplatte relativ zu der Gegenplatte kann ein Reibeingriff von Reibbelägen, welche zwischen der Gegenplatte und der Anpressplatte angeordnet sein können, gesteuert werden. Die Reibbeläge können eine Belagfeder aufweisen, wobei die Belagfeder insbesondere in einem geschlossenen Zustand, bei dem ein Betriebs-Drehmoment übertragbar ist, eine Belagfederkraft bewirkt, welche der Kraft der Hebelfeder im Wesentlichen entgegengesetzt wirkt. Die Reibkupplung kann eine Verschleißnachstellvorrichtung aufweisen, welche einen Verschleiß der Reibbeläge, beispielsweise durch eine Verbreiterung der Anpressplatte in axialer Richtung, kompensieren kann. Dadurch kann eine Veränderung der wegabhängigen Federkennlinien, insbesondere der Hebelfeder, vermieden werden, wodurch der Betriebspunkt der Hebelfeder über die Lebensdauer im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Die Hebelfeder kann in Form einer axial verspannbaren Tellerfeder, beispielsweise als gestanztes Blechteil, ausgebildet sein, wobei die Hebelfeder einen federnden, ringförmigen Grundkörper, den Kraftrand, und von diesem radial nach innen verlaufende, die Hebelelemente bildende Zungen aufweist. Die Hebelfeder, insbesondere der Kraftrand und/oder die Hebelelemente, weisen eine Dicke s auf, welche beispielsweise der Dicke des Materials, beispielsweise einem Federblech, entspricht, aus welchem die Hebelfeder gefertigt wurde. Die Hebelfeder, beispielsweise in Form einer Tellerfeder, weist eine Aufstellhöhe h₀ auf. Die Aufstellhöhe h₀ entspricht der Strecke, um welche die Hebelfeder, beispielsweise von radial außen nach radial innen gemessen, in axialer Richtung ansteigt. Die Hebelfeder kann derart an dem Gehäuse gelagert sein, dass bei einer radial innen liegenden Beaufschlagung der Hebelelemente mit einer axialen Kraft, beispielsweise einer Einrückkraft in Richtung der Gegenplatte, der Kraftrand der Hebelfeder eine der axialen Kraft entgegengesetzte Bewegung ausführt und dadurch die mit dem Kraftrand verbundenen Anpressplatte in axialer Richtung von der Gegenplatte wegbewegt oder weghebelt werden kann. Dadurch kann der Reibeingriff der Reibkupplung getrennt werden und die Kupplung somit geöffnet werden. In einer unbeaufschlagten Position, bei einer geschlossenen Reibkupplung, befinden sich die Kräfte der Hebelfeder und der Belagfeder in einem Gleichgewicht. Zum Öffnen der Kupplung muss die Kraft mit welcher die Hebelfeder radial außen über den Kraftrand die Anpressplatte beaufschlagt verringert werden, welches durch eine nach axial innen gerichtete Kraft an den Hebelelementen bewirkt werden kann. Zum Öffnen der Reibkupplung ist erforderlich, dass die Belagfeder im Wesentlichen vollständig ausfedern kann, wobei der Kraftrand eine entsprechenden Weg zurücklegen muss, damit die Anpressplatte ein entsprechende axiale Bewegung weg von der Gegenplatte ausführen kann. Die Kraft, die Einrückkraft, mit welcher die Hebelelemente zum Öffnen der Reibkupplung beaufschlagt werden müssen, entspricht zu Beginn des Öffnungsvorgangs im Wesentlichen der Differenz zwischen der Kraft der Hebelfeder und der Kraft der Belagfeder. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Hebelfeder steigt die Federkraft der Hebelfeder nicht mit zunehmendem Betätigungsweg stetig an. Durch die Ausbildung der Hebelfeder als Schnappfeder, welche ab einem bestimmten Federweg umklappt oder umschnappt, wobei die umgeschnappte Hebelfeder eine Federkraft in die zur vorherigen Richtung entgegengesetzten Richtung erzeugt, kann die Hebelfederkraft, insbesondere an dem Kraftrand, in Richtung der Belagfederkraft wirken. Die Hebelfeder kann zumindest bereichsweise eine degressive Federkennlinie aufweisen, welche in Abhängigkeit der Aufstellhöhe h₀ zu der Dicke s der Hebelfeder einstellbar ist, wobei das die Federkennlinie einer Schnappfeder zumindest bereichsweise in einem negativen Federkraftbereich liegt. Durch das Umschnappen der Hebelfeder, insbesondere des Kraftrandes, kann die Hebelfeder den Einrückvorgang mittels einer inneren Kraftkompensation unterstützen, wodurch die benötigte Einrückkraft zur Betätigung der Hebelfeder und zum Öffnen der Reibkupplung, insbesondere bei einem vorgegebenen Betätigungsweg, deutlich verringert werden kann. Zudem ist die Schnappfeder eine kostengünstige Möglichkeit, die Einrückkräfte zu reduzieren.
• In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Hebelfeder ist das Verhältnis a der Aufstellhöhe h₀ zu der Dicke s der Hebelfeder derart ausgebildet, dass 1 ≤ a ≤ 6, vorzugsweise 2 ≤ a ≤ 5, besonders bevorzugt 3 ≤ a ≤ 4, ganz besonders bevorzugt a = 3,831 ist. Die Federkennlinie der Hebelfeder ist insbesondere in Abhängigkeit von der Aufstellhöhe h₀ und der Dicke s der Hebelfeder einstellbar. Das Verhältnis a der Aufstellhöhe h₀ zu der Dicke s der Hebelfeder ist derart einstellbar, dass die Hebelfeder zumindest bereichsweise eine degressive Federkennlinie aufweist. Die Federkennlinie kann zumindest bereichsweise eine negative Federkraft aufweisen, beispielsweise bei einer Schnappfeder. Zur Ausbildung einer Schnappfeder ist das Verhältnis a der Aufstellhöhe h₀ zu der Dicke s möglichst hoch einzustellen. Eine Hebelfeder mit einem Verhältnis von 2 ≤ a ≤ 5, beispielsweise a = 2,615, kann einen degressiven Federkennlinienbereich aufweisen, in welchem beispielsweise die zum Öffnen der Reibkupplung benötigte Einrückkraft vermindert ist. Ein Verhältnis a von 3 ≤ a ≤ 4, beispielsweise a = 3,831, kann einer Hebelfeder eine Schnappcharakteristik verleihen, bei der die Federkraft, beispielsweise an dem Kraftrand der Hebelfeder, umschnappt und in Richtung der Kraft der Belagfeder wirkt. Dadurch kann die zur Öffnung der Reibkupplung benötigte Einrückkraft mittels einer internen Kraftkompensation vermindert werden.
• Die Erfindung betrifft ferner eine Kupplung, insbesondere eine Reibkupplung, für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer wie vorstehend aus- und weitergebildeten Hebelfeder.
• Die Erfindung betrifft ferner eine Doppelkupplung für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildeten Hebelfeder.
• Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert.
• Es zeigen:
• 1: eine schematische Darstellung einer Doppelkupplung mit mindestens einer Teilkupplung mit einer erfindungsgemäßen Hebelfeder;
• 2: ein Kraft-Weg-Diagramm mit verschiedenen Federkennlinien einer normal offenen Kupplung;
• 3: ein Kraft-Weg-Diagramm mit verschiedenen Federkennlinien einer normal geschlossenen Kupplung;
• 4: ein Kraft-Weg-Diagramm mit Kennlinien einer Anpresskraft und einer Einrückkraft;
• 5 bis 7: ein Kraft-Weg-Diagramm einer Hebelfeder mit unterschiedlichen Aufstellhöhen.
• Die in 1 dargestellte Doppelkupplung 10 weist zwei Teilkupplungen auf, welche jeweils gegenüber einer Gegenplatte 12 axial verlagerbare Anpressplatten 14 aufweisen, wobei in einem geschlossenen Zustand der Teilkupplungen zwischen den Anpressplatten 14 und der Gegenplatte 12 Reibbeläge 16 kraftschlüssig zur Drehmomentübertragung geklemmt sind. Die Anpressplatten 14 sind mittels Hebelfedern 18 axial verlagerbar, wobei die Hebelfedern 18 an einem Gehäuse (nicht dargestellt) gelagert sein können. Die Hebelfedern 18 weisen einen radial außen angeordneten Kraftrand 20 auf, welcher ringförmig ausgebildet ist. An dem Kraftrand 20 sind Hebelelemente 22 angeordnet, welche sich zungenartig nach radial innen erstrecken. Im Bereich des Kraftrandes 20 kann die Hebelfeder hebelbar bewegbar in einer Lagerung 24 gelagert sein. Der Kraftrand 20 kann zur im Wesentlichen axialen Kraftübertragung von dem Kraftrand 20 auf die Anpressplatte 14 die Anpressplatte 14 kontaktieren. Die Hebelelemente 22 können radial innen über ein Betätigungselement (nicht dargestellt) mit einer im Wesentlichen axialen Kraft, einer Einrückkraft, beaufschlagt werden. Bei einer Beaufschlagung der Hebelelemente 22 mit der Einrückkraft können die Hebelelemente 22 eine axiale Bewegung in Richtung der Gegenplatte 12 ausführen, wobei über die Lagerung 24 der Kraftrand 20 der Hebelfeder 18 eine in axialer Richtung entgegengesetzte Bewegung von der Gegenplatte 12 weg ausführen kann. Dadurch kann die Anpressplatte 14 in axialer Richtung von den Reibbelägen 16 abgerückt werden und die Reibkupplung oder Teilkupplung geöffnet werden. Die Reibbeläge 16 können eine Belagfeder (nicht dargestellt) aufweisen, wobei insbesondere in einem geschlossenen Zustand der Teilkupplungen die Kräfte der Belagfedern und der Hebelfedern 18 in einem Gleichgewicht sein können. Die Doppelkupplung 10 ist in einem geöffneten Zustand dargestellt, wobei die Anpressplatten 14 von den Reibbelägen 16 abgerückt sind, wodurch kein Drehmoment über die Teilkupplungen übertragbar ist.
• Das Kraft-Weg-Diagramm (2) zeigt eine Hebelfederkennlinie 26 einer Hebelfeder (nicht dargestellt) und eine Belagfederkennlinie 28 einer Belagfeder (nicht dargestellt) einer normal offenen Kupplung. Die Belagfederkennlinie 28 weist einen maximalen Wert in einem geschlossenen Zustand der Kupplung auf, wenn die Reibbeläge mit maximaler Kraft beaufschlagt werden. Mit zunehmender Öffnung, entgegen der dargestellten Betätigungsrichtung, wird die Kraft der Belagfeder reduziert, bis in einem geöffneten Zustand der Kupplung die Belagfeder vollständig ausgefedert ist, und damit die Belagfederkraft im Wesentlichen null beträgt. Die Hebelfederkennlinie 26, welche eine an dem Kraftrand der Hebelfeder wirkende Kraft darstellen kann, weist einen bereichsweise im Wesentlichen parallelen Verlauf zu der Belagfederkennlinie 28 auf. Die Differenz der Federkennlinien ist die zur Betätigung der Kupplung benötigte Einrückkraft 30, welche durch Doppelpfeile dargestellt ist. Bei geschlossener Kupplung wirkt eine hohe Hebelfederkraft, welche allerdings noch nicht das Maximum erreicht hat. Die Einrückkraft 30 weist einen im Wesentlichen konstanten Wert auf. Um dies zu erreichen weist die Hebelfederkennlinie 26 im Bereich der fast vollständig ausgefederten Belagfeder einen Bereich mit einer negativen Hebelfederkraft auf, wobei das Minimum der Hebelfederkennlinie 26 ebenfalls in dem Bereich der negativen Hebelfederkraft liegt. Dies kann durch die Ausbildung der Hebelfeder als Schnappfeder, welche in bestimmten Bereichen die Richtung der Federkraft umkehren kann, erreicht werden.
• Das Kraft-Weg-Diagramm (3) zeigt eine Hebelfederkennlinie 26 einer Hebelfeder (nicht dargestellt) und eine Belagfederkennlinie 28 einer Belagfeder (nicht dargestellt) einer normal geschlossenen Kupplung. Die Belagfederkennlinie 28 liegt unterhalb der Hebelfederkennlinie 26, wobei die Kennlinien nahe dem Maximum der Hebelfederkennlinie 26 einen Schnittpunkt aufweisen, in welchem die Belagfederkennlinie 28 beginnen kann, beispielsweise bei einer Kupplung in geschlossenem Zustand, in dem die Belagfederkraft und die Hebelfederkraft in einem Gleichgewicht sind, bei gleichzeitig größter wirkender Federkraft, durch welche eine zuverlässige Drehmomentübertragung durch die Kupplung gewährleistet ist. Zum Öffnen der im normalen Zustand geschlossenen Kupplung, beispielsweise in einer ersten geschlossenen Position, ist eine Ausrückkraft 36 erforderlich, welche durch Doppelpfeile als Differenz zwischen der Hebelfederkraft und der Belagfederkraft dargestellt sind. Ab einem bestimmten Öffnungsgrad der Kupplung sinkt die Belagfederkraft auf nahezu null ab, gleichzeitig ist weiterhin eine Ausrückkraft erforderlich, um die Kupplung, beispielsweise in einer zweiten geöffneten Position, geöffnet zu halten. Die Hebelfederkennlinie 26 weist ein Maximum und ein Minimum auf, welche beide im Bereich einer positiven Federkraft liegen.
• Das Kraft-Weg-Diagramm (4) zeigt die Kennlinie einer Hebelfeder welche in Form einer Schnappfeder in einer Reibkupplung angeordnet ist. Eine vollständig eingerückte, geschlossene Kupplung, weist bei einem Einrückweg von ungefähr 9 Millimetern (mm) eine Anpresskraft 32 von ungefähr 8000 Newton (N) auf. Die Einrückkraft 30, welche zum Öffnen der Kupplung benötigt wird, beträgt ungefähr 1900 N. Mit zunehmender Öffnung, einer Reduzierung des Einrückweges, sinkt die benötigte Einrückkraft 30 auf einen bereichsweise im Wesentlichen konstanten Wert von unter 1000 N ab, wobei die Anpresskraft 32 ebenfalls absinkt, und bei ungefähr 3,5 mm Einrückweg auf null fällt. Durch die Schnappfeder kann die benötigte Einrückkraft abgesenkt werden, wobei der theoretische Wirkungsgrad ungefähr 76% beträgt.
• In den 5 bis 7 ist die Kennlinie einer Hebelfeder, welche in Form einer Tellerfeder ausgebildet ist, dargestellt. Die Hebelfeder weist dabei eine konstante Dicke s, beispielsweise von 1,5 mm, und einen konstant breiten Kraftrand, beispielsweise mit einem Außendurchmesser von 200 mm und einem Innendurchmesser von 160 mm, auf. Die Aufstellhöhe h₀, oder die Steigung wurden jeweils variiert. In 5 beträgt die Steigung der Hebelfeder 1,00/10 mm, wodurch das Verhältnis a der Aufstellhöhe h₀ zu der Dicke s a = 1,327 beträgt, wobei die Kennlinie 30 im Bereich der positiven Federkraft verläuft. Bei einer Erhöhung der Steigung (6) auf 2,0/10 mm ist das Verhältnis a auf a = 2,615 erhöht. Dadurch ergibt sich ein Kennlinienverlauf im Bereich der positiven Federkraft, allerdings mit einem Maximum bei einem negativen Federweg und einem Minimum bei einem bestimmten positiven Federweg. Durch eine weitere Erhöhung der Steigung und/oder der Aufstellhöhe h₀ (7), beispielsweise mit einem Verhältnis a von h₀ zu s von a = 3,831, kann die Hebelfeder als Schnappfeder ausgebildet werden. Dabei weist die Kennlinie der Hebelfeder ein ausgeprägtes Maximum im Bereich des negativen Federwegs und ein ausgeprägtes Minimum im Bereich des positiven Federwegs. Das Minimum der Kennlinie liegt zudem im negativen Federkraftbereich, wodurch die Hebelfeder eine Schnappfedercharakteristik, die bereichsweise Umkehr der Federkraft, aufweist.
• Bezugszeichenliste

10

Doppelkupplung

12

Gegenplatte

14

Anpressplatte

16

Reibbelag

18

Hebelfeder

20

Kraftrand

22

Hebelelement

24

Lagerung

26

Hebelfederkennlinie

28

Belagfederkennlinie

30

Einrückkraft

32

Anpresskraft

34

Kennlinie

36

Ausrückkraft

h₀

Aufstellhöhe

s

Dicke

Claims (4)

1. Hebelfeder für eine Kupplung, insbesondere eine Reibkupplung mit einer Verschleißnachstelleinrichtung, für ein Kraftfahrzeug, umfassend Hebelelemente (22) zur Übertragung einer Kraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung, und einen mit den Hebelelementen (22) verbundenen Kraftrand (20), wobei die Hebelfeder (18) eine Aufstellhöhe h₀ und eine Dicke s aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelfeder (18) als Schnappfeder ausgebildet ist.
2. Hebelfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis a der Aufstellhöhe h0 zu der Dicke s der Hebelfeder 1 ≤ a ≤ 6, vorzugsweise 2 ≤ a ≤ 5, besonders bevorzugt 3 ≤ a ≤ 4, ganz besonders bevorzugt a = 3,831 ist.
3. Kupplung, insbesondere eine Reibkupplung, für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Hebelfeder nach Anspruch 1 oder 2.
4. Doppelkupplung für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Hebelfeder nach Anspruch 1 oder 2.

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