DE3542492A1 - Membranfeder fuer gezogene membranfeder-kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Membranfeder für eine gezoge­ ne Membranfeder-Kupplung, bestehend aus einem äußeren Befesti­ gungsbereich, mit welchem die Membranfeder fest an einem Bauteil wie z. B. einem Schwungrad befestigt ist, aus einem daran an­ schließenden Federbereich und sich nach radial innen fortsetzen­ den Federzungen zum Angriff eines Ausrücksystems.

Eine Membranfeder der obengenannten Ausführung ist beispielsweise aus der DE-OS 30 17 563 bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Membranfedern der ge­ nannten Bauart hinsichtlich ihrer Lebensdauer zu optimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst. - Durch Anordnung einer Querschnittsver­ ringerung an der Membranfeder in einem umlaufenden Bereich radial außerhalb des Federbereiches auf der der Angriffsseite des Aus­ rücksystems abgewandten Seite wird erreicht, daß auf dieser von Zugspannungen belasteten Seite der Membranfeder die ungewünschten Auswirkungen von Kerbspannungen stark reduziert werden können. Desweiteren hat sich gezeigt, daß durch Verringerung des Quer­ schnittes im Bereich außerhalb des Federbereiches ein wesentlich geringeres Einspannmoment erzeugt wird, womit die in die Feder eingeleiteten inneren Spannungen erheblich herabgesetzt werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind in den Un­ teransprüchen festgelegt.

Die Erfindung wird anschließend an Hand verschiedener Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 die obere Hälfte eines Längsschnittes durch eine Kupplung mit einer Membranfeder, die radial außerhalb ihres Feder­ bereiches eine Querschnittsverringerung aufweist;

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung des Außenbereiches einer Mem­ branfeder mit einer Querschnittsverringerung, die eine ge­ ringe Radialerstreckung aufweist;

Fig. 3 die Teilansicht einer Membranfeder gem. Fig. 1;

Fig. 4 die Teilansicht einer Membranfeder mit abgeänderter Außen­ kontur;

Fig. 5 die obere Hälfte eines Längsschnittes durch eine topfför­ mig ausgeführte Membranfeder;

Fig. 6 eine gemessene Federkraftlinie.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch die obere Hälfte einer gezo­ genen Membranfeder-Kupplung in Prinzipdarstellung. Das Schwung­ rad 4 ist an einer nicht dargestellten Kurbelwelle einer Brenn­ kraftmaschine befestigt und dreht sich um die Drehachse 2+. Das Schwungrad 4 ist topfförmig ausgeführt und trägt an seiner der Brennkraftmaschine abgewandten Seite eine im wesentlichen eben ausgeführte Membranfeder 1. Die Membranfeder 1 ist in Richtung auf das Schwungrad 4 zu vorgespannt und belastet mit dieser Vor­ spannung eine Anpreßplatte 5, die in nicht näher dargestellter Weise drehfest, aber axial verlagerbar mit dem Schwungrad 4 ver­ bunden ist. Zwischen Anpreßplatte 5 und Schwungrad 4 ist eine Kupplungsscheibe 6 eingespannt. Die Membranfeder 1 weist - wie beispielsweise auch aus Fig. 3 ersichtlich - nach radial innen verlaufende Federzungen 8 auf, die sich vom Federbereich 9 aus erstrecken. Nach radial außen schließt sich an den Federbereich 9 ein Befestigungsbereich 10 an, der mit mehreren am Umfang verteil­ ten Befestigungsöffnungen 16 versehen ist, welche zum Anordnen von Befestigungsschrauben 7 vorgesehen sind. Zum Lösen der Kupp­ lungsscheibe 6 wird von der Innenseite her entsprechend dem Pfeil F über ein nicht dargestelltes Ausrücksystem eine Kraft auf die Enden der Federzungen aufgebracht, so daß die Membranfeder 1 sich konisch wölbt und die Anpreßplatte 5 in axialer Richtung frei­ gibt.

Der Befestigungsbereich 10 der Membranfeder 1 ist im Bereich ra­ dial außerhalb des Federbereiches 9 von der Materialstärke her deutlich dünner als die übrigen Bereiche der Membranfeder 1 ausge­ führt. Dabei ist die Innenseite der Membranfeder 1 ohne Änderun­ gen der Oberflächenstruktur im wesentlichen nach radial außen eben verlaufend, während die Außenseite um das Maß der Quer­ schnittsverringerung zurückversetzt ist. Der Übergangsbereich ist ausgerundet. Diese Ausbildung der Querschnittsverringerung ist deshalb vorteilhaft, weil auf der Innenseite, welche mit Druck­ spannungen belastet ist, der Querschnitt ohne Unterbrechung wei­ tergeführt wird und auf der Außenseite, die mit Zugspannungen be­ lastet ist, eine Querschnittsverringerung in Richtung auf die neutrale Faser vorgenommen wurde, so daß die Membranfeder 1 im Bereich der Druckspannungen höher belastet wird, wobei in diesem Bereich geringere Kerbspannungen auftreten.

Eine weitere Maßnahme zur gleichmäßigeren Einleitung der Momente in die Membranfeder ist das Anordnen von Entlastungsöffnungen im Bereich zwischen Federbereich 9 und Befestigungsbereich 10. Hier­ bei ist insbesondere auf Fig. 3 zu verweisen. Fig. 3 zeigt die Ansicht der Membranfeder 1 von der Außenseite her. Ausgehend vom Federbereich 9, erstrecken sich nach radial innen die Federzun­ gen 8 und nach radial außen der Befestigungsbereich 10. Im Befe­ stigungsbereich 10 sind mehrere Befestigungsöffnungen 16 am Um­ fang verteilt vorgesehen, desgleichen beispielsweise drei am Um­ fang verteilte Zentrieröffnungen 22. Die Membranfeder 1 ist im Anschluß an die radial äußere Begrenzung des Federbereiches 9 mit einer Querschnittsverringerung versehen, die beispielsweise durch Materialabtragung von der Vorderseite her oder schon bei der Warm- oder Kaltverformung durchgeführt wurde. Diese Querschnitts­ verringerung erstreckt sich bis zum Außendurchmesser 12 der Mem­ branfeder 1. Weiterhin sind in diesem Befestigungsbereich 10 ra­ dial außerhalb des Federbereiches 9 und radial innerhalb der Be­ festigungsöffnungen 16 Entlastungsöffnungen 13 bzw. 14 vorgese­ hen. Die Entlastungsöffnungen 13 befinden sich radial innerhalb des Bereiches der Befestigungsöffnungen 16 und sind umfangsmäßig größer als die Entlastungsöffnungen 14 ausgeführt. Diese Entla­ stungsöffnungen sorgen für eine gleichmäßigere Momenteneinleitung in die Membranfeder und zum Abbau von Belastungsspitzen.

Fig. 2 zeigt den radial äußeren Bereich einer Membranfeder 1 in vergrößerter Darstellung. Bei dieser Ausführung ist zum Unter­ schied zur Membranfeder gemäß den Fig. 1 und 3 die Quer­ schnittsverringerung in einem radial begrenzten Bereich vorgese­ hen, der sich zwischen dem radial äußeren Ende des Federberei­ ches 9 und dem radial inneren Ende des Befestigungsbereiches 10 in Umfangsrichtung erstreckt. In diesem Bereich der Querschnitts­ verringerung sind ebenfalls Entlastungsöffnungen 13 - beispiels­ weise gem. Fig. 3 - vorgesehen.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit einer Mem­ branfeder 2 dargestellt. Im Unterschied zur Membranfeder 1 gem. Fig. 3 ist hier der Befestigungsbereich in Umfangsrichtung nicht geschlossen ausgeführt, sondern die Anlenkung an das Schwungrad erfolgt durch Lappen 11, die jeweils mit einer Befestigungsöff­ nung 16 und mit einer Entlastungsöffnung 15, die zentrisch radial innerhalb der Befestigungsöffnung 16 angeordnet ist und sich um­ fangsmäßig über einen großen Teil der Erstreckung des Lappens 11 ausdehnt, versehen sind. Dabei sind die umfangsmäßigen Endberei­ che jeder Entlastungsöffnung 15 teilweise noch um die Befesti­ gungsöffnung 16 herumgezogen. Weiterhin sind beispielsweise drei am Umfang verteilte Zentrierlappen 21 vorgesehen, welche jeweils eine Zentrieröffnung 22 aufweisen.

Durch Anordnung möglichst vieler am Umfang verteilter Befesti­ gungspunkte in Form der Lappen 11 und durch entsprechende Ausbil­ dung der Entlastungsöffnungen 15 wird eine äußerst gleichmäßige Einleitung der Momente in die Membranfeder 2 erreicht. Durch Ver­ ringerung des Materialquerschnittes radial außerhalb des Federbe­ reiches 9 auf der mit Zugspannungen belasteten Vorderseite wird eine wesentliche Verbesserung der Lebensdauer erzielt.

Fig. 5 zeigt die Ausführungsform einer Membranfeder 3, die insbe­ sondere mit einem eben ausgeführten Schwungrad Verwendung findet und durch ihre Topfform die Anpreßplatte und die Kupplungsscheibe umgreift. Zu diesem Zwecke weist die Membranfeder 3 einen im we­ sentlichen zylindrischen Bereich 18 auf, der die Verbindung zwi­ schen Befestigungsbereich 10 und Federbereich 9 herstellt. Nach radial innen ist der Federbereich 9 in üblicher Weise mit Feder­ zungen 8 versehen. Zwischen dem radial äußeren Ende des Federbe­ reiches 9 und dem im wesentlichen zylindrischen Bereich 18 ist ein bogenförmiger Übergangsbereich 17 vorgesehen, welcher die Querschnittsverringerung aufweist. Im bogenförmigen Übergangsbe­ reich 17 ist das Material der Membranfeder 3 von der Außenseite her schwächer ausgeführt und an den Übergangsbereichen ausgerun­ det. Gleichzeitig sind in diesem Bereich Entlastungsöffnungen 19 vorgesehen. Diese Entlastungsöffnungen 19 können sich auch bis in den zylindrischen Bereich 18 erstrecken. Aus dem zylindrischen Bereich 18 erstreckt sich in radialer Richtung der Befestigungs­ bereich 10 mit seinen Befestigungsöffnungen 16 und dem Außendurch­ messer 12. Die Funktion dieser Membranfeder 3 sowie die positiven Auswirkungen der Querschnittsverringerung im bogenförmigen Über­ gangsbereich 17 entsprechen den bisherigen Ausführungen.

Durch die oben beschriebene Ausführung von Membranfedern der ge­ zogenen Bauart wird nicht nur eine deutliche Lebensdauererhöhung erzielt, sondern es wird ebenso eine für übliche Membranfedern ungewohnte Federkennlinie erreicht. Die Federkennlinie der darge­ stellten und beschriebenen Membranfedern ist entsprechend Fig. 6 im wesentlichen horizontal verlaufend und weist eine äußerst ge­ ringe Hysteresis auf. Die horizontal verlaufende Federkennlinie hat gegenüber den üblichen Federkennlinien von Membranfedern den großen Vorteil, über den gesamten Ausrückweg und den Verschleißweg einer Kupplung gleichbleibende Betätigungskräfte aufzuweisen.

Claims (9)

1. Membranfeder für eine gezogene Membranfeder-Kupplung, beste­ hend aus einem äußeren Befestigungsbereich, mit welchem die Membranfeder fest an einem Bauteil wie z. B. einem Schwungrad befestigt ist, aus einem daran anschließenden Federbereich und sich nach radial innen fortsetzenden Federzungen zum Angriff eines Ausrücksystems, dadurch gekennzeich­ net, daß die Membranfeder (1, 2, 3) in einem umlaufenden Bereich radial außerhalb des Federbereiches (9) eine Quer­ schnittsverringerung aufweist, und zwar auf der der Angriffs­ seite des Ausrücksystems (Pfeil F) abgewandten Seite.

2. Membranfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnittsverringerung in radialer Richtung vom äußeren Ende des Federbereiches (9) aus bis an den Außendurchmesser (12) der Membranfeder (1) erstreckt.

3. Membranfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich radial außerhalb des Federbereiches (9) und radial in­ nerhalb des Befestigungsbereiches (10) Entlastungsöffnungen (13, 14, 15) vorgesehen sind.

4. Membranfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsöffnungen (13, 14) vorzugsweise radial innerhalb von Befestigungsöffnungen (16) vorgesehen sind.

5. Membranfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsbereich (10) aus mehreren am Umfang verteilten, radial über den Federbereich (9) überstehenden Lappen (11) be­ steht, von denen jeder eine Entlastungsöffnung (15) aufweist, die umfangsmäßig mehr als 50% der Erstreckung der Lappen (11) aufweist.

6. Membranfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsöffnung (15) beiderseits der Befestigungsöffnung (16) teilweise herumgezogen ist.

7. Membranfeder nach Anspruch 1, welche topfförmig ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im bogenförmigen Übergangsbe­ reich (17) vom Federbereich (9) in den im wesentlichen zy­ lindrischen Bereich (18) die Querschnittsverringerung vorgese­ hen ist.

8. Membranfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich radial außerhalb des Federbereiches (9) und radial in­ nerhalb des Befestigungsbereiches (10) Entlastungsöffnungen (19) vorgesehen sind.

9. Membranfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsöffnungen (19) vorzugsweise im bogenförmigen über­ gangsbereich (17) angeordnet sind.