DE69712015T2

DE69712015T2 - Trägerplatte für eine Druckscheibe einer Reibungskupplung

Info

Publication number: DE69712015T2
Application number: DE69712015T
Authority: DE
Inventors: Jayanta Datta
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: EP0841494A1; DE69712015D1; JPH10141388A; US5901826A; EP0841494B1; CA2219716C; CA2219716A1; KR19980042200A; KR100558272B1; KR100558271B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druckplatte für eine Kupplung und insbesondere für eine Kupplungsanordnung, welche eine Spritzguß-Aluminium-Druckplatte für eine Reibungskupplung aufweist.
Reibungskupplungen sind gemäß dem Stand der Technik wohlbekannt. Reibungskupplungen bestehen im Allgemeinen aus zwei Scheiben. Die erste Scheibe ist solider ausgebildet und stellt gewöhnlich das Schwungrad des Motors dar; die andere Scheibe ist gewöhnlich leichter und gemeinhin als Druckplatte ausgebildet. Das Schwungrad ist mit einem am Ende der Kurbelwelle angebrachten Flansch verschraubt, während die Druckplatte axial auf der Ausgangswelle gleitet. Ein Federmechanismus wird dazu verwendet, die Druckplatte gegen das Schwungrad zu drücken.
In diesen allgemein üblichen Reibungskupplungen wird das Drehmoment des Motors durch die Reibung zwischen den beiden aneinanderstossenden Flächen vom Schwungrad des Motors auf die Druckplatte übertragen. Aufgrund des großen Betrags des Drehmoments müssen die Oberflächen der Scheiben aus einem Material gefertigt sein, welches einen hohen Reibungskoeffizienten und gleichzeitig gute Verschleißeigenschaften aufweist. Die Materialien, welche zur Herstellung dieser Produkte verwendet werden sind häufig zu schwer und zu teuer.
In anderen Anwendungsgebieten werden Kupplungssysteme als Teil einer Getriebe in einem Fahrzeug mit Vierradantrieb verwendet. Die Getriebe überträgt Kraft (Drehmoment) von den Hinterrädern des Fahrzeugs auf die Vorderräder. Die Kupplung wird dazu Verwendet, diese Kraft Von der hinteren Eingangswelle auf die vordere Ausgangswelle zu übertragen. Die Druckplatte bringt die Kraft auf die Kupplung, so dass diese einkuppelt und Kraft übertragen wird.
Es sind Verfahren und Vorrichtungen eingesetzt worden, mit dem Ziel, Kupplungssysteme von Getrieben und Hauptkupplungssysteme im Allgemeinen zu verbessern. Bei einigen dieser vorherigen Systeme wurde versucht die Lebensdauer der Kupplungsscheiben zu verlängern, es stellte sich jedoch häufig heraus, dass diese zu schwer und/oder zu teuer waren.
Die US-A-5048654 beschreibt einen Kupplungsmechanismus in welchen aus keramischem Material, wie zum Beispiel aus Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid, gefertigte Kupplungstrennplatten zwischen die Reibplatten einer Kupplung eingesetzt wurden, um den Reibungskoeffizienten der Reibplatten zu erhöhen, ohne den Verschleiß des Reibbelags durch das Erhöhen der Oberflächentemperatur der Reibplatten während des Betriebs wesentlich zu erhöhen.
Die JP-A-60 053224 beschreibt einen Kupplungsmechanismus, mit einer aus einer Aluminium-Silizium-Legierung gefertigten Druckplatte, welche eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine vergleichsweise hohe Spannungsfestigkeit aufweist. Eine Verstärkungsschicht aus Silizium ist dabei auf eine Reibfläche der Druckplatte aufgebracht, welche - im Betrieb - gegen eine Reibungskraft der Kupplung anstößt, wodurch es möglich ist, eine kompakte und ein geringes Gewicht aufweisende Druckplatte zu erhalten, welche eine hohe Widerstandsfähigkeit aufweist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Druckplatte für eine Reibungskupplung vorzustellen, welche leichter und weniger teuer ist, als frühere Reibungskupplungen. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es eine Reibungskupplung vorzustellen, welche widerstandsfähiger ist und länger funktioniert als frühere Reibungskupplungen und welche weniger teuer herzustellen ist.
Ein anderes Ziel ist es ferner, eine verbesserte Kupplungsvorrichtung für eine Getriebe für ein Fahrzeug mit Vierradantrieb vorzustellen. Ein weiteres Ziel ist es ferner, einen Kupplungsmechanismus für ein Getriebe vorzustellen, welcher ein höheres übertragenes Drehmoment aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kupplungsmechanismus vorgestellt, welcher ein Gehäuse, zumindestens eine in dem Gehäuse angeordnete Reibplatte und eine in dem Gehäuse angeordnete Druckplatte, welche mit der zumindestens einen Reibplatte in Verbindung steht, umfaßt und gekennzeichnet ist durch eine zwischen der zumindestens einen Reibplatte und der Druckplatte angeordnete Trägerplatte, wobei die Druckplatte aus einer Aluminiumlegierung besteht und die Trägerplatte aus einem stahl enthaltenden Material hergestellt ist, welches härter als die Aluminiumlegierung ist.
Damit die Erfindung gut verstanden werden kann wird nun eine Ausführungsform anhand eines Beispiels derselben beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Kupplungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Kupplungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Druckplatte gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Druckplatte längs der Schnittlinien 4-4 in Fig. 3 ist; und
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A in Fig. 4 ist.
Fig. 1 stellt eine Reibungskupplung gemäß dem Stand der Technik dar, auf welche im allgemeinen durch das Bezugszeichen 10 Bezug genommen wird. Die Reibungskupplung 10 umfaßt ein Kupplungsgehäuse 12, welches eine Kupplungsnabe 14, eine Druckdichtung 24, eine Druckplatte 18 und eine Vielzahl von Reibplatten 20 aufweist.
Die Kupplung 10 wird dazu verwendet, die angrenzenden Enden zweier koaxial angeordneter Wellen, wie zum Beispiel einer mit der linken Seite 22 der Druckplatte 18 und der Nabe 14 verbundenen Eingangswelle (nicht dargestellt) und einer mit dem Kupplungsgehäuse 12 verbundenen Ausgangswelle (nicht dargestellt), miteinander zu verbinden.
Während des Betriebs treibt die Eingangswelle (nicht dargestellt) die Druckplatte 18 über die Nabe 14 rotierend an, wobei die Eingangswelle in lateraler Richtung bewegt werden kann, um die Druckplatte 18 mit Druck zu beaufschlagen. Die Druckplatte 18 ist an der Nabe 14 mit Hilfe von Verzahnungen 26 oder ähnlichem befestigt. Die Reibplatten 20 sind an der Kupplungsnabe 14 ebenfalls mit Hilfe von Verzahnungen 28 oder ähnlichem befestigt und sie werden ebenfalls rotierend angetrieben. Die Reibplatten 20 können zwischen einander und der Druckplatte 18 gleiten bis beide mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren. Die Reibplatten 20 sind über das Gehäuse 12 mit der Ausgangswelle (nicht dargestellt) verbunden und treiben daher die Ausgangswelle an.
Fig. 2 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Auf die Kupplungsvorrichtung der bevorzugten Ausführungsform wird im Allgemeinen mit Hilfe des Bezugszeichens 50 Bezug genommen. Die Kupplungsvorrichtung 50 umfaßt ein Kupplungsgehäuse 52, welches eine Kupplungsnabe 54, eine Druckdichtung 56, eine Druckplatte 58, eine Vielzahl an Reibplatten 60 und eine Trägerkernplatte 62 umschließt. Obwohl die Zeichnungen elf Reibplatten darstellen, sollte verstanden werden, dass auch mehr oder weniger Reibplatten eingesetzt werden können.
Die Druckplatte 58 der bevorzugten Ausführungsform ist im Spritzgußverfahren aus einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise einer 380 Legierung, hergestellt. Jedoch können auch andere Aluminiumlegierungen verwendet werden, genauso wie auch andere formende oder bearbeitende Prozesse zur Anwendung kommen können. Die Druckplatte 58 aus Aluminium gemäß der vorliegenden ist nur etwa 1/3 so schwer wie herkömmliche Druckplatten, welche aus pulverisiertem Metall hergestellt wurden. Zusätzlich ist der aus Aluminium bestehende Teil weit weniger teuer in der Herstellung wie die früheren Druckplatten aus pulverisiertem Metall.
Ein weiterer Vorteil Aluminium zu verwenden ist seine nicht magnetische Eigenschaft. Weil es nicht magnetisch ist, absorbiert es nichts von dem magnetischen Abrieb von dem in Wirkverbindung stehenden Mechanismus. Hieraus resultiert, dass größere Kräfte auf die Kupplung ausgeübt werden können, das übertragene Drehmoment erhöht.
Aluminium ist für seine Weichheit bekannt und wurde deshalb nicht als für diese Anwendungen einsetzbar angesehen aufgrund der eingeschlossenen hohen Reibungskräfte und Drehmomente. Es ist früher angenommen worden, dass das Aluminium deformiert werden würde und daher werden müßte, wenn es bei Typen von Kupplungen eingesetzt würde, welche unter mechanischer Belastung betrieben werden. Jedoch zeigte eine für eine Druckplatte aus Aluminium gemäß der bevorzugten Ausführungsform durchgeführte Finite Elemente Analyse, dass die maximale Von Mises Belastung unterhalb der Ermüdungsstärke des Materials lag, was darauf hindeutet, dass das Teil auch unter wiederholter Belastung nicht ausfallen würde. Eine Druckplatte, welche gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde auch mit Hilfe einer MTS Stoßmaschine unter wiederholter Belastung von 14235 N getestet. Zwei Proben wurden getestet und bei jeder der Proben trat keine sichtbare Verschlechterung während einer Million Zyklen auf. Das teil wurde alle 300 000 Zyklen überprüft. Der Test wurde mit einer der Proben so lange durchgeführt, bis eine Verschlechterung beobachtet wurde. Risse wurden das erste Mal nach 50,1 Millionen Zyklen beobachtet.
In herkömmlichen Getrieben mit Reibungskupplung wird auf die Druckplatte 58 mit Hilfe eines Kugelnockenmechanismus (nicht dargestellt) Kraft ausgeübt. Die Druckplatte 58 wiederum übt diese Kraft auf die Vielzahl von Reibplatten 60 in der Kupplung aus.
Die Reibplatten 60 der vorliegenden Erfindung helfen dazu, ein Drehmoment von der Eingangswelle (nicht dargestellt) auf das Kupplungsgehäuse 52 und dann auf die Ausgangswelle (nicht dargestellt) durch den Einsatz eines Kettenantriebs zu übertragen. Das auf diese Ausgangswelle übertragene Drehmoment ist proportional zu der auf die Druckplatte 58 ausgeübten Kraft.
Um einen Verschleiß des aus Aluminium bestehenden Teils durch Reibung unter konstanten Gleitbedingungen zu verhindern, ist vorzugsweise eine Trägerkernplatte 62 zwischen der Druckplatte 58 und der ersten Reibplatte 60 angeordnet. Eine alternative Ausführungsform kann auch dadurch hergestellt werden, dass die Reibplatten in die andere Richtung gedreht werden, mit dem Reibmaterial auf der der Druckplatte abgewandten Seite. Daraus resultiert, dass die Druckplatte aus Aluminium nur mit der Stahlseite der Reibplatte reibt und jeglichen Verschleiß verhindert.
Die Kernträgerplatte 62 ist vorzugsweise aus Stahl oder einem anderen passenden Material, welches härter als die Druckplatte 58 ist, hergestellt. Die Kernträgerplatte 62 ist mit Hilfe von Verzahnungen 64 oder ähnlichem an der Kupplungsnabe 54 befestigt. Drehmomententests mit der zwischen der Druckplatte 58 und der Reibplatte 60 eingesetzten Kernträgerplatte 62 haben einen Verschleiß der Druckplatte aus Aluminium von Null gezeigt. Die Kernträgerplatte 62 verstärkt die Reibplatte 58 und daher die Kupplungsvorrichtung 50 zusätzlich. Weil das Drehmoment der Nabe unmittelbar auf die Kernträgerplatte 62 wirkt, wird darüberhinaus die Verzahnung 26 für die Druckplatte 58 nicht mehr benötigt.
Wie in den Fig. 3 bis 5 dargestellt ist, weist die Druckplatte 58 vorzugsweise eine Vielzahl von auf ihre äußere Oberfläche 68 angeformte Rippen 66 auf. Die Rippen 66 sind einerseits senkrecht zum Umfang der Platte und andererseits kreisförmig mit unterschiedlichen Radien angeordnet. Die Zwischenräume der Rippen 66 bilden eine Vielzahl von Taschen 70 in der Oberfläche der Platte. Die Rippen dienen zur Stabilisierung der Druckplatte 58. Durch den Einsatz der Druckplatte 58 aus Aluminium wird die Kupplungsvorrichtung leichter und die Kosten der Kupplungsvorrichtung werden geringer. Das geringere Gewicht könnte auch zu einer besseren Kraftstoffausnutzung des Kraftfahrzeugs beitragen.

Claims

1. Kupplungsmechanismus (50) mit

einem Gehäuse (52);

zumindestens einer in dem Gehäuse (52) angeordneten Reibplatte (50); und

einer in dem Gehäuse (52) angeordneten Druckplatte (58), welche mit der zumindestens einen Reibscheibe (60) in Verbindung steht;

gekennzeichnet durch, eine zwischen der zumindestens einen Reibscheibe (60) und der Druckplatte (58) angeordneten Trägerplatte (62), wobei die Druckplatte (58) aus einer Aluminiumlegierung besteht und die Trägerplatte (62) aus einem Stahl-Material hergestellt ist, welches härter als die Aluminiumlegierung ist.

2. Kupplungsmechanismus (50) nach Anspruch 1 desweiteren umfassend zumindestens ein Verstärkungsrippenglied (66) auf der Druckplatte (58).

3. Ein Getriebe mit einem Kupplungsmechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2.