Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hebelfeder für eine Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung, mit Hebelelementen zur Übertragung einer Kraft zum Schließen oder Öffnen der Drehmomentübertragungseinrichtung und einem die einzelnen Hebelelemente verbindenden Kraftrand.

Reibungskupplungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise als

Trennkupplungen zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe. Reibungskupplungen können als Doppelkupplungen ausgebildet sein, bei denen zwei Reibungskupplungen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei jeweils eine Hebelfeder pro Reibungskupplung als Teil eines Betätigungssystems der Kupplung zu deren Betätigung (Öffnen bzw. Schließen) vorgesehen ist. Insbesondere bei Doppelkupplungen ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine der Reibungskupplungen im betätigungskraftfreien Zustand offen ausgebildet ist, beispielsweise indem die Kupplung als sogenannte zugedrückte bzw. zugezogene Reibungskupplung ausgeführt ist, welche im kraftfreien Zustand der Betätigungseinrichtung geöffnet und bei axialer Beaufschlagung der Hebelemente durch das Betätigungsglied geschlossen wird.

Gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Einbausituationen werden die Hebelelemente der Hebelfedern radial innen von einem Betätigungselement beaufschlagt, und übertragen diese Kraft mit einem bestimmten Hebelübersetzungsverhältnis entsprechend einer Auflagestelle der Hebelelemente nach radial außen, wobei die einzelnen Hebelelemente in Umfangsrichtung mittels des federnden Kraftrandes in deren relativen Positionen zueinander gehalten sind.

Die Hebelfeder wird im Normalfall gestanzt, mittels Umformverfahren auf die gewünschte Form gebracht und anschließend gehärtet.

Insbesondere bei Verwendung der Hebelfeder als Teil des Betätigungskraftübertragungssys- tem einer Kupplung muss die Hebelfeder zwei einander entgegen gerichtete Bedingungen erfüllen, so soll das Hebelsystem eine nur geringe Vorspannung aufweisen und dementsprechend beim„Leerhub" des Betätigungssystem geringe Kräfte entwickeln, allerdings die Kraft dann beim Einrücken der Druckplatte der Kupplung mit einem sehr hohen Wirkungsrad übertragen. Angewandt auf die vorliegende Hebelfeder bedeutet dies, dass der Kraftrand sehr weich und die Hebelelemente sehr steif ausgebildet werden sollen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hebelfeder der Eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass diese eine nur geringe Vorspannung, jedoch einen Hebel mit einem sehr hohen Wirkungsgrad, aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Hebelfeder für eine Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung, mit Hebelelementen zur Übertragung einer Kraft zum Schließen oder Öffnen der Drehmomentübertragungseinrichtung und mit einem Kraftrand, wobei die Hebelelemente jeweils einen Grundkörper mit zentraler Öffnung aufweisen und der Kraftrand durch in Umfangsrichtung ausgerichtete Kraftrandringsegmente gebildet ist, welche einander benachbarte Hebelelemente miteinander verbinden, wobei die Kraftrandringsegmente einen durch die in den Hebelelementen vorgesehenen zentralen Öffnungen unterbrochenen Kraftring bilden.

Erfindungsgemäß wird also die Hebelfeder in einen Hebel und einen Kraftrand aufgeteilt, wobei sich zwischen Hebel und Kraftrand eine Öffnung (von beliebiger Form) befindet. Entsprechend kann ein sehr biegeweicher Kraftrand zur Erzeugung einer geringen Vorspannung mit einem sehr biegesteifen Hebel zur Erreichung eines hohen Kraftübertragungswirkungsgrades kombiniert werden.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in der zentralen Öffnung des Grundkörpers der Hebelemente jeweils eine Strebe angeordnet, welche einen radial inneren Bereich und einen radial äußeren Bereich des Grundkörpers miteinander verbindet. Mit andren Worten erfolgt die Verbindung zwischen Strebe und Grundkörper nur am Innen- und Außendurchmesser, wobei eine Form der Strebe wie auch die Form der zentralen Öffnung im Grundkörper hierbei keine Rolle spielt. Durch die Verwendung der Strebe kann der Wirkungsgrad der Kraftübertragung durch den Hebel bzw. die Hebelelemente deutlich gesteigert werden.

Gemäß einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kraftrandringsegmente im wesentlichen auf einem gemeinsamen Durchmesser angeordnet und bilden einen einzigen, durch die in den Hebelelementen vorgesehen zentralen Öffnungen unterbro- chenen Kraftring. Dabei kann dieser gemeinsame Durchmesser, auf dem die Kraftrandringsegmente angeordnet sind, derart gewählt sein, dass ein Masseschwerpunkt der Hebelfeder insgesamt zumindest in der Nähe des Drehpunktes der Hebelfeder angeordnet ist. Je kleiner der Abstand zwischen Masseschwerpunkt und Drehpunkt der Hebelfeder eingestellt werden kann, desto geringer wird auch das durch die Fliehkraft um den Drehpunkt herum erzeugte Moment, wodurch die Belastung auf die Hebelfeder sinkt. Da die Kraftrandringsegmente direkt am Grundkörper angebunden sind, kann der gemeinsame Durchmesser der Kraftrandringsegmente verschoben werden, ohne dass sich die Kennlinie der Hebelfeder in unzulässiger Weise verändern würde.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Kraftrandringsegmente zumindest zum Teil auf verschiedenen Durchmessern angeordnet, wobei diese Durchmesser insgesamt derart gewählt sind, dass ein mittlerer Masseschwerpunkt der Hebelfeder wieder zumindest in die Nähe des mittleren Drehpunktes der Hebelfeder zu liegen kommt.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Streben der Hebelelemente zumindest teilweise zur zusätzlichen Versteifung profiliert ausgebildet, beispielsweise als U- förmiges Profil über aufgefaltete bzw. umgelegte Abschnitte.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kraftrandringsegmente derart ausgebildet, dass diese über geschwungene Verbindungsbereiche in die Grundkörper der entsprechenden Hebelelemente übergehen. Außerdem können an den Übergängen von Streben zu Grundkörpern Radien vorgesehen sein. Diese beiden Maßnahmen ermöglichen, kumulativ oder alternativ, die weitere Reduzierung von Spitzenspannungen in der Hebelfeder.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Hebelelemente und die Kraftrandringsegmente einstückig miteinander ausgebildet, beispielsweise über einen Stanzvorgang in Verbindung mit einem nachfolgenden Umformvorgang.

Die vorstehend beschriebenen zentralen Öffnungen in den Hebelelementen können als Langlöcher im Grundkörper ausgebildet sein.

Die vorliegende Erfindung lehrt zudem eine Reibungskupplung mit einer axial mittels einer sich an einem Gehäuse abstützenden Hebelfeder gegenüber einer Gegendruckplatte verlagerbaren Druckplatte, wobei die Hebefeder radial innen von einem Betätigungsglied axial be- aufschlagbar ist und durch diese axiale Verlagerung der Druckplatte ein Reibeingriff von zwischen Druck- und Gegendruckplatte angeordneten Reibbelägen gesteuert wird, und wobei die Hebelfeder die Merkmale eines der Patentansprüche 1 bis 10 aufweist.

Dabei kann der jeweils radial innere Bereich des Grundkörpers als Zungenbereich ausgebildet sein, in welchen eine Kraft einer Betätigungseinrichtung der Drehmomentübertragungseinrichtung einleitbar ist, und außerdem kann der jeweils radial äußere Bereich des Grundkörpers als Verbindungsbereich zu einer Druckplatte der Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet sein.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:

Figur 1 einen Schnitt durch eine Doppelkupplung mit zwei jeweils eine Hebelfeder enthaltenden Reibungskupplungen,

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer Hebelfeder,

Figur 3 eine idealisierte Kennlinie für eine Hebelfeder einer Doppelkupplung mit

Erläuterung der einzelnen Betriebeszustände des Betätigungssystems,

Figur 4 eine Darstellung der Kennlinien der Hebelfeder nach Figur 4 bei unterschiedlichen Drehzahlen,

Figur 5 eine schematische Darstellung einer Hebelfeder im Bereich eines der Hebel mit durchgängigem Kraftrand (Bereich A), sowie eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Hebelfeder mit unterbrochenem Kraftrand (Bereich B),

Figur 6 eine perspektivische Ansicht (Bereich A), eine Draufsicht (Bereich B) sowie eine Seitenansicht (Bereich C) der erfindungsgemäßen Hebelfeder und

Figur 7 ein Diagramm mit der Darstellung der drehzahlabhängigen Kennlinien für die erfindungsgemäße Hebelfeder. Figur 1 zeigt einen Teilschnitt der Doppelkupplung 1 mit den beiden Reibungskupplungen 2, 3 mit den Hebelfedern 5, 6 sowie den Druckplatten 7, 8, die jeweils gegenüber einer Seite der Gegendruckplatte 9 unter Zwischenlage der Reibbeläge 10, 11 der mit zwei Getriebeeingangswellen verzahnten Kupplungsscheiben 12, 13 von den Hebelfedern 5, 6 verspannbar sind. Dabei stützen sich beide Hebelfedern 5, 6 an dem Gehäuse 4 ab, wobei die Hebelfeder 6 die Reibungskupplung 3 als einarmiger Hebel direkt über ein Rampensystem 14 zur Verschleißnachstellung beaufschlagt, während die Hebelfeder 5 radial in Verlängerung der Hebelelemente 16 erstreckende Hebelarme 17 aufweist, die mit über den Umfang verteilten Zugankern 18, die das Gehäuse 4 axial durchgreifen, in Anlagekontakt stehen. Die Zuganker 18 bilden hierzu radial innen erweiterte Anlageflächen für die Hebelarme 17 aus, die in Um- fangsrichtung als Rampen 19 gestaltet sind. Dementsprechend weisen die Hebelarme 17 in Umfangsrichtung Steigungen zur Bildung von Gegenrampen 15 auf. Die Hebelfeder 5 beaufschlagt als zweiarmiger Hebel die Zuganker 18, wobei zur Verschleißnachstellung die Hebelfeder 5 gegenüber dem Gehäuse 4 mittels eines - nicht dargestellten - von der Sensorfeder im Verschleißfall angetriebenen Schneckenrads, das bei Verschleiß von der Sensorfeder 20 verdreht wird, verdreht. Die Sensorfeder 20 ist auf der Hebelfeder 5 angeordnet und verengt bei einem verschleißbedingten Überweg der Hebelfederspitzen 21 ihren Durchmesser, wodurch das Schneckenrad mittels einer Spiralverzahnung und einer von der Sensorfeder 20 erzwungenen Verdrehung die Hebelfeder 5 an einer Segmentverzahnung des Gehäuses 4 gegen die in Umfangsrichtung gehäusefesten Zuganker 18 verdreht und mittels Rampen 19 und Gegenrampen 15 einen Axialversatz, der den Verschleiß der Reibbeläge 10, 11 ausgleicht einstellt: Die Nachstellung der Reibungskupplung 3 erfolgt bei erkanntem Verschleiß in gleicher Weise durch das Verdrehen des Schneckenrads 22, wobei hier direkt der Rampenring 23 des Rampensystems 14 gegenüber der Hebelfeder 6 verdreht wird und der verschleißbedingte Axialabstand zwischen Hebelfeder 6 und Druckplatte 8 ausgeglichen wird.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hebelfeder 25, wie sie beispielsweise in der Doppelkupplung 1 als Hebelfedern 5, 6 zum Einsatz kommen können. Je nach Anordnung des Hebelpunktes beziehungsweise -kreises radial außerhalb oder innerhalb der Beaufschlagungsbereiche der Druckplatte kann die Hebelfeder 25 als die Reibungskupplung zudrückende oder beispielsweise über Zuganker zuziehende Hebelfeder verwendet werden. Die Ausführung der dargestellten Hebelfeder 25 ähnelt dabei der Hebelfeder 6 der Figur 1 mit den über die Hebelarme 17 und die radial außen an diesen angeformten Gegenrampen 15, die entsprechende Zuganker beaufschlagen und zugleich ein Rampensystem zur Nachstellung der Reibungskupplung bilden. Die Hebelfeder 25 besteht aus mehreren, über den Umfang verteilten Hebelelementen, die radial außen die Hebelarme 17 und radial innen die Hebelfederspit- zen 21 aufweisen. In dem gezeigten Beispiel sind die Hebelelemente 16 an den Hebelarmen 17 über den Umfang mittels des (durchgängigen) Kraftrandes 26 verbunden. In anderen Ausgestaltungsbeispielen können die Hebelelemente 16 eher mittig durch den (durchgängigen) Kraftrand verbunden sein. Der Kraftrand 26 wird bei einer axialen Beaufschlagung der Hebelfederzungen 21 durch das beispielsweise ein elektromotorisches, hydrostatisches oder hydraulisch betriebenes und eine Axialbewegung beschreibendes Betätigungssystem verdreht und baut eine Torsionsspannung auf, die nach dem Lösen der Betätigungskraft für ein selbständiges Öffnen der Reibungskupplung sorgt. Zur Entlastung des Betätigungssystems, das diese Torsionskraft überwinden muss, ist der Kraftrand 26 mit der geringst möglichen Federrate dimensioniert.

Wie Eingangs dargelegt, ist eine Hebelfeder ein Hebelsystem mit geringer Kraftrandsteifigkeit bei gleichzeitig möglichst hoher Hebelelementsteifigkeit (Zungensteifigkeit). In vielen Fällen kann diese gewünschte Kennlinie, welche in Figur 3 schematisch dargestellt ist, und hierbei gerade die geringe Kraftrandsteifigkeit, nur durch Setzten im Bereich des Kraftrandes oder durch Nachbearbeiten des Kraftrandes (beispielsweise spanendes Bearbeiten des Kraftrandes) erreicht werden.

Gerade bei Nachbearbeitung des Kraftrandes können jedoch Störungen im Betrieb auf Grund der hohen Spannungen im Kraftrand auftreten, weshalb eine Dauerfestigkeit der Hebelfeder möglicherweise eingeschränkt wird. Und teilweise ist die Nachbearbeitung des Kraftrandes für sich alleine genommen nicht ausreichend, sodass zusätzlich ein Setzen durchgeführt werden muss, um die gewünschte Kennlinie zu erreichen.

Diese idealisierte bzw. gewünschte Kennlinie, welche in Figur 3 gezeigt ist, umfasst einen ersten Bereich I, wobei beim Weg Xi die Einbaulage liegt, also das Hebelelement mit einer gewissen Vorspannung Y ₁ als Teil des Betätigungssystems der Kupplung eingebaut ist.

Außerdem umfasst dieser einen Bereich II, welcher den Lüftweg der Kupplung beinhaltet, also den„Leerhub" des Betätigungssystems bevor die Reibbeläge zur Anlage miteinander gelangen. Im Bereich II soll die Kraftzunahme pro Wegeinheit möglichst gering sein, da lediglich ein Betätigungsweg zurückgelegt werden soll. Dieser Zustand wird über den Kraftrand gesteuert, woraus sich auch die Forderung ergibt, einen möglichst weichen Kraftrand einzustellen. Außerdem umfasst dieser einen Bereich III, welcher den Zustand nach Anlage der

Reibbeläge aneinander beschreibt. Im Bereich III soll die Betätigungskraft übertragen werden bei möglichst geringen Wirkungsgradverlusten, weshalb sich die Forderung nach einer möglicht steifen Auslegung des Hebels ergibt. Außerdem ergibt sich auch die Forderung nach einer linearen Kennlinie zur Verbesserung des Regelverhaltens der Kupplung.

In Figur 4 ist die Veränderung der Kennlinie der Hebelfeder mit steigender Drehzahl angegeben. Aus dem Diagramm gemäß Figur 4 ist ersichtlich, dass die Kennlinie durch die Drehzahl beeinflusst wird und bei rund 7000 Umdrehungen /Minute leicht degressiv ausgebildet ist.

Das vorstehend beschriebene Hebelfederkonzept mit durchgängigem Kraftrand ist in Figur 5, Bereich A schematisiert dargestellt und umfasst einen Hebel in Verbindung mit einem geschlossenen Kraftrand. Aufgrund dieser grundsätzlichen Ausbildung ist jedoch eine Funktionentrennung zwischen Kraftrand und Hebel stark erschwert und kann nur über die vorstehend beschriebene nachträgliche Bearbeitung über spanende Bearbeitung oder Setzvorgänge oder ähnliche Bearbeitungsschritte erreicht werden.

Vorliegend ist nun aber vorgesehen, dass die beiden Funktionen Kraftrand und Hebel konstruktiv getrennt werden, damit ein weicher Kraftrand und ein steifer Hebel gebaut werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass neben dem Hebelelement zur Übertragung der Kraft zum Schließen und / oder Öffnen der Kupplung ein Kraftrand vorgesehen ist, welcher aus einzelnen Kraftringsegmenten gebildet ist, welche in Umfangsrichtung angeordnet sind und welche einander benachbarte Hebelelemente miteinander verbinden, wobei diese Kraftrandringsegmente durch in den Hebelelementen vorgesehenen zentralen Öffnungen unterbrochen sind.

In jeder der zentralen Öffnung des Grundkörpers ist eine Strebe angeordnet, welche einen radial inneren Bereich und einen radial äußeren Bereich des Grundkörpers miteinander verbinden wie im Bereich B der Figur 5 abgebildet.

Eine Ausbildung dieser in Figur 5, Bereich B dargestellten Hebelfeder ist in Figur 6 in den Bereichen A, B und C angegeben, wobei der Kraftrand aus den Kraftrandringsegmenten 100 besteht, wobei jedes der Kraftrandringsegmente 100 zwei benachbarte Hebelelemente 200 miteinander verbindet. Jedes der Hebelelemente umfasst einen Grundkörper 201 mit radial innen angeordneten Bereich 202 und radial außen angeordneten Bereich 203 und mit einer Strebe 204, wobei die Strebe 204 den radial inneren Bereich 202 mit dem radial äußeren Bereich 203 des Grundkörpers 201 des Hebelelementes 200 miteinander verbindet. Jede der Sterben umfasst aufgefaltete Bereiche 205, sodass jede der Streben im Schnitt betrachtet ein U-förmiges Profil aufweist.

Dabei ist ein mittlerer Durchmesser der Kraftrandringsegmente derart gewählt, dass ein Massenschwerpunkt der Hebelfeder insgesamt jedenfalls in die Nähe des Drehpunktes der Hebelelemente gelegt ist, sodass ein Moment um den Hebeldrehpunkt minimiert ist.

In Figur 7 ist eine Kennlinienschar Kraft über Weg für die Hebelfeder nach Figur 5 und Figur 6 für unterschiedliche Drehzahlen angegeben. Gerade bei der Ausbildung der Hebelfeder mit gefaltetem Hebel und optimiertem Durchmesser des unterbrochenen Kraftrandes wird die Kennlinie durch die Drehzahl kaum beeinflusst, insbesondere ergibt sich kein degressiver Verlauf.

Mit der vorliegenden Hebelfeder kann der Durchmesser des Kraftrandes weitgehend frei verschoben werden, aufgrund der Anbindung der Kraftrandringsegmente am Grundkörper, und wobei unabhängig von der Durchmesserveränderung des (unterbrochenen) Kraftrandes die Anbindung der Streben unverändert radial innen und radial außen verbleibt, sodass der Hebel keinen Einfluss auf die Vorspannungskennlinie ausübt, weshalb auch beliebige Methoden zur Versteifung des Hebels benutzt werden können, wie beispielsweise aufgestellte oder gefaltete Hebel wie dargestellt oder durch zusätzliche Bleche.

So könnte die Strebe auch durch eine gebautes Blech ersetzt werden oder über ein zusätzliches Blech aufgedoppelt werden (da der Kraftrand und die Strebe über die Öffnungen voneinander getrennt sind). Bezugszeichenliste

Doppelkupplung

Reibungskupplung

Reibungskupplung

Gehäuse

Hebelfeder

Hebelfeder

Druckplatte

Druckplatte

Gegendruckplatte

Reibbeläge

Reibbeläge

Kupplungsscheibe

Kupplungsscheibe

Rampensystem

Gegenrampe

Hebelelement

Hebelarm

Zuganker

Rampe

Sensorfeder

Hebefederspitze

Schneckenrad

Rampenring

Hebelfeder

Kraftrand

Kraftrandringsegment

Hebelelement

Grundkörper

innen angeordneter Bereich

außen angeordneter Bereich

Strebe 205 aufgefalteter Bereich

X ₁ Weg

Yi Vorspannung