УПРУГАЯ МУФТА В ДИСКОВОЙ КОНСТРУКЦИИ
ELASTIC CLUTCH IN DISK DESIGN

Настоящее изобретение относится к упругой муфте в дисковой конструкции с демпфирующим устройством, в частности, для трансмиссии транспортного средства в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.
Такие упругие муфты с демпфирующим устройством должны отсекать крутильные колебания, которые создает двигатель внутреннего сгорания, от последующей трансмиссии. При этом предпочтительно, чтобы в случае малых относительных углов кручения между обеими полумуфтами не осуществлялось никакого или только незначительное демпфирование, тогда как в случае больших углов кручения должно осуществляться сравнительно более сильное демпфирование. Эта характеристика должна настраиваться, в частности, независимо от нагрузки, то есть независимо от того, передает ли упругая муфта большой или малый крутящий момент. В частности, даже при передаче высоких крутящих моментов и при одновременных крутильных колебаниях с малой амплитудой не должно устанавливаться никакого или только незначительное демпфирование, и только при крутильных колебаниях со сравнительно большой амплитудой как при малых крутящих моментах, так и при больших крутящих моментах, должно осуществляться более сильное демпфирование.
Известная упругая муфта в дисковой конструкция, которая достигает желаемой характеристики, раскрыта в публикациях DE 3923749 С1 и DE 10241103 А1. Обе представленные там муфты имеют соответственно плавающее демпфирующее кольцо, которое выполнено с возможностью ограниченного проворота относительно обеих полумуфт и введено в заполненное демпфирующей средой внутреннее пространство муфты и разделяет демпфирующую камеру на отдельные (частичные) камеры. При этом плавающее демпфирующее кольцо согласно DE 10241103 А1 по периферии муфты разделено на отдельные отделенные друг от друга сегменты кольца, которые взаимодействуют с ориентированными радиально наружу кулачками на среднем диске муфты, который образует вторую полумуфту, и ориентированными радиально внутрь кулачками на внешнем крае первой полумуфты, чтобы образовывать первые частичные камеры и вторые частичные камеры, которые изменяются в своем объеме при относительном провороте между первой полумуфтой и второй полумуфтой.
Известные из DE 10241103 А1 признаки объединены в ограничительной части пункта 1. Также публикации DE 10022625 А1 и DE 19907414 А1 показывают соответствующие признаки.
Хотя известная муфта на практике показала себя как в высшей степени надежная, а относительно своей характеристики - как превосходная, имеется место для дальнейших усовершенствований. Так, например, желательно усилить демпфирующую характеристику в области вблизи максимального относительного проворота между первой полумуфтой и второй полумуфтой, в частности, свыше имевшегося до сих пор гидравлического демпфирования, предпочтительно без нежелательного воздействия на демпфирующую характеристику в остальном угловом диапазоне проворота.
Поэтому в основе настоящего изобретения лежит задача предоставить упругую муфту в дисковой конструкции (дисковом исполнении), которая выполняет указанное пожелание. В частности, упругая муфта должна при этом характеризоваться незначительными конструктивными изменениями относительно оказавшегося пригодным варианта осуществления и, несмотря на это, иметь желательное усиленное демпфирование в максимальном угловом диапазоне относительного проворота.
Соответствующая изобретению задача решается посредством упругой муфты с признаками пункта 1 формулы изобретения. В зависимых пунктах приведены особенно предпочтительные и целесообразные выполнения изобретения.
В изобретении посредством лишь минимальной модификации хорошо зарекомендовавшей себя муфты с плавающим демпфирующим кольцом, причем это демпфирующее кольцо разделено на отдельные сегменты кольца, удалось предоставить в распоряжение желаемое дополнительное демпфирование в области больших углов проворачивания между первой полумуфтой и второй полумуфтой за счет того, что они устанавливают, так сказать, фрикционное демпфирование в области больших углов проворачивания в муфте. Это фрикционное демпфирование достигается посредством изготовления фрикционной контактной поверхности между аксиальными концевыми областями сегментов кольца плавающего демпфирующего кольца и обращенными к ним внешними окружными областями среднего диска и/или внутренними окружными областями по меньшей мере одного бокового диска. При этом в соответствии с изобретением муфта выполнена таким образом, что контакт между по меньшей мере одним аксиальным концом каждого сегмента кольца (принципиально было бы также достаточным, если только один единственный сегмент кольца выполнен в соответствии с изобретением) и средним диском или внешним краем по меньшей мере одного бокового диска является активным (действующим) только в нагруженном в окружном направлении демпфирующей средой или одной из обеих полумуфт состоянии сегмента кольца, в то время как в ненагруженном в окружном направлении демпфирующей средой или одной из обеих полумуфт состоянии сегмента кольца установлено предварительно заданное расстояние в радиальном направлении муфты между аксиальным концом сегмента кольца и средним диском и/или внешним краем по меньшей мере одного бокового диска.
В соответствии с одним особенно предпочтительным вариантом осуществления перекрытое в нагруженном состоянии сегмента кольца расстояние создается между аксиальным концом каждого сегмента кольца и средним диском, в то время как предварительно заданное выполненное с возможностью перекрытия расстояние между аксиальным концом, в частности противоположным аксиальным концом, сегмента кольца и внешним краем упомянутого по меньшей мере одного бокового диска предусмотрено лишь в виде опции, причем здесь также тогда учитывается только частичное перекрытие названного последним расстояния.
В частности, соответствующая изобретению упругая муфта в дисковой конструкции (дисковом исполнении), которая выполнена, в частности, для демпфирования крутильных колебаний двигателя внутреннего сгорания, имеет первую полумуфту и вторую полумуфту, которые выполнены с возможностью ограниченного проворота против направления действия усилия по меньшей мере одного предусмотренного упругого элемента муфты. Первая полумуфта включает в себя два соединенных на наружной периферии без возможности вращения боковых диска, а вторая полумуфта образована посредством по меньшей мере одного согласованного со ступицей среднего диска, который расположен между боковыми дисками, охватываясь ими.
Боковые диски ограничивают принимающее средний диск непроницаемое для жидкости внутреннее пространство, причем в радиально внешней области внутреннего пространства расположена по меньшей мере одна изменяемая в своем объеме при взаимном проворачивании полумуфт заполненная демпфирующей средой демпфирующая камера.
Во внутреннее пространство введено выполненное с возможностью ограниченного проворота относительно обеих полумуфт соответственно плавающее демпфирующее кольцо, которое с первой полумуфтой образует по меньшей мере одну первую отдельную (частичную) камеру демпфирующей камеры, а со второй полумуфтой - по меньшей мере одну вторую отдельную (частичную) камеру демпфирующей камеры, причем плавающее демпфирующее кольцо по окружности (периферии) муфты разделено на отдельные отделенные друг от друга сегменты кольца, которые установлены с возможностью скольжения радиально снаружи на среднем диске и/или радиально внутри на внешнем крае по меньшей мере одного бокового диска.
В соответствии с изобретением сегменты кольца на одном или на обоих аксиальных концах расположены с предварительно заданным расстоянием в радиальном направлении муфты до среднего диска и/или до внешнего края по меньшей мере одного бокового диска, причем это предварительно заданное расстояние перекрывается в нагруженном состоянии сегментов кольца, чтобы посредством прилегания к среднему диску и/или внешнему краю упомянутого по меньшей мере одного бокового диска создавать трение скольжения.
Гидравлическое демпфирование в области сравнительно большого относительного угла проворота между первой полумуфтой и второй полумуфтой может быть усилено за счет того, что поперечное сечение отдельной камеры, в частности первой отдельной камеры, выполнено сравнительно уменьшенным в направлении аксиальных концов сегментов кольца, в частности с первым относительно большим поперечным сечением в аксиальной середине сегментов кольца, и с соответственно сравнительно малым поперечным сечением в области на предварительно заданной аксиальной протяженности перед аксиальными концами, соответственно относительно аксиального сечения муфты. Эти различные области могут быть предусмотрены, например, посредством образования "ванны" в средней области сегментов кольца. Это еще будет поясняться ниже.
В частности, если предусмотрен выполненный с возможностью опрокидывания относительно среднего диска в плоскости радиального сечения муфты сегмент кольца, то он предпочтительно в ненагруженном состоянии или постоянно может опираться снаружи на средний диск в точке опрокидывания или на область опрокидывания. В соответствии с одним вариантом осуществления также возможно, что точка опрокидывания или область опрокидывания в ненагруженном состоянии сегментов кольца позиционирована в аксиальной середине сегментов кольца и с увеличивающейся нагрузкой перемещается в направлении аксиального конца сегментов кольца.
В частности, чтобы достичь такой точки опрокидывания, соответственно области опрокидывания, а также в других выполнениях, например с изгибаемым сегментом кольца, может быть предусмотрен радиально внутренний контур сегментов кольца, который отклоняется от обращенного к нему радиально внешнего контура среднего диска. Оба контура в соответствии с одним вариантом осуществления могут быть выполнены в форме окружности, однако могут иметь различные диаметры окружности, причем диаметр окружности сегмента кольца, как правило, больше, чем диаметр окружности контура среднего диска.
Скользящие контактные поверхности между сегментами кольца и одной или обеими полумуфтами могут быть смазаны посредством демпфирующей среды из демпфирующей камеры.
Кроме того, возможно, что предусмотрено зависимое от температуры уменьшение расстояния между аксиальным концом сегментов кольца и средним диском и/или внешним краем по меньшей мере одного бокового диска, причем упомянутое расстояние уменьшается, в частности, с увеличивающейся температурой демпфирующей среды, соответственно, сегмента кольца. В последнем случае достигается быстрее вводимое в действие фрикционное демпфирование по сравнению с меньшими температурами, в частности, демпфирующей среды, что противодействует уменьшенному гидравлическому демпфированию, которое при определенных обстоятельствах может происходить с увеличивающейся температурой демпфирующей среды.
Это зависящее от температуры изменение зазора между аксиальным концом сегментов кольца и согласованным компонентом - наружным краем упомянутого по меньшей мере одного бокового диска или средним диском - может достигаться, например, за счет того, что сегменты кольца выполнены таким образом, что они с увеличивающейся температурой выпрямляются или изгибаются в зависимости от того, должно ли трение усиливаться на радиальной внешней стороне сегментов кольца или на радиальной внутренней стороне сегментов кольца.
В дальнейшем изобретение будет примерно описываться посредством одного примера осуществления и приложенных фигур, на которых показано:
Фиг.1 - фрагмент аксиального разреза выполненной в соответствии с изобретением упругой муфты, причем настроенное в соответствии с изобретением расстояние между сегментом кольца и средним диском, соответственно сегментом кольца и внешним краем бокового диска, еще нельзя различить.
Фиг.2 - схематичное, немасштабированное увеличенное представление, чтобы пояснить упомянутое предусмотренное в соответствии с изобретением расстояние, которое, однако, на практике, как правило, получается менее выраженным.
На фиг.1 видна первая полумуфта 1, которая, как схематично показано на фрагменте "а", включает в себя два соединенных на внешней периферии без возможности вращения боковых диска 1.1 и 1.2. Первая полумуфта 1 охватывает вторую полумуфту 2, причем обе полумуфты 1, 2 за счет упругих элементов 4 муфты выполнены крутильно-упруго и с возможностью ограниченного проворота относительно друг друга. Например, обе полумуфты 1, 2, как здесь представлено, через пружины сжатия подпираются относительно друг друга в окружном направлении муфты, причем соответствующие опорные поверхности для пружин сжатия предусмотрены на боковых дисках 1.1, 1.2 и на второй полумуфте 2. В качестве примера, опорные поверхности согласно фрагменту "а" образованы посредством выступов на боковых дисках 1.1, 1.2.
Вторая полумуфта 2 образована средним диском 3, который принят во внутреннем пространстве 5, которое ограничено обоими боковыми дисками 1.1, 1.2.
В радиально внешней области внутреннего пространства 5 расположено множество демпфирующих камер 6, которые заполнены демпфирующей средой и при взаимном провороте полумуфт 1, 2 изменяются в своем объеме.
Кроме того, предусмотрено плавающее демпфирующее кольцо 7, которое по окружности муфты разделено на отдельные отделенные друг от друга сегменты 7.1, 7.2 и 7.3 кольца. Демпфирующее кольцо 7, соответственно его сегменты 7.1, 7.2, 7.3, скользят радиально снаружи на среднем диске 3 и радиально внутри на внешнем крае 8 боковых дисков 1.1, 1.2. Здесь внешний край 8 также образован посредством кулачков 12, которые имеют выступающие радиально внутрь от боковых дисков 1.1, 1.2 - по меньшей мере от одного из обоих - и противоположные ограничивающие поверхности 12.1, 12.2, которые обращены к расположенным напротив друг друга ограничивающим поверхностям 13.1 и 13.2 сегментов 7.1, 7.2, 7.3 кольца.
Средний диск 3 имеет кулачки 11, которые, однако, выступают радиально наружу. Кулачки 11 также имеют проходящие в радиальном направлении упорные поверхности 11.1, 11.2, которые в окружном направлении расположены напротив проходящих в радиальном направлении упорных поверхностей 10.1, 10.2 на обоих аксиальных концах 9.1, 9.2 сегментов 7.1, 7.2, 7.3 кольца.
Каждая демпфирующая камера 6 разделена сегментом 7.1, 7.2, 7.3 кольца на две отдельные (или частичные) камеры 6.1, 6.2. В случае показанного варианта осуществления один аксиальный конец 9.1, 9.2 каждого сегмента 7.1, 7.2, 7.3 кольца разделяет демпфирующую камеру 6 на две упомянутые отдельные камеры 6.1, 6.2.
Таким образом, в показанном варианте осуществления каждая первая отдельная камера 6.1 расположена между одним сегментом 7.1, 7.2, 7.3 кольца и первой полумуфтой 1, соответственно ее кулачком 12, в то время как каждая вторая отдельная камера 6.2 расположена между одним сегментом 7.1, 7.2, 7.3 кольца и средним диском 3, соответственно его кулачком 11.
Если теперь вторая полумуфта 2 проворачивается относительно первой полумуфты 1, то в зависимости от направления поворота одна из обеих упорных поверхностей 11.1, 11.2 второй полумуфты 2 приближается к согласованной упорной поверхности 10.1, 10.2 сегмента 7.1, 7.2, 7.3 кольца, причем демпфирующая среда течет из уменьшающейся второй отдельной камеры 6.2 в связанную через демпфирующий зазор вторую отдельную камеру 6.2, которая одновременно увеличивается и здесь соответственно позиционирована на другой стороне в окружном направлении соответствующего кулачка 11. Посредством настройки специально большого демпфирующего зазора демпфирование может минимизироваться или даже выключаться. В момент, в котором упорная поверхность 11.1 упирается в упорную поверхность 10.1, или в случае обратного направления поворота упорная поверхность 11.2 упирается в упорную поверхность 10.2, соответствующий сегмент 7.1, 7.2, 7.3 кольца захватывается и проворачивается относительно первой полумуфты и ее кулачка 12. Вследствие этого, соответственно первая отдельная камера 6.1 на одной стороне каждого кулачка 12 уменьшается, а согласованная первая отдельная камера 6.1 на другой стороне кулачка 12 увеличивается, причем демпфирующая среда течет из уменьшающейся первой отдельной камеры 6.1 в увеличивающуюся первую отдельную камеру 6.1. Соединение между этим обеими камерами осуществляется через сравнительно маленький демпфирующий зазор, так что происходит желательное демпфирование.
В уменьшающейся первой отдельной камере 6.1 создается гидравлическое давление, которое на сегмент 7.1, 7.2, 7.3 кольца оказывает опрокидывающее или изгибающее действие в смысле перемещения на средний диск 3. При этом происходит следующее.
Как можно видеть на фиг.2, в области аксиальных концов 9.1, 9.2 сегментов 7.1, 7.2, 7.3 кольца предусмотрено предварительно установленное расстояние в радиальном направлении муфты между сегментом 7.1, 7.2, 7.3 кольца, точнее его ориентированной внутрь поверхностью, и средним диском 3, соответственно его ориентированной наружу поверхностью, а именно пока еще не возникло никакого демпфирующего давления в первой отдельной камере 6.1, сегмент 7.1, 7.2, 7.3 кольца соответственно этому еще не нагружается в окружном направлении демпфирующей средой, соответственно первой полумуфтой 1. Если теперь из гидравлического давления, соответственно демпфирующего давления, в первой отдельной камере 6.1 названное изгибное усилие или опрокидывающее усилие прикладывается к сегменту 7.1, 7.2, 7.3 кольца, то это расстояние перекрывается и сегмент 7.1, 7.2, 7.2 кольца входит с трением в контакт со средним диском 3. Это представлено посредством сегмента 7.2 кольца на его первом аксиальном конце 9.1 с помощью штриховой линии.
В зависимости от того, расположен ли сегмент 7.1, 7.2, 7.3 кольца гибко или с возможностью опрокидывания между средним диском 3 и первой полумуфтой 1, соответственно ее внешним краем 8, также перекрывается предусмотренное в ненагруженном состоянии сегмента 7.1, 7.2, 7.3 кольца согласно одному варианту осуществления расстояние между первым и вторым аксиальными концами 9.1, 9.2 сегмента 7.1, 7.2, 7.3 кольца и краем 8. Это представлено на фиг.2 посредством штриховой линии у второго аксиального конца 9.2 сегмента 7.2 кольца. Если внешний край 8 первой полумуфты 1 изготовлен сравнительно тонкостенным, в частности, из стального листа, то может быть необходимо предусмотреть широкую в аксиальном направлении муфты контактную поверхность между внешним краем 8 и первым или вторым концом 9.1, 9.2 сегмента 7.1, 7.2, 7.3 кольца, на котором происходит трение.
Посредством перекрывания одного и/или другого расстояния (радиально внутри или радиально снаружи сегмента 7.1, 7.2, 7.3 кольца) создается фрикционное демпфирование, которое неактивно, пока имеется упомянутое расстояние.
Упомянутые предварительно заданные расстояния или упомянутое одно предварительно заданное расстояние в ненагруженном состоянии сегментов 7.1, 7.2, 7.3 кольца могут быть выполнены сравнительно маленькими, так как должно предотвращаться лишь возникновение нежелательной или нежелательно высокой силы трения, пока не произошло целевого перекрытия расстояния. Например, расстояние находится в диапазоне от 0,5 до 2 мм, в частности между 0,5 и 1,5 мм или 0,5 и 1 мм. Однако также возможны другие, специально более значительные расстояния, а при необходимости также менее значительные расстояния.
Кроме того, на фиг.2 представлено формирование увеличения демпфирующего зазора между обеими первыми отдельными камерами 6.1 на обеих сторонах кулачка 12 в форме так называемой ванны 14, которая постоянно активна до тех пор, пока соответствующий сегмент кольца, здесь сегмент 7.2 кольца, находится в своем аксиальном среднем положении.
Хотя на фигурах сегменты 7.1, 7.2, 7.3 кольца в области своих аксиальных концов 9.1, 9.2 представлены с аксиальными изгибами (коленами), которые проходят радиально наружу за кулачки 11, это является только опцией, на которой можно сэкономить.