DE3542847C2 - Reibungskupplung und Verfahren zur Oberflächenhärtung von Verschleißzonen an Kupplungsbauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reibungskupplung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 sowie ein Verfahren zur Oberflächenhärtung von Ver­ schleißzonen an Bauteilen einer Kraftfahrzeugkupplung.

Herkömmliche Reibungskupplungen von Kraftfahrzeugen umfassen ein an der Kurbelwelle befestigtes Schwungrad, an welchem ein Kupplungsgehäuse angeschraubt ist. An dem Schwungrad oder dem Kupplungsgehäuse ist drehfest, beispielsweise über Tangentialstraps oder dergleichen, eine Anpreßplatte axial verschiebbar geführt. Zwischen dem Schwungrad und der Anpreß­ platte ist eine mit Reibbelägen versehene Kupplungsscheibe vorgesehen, die axial verschiebbar, jedoch drehfest auf der Eingangswelle des Getriebes sitzt. Eine zwischen der Anpreß­ platte und dem Kupplungsgehäuse eingespannte Federeinrichtung, beispielsweise eine Membranfeder, spannt die Kupplungsscheibe axial zwischen der Anpreßplatte und dem Schwungrad ein. Die Kupplungsscheibe oder auch bei geteilter Ausführung das Schwungrad umfaßt einen Torsionsschwingungsdämpfer zur Dämp­ fung von Drehschwingungen in dem Antriebsstrang des Kraft­ fahrzeugs.

Eine derartige Reibungskupplung weist eine Vielzahl relativ zueinander beweglich geführter oder mit hoher Flächenpressung federnd aneinanderliegende Teile auf. Die Führungsflächen und Anlageflächen sind starkem Verschleiß ausgesetzt. Zonen hohen Verschleißes sind beispielsweise Fensterkanten von Torsions­ schwingungsdämpfers, deren Federn üblicherweise sowohl radial als auch in Umfangsrichtung in Fenstern der Seitenscheiben des Torsionsschwingungsdämpfers geführt sind. Aufgrund der Fliehkraft werden die Federn gegen die radial äußeren Um­ fangskanten der Fenster gedrückt. Es kommt zu linienförmigen, hohen Flächenpressungen, da die Feder überwiegend nur mit ei­ ner Kante ihrer Fase anliegt. Weitere Verschleißzonen sind die in Umfangsrichtung sich gegenüberliegenden, radial verlaufen­ den Steuerkanten der relativ zueinander verdrehbaren, über die Federn drehelastisch aneinander abgestützten Scheiben des Torsionsschwingungsdämpfers. Der Verschleiß tritt hier bei der schlagartigen Belastung durch das Federende während der Dreh­ schwingungen auf.

Zur Verschleißminderung werden die Scheibenteile herkömmlicher Torsionsschwingungsdämpfer einsatzgehärtet und nitriert bzw. induktiv gehärtet. Diese Vergütungsverfahren haben jedoch den Nachteil, daß die Scheibenteile bei der Montage nicht mehr verschweißt werden können, so daß vergleichsweise aufwendige Montagemethoden angewandt werden müssen.

Weitere Zonen hohen Verschleißes finden sich an den Membran­ federn, insbesondere an den mit dem Kupplungsausrücker zusam­ menwirkenden freien Enden dem Federzungen, hervorgerufen durch den Mittenversatz der Membranfeder und des Kupplungsausrückers. Bei herkömmlichen Membranfedern werden die Federzungen induk­ tiv gehärtet bzw. hartverchromt. Hierbei lassen sich jedoch lediglich Härtewerte von HRC 60 bis HRC 64 erzielen. Weitere Verschleißzonen der Membranfeder sind der Auflagebereich der Anpreßplatte bzw. des Kupplungsgehäuses. Hier ist üblicher­ weise die Membranfeder über einen Drahtstützring an dem Kupp­ lungsgehäuse gelagert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Verschleißfestigkeit einer herkömmlichen Reibungskupplung durch Oberflächenvergütung zu erhöhen und zwar so, daß durch die Oberflächenvergütung das Gefüge des Grundwerkstoffes der Kupplungsbauteile nicht we­ sentlich geändert und die Bauteile allenfalls einer geringfügigen Erwärmung ausgesetzt werden, so daß die Gefahr des Verziehens der Bauteile nicht gegeben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale löst.

Im Rahmen der Erfindung wird auf die Verschleißzonen durch Flammschockspritzen (Detonationsspritzen) eine Oberflächen­ schicht aus einem vergleichsweise sehr hartem Material aufge­ bracht. Bei diesem an sich aus "Werkstatt und Betrieb" Jahr­ gang 110, 1977, Seiten 724 bis 729 bekannten thermischen Spritz­ verfahren werden dosierte Mengen an Sauerstoff, Acethylen und pulverförmigem Spritzwerkstoff in eine rohrförmige, auf das zu beschichtende Bauteil gerichtete Reaktionskammer eingeführt. Durch einen elektrischen Zündfunken wird die Detonation dieses Gemisches ausgelöst. Die Partikel des Spritzwerkstoffes werden angeschmolzen und auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Beim Auftreffen der Partikel auf die Werkstückoberfläche er­ geben sich Mikroverschweißungen, die zu einer zähen Verbindung mit dem Grundwerkstoff führen. Trotz der sehr hohen Tempera­ turen in der Reaktionskammer wird das beschichtete Bauteil nur wenig erwärmt, und seine Temperatur bleibt in der Regel unter 150°C, so daß sich das Bauteil nicht verziehen kann.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die beim Flammschockspritzen entstehende harte Oberfläche eine scharfkantige Struktur haben kann, so daß die mit dieser Oberfläche in Berührung kommenden Bauteile schneller verschleißen. Als wesentliche Maßnahme zur Verschleißminderung werden die durch Flammschockspritzen auf­ gebrachten Oberflächenschichten bevorzugt geglättet. Als be­ sonders brauchbar hat sich das Kugel strahlen der durch Flamm­ schockspritzen auf gebrachten Oberflächenschichten erwiesen.

Als Spritzwerkstoff eignen sich insbesondere pulvrige Metall­ karbide, beispielsweise Chrom-, Wolfram-, Nickel- oder Ti­ tan-Karbide. Auf diese Weise lassen sich sehr große Oberflä­ chenhärten- von über 70 HRC erzielen. Der aus der Reaktionskammer austretende Werkstoffpartikelstrahl ist ge­ richtet und örtlich begrenzt. Die zu beschichtenden Bauteile können damit unter Zuhilfenahme von Masken gezielt örtlich oberflächengehärtet werden. Da die Oberflächenschicht durch Mikroverschweißung an dem Grundwerkstoff gehalten ist und der Grundwerkstoff auch durch die Beschichtung nicht übermäßig erwärmt wird, kommt es zu keiner Gefügeänderung des Grund­ werkstoffs außerhalb der beschichteten Zonen. Die nicht be­ schichteten Bereiche der Kupplungsbauteile können somit auch nachträglich bearbeitet und gegebenenfalls verschweißt werden.

Eine weitere Maßnahme wird darin gesehen, möglichst feinpulv­ rigen Spritzwerkstoff mit einer Partikelgröße zwischen 1 und 5 µm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 µm zu benutzen.

Das bevorzugte Verfahren zum Oberflächenhärten von Ver­ schleißzonen an Bauteilen einer Kraftfahrzeugkupplung besteht damit im Abdecken der Bauteile mit einer Maske, die die Bau­ teile bis auf die zu härtenden Flächenbereiche abdeckt und im Aufbringen einer Hartschicht auf das maskierte Bauteil mittels Flammschockspritzen, insbesondere eines pulvrigen Metallkar­ bids. Die Hartschicht wird anschließend zur Rundung von Spitzen des Kristallgefüges kugelgestrahlt.

Die erfindungsgemäße Reibungskupplung ist insbesondere im Be­ reich der Federfenster ihres Torsionsschwingungsdämpfers, im Bereich der Anlageflächen ihrer Membranfeder und gegebenen­ falls im Bereich der Reibflächen ihrer Anpreßplatte bzw. ihres Schwungrades durch Flammschockspritzen beschichtet.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Axiallängsschnitt durch eine Kraftfahrzeug- Reibungskupplung und

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des er­ findungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung mit einem Schwungrad 1, welches mit Schrauben 3 gleichachsig zu einer um eine Drehachse 5 rotierenden Eingangswelle 7 eines Kraftfahrzeuggetriebes an einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs be­ festigt ist. An dem Schwungrad 1 ist mit Schrauben 9 ein Kupplungsgehäuse 11 angeschraubt. In dem Kupplungsgehäuse ist eine Anpreßplatte 13 angeordnet, die mit Tangential­ straps 15 drehfest, aber axial verschiebbar, mit dem Kupp­ lungsgehäuse 11 verbunden ist. Die Anpreßplatte 13 hat eine Anpreßfläche 17, die einer Gegenanpreßfläche 19 des Schwungrads 1 axial gegenüberliegt. Zwischen den Anpreß­ flächen 17, 19 sind Reibbeläge 21 einer allgemein mit 23 bezeichneten Kupplungsscheibe eingespannt, deren Nabe 25 drehfest, aber axial verschiebbar, über Verzahnungen mit der Eingangswelle 7 des Getriebes gekuppelt ist. Zwischen der Anpreßplatte 13 und dem Kupplungsgehäuse 11 ist eine im wesentlichen ringscheibenförmige Membranfeder 27 angeord­ net, die sich mit ihrem Außenumfang an der Anpreßplatte 13 und auf einem kleineren Radius der Anpreßplatte 13 axial gegenüberliegend an dem Kupplungsgehäuse 11 axial federnd abstützt. Die Membranfeder 27 hat an ihrem Innenumfang eine Vielzahl radial nach innen abstehender Federzungen 29, deren freie Enden 31 mit einem axial verschiebbaren Kupp­ lungsausrücker 33 zusammenwirken. Die Kupplung ist, soweit sie bisher erläutert wurde, herkömmlich gestaltet und wird ausgerückt, indem der Ausrücker 33 zum Schwungrad 1 hin be­ wegt wird, wodurch die Anpreßplatte 13 und damit die Kupp­ lungsscheibe 23 entlastet werden.

Die Kupplungsscheibe 23 hat einen Torsionsschwingungsdämp­ fer 35 mit einer von der Nabe 25 radial abstehenden Naben­ scheibe 37 und zwei auf axial gegenüberliegenden Seiten der Nabenscheibe 37 angeordneten, relativ zur Nabenscheibe drehbaren Seitenscheiben 39, 41. Die Seitenscheiben 39, 41 sind über Abstandnieten 43 miteinander und mit einer Belag­ trägerscheibe 45 fest verbunden. Die Seitenscheiben 39, 41 sind über mehrere, in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Schraubendruckfedern 47 drehelastisch an der mit der Nabe 25 drehfest verbundenen Nabenscheibe 37 gekuppelt. Die Fe­ dern 47 sitzen in axial zueinander ausgerichteten Fenstern 49 der Nabenscheibe 37 einerseits bzw. Fenstern 51, 53 der Seitenscheiben 39, 41 andererseits. Die Fenster 49, 51, 53 haben in Umfangsrichtung gegeneinander gerichtete, radial sich erstreckende Steuerkanten, die mit den in Umfangsrich­ tung gelegenen Stirnflächen der Schraubendruckfedern 47 zu­ sammenwirken und die Federn 47 bei der Relativdrehung der Nabenscheibe 37 und der Seitenscheiben 39, 41 beaufschla­ gen. Die Fenster 51, 53 der Seitenscheiben 39, 41 sind an ihrem radial äußeren, in Umfangsrichtung verlaufenden Rän­ dern mit ausgestellten Lappen 55, 57 versehen, gegen die sich die Federn 47 aufgrund der Zentrifugalkraft im Betrieb radial anlegen.

Die vorstehend erläuterte Kupplung hat eine Vielzahl Ver­ schleißzonen. Erste Verschleißzonen sind an den Fenstern 49, 51 und 53 im Bereich der an den Stirnseiten der Federn 47 in Umfangsrichtung anschlagenden, radial sich erstreckenden Steuerkanten. Weitere Verschleißzonen sind an den Innenflächen der Lappen 55, 57 gegeben, an die sich die Federn 47 aufgrund der Zentrifugalkraft anlegen und entlang denen die Federn 47 bei der Relativdrehung der Seitenschei­ ben 39, 41 und der Nabenscheibe 37 entlangreiben. Weitere Verschleißzonen sind im Bereich des Außenumfangs der Membranfeder 27 an den Anlagestellen der Anpreßplatte 13 gegeben. Die Membranfeder 27 ist ihrerseits über Abstand­ nieten 59 im Bereich der Fußpunkte ihrer Federzungen 29 entlang eines Kreises gelenkig mit dem Kupplungsgehäuse 11 verbunden. Die Membranfeder 27 stützt sich hierbei über Drahtringe 61, 63 an dem Kupplungsgehäuse 11 bzw. den Ab­ standnieten 59 ab. Die Kontaktzonen der Membranfeder 27 und der Drahtringe 61, 63 sind ebenfalls verschleißgefährdet. Eine weitere Verschleißzone findet sich an den Enden 31 der Federzunge 29 im Anlagebereich des Kupplungsausrückers 33. Schließlich sind die Anpreßflächen 17, 19 der Anpreßplatte 13 bzw. des Schwungrads 1 erhöhtem Verschleiß ausgesetzt.

Die Verschleißzonen der Reibungskupplung sind durch Flamm­ schockspritzen (Detonationsspritzen) mit einer harten Ober­ flächenschicht aus einem Metallkarbid versehen und nach­ traglich durch Kugelstrahlen geglättet. Die Oberflächenbe­ schichtung ist im wesentlichen auf die dem erhöhten Ver­ schleiß ausgesetzten Zonen beschränkt.

Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze der zum Flammschockspritzen benutzten Vorrichtung, bei der Beschichtung des Fensterbe­ reichs einer der Seitenscheiben, beispielsweise der Seiten­ scheibe 39, des Torsionsschwingungsdämpfers 35. Zur Be­ schichtung wird in an sich bekannter Weise eine Beschich­ tungskanone 65 benutzt, der in dosierter Form über einen Kanal 67 der pulverförmige Beschichtungswerkstoff und über Leitungen 69, 71 Acethylen und Sauerstoff zugeführt wird. Das in der Beschichtungskanone 65 entstehende explosive Gemisch wird mittels einer Zündkerze 73 gezündet und mit Überschallgeschwindigkeit in Richtung eines Pfeils 75 aus­ gestoßen. Das zu beschichtende Bauteil, hier die Seiten­ scheibe 39, ist mit einer Maske 77 abgedeckt, aus der der zu beschichtende Bereich in Form eines Fensters 79 ausge­ spart ist. Das Fenster 79 ist geringfügig, beispielsweise etwa 3 bis 5 mm, im Durchmesser größer als die zu beschich­ tende Zone. Die Beschichtungskanone 65 wird zweckmäßiger­ weise senkrecht auf die zu beschichtende Fläche gerichtet. Im Falle der innerhalb des Fensters 51 der Seitenscheibe 39 gelegenen Steuerkanten und Anlageflächen wird die Beschich­ tungskanone 65 jedoch zur Scheibenfläche geneigt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Bei komplizierten Beschichtungs­ mustern muß die Beschichtungskanone 65 gegebenenfalls mehr­ fach zu dem Bauteil ausgerichtet werden. Nach dem Beschich­ ten wird die Maske 77 von der Seitenscheibe 39 und die durch das Fenster 79 hindurch aufgebrachte Oberflächen­ schicht einer Glättung durchs Kugelstrahlen unterzogen. Durch die Karbidbeschichtung, insbesondere durch die Be­ schichtung mit Wolframkarbid, lassen sich langlebige, fest mit dem Grundwerkstoff verbundene Oberflächenschichten von wenigstens 70 HRC, beispielsweise 78 HRC erzielen. Das Ge­ füge des Grundwerkstoffs außerhalb der Beschichtung wird aufgrund der Maskierung nicht verändert, so daß die Kupp­ lungsbauteile nach wie vor nachträglich bearbeitet und ge­ gebenenfalls verschweißt werden können.

Es versteht sich, daß nicht sämtliche vorstehend anhand der Reibungskupplung erläuterten Verschleißzonen durch Flamm­ schockspritzen beschichtet werden müssen.

Claims (12)

1. Reibungskupplung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Schwungrad, ein mit dem Schwungrad verbun­ denes Kupplungsgehäuse, eine relativ zum Kupplungsgehäuse drehfest geführte Anpreßplatte, eine zwischen dem Schwungrad und der Anpreßplatte angeordnete Kupplungs­ scheibe, eine die Anpreßplatte über die Kupplungsscheibe federnd gegen das Schwungrad spannende Federeinrichtung und einen im Drehmomentübertragungsweg angeordneten Tor­ sionsschwingungsdämpfer, wobei diese Baugruppen relativ zueinander bewegliche Führungsflächen und unter Feder­ kraft aneinander anliegende Anlageflächen haben, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Führungsflä­ chen und der unter Federkraft aneinander anliegenden An­ lageflächen von einer durch Flammschockspritzen aufge­ brachten Oberflächenschicht aus einem Material, welches härter ist als das Grundmaterial, gebildet sind und diese Oberflächenschicht eine kugelgestrahlte Oberfläche hat.

2. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht aus einem Metallkarbid, vor­ zugsweise einem Chrom-, Wolfram-, Nickel- oder Titankar­ bid besteht.

3. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Partikelgröße des Karbids zwischen 1 und 5 µm, vorzugsweise 1,5 und 3 µm, liegt.

4. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die durch Flammschockspritzen aufgebrachte Oberflächenschicht im wesentlichen auf den Bereich der Führungs- bzw. Anlagefläche begrenzt ist.

5. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer (35) zwei in axialem Ab­ stand voneinander angeordnete, fest miteinander verbun­ dene Seitenscheiben (39, 41), eine axial zwischen den Seitenscheiben (39, 41) angeordnete, relativ zu den Seitenscheiben (39, 41) drehbare Zwischenscheibe (37) und mehrere in Fenstern (49, 51, 53) der Zwischenscheibe (37) einerseits und der Seitenscheiben (39, 41) andererseits radial und axial geführte und bei der Relativdrehung der Zwischenscheibe (37) und der Seitenscheiben (39, 41) be­ anspruchte und die Zwischenscheibe (37) drehelastisch mit den Seitenscheiben (39, 41) kuppelnde Federn (47) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der durch die Fenster (49, 51, 53) der Seitenscheiben (39, 41) und/oder der Zwischenscheibe (37) für die Fenster (47) gebildeten Anlageflächen und Führungsflächen durch Flammschockspritzen beschichtet sind.

6. Reibungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die radial äußeren Führungsflächen (55, 57) und die in Umfangsrichtung gegeneinander weisenden Anla­ geflächen der Fenster (49, 51, 53), insbesondere der Seitenscheiben (39, 41), durch Flammschockspritzen be­ schichtet sind.

7. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Federeinrichtung als im wesentlichen ringscheiben­ förmige Membranfeder (27) ausgebildet ist, von deren In­ nenumfang eine Vielzahl Federzungen (29) nach radial in­ nen absteht, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Anlage an einem Kupplungsausrücker (33) bestimmte Bereich der freien Enden (31) der Federzungen (29) durch Flamm­ schockspritzen beschichtet ist.

8. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Federeinrichtung als Membranfeder (27) ausgebildet ist, die über entlang eines Kreises im Abstand voneinan­ der angeordnete Befestigungsorgane (59) an dem Kupp­ lungsgehäuse (11) gehalten ist und wobei zwischen der Membranfeder (27) einerseits und dem Kupplungsgehäu­ se (11) und/oder den Befestigungsorganen (59) anderer­ seits ein Drahtstützring (61, 63) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfeder (27) entlang der Anlagefläche des Drahtstützringes (61, 63) und/oder den Befestigungsorganen (59) durch Flammschockspritzen be­ schichtet ist.

9. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Federeinrichtung als an der Anpreßplatte (13) abge­ stützte Membranfeder (27) ausgebildet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zur Anlage an der Anpreßplatte (13) bestimmte Bereich der Membranfeder (27) durch Flamm­ schockspritzen beschichtet ist.

10. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die zur Anlage an der Kupp­ lungsscheibe (23) bestimmten Anlageflächen (17, 19) der Anpreßplatte (13) und/oder des Schwungrades (1) durch Flammschockspritzen beschichtet sind.

11. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dicke der Oberflächen­ schicht zwischen 10 µm und 100 µm, vorzugsweise 25 bis 50 µm, beträgt.

12. Verfahren zur Oberflächenhärtung von Verschleißzonen an Bauteilen einer Kraftfahrzeugkupplung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bauteile mit einer Maske bis auf die Flächenbereich der zu härtenden Verschleißzonen abgedeckt werden, daß die Verschleißzonen durch Flammschockspritzen eine Hartschicht mit höherer Härte als das Basismaterial des Bauteils aufgetragen wird und daß zumindest die Ver­ schleißzonen kugelgestrahlt werden.