DE102009014001A1 - Reibungskupplung mit Nachstelleinrichtung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit einer Nachstelleinrichtung und einer axial mittels einer sich an einem Gehäuse abstützenden Hebelfeder gegenüber einer Gegendruckplatte verlagerbaren Druckplatte, wobei die Hebelfeder radial innen von einem Betätigungsglied axial beaufschlagt wird, durch die eine axiale Verlagerung der Druckplatte ein Reibeingriff von zwischen Druck- und Gegendruckplatte angeordneten Reibbelägen gesteuert wird und ein Rampensystem der Nachstelleinrichtung von einem Schneckenrad in Abhängigkeit von einem mittels einer Sensorfeder wegabhängig festgestellten Verschleiß gesteuert wird.
- Derartige Reibungskupplungen sind aus dem Stand der Technik beispielsweise als Reibungskupplungen zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe bekannt. Derartige Reibungskupplungen können auch als sogenannte Doppelkupplungen eingesetzt werden, bei denen zwei Reibungskupplungen in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei jeweils eine Hebelfeder eine Reibungskupplung betätigt. Insbesondere bei Doppelkupplungen ist es vorteilhaft, zumindest eine Reibungskupplung als sogenannte zugedrückte Reibungskupplung auszuführen, die im kraftfreien Zustand des Betätigungsglieds geöffnet und bei axialer Beaufschlagung der Hebelelemente durch das Betätigungsglied geschlossen wird. Zwischen der Hebelfeder und der Druckplatte ist als Bestandteil der Nachstelleinrichtung ein Rampensystem mit einem drehfest der Druckplatte zugeordneten und einem von einer Sensoreinrichtung verdrehbaren Rampenring angeordnet, wobei bei einer Verdrehung ein verschleißbedingter Abstand zwischen Druckplatte und Hebelfeder ausgeglichen wird. Dabei ist bei geschlossener Reibungskupplung das Rampensystem infolge der Verspannkraft der Reibungskupplung nicht verdrehbar und bei geöffneter Reibungskupplung verdrehbar.
- Bei Verwendung einer Hebelfeder mit Hebelelementen, die radial innen von einem Betätigungsglied beaufschlagt werden, kann auf dieser eine Sensor- oder Antriebsfeder mit an den Hebelelementen befestigten, mit einem einseitig offenen Ring in Verbindung stehenden Speichen vorgesehen sein. Bei einer Beaufschlagung der Hebelfeder durch das Betätigungsglied wird dabei der Ring bezüglich seines Durchmessers verengt. Der Ring ist dabei an einem Ende mit der Hebelfeder verbunden, die in diesem Bereich ein Schneckenrad aufnimmt. Am anderen Ende ist eine mit dem Schneckenrad formschlüssig mittels einer Verzahnung im Eingriff befindliche Klinke vorgesehen, die bei Überschreiten eines einen Verschleiß reprä sentierenden Weges der Hebelelemente den hierdurch verringerten Durchmesser unter Vorspannung des Rings speichert. Beim nachfolgenden Öffnen der Reibungskupplung wird die Verpressung des Rampensystems aufgehoben und das mit dem verdrehbaren Rampenring in Antriebsverbindung stehende Schneckenrad verdreht den Rampenring bis zum Abbau der Spannung im Ring der Sensorfeder. Die Spannkräfte der Sensorfeder werden dabei von einem die Reibungskupplung betätigenden Betätigungsaktor aufgewendet, der hierzu entsprechend ausgelegt werden muss.
- Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung derartiger Reibungskupplungen vor dem Hintergrund einer Verringerung der Aktorkräfte des Betätigungsaktors beziehungsweise einer Erhöhung der Einrückkräfte und damit höherer über die Reibungskupplung übertragbarer Moment bei gleicher Aktorleistung.
- Die Aufgabe wird durch eine Reibungskupplung mit einem Gehäuse und einer gegenüber dem Gehäuse drehfest und axial verlagerbaren Druckplatte sowie einer mit dem Gehäuse fest verbundenen Gegendruckplatte gelöst, wobei zwischen Druckplatte und Gegendruckplatte Reibbeläge einer Kupplungsscheibe entgegen der Wirkung einer sich am Gehäuse abstützenden Hebelfeder verspannbar sind, zwischen Hebelfeder und Druckplatte eine von einem Schneckenrad angetriebene Nachstelleinrichtung mit einem Rampensystem angeordnet ist und das Schneckenrad im Verschleißfall bei stillstehender Reibungskupplung elektromechanisch verdreht wird. Durch diese gezielte elektromechanische Verstellung des Schneckenrads wird lediglich dann elektrische Energie aufgewendet, wenn eine Nachstellung der Reibungskupplung nötig ist. Diese Energie muss nicht vom Betätigungsaktor bereitgestellt werden sondern wird direkt von der elektrischen Spannungsversorgung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt, so dass der Betätigungsaktor geschont wird, kleiner dimensioniert werden kann beziehungsweise die Reibungskupplung besser zustellen und daher höhere Drehmomente über diese übertragen werden können.
- In vorteilhafter Weise kann dabei das Schneckenrad mittels einer mit einer Außenverzahnung des Schneckenrads kämmenden Spannfeder verdreht werden, wobei die mechanische Energie durch einen sich infolge des Temperaturkoeffizienten über die Temperatur längenden Drahts erzielt wird. Der Draht kann hierzu zwischen einem stromführenden Teil, beispielsweise einem am Innenumfang der Reibungskupplung befestigten, gegen das Gehäuse isolierenden Ring und der elektrischen Masse der Reibungskupplung geschaltet sein, wodurch sich diese infolge der entstehenden Erwärmung längt und eine an der Spannfeder angebrachte, mit einer Außenverzahnung des Schneckenrads kämmende Klinke mitnimmt. Al ternativ kann der Draht unter Vorspannung zwischen einem gehäusefesten oder an der Hebelfeder abgestützten Bauteil der Reibungskupplung und der Spannfeder, die mit einer Außenverzahnung des Schneckenrads verzahnt ist, vorgespannt sein. Durch eine Bestromung wird dieser Draht aufgeheizt, längt sich und erlaubt unter Abbau der Vorspannung eine Verdrehung des Schneckenrads. Dies führt zur sofortigen Nachstellung des Rampensystems über das am Schneckenrad vorgesehene Schneckengewinde. Nach dem Abschalten der Energieversorgung kühlt der Draht ab und infolge der Selbsthemmung des Schneckengetriebes wird der sich abkühlende Draht und damit die Spannfeder wieder vorgespannt. Dabei gleitet die sägezahnförmige Verzahnung der Spannfeder aus der Außenverzahnung des Schneckenrads und rastet nach Aufbau der Vorspannung wieder ein.
- In einem alternativen Ausgestaltungsbeispiel kann ein Metallring an einem Ende mit dem Schneckenrad verzahnt sein und am anderen Ende gehäusefest, beispielsweise bauraumneutral am Innendurchmesser des Gehäuses oder einer mit diesem drehfest verbundenen Hebelfeder, befestigt sein. Der Metallring, beispielsweise ein wegen seiner hohen Wärmeausdehnung aus Aluminium oder einer vergleichbare thermische Eigenschaften aufweisende Legierung gefertigter Metallring ist dabei mit einer Heizwicklung umwickelt, die den Metallring entsprechend aufheizt. Dabei längt sich der Metallring und verdreht das Schneckenrad.
- Es kann vorteilhaft sein, die Heizdrähte oder Heizwicklung mit einer die in der Reibungskupplung stark variierenden Temperaturen kompensierenden Temperaturkompensation zu versehen, wodurch eine zuverlässige Zuordnung der elektrischen Energie vom Steuergerät vorgegeben werden kann. Die Kupplungstemperatur liegt in dem Steuergerät in der Regel in Form eines Temperatursignals eines Kupplungstemperatursensors und/oder eines aus den übertragenen Momenten und dem Schlupf ermittelten Temperaturmodells vor.
- Ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel für die elektromechanische Betätigung des Schneckenrads sieht ein von dem Steuergerät angesteuertes Piezoelement vor, das sich gehäusefest abstützt. An dem Piezolelement ist eine Klinke vorgesehen, die mit der Außenverzahnung des Schneckenrads kämmt und dieses bei Bestromung verdreht und nach Beendigung der Bestromung aus der Außenverzahnung ausklinkt und in der nächsten Raststellung mit der Außenverzahnung wieder einen Formschluss für den nächsten Nachstellvorgang bildet. In ähnlicher Weise kann ein Bimetallstreifen vorgesehen sein, der einseitig gehäusefest angebracht und am anderen Ende in Biegerichtung eine Klinke aufweist. Bei einer Erwärmung durch Zuführung einer vom Steuergerät gesteuerten elektrischen Energie wird der Bimetall streifen verlagert und eine in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechende Nachstellung erfolgt.
- Die Nachstellung der Reibungskupplung erfolgt in vorteilhafter Weise bei stehender Reibungskupplung, so dass zur Übertragung der elektromechanischen Betätigung der Nachstelleinrichtung keine Schleifkontakte verwendet werden müssen. Vielmehr können einfache Schalter gewählt werden, die einen elektrischen Kontakt zu dem die elektromechanische Betätigung ausübenden Mitteln herstellen. Diese können vollständig elektrisch von der Reibungskupplung isoliert sein, so dass jeweils zwei Pole für die Zu- und Ableitung der Bordnetzspannung vorgesehen sind. In vorteilhafter Weise hat sich gezeigt, dass die Ableitung der Netzspannung über die Masse der Kupplung erfolgen kann, so dass lediglich ein Schalter zur Zuführung der Netzspannung verwendet wird. Dabei erfolgt die Zuleitung auf ein von den übrigen Kupplungsbauteilen isoliertes Bauteil. Diese kann beispielsweise ein Ringteil sein, das mit einem Schaltkontakt des gehäusefest an der Kupplungsglocke oder einem anderen Bauteil befestigten Schalters in Kontakt tritt. Hierdurch kann eine Lageorientierung der Reibungskupplung gegenüber dem gehäusefest angeordneten Schalter vermieden werden. Der Schalter kann ein von dem Steuergerät gesteuerter Elektromagnet sein, der mittels eines unter Strom verlagerbaren Stifts einen Kontakt mit der in der Reibungskupplung vorgesehenen Zuleitung zur elektromechanischen Betätigung herstellt. In ähnlicher Weise kann alternativ ein Bimetallstreifen vorgesehen sein, der sich bei Bestromung an den an der Reibungskupplung vorgesehenen Kontakt anlegt.
- Die Steuerung der Nachstellung der Reibungskupplung erfolgt in vorteilhafter Weise mittels des für die automatisierte Steuerung der Reibungskupplung eingesetzten Steuergeräts. Dabei steuert das Steuergerät die Betätigung des Schalters und kann zusätzlich die über den Schalter übertragene Energiemenge überwachen und gegebenenfalls nachregeln, um sicherzustellen, dass bei einem erkannten Nachstellbedarf auch tatsächlich eine Nachstellung stattfindet. Das Erfordernis einer Nachstellung kann durch Auswertung von Aktorgrößen des Betätigungsaktors der Reibungskupplung ermittelt werden. Beispielsweise kann durch Auswertung der Einrückwege, der über die Reibungskupplung übertragenen Momente, Kupplungsschlupf und/oder notwendige Aktorkräfte, die aus elektrischen Größen wie Strom, Spannung und/oder Leistung abgeleitet werden, festgestellt werden. Weiterhin kann aus diesen Größen ermittelt werden, ob eine Nachstellung stattgefunden hat und ob diese gegebenenfalls ausreichend war. Gegebenenfalls wird dann eine erneute Nachstellung eingeleitet.
- Die Erfindung wird anhand der
1 und2 näher erläutert. Dabei zeigen: -
1 einen Teilschnitt einer Doppelkupplung und -
2 eine Teilansicht einer Doppelkupplung. -
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Reibungskupplung2 , die mit einer zweiten Reibungskupplung3 zu einer Doppelkupplung1 in einem gemeinsamen Gehäuse4 kombiniert ist, in Teilschnitt, wobei beide Reibungskupplungen (2 ,3 ) mit einer elektromechanischen Nachstellung – wie im Ausführungsbeispiel der2 gezeigt – ausgerüstet werden können. Die Hebelfedern5 ,19 werden jeweils von einem nicht näher dargestellten und von einem Steuergerät gesteuerten Betätigungsaktor betätigt. Die Druckplatten20 ,21 verspannen dabei die der Reibbeläge23 ,24 der mit zwei Getriebeeingangswellen verzahnten Kupplungsscheiben25 ,26 gegen jeweils eine Seite der Gegendruckplatte22 . Dabei stützen sich beide Hebelfedern5 ,19 an dem Gehäuse4 ab, wobei die Hebelfeder19 die Reibungskupplung3 direkt über ein Rampensystem27 beaufschlagt, während die Hebelfeder5 sich radial über den Kraftrand7 in Verlängerung der Hebelelemente6 erstreckende Hebelarme28 aufweist, die mit über den Umfang verteilten Zugankern29 , die das Gehäuse4 axial durchgreifen, in Anlagekontakt stehen. Die Zuganker29 bilden hierzu radial innen erweiterte Anlageflächen30 für die Hebelarme28 aus, die in Umfangsrichtung als Rampen31 gestaltet sind. Dementsprechend weisen die Hebelarme28 in Umfangsrichtung Steigungen zur Bildung von Gegenrampen32 auf. Auf diese Weise wird das Rampensystem33 gebildet. Zur Steuerung des Rampensystems33 bedarf es einer gezielten Verdrehung der Hebelfeder5 mit deren die Gegenrampen32 aufweisenden Hebelarme28 gegenüber den Zugankern29 mit den die Rampen31 aufweisenden Anlageflächen30 . Die Zuganker29 sind drehfest mit der Druckplatte21 verbunden, die Druckplatte21 ist über nicht gezeigte Blattfedern mit der Gegendruckplatte22 und dem Gehäuse4 verbunden. In vorteilhafter Weise wird daher die Hebelfeder5 im Verschleißfalle gegen das Gehäuse4 verdreht. Hierzu weist das Gehäuse4 eine kreissegmentförmige Verzahnung34 auf, in die die Spiralverzahnung35 des Schneckenrads16 eingreift. Wird ein Verschleißzustand der Reibungskupplung2 vom Steuergerät erkannt, wird bei geöffneter und stillstehender Reibungskupplung2 durch die hier nicht dargestellte elektromechanische Betätigung nachgestellt. Dabei ist bei geöffneter Reibungskupplung2 die Verbindung zwischen den Rampen31 und Gegenrampen32 abgesehen von Reibungseinflüssen kraftfrei, so dass durch die Vorspannung der elektromechanischen Betätigung das an der Hebelfeder5 aufgenommene Schneckenrad16 verdreht und sich dabei an der Verzahnung34 am Gehäuse4 abstützt und damit die Hebelfeder5 gegenüber den drehfest mit dem Gehäuse4 verbundenen Zugankern29 verdreht und infolge der Wirkung der Rampen system33 einen verschleißbedingten Abstand zwischen Hebelfeder5 und Druckplatte21 ausgleicht. -
2 zeigt die lediglich geringfügig gegenüber1 veränderte Doppelkupplung1 in Teilansicht auf die Reibungskupplung3 . Am Gehäuse4 der Reibungskupplung3 ist die Hebelfeder5 verdrehbar unter Ausbildung einer Rampeneinrichtung entsprechend der1 aufgenommen, wobei das Schneckenrad16 zur Nachstellung der Rampeneinrichtung verdreht wird. Hierzu ist das Schneckenrad16 mittels einer Halterung8 an der Hebelfeder5 , beispielsweise an dem Hebelelement6 fest aufgenommen, beispielsweise vernietet. Die abgewandte, nicht ersichtliche Schneckenverzahnung kämmt mit dem Gehäuse4 , so dass bei einer Verdrehung des Schneckenrads16 die Hebelfeder5 entgegen dem Gehäuse4 verdreht wird. Die Hebelarme28 (1 ) sind drehfest mit dem Gehäuse4 verbunden und bilden mit der Hebelfeder5 ein Rampensystem, so dass bei einer Verdrehung der Hebelfeder5 gegenüber dem Gehäuse4 die Hebelarme6 bezüglich ihrer wirksamen Länge zwischen Hebelfeder5 und Druckplatte21 (1 ) verkürzt werden und somit ein axialer Ausgleich des durch Abrieb der Reibbeläge erhöhter Abstand zwischen Druckplatte21 und Gegendruckplatte22 (1 ) bei geschlossener Reibungskupplung3 kompensiert wird. - Die Nachstellung des Rampensystems
33 mit den Rampen31 und Gegenrampen32 (1 ) erfolgt mittels einer elektromechanischen Betätigung9 . In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird hierzu an der Hebelfeder5 eine Spannfeder10 befestigt, beispielsweise vernietet. Die Spannfeder10 weist eine Klinke11 auf, die mit der sägezahnförmigen Außenverzahnung12 des Schneckenrads16 verzahnt ist. An dem die Klinke11 aufnehmenden elastischen Schenkel13 der Spannfeder10 ist ein Anlenkpunkt14 vorgesehen, an dem eine Verbindung15 angreift, die mit einem Draht17 verbunden ist, der zwischen einer Zuleitung18 und der elektrischen Masse der Reibungskupplung3 geschaltet ist. Wird der sich radial innen an dem ringförmigen Bauteil15 abstützende Draht17 bestromt, längt sich dieser infolge seines Temperaturkoeffizienten durch seinen Ohmschen Widerstand und nimmt die Verbindung15 in Umfangsrichtung mit, wodurch die Klinke11 das Schneckenrad16 und die Hebelfeder5 gegenüber den Hebelarmen28 (1 ) verdreht und damit eine Nachstellung bewirkt. Wird die Bestromung gestoppt bewirkt die Vorspannung des Schenkels13 und die Verkürzung des Drahts17 eine Rückführung der Klinke11 , wobei diese aus der sägeförmigen Außenverzahnung12 des Schneckenrads ausrastet und einen Zahn weiter wieder einrastet. Dabei bleibt das Schneckenrad16 infolge der Selbsthemmung der Schneckenverzahnung gegenüber dem Gehäuse4 stehen. - Die Beschaltung des Drahts
17 erfolgt mittels des Steuergeräts37 , das bei einem Erkennen eines Nachstellbedarfs mittels eines Schalters38 , beispielsweise einem Relais, die Spannung des Bordnetzes39 auf den an der Kupplungsglocke41 oder einem andere Gehäusebauteil der Brennkraftmaschine oder des Getriebes aufgenommenen Elektromagneten40 freischaltet. Dieser kontaktiert durch Verlagerung einen stromführenden Stift42 an die Zuleitung18 der stillgesetzten, geöffneten Reibungskupplung3 , so dass eine Nachstellung sofort bei geöffneter Reibungskupplung3 erfolgt. -
- 1
- Doppelkupplung
- 2
- Reibungskupplung
- 3
- Reibungskupplung
- 4
- Gehäuse
- 5
- Hebelfeder
- 6
- Hebelelement
- 7
- Kraftrand
- 8
- Halterung
- 9
- Elektromechanische Betätigung
- 10
- Spannfeder
- 11
- Klinke
- 12
- Außenverzahnung
- 13
- Schenkel
- 14
- Anlenkpunkt
- 15
- Verbindung
- 16
- Schneckenrad
- 17
- Draht
- 18
- Zuleitung
- 19
- Hebelfeder
- 20
- Druckplatte
- 21
- Druckplatte
- 22
- Gegendruckplatte
- 23
- Reibbelag
- 24
- Reibbelag
- 25
- Kupplungsscheibe
- 26
- Kupplungsscheibe
- 27
- Rampensystem
- 28
- Hebelarme
- 29
- Zuganker
- 30
- Anlagefläche
- 31
- Rampe
- 32
- Gegenrampe
- 33
- Rampensystem
- 34
- Verzahnung
- 35
- Spiralverzahnung
- 36
- Bauteil
- 37
- Steuergerät
- 38
- Schalter
- 39
- Bordnetz
- 40
- Elektromagnet
- 41
- Kupplungsglocke
- 42
- Stift
Claims (11)
- Reibungskupplung (
2 ,3 ) mit einem Gehäuse (4 ) und einer gegenüber dem Gehäuse (4 ) drehfest und axial verlagerbaren Druckplatte (20 ,21 ) sowie einer mit dem Gehäuse (4 ) fest verbundenen Gegendruckplatte (22 ), wobei zwischen Druckplatte (20 ,21 ) und Gegendruckplatte (22 ) Reibbeläge (23 ,24 ) einer Kupplungsscheibe (25 ,26 ) entgegen der Wirkung einer sich am Gehäuse (4 ) abstützenden Hebelfeder (5 ,19 ) verspannbar sind und zwischen Hebelfeder (5 ,19 ) und Druckplatte (20 ,21 ) eine von einem Schneckenrad (16 ,40 ) angetriebene Nachstelleinrichtung mit einem Rampensystem (27 ,33 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (16 ,40 ) im Verschleißfall bei stillstehender Reibungskupplung (2 ,3 ) elektromechanisch verdreht wird. - Reibungskupplung (
2 ,3 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (16 ,40 ) mittels einer mit einer Außenverzahnung (12 ) des Schneckenrads (16 ,40 ) kämmenden Spannfeder (15 ), die mittels eines fest abgestützten und gesteuert heizbaren Drahts (17 ) beaufschlagt wird. - Reibungskupplung (
2 ,3 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (17 ) vorgespannt ist. - Reibungskupplung (
2 ,3 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (16 ,40 ) von einem mittels einer steuerbaren Heizwicklung umwickelten, an einem Ende gehäusefest und am anderen eine mit dem Schneckenrad (16 ,40 ) kämmenden Metallring verdreht wird. - Reibungskupplung (
2 ,3 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (16 ,40 ) von einem steuerbaren Piezoelement, das sich fest abstützt, verdreht wird. - Reibungskupplung (
2 ,3 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (16 ,40 ) von einem einseitig fest abgestützten Bimetallstreifen verdreht wird. - Reibungskupplung (
2 ,3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur elektromechanischen Betätigung notwendige elektrische Energie bei stillstehender Reibungskupplung (2 ,3 ) über einen Schalter (38 ) auf ein gegenüber dem Gehäuse (4 ) isoliertes Bauteil übertragen wird. - Reibungskupplung (
2 ,3 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (38 ) einen Elektromagneten (40 ) oder einen Bimetallstreifen beschaltet. - Reibungskupplung (
2 ,3 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Betätigung (9 ) durch ein die Reibungskupplung (2 ,3 ) steuerndes Steuergerät (37 ) gesteuert wird. - Reibungskupplung (
2 ,3 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung aufgrund von erfassten Aktorgrößen eines Betätigungsaktors erfolgt. - Reibungskupplung (
2 ,3 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorgröße ein Einrückweg der Reibungskupplung (2 ,3 ) und/oder eine für die Betätigungskraft der Reibungskupplung repräsentative Größe ist.
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-
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