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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Betätigungssystem für eine
Kupplung. Im Besonderen findet das erfindungsgemäße
Betätigungssystem bei Kraftfahrzeugen Anwendung. Das Betätigungssystem
umfasst ein Betätigungselement, das zur Betätigung
der Kupplung um einer in Z-Koordinatenrichtung ausgerichteten Achse
schwenkbar ist. Das Betätigungselement wirkt mit einem
Kupplungsausrücklager zusammen, wobei hierzu das Betätigungselement
eine erste Kontaktfläche und das Kupplungsausrücklager eine
zweite Kontaktfläche ausgebildet haben. Das Kupplungsausrücklager
ist entlang einer Welle in X-Koordinatenrichtung verschiebbar ausgerichtet.
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige
Betätigungssysteme finden bei Getrieben von Kraftfahrzeugen
Verwendung, um insbesondere die Betätigung einer Reibungskupplung im
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
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Bei
Betätigungssystemen gemäß dem Stand der
Technik ist entweder das Betätigungselement oder das Kupplungsausrücklager
derart ausgebildet, dass eines der beiden Elemente ein flaches Profil
als Kontaktfläche ausgebildet hat. Für den Fall,
dass die Kontaktfläche des Kupplungsausrücklagers
flach ausgebildet ist, ist die Kontaktfläche des Betätigungselements
gewölbt ausgebildet. Die gewölbte Kontaktfläche
wird dabei durch einen einfachen Radius gebildet. Der Nachteil dieses
Designs ist, dass eine starke Abnutzung im Bereich der Kontaktflächen auftritt.
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Die
deutsche Patentschrift
DE
195 35 722 C2 offenbart eine Betätigungsvorrichtung
für eine Reibungskupplung eines Kraftfahrzeugs. Der schwenkbare
Ausrückhebel, welcher mit dem axial beweglichen Ausrücklager
zusammenwirkt, hat eine kurvig geformte Kontaktfläche ausgebildet.
Die Kontaktfläche des Ausrücklagers ist flach
ausgebildet.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE
22 54 081 offenbart eine Reibungskupplung. Hier hat der Betätigungshebel
eine plane Abwälzfläche, da die Abwälzfläche
an dem Ausrücklager gewölbt ausgebildet ist.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 19 731 612 A1 offenbart ein Betätigungssystem
für Reibungskupplungen. Im Getriebegehäuse ist
ein axial verschiebbares Ausrücklager angeordnet. Mit dem Ausrücklager
ist ein Ausrücker verbunden, der mit einem entsprechenden
Ausrückhebel zusammenwirkt. Der Ausrückhebel ist
an seinem Ende im Getriebegehäuse gelagert und kontaktiert
mit seinem mittleren Bereich den Ausrücker. Dabei ist die
Kontaktfläche an einem Bauteil ballig und am anderen Bauteil
gerade ausgebildet.
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Die Übersetzung
der europäischen Patentschrift
EP 06 373 62 B1 offenbart
einen durch Druck betätigbaren Kupplungsmechanismus für
Kraftfahrzeuge. Der Hebel wird durch Druck von einem Ausrückelement
betätigt. Die Kontaktfläche des Ausrücklagers
ist gerade ausgebildet und die Kontaktfläche der Ausrückgabel
hierzu ist entsprechend ballig ausgebildet.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
24 26 758 offenbart eine Reibungskupplung für
Kraftfahrzeuge. Dabei ist eine Ausrückgabel auf einer festen
Achse im Kupplungsgehäuse schwenkbar angeordnet. Durch
die Ausrückgabel wird ein axial verschiebbares Ausrücklager
betätigt. Im Kontaktbereich zwischen der Ausrückgabel
und dem Ausrücklager sind Wälzkörper
frei drehbar angeordnet.
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Das
britische Patent 15 88 081 offenbart ebenfalls
einen Kupplungsausrückmechanismus. Dabei sind ebenfalls
zwischen dem Betätigungshebel und dem Ausrücklager
Wälzkörper angeordnet, um die Reibung zwischen
den beiden Bauteilen zu vermindern.
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Das
U.S.-Patent 4,997,075 offenbart
ebenfalls ein Kupplungsausrücklager und einen dafür
vorgesehenen Haltemechanismus. Die Kontaktfläche zwischen
dem Ausrückhebel und dem Ausrücklager kann durch
eine Ausformung gebildet werden. Die Ausformung ist dabei ebenfalls
ballig ausgebildet.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 198 27 365 A1 offenbart einen Kupplungsausrückhebel
mit Rollen. Zu einem Kupplungsausrückmechanismus für
schwere Anwendung gehören eine Kupplungsausrückhülse,
ein Kupplungsausrücklager, sowie ein gegabelter Kupplungsausrückhebel.
Die Kupplungsausrückhülse ist an einem Ende mit
Mitteln versehen, mit denen sie mit einem Hebel in Eingriff steht.
Das Kupplungsausrücklager steht mit einem zweiten Ende
der Kupplungsausrückhülse in Eingriff und es weist
einen inneren Laufring auf, der drehfest mit einem zweiten Ende
der Kupplungsausrückhülse verbunden ist. An jedem
der beiden Arme des gegabelten Kupplungsausrückhebels sind
Rollen angeordnet, die mit einem Außenlaufring des Kupplungsausrücklagers
in Eingriff zu bringen sind.
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Die
Europäische Patentanmeldung
EP 0474 546 A1 offenbart ebenfalls ein Kupplungsausrücklager.
Der Kupplungsausrückhebel ist ballig ausgeformt und wirkt
mit einer entsprechend gleich geformten völligen Ausformung
des Kupplungsausrücklagers zusammen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betätigungssystem
für einen Kupplungsmechanismus zu schaffen, wobei die Kontaktflächen
zwischen dem Betätigungselement und dem Kupplungsausrücklager
derart gestaltet sind, dass der Schlupf und die Reibung zwischen
den Bauteilen minimiert ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Betätigungssystem für eine
Kupplung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Ein
Betätigungssystem für eine Kupplung findet insbesondere
bei Kraftfahrzeugen Anwendung. Das Betätigungssystem besitzt
ein Betätigungselement, das zur Betätigung der
Kupplung um eine in Z-Koordinatenrichtung ausgerichtete Achse schwenkbar
ist. Das Betätigungselement wirkt mit einem Kupplungsausrücklager
zusammen, wobei hierzu das Betätigungselement eine erste
Kontaktfläche und das Kupplungsausrücklager eine
zweite Kontaktfläche ausgebildet haben. Durch das Betätigungselement
ist das Kupplungsausrücklager entlang einer Weile verschiebbar
angeordnet, die Welle selbst ist dabei in X-Koordinatenrichtung
ausgerichtet. Die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche
sind dabei derart ausgeformt, dass bei der Betätigung der Kupplung
ein Kontaktpunkt zwischen der ersten Kontaktfläche und
der zweiten Kontaktfläche entlang einer in Y-Koordinatenrichtung
ausgerichteten Linie bewegbar ist.
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Der
durch die Berührung der ersten Kontaktfläche und
der zweiten Kontaktfläche gebildete Kontaktpunkt besitzt
bei der Betätigung der Kupplung eine gleiche Momentgeschwindigkeit
auf beiden Kontaktflächen.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform ist das Betätigungselement
als Hebel ausgebildet. Der Hebel ist an einem ersten freien Ende
um die Achse schwenkbar gelagert. An einem zweiten freien Ende des
Hebels ist eine Angriffsposition für eine Betätigung
ausgebildet. Die Kontaktfläche ist auf dem Hebel zwischen
dem ersten freien Ende und dem zweiten freien Ende angeordnet.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Betätigungselement
als eine Gabel ausgebildet. Die Gabel besitzt zwei auf einer Betätigungswelle
angebrachte Schenkel, die somit um die Achse schwenkbar sind. Jedes
der freien Enden der Schenkel trägt die erste Kontaktfläche,
die mit der zweiten Kontaktfläche des Ausrücklagers
in Kontakt bringbar ist.
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Erfindungsgemäß ist
die erste Kontaktfläche des Betätigungselements
spiralförmig ausgebildet. Die Kontaktfläche besitzt
eine Umfangslänge, die einer Be wegungslänge des
Kontaktpunktes zwischen der ersten Kontaktfläche und der
zweiten Kontaktfläche entspricht, wenn sich dieser bei
der Betätigung der Kupplung entlang der Höhe des
Kupplungsausrücklagers bewegt.
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Die
zweite Kontaktfläche am Kupplungsausrücklager
ist konkav ausgeformt.
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Das
Betätigungselement und ein Gehäuse für
das Kupplungsausrücklager, welches in der Regel auch die
zweite Kontaktfläche trägt, können aus
Metall oder aus einem Polymär gefertigt sein. Dabei ist es
ebenfalls möglich, wahlweise das Betätigungselement
oder das Gehäuse des Kupplungsausrücklagers aus
Metall oder aus Polymär herzustellen.
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Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und
ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher
erläutern.
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1 zeigt
das erfindungsgemäße Betätigungselement,
welches in dieser Ausführungsform als Hebel ausgebildet
ist.
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2 zeigt
eine Seitenansicht eines Schenkels des Betätigungselements,
wobei das Betätigungselement in dieser Ausführungsform
als Gabel ausgebildet ist.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform des Betätigungselements,
welches als Gabel ausgebildet ist.
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4 zeigt
eine Seitenansicht des Kupplungsausrücklagers mit der am
Gehäuse des Kupplungsausrücklagers ausgebildeten
zweiten Kontaktfläche.
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5 zeigt
die zusammengebaute Einheit aus Betätigungselement, welches
hier ein Hebel ist und dem Ausrücklager.
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6a zeigt
das erfindungsgemäße Betätigungselement
und deren Ausrichtung in Bezug auf das kartesische Koordinatensystem.
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6b zeigt
das Kupplungsausrücklager in Bezug auf das Betätigungselement
aus 6a.
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7 zeigt
schematisch den Verlauf des Kontaktpunktes P während der
Betätigung der Kupplung.
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8 zeigt
das erfindungsgemäße Betätigungselement
und die Ausformung der ersten Kontaktfläche.
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9 zeigt
die Zuordnung der Berührungspunkte zwischen der ersten
Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche.
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10 zeigt
eine schematische Ansicht des Gehäuses des Kupplungsausrücklagers,
wobei hier der Unterschied zwischen dem Kupplungsausrücklager
des Standes der Technik und der Erfindung dargestellt ist.
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Obwohl
sich die nachfolgende Beschreibung des Betätigungssystems
auf die Verwendung eines Hebels als Betätigungselement
beschränkt, soll dies nicht als eine Beschränkung
der Erfindung aufgefasst werden. Ferner sei darauf hingewiesen,
dass in den verschiedenen Figuren für gleiche Elemente, bzw.
gleich wirkende Elemente, die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
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1 zeigt
eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Betätigungselements 2. Das
Betätigungselement 2 ist in der hier gezeigten Ausführungsform
als Hebel 14 ausgebildet. Der Hebel 14 weist ein
erstes freies Ende 15 und ein zweites freies Ende 16 auf.
Im Bereich des ersten freien Endes 15 ist eine Achse 4 angeordnet,
um die der Hebel 14 schwenkbar ist. Im Bereich des zweiten
freien Endes 16 ist eine Angriffsposition 17 ausgebildet,
an der ein Betätigungselement angreifen kann, über
das der Hebel 14 die Schwenkbewegung um die Achse 4 ausführen
kann. Zwischen dem ersten freien Ende 15 und dem zweiten
freien Ende 16 ist die erste Kontaktfläche 10 ausgebildet.
Diese erste Kontaktfläche 10 tritt bei Betätigung
des Hebels 14 mit einer zweiten Kontaktfläche 20 in
Kontakt, die auf dem Kupplungsausrücklager 6 ausgebildet
ist.
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2 zeigt
eine Seitenansicht eines Schenkels 24 des Betätigungselements 2.
In der in 3 gezeigten Darstellung ist
das Betätigungselement 2 in Form einer Gabel 22 ausgebildet.
Die Gabel 22 besteht dabei aus zwei Schenkeln 24,
die auf einer Betätigungswelle 23 angeordnet sind.
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich
ist, ist die Gabel 22 um die Achse 4 schwenkbar
ausgebildet. Entsprechend schwenken somit auch die Schenkel 24 des
Betätigungselements 2. Jeder der Schenkel 24 hat
ein freies Ende 25 ausgebildet. Im Bereich des freien Endes 25 eines
jeden Schenkels 24 ist die erste Kontaktfläche 10 ausgebildet.
Die erste Kontaktfläche 10 tritt bei Betätigung
der Gabel 22 mit einer entsprechend auf dem Kupplungsausrücklager 6 ausgebildeten zweiten
Kontaktfläche 20 in Kontakt, um somit das Kupplungsausrücklager 6 zu
betätigen.
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Wie
in 4 gezeigt, ist das Kupplungsausrücklager 6 auf
einer Welle 7 axial verschieblich angeordnet. Das Kupplungsausrücklager 6 kann
ein Gehäuse 30 besitzen. Das Kupplungsausrücklager 6 oder
das Gehäuse 30 haben die zweite Kontaktfläche 20 ausgebildet,
die mit der ersten Kontaktfläche 10 des Betätigungselements 2 zusammenwirkt.
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5 zeigt
das Betätigungselement, welches in der hier dargestellten
Ausführungsform als Hebel 14 ausgebildet ist im
Zusammenspiel mit dem Kupplungsausrücklager 6.
Wie bereits in der Beschreibung zu 4 erwähnt,
ist das Kupplungsausrücklager 6 axial verschieblich
auf der Welle 7 angeordnet. Das Betätigungselement 2 ist
ebenfalls derart angeordnet, dass die erste Kontaktfläche
ebenfalls im Bereich der Welle 7 liegt. Durch die Betätigung des
Betätigungselements 2 wirken die erste Kontaktfläche
und die zweite Kontaktfläche 20 derart zusammen,
dass eine Verschiebung des Kupplungsausrücklagers 6 in
axialer Richtung bewirkt wird.
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Die 6a und 6b zeigen
das Zusammenwirken des Betätigungselements 2 mit
dem Kupplungsausrücklager 6. Wenn an der Angriffsposition 17 des
Betätigungselements 2, welche am zweiten freien
Ende 16 vorgesehen ist, eine Kraft ausgeübt wird,
schwenkt das Betätigungselement 2 um die Achse 4.
Die Achse 4 ist in Z-Koordinatenrichtung ausgerichtet.
Das Betätigungselement 2 ist dabei im Wesentlichen
entlang einer Linie 12 in Y-Koordinatenrichtung angeordnet.
Durch das Schwenken des Betätigungselements 2 um
die Achse 4 wirkt somit die erste Kontaktfläche
des Betätigungselements 2 mit der zweiten Kon taktfläche
des Kupplungsausrücklagers 6 zusammen. Dadurch
wird das Kupplungsausrücklager 6 in Richtung der
Welle 7 bewegt. Die Welle 7 ist dabei entlang
der X-Koordinatenrichtung ausgerichtet. Die Betätigung
des Betätigungselements 2 kann durch die Betätigung
des Kupplungspedals bewirkt werden. Die Schwenkbewegung des Betätigungselements 2 wird
durch das Kupplungsausrücklager 6 in eine lineare
Bewegung in Richtung der X-Koordinatenrichtung übertragen.
Dies ist möglich, da das Kupplungsausrücklager 6 auf
der Welle 7 geführt ist. Das Kupplungsausrücklager 6 besitzt
dabei immer eine Geschwindigkeit, welche parallel zur X-Koordinatenrichtung
ist. Das Betätigungselement führt eine zirkulare
Bewegung aus, so dass die Geschwindigkeit eines jeden Punktes des
Betätigungselements senkrecht zum Radius der Rotation ist.
Somit besitzt das Betätigungselement 2 ebenfalls
eine Geschwindigkeit, welche parallel zur X-Koordinatenrichtung
ist. Der Radius der Rotation dieser Punkte muss senkrecht zur X-Koordinatenrichtung
sein, so dass die Punkte immer auf einer Linie 12 in Y-Koordinatenrichtung
liegen.
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Dieser
Sachverhalt ist schematisch in 7 dargestellt.
Damit die vorstehende Bedingung erfüllt werden kann, ist
die Kontaktfläche 10 des Betätigungselements 2 als
Spirale ausgebildet. Der Punkt Pθ(θ)
beschreibt den Punkt des Kontakts zwischen der ersten Kontaktfläche 10 des
Betätigungselements 2 und der zweiten Kontaktfläche 20 des
Kupplungsausrücklagers 6, wenn das Betätigungselement 2 um
einen bestimmten Winkel θ geschwenkt ist. Der Punkt Pθ(θ) liegt auf der Linie 12,
welche in Y-Koordinatenrichtung ausgerichtet ist. Das Gleiche gilt
auch für einen Punkt Pθ+Δθ(θ + Δθ),
nachdem das Betätigungselement 2 um einen weiteren
Winkelschritt Δθ geschwenkt worden ist. Somit
gilt ebenfalls, dass der Punkt Pθ+Δθ(θ + Δθ)
auf der Linie 12 zu liegen kommt, welche in Y-Koordinatenrichtung
ausgerichtet ist.
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8 zeigt
das Betätigungselement 2 in der Form des Hebels 14,
bei dem die spirale Form der ersten Kontaktfläche 10 dargestellt
ist. Wie bereits erwähnt, ist das Betätigungselement 2 um
die Achse 4 schwenkbar ausgebildet, wobei die Achse 4 in
Z-Koordinatenrichtung ausgerichtet ist.
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9 zeigt
eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens der ersten Kontaktfläche 10 mit
der zweiten Kontaktfläche 20 des Kupplungsausrücklagers 6.
H ist die Höhe, welche für den Kontakt zwischen
der ersten Kontaktfläche 10 und der zweiten Kontaktfläche 20 am
Kupplungsausrücklager zur Verfügung steht. Um
die Kupplung außer Eingriff zu bringen, muss das Kupplungsausrücklager 6 um
die Länge L verschoben werden. Die erste Kontaktfläche 10 hat
eine spiralförmige Kontur 16 ausgebildet, die bei
Betätigung des Betätigungselements in entsprechender
Weise mit der zweiten Kontaktfläche 20 des Kupplungsausrücklagers 6 in
Kontakt tritt. Dabei wandert der Punkt P1 während
der Betätigung des Betätigungselements 2 entlang
der zweiten Kontaktfläche 20 und bleibt dabei
ständig auf der Linie 12 liegen, die entlang der
Y-Koordinatenrichtung ausgerichtet ist. Durch die Betätigung
des Betätigungselements 2 wird das Kupplungsausrücklager 6 um
die Länge L in X-Koordinatenrichtung verschoben. Dies bewirkt
letztendlich ein außer Eingriff bringen der Kupplung. Die
spiralförmige Gestalt 16 der ersten Kontaktfläche 10 kann
durch eine Wachstumsrate des Radius beschrieben werden. Die äußeren
Parameter, welche die spiralförmige Gestalt 16 der
ersten Kontaktfläche 10 beeinflussen, ist die
zweite Kontaktfläche 20, welche auf dem Kupplungsausrücklager 6 ausgebildet
ist. Wie bereits vorher beschrieben, muss die Umfangslänge,
welche der Kontaktpunkt P1 zwischen der
ersten Kontaktfläche 10 und der zweiten Kontaktfläche 20 zurücklegt
auf beiden Kontaktflächen 10 und 20 gleich
sein. Das Zentrum der Spirale 16 liegt im Punkt P0, welcher mit dem Drehpunkt um die Z-Koordinatenachse
zusammenfällt. Der erste Kontaktpunkt P1 der
ersten Kontaktfläche 10 mit der zweiten Kontaktfläche 20 liegt
auf der Linie 12, welche entlang der Y-Koordinatenrichtung
ausgerichtet ist. Der Abstand D des Zentrums P0 der
spiralförmigen Kontaktfläche 16 und dem
Zentrum der Welle 7, auf der das Kupplungsausrücklager 6 verschoben wird,
wird mit D bezeichnet. Das Zusammenwirken der ersten erfindungsgemäßen
Kontaktfläche 10 und der zweiten erfindungsgemäßen
Kontaktfläche 20 ermöglicht es, dass
zwischen dem Betätigungselement 2 und dem Kupplungsausrücklager 6 kein
Schlupf auftritt. Letztendlich liegt nach der vollständigen Schwenkbewe gung
des Betätigungselements 2 der letzte Kontaktpunkt
P2 ebenfalls auf der Linie 12 entlang
der Y-Koordinatenachse.
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In 10 ist
das Kupplungsausrücklager 6 dargestellt, wobei
die erfindungsgemäße zweite Kontaktfläche 20 eingezeichnet
ist. Im Vergleich dazu, ist die Kontaktfläche gemäß dem
Stand der Technik ebenfalls eingezeichnet. Es ist aus 10 klar
zu erkennen, dass die zweite erfindungsgemäße
Kontaktfläche 20 konkav ausgebildet ist. Das Ausmaß der konkaven
Ausbildung der zweiten Kontaktfläche 20 richtet
sich danach, dass der Kontaktpunkt zwischen der ersten Kontaktfläche 10 und
der zweiten Kontaktfläche 20 entlang einer Linie 12 verläuft,
die in Y-Koordinatenrichtung ausgerichtet ist.
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich,
dass Änderungen und Abwandlungen der Erfindung gemacht werden
können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19535722
C2 [0004]
- - DE 2254081 A [0005]
- - DE 19731612 A1 [0006]
- - EP 0637362 B1 [0007]
- - DE 2426758 A [0008]
- - GB 1588081 [0009]
- - US 4997075 [0010]
- - DE 19827365 A1 [0011]
- - EP 0474546 A1 [0012]