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Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie diese beispielsweise in der
DE 197 37 054 A1 beschrieben ist.
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Eine solche Reibungskupplung ist in Kraftfahrzeugen üblicherweise zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Schaltgetriebe angeordnet und unterliegt damit bei laufendem Verbrennungsmotor den von diesem infolge der stoßweise ablaufenden Verbrennung in den Fahrzeugantriebsstrang eingebrachten Vibrationen. Diese Vibrationen können sich über die Elemente der Reibungskupplung und deren Ausrückeinrichtung ausbreiten, wobei insbesondere deren axial gerichtete Anteile an der Ausrückeinrichtung eine, wenn auch vergleichsweise geringe, parasitäre Aktivierung des hier als Membranfeder ausgebildeten Kupplungsorgans bewirken. Da die Membranfeder unmittelbar auf ein die Kupplungsscheibe axial zwischen sich einschließendes Kupplungsmodul wirkt, ergibt sich dadurch eine unerwünschte Modulation der Anpresskraft, was sich zumindest in einem dem Kupplungstrennpunkt nahen Betätigungszustand, z. B. beim Anfahren, als Ruckeln oder Schnattern bemerkbar machen und den Fahrkomfort spürbar verschlechtern kann. Das heißt, dass es selbst bei einem vom Fahrzeugführer mittels des Kupplungspedals eingestellten stationären Betätigungszustand es infolge von motorseitig eingebrachten Axialschwingungen zu Schwankungen der Kupplungsanpresskraft und des von dieser übertragenen Fahrzeugantriebsmoments kommen kann.
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Von dieser Problemstellung ausgehend, stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die voranstehend beschriebenen Auswirkungen auf den Fahrkomfort zumindest zu mildern, ohne jedoch gleichzeitig das Trennverhalten der Reibungskupplung insgesamt nachteilig zu verändern.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Reibungskupplung durch die im Kennzeichen von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Es wird somit eine Reibungskupplung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend ein Kupplungsmodul mit einer Anpressplatte, einer Gegenanpressplatte und einer axial zwischen diesen angeordneten Kupplungsscheibe, wobei die Gegenanpressplatte zumindest mittelbar mit einer Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors und die Kupplungsscheibe mit einer Kupplungsausgangswelle in Drehmitnahmeverbindung steht oder gebracht werden kann, und wobei als Betätigungsorgan eine Membranfeder vorgesehen ist, die zumindest mittelbar an der Gegenanpressplatte verlagerbar angeordnet ist und die mit einem radialen Endbereich die Anpressplatte axial in Richtung der Gegenanpressplatte belastet. Die Reibungskupplung umfasst weiter eine Ausrückeinrichtung, die zur Übertragung einer axialen Betätigungskraft mit dem anderen Endbereich der Membranfeder in Wirkverbindung steht. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Reibungskupplung ein Elastikelement zugeordnet ist, welches innerhalb eines Axialkraftbeaufschlagungswegs der Membranfeder in einer Einbaulage vorgespannt angeordnet ist und welches bei einer Axialkrafteinwirkung unter dessen Verformung eine Kraft aufnehmen kann.
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Unter dem Axialkraftbeaufschlagungsweg der Membranfeder soll der Kraftflussweg verstanden werden, in welchem die Membranfeder angeordnet ist und über welchen auf die Membranfeder eine Axialkraft einleitbar ist, so dass diese dadurch ihre Relativlage zu der Anpressplatte verändern kann. Die Axialkrafteinwirkung kann dabei erwünscht über die Ausrückeineinrichtung oder unerwünscht über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors erfolgen. Das bevorzugt funktional in Reihe zur Membranfeder angeordnete und bevorzugt als Feder mit einer zumindest abschnittweise positiven Federkonstante ausgeführte Federelement wird erst ab dem Wirken einer vorbestimmten Axialkraft komprimiert. In diesem Betätigungsabschnitt tritt im Vergleich zu einer gattungsgemäßen Reibungskupplung zunächst zugunsten einer Erniedrigung der zur Kupplungsbetätigung erforderlichen Betätigungskraft eine Verlängerung des Ausrückweges der Kupplung ein, um einen vorbestimmten Abhub zu realisieren. Die sich ergebende Abflachung des Betätigungskraftverlaufs führt hierbei dazu, dass bei einem eingenommenen geschlossenen Betätigungszustand im Bereich des Kupplungstrennpunktes eine in dem Axialkraftbeaufschlagungsweg der Membranfeder wirkende parasitäre Axialkraft einen geringeren Abhub bzw. eine geringere Anpresskraftmodulation bewirken kann, wodurch das von der Kupplung übertragene Drehmoment in einem geringerem Maße beeinflusst und dadurch ein höherer Fahrkomfort beim Anfahren erzielt wird.
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Weitere Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Das Elastikelement ist so ausgelegt bzw. so vorgespannt eingebaut, dass es bei geschlossener Kupplung und nicht aktiviertem Betätigungssystem infolge von parasitären Axialschwingungen nicht komprimiert wird. Das heißt, im Einbauzustand ist die Vorspannkraft des Elastikelementes größer als die durch parasitäre Schwingungen innerhalb des Axialkraftbeaufschlagungswegs hervorgerufene Kraftwirkung auf die Membranfeder. Die Vorspannung ist weiter so gewählt, dass die Betätigung zu Beginn des Betätigungsweges von dem Elastikelement unbeeinflusst erfolgen kann. Der Arbeitsbereich des Elastikelementes, d. h. der Krafteintragsbereich in dem eine elastische Verformung auftritt, ist insbesondere so eingestellt, dass dieser erst in einem sich an den Anfangsbereich anschließenden Bereich fällt, der beim Einkuppeln besonders kritisch ist.
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Wenn die Reibungskupplung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugantriebsstranges angeordnet ist, so erstreckt sich der Axialkraftbeaufschlagungsweg zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe und schließt dabei alle mit der Membranfeder gemeinsam im axialen Kraftfluss stehenden Elemente ein. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, umfasst der Axialkraftbeaufschlagungsweg die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, die Gegenanpressplatte, die Membranfeder, die Ausrückeinrichtung und auch diese abstützende ortsfeste Bauteile.
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Sofern bei der Reibungskupplung der Verlauf der Betätigungskraft über dem von der Ausrückeinrichtung zur Betätigung der Reibungskupplung zurückgelegten Ausrückweg ein lokales Maximum aufweist, wird vorgeschlagen, dass der Verformungsbereich bzw. Arbeitsbereich des Elastikelements das Betätigungsmaximum einschließt. Hierbei ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass bei Überschreitung des Maximums bei einer weitergehenden Betätigung die Betätigungskraft reduziert wird und sich das Elastikelement dabei wieder entspannen kann und dass bei einer betätigten Endstellung der Ausrückeinrichtung ein im Vergleich zum Stand der Technik identischer Abhub von Druck- und Anpressplatte der Kupplung realisierbar ist. Insbesondere nimmt bei einer Betätigung das Elastikelement in einer Anfangsstellung und in einer Endstellung dessen Einbauzustand ein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Reibungskupplung umfasst deren Ausrückeinrichtung ein Tragelement, welches ortsfest zu dem Kupplungsmodul und koaxial zu deren Rotationsachse angeordnet ist, ein an dem Tragelement gelagertes axial verlagerbares Ausrückelement, ein an dem Ausrückelement angeordnetes Ausrücklager mit einem drehfest dazu angeordneten ersten Lagerring und mit einem umlaufenden zweiten Lagerring, welcher zumindest mittelbar mit der Membranfeder in Wirkverbindung steht. Hierbei ist mit Vorteil vorgesehen, das als Dämpfungsglied wirkende Elastikelement zwischen der Membranfeder und dem Ausrücklager anzuordnen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1a eine schematische Darstellung einer Reibungskupplung mit einem Kupplungsmodul und einer Ausrückeinrichtung;
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1b die Reibungskupplung der 1a mit darin eingetragenen möglichen Positionen zur Anordnung eines vorgespannten Elastikelements gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine beispielhafte Darstellung eines in einer Einbaulage vorgespannt angeordneten Federelementes;
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3 eine Darstellung des Ausrückkraftverlaufs über dem vom Ausrückelement zurückgelegten Ausrückweg und des dabei auftretenden Abhub der Gegenanpressplatten bei einer Reibungskupplung gemäß 1a mit und ohne ein Federelement gemäß 2.
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1a zeigt schematisch eine konventionelle Reibungskupplung 10 für ein Kraftfahrzeug mit einem Kupplungsmodul 12, die im Einzelnen umfasst eine Gegenanpressplatte 14, welche das Schwungrad eines Verbrennungsmotors 8 darstellt und über dessen Kurbelwelle 16 zur Drehmitnahme verbunden ist, eine der Gegenanpressplatte 14 axial gegenüberliegende Anpressplatte 18 und eine axial zwischen der Druck- und Anpressplatte 14, 18 angeordnete Kupplungsscheibe 20, welche mit beidseitig an dieser befindlichen Reibbelägen mit den Nachbarn 14, 18 in eine Reibkontakt treten kann und die mittels einer radial innen ausgebildeten verzahnten Nabe 22 drehfest mit einer hier die Eingangswelle eines nachfolgenden Schaltgetriebes 24 bildenden Kupplungsausgangswelle 26 in Drehmitnahmeverbindung steht oder gebracht werden kann. Die Anpressplatte 18 ist in bekannter Weise über ein Kupplungsgehäuse 28 an der Gegenanpressplatte 14 angeordnet und gegenüber dieser entgegen der Wirkung einer das Betätigungsorgan darstellenden Membranfeder 30 axial verlagerbar angeordnet.
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Die Membranfeder 30 greift mit deren radial äußeren Endbereich 30a an einem an der Anpressplatte 18 ausgeführten schneidförmigen Auflagebereich 32 an und ist am Kupplungsgehäuse 28 verschwenkbar gelagert festgelegt, um welche sich an der Membranfeder 30 ausgeführte Federzungen 30b mit ihren freien Enden innerhalb der Zeichenebene zum Ausrücken begrenzt verschwenken können.
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Die dargestellte Kupplung 10 ist zur gedrückten Betätigung ausgebildet. Hierzu ist eine Ausrückeinrichtung 40 vorgesehen, die ein an einer Wandung 25 des Getriebes 24 festgelegtes Tragelement 42, insbesondere ein Führungsrohr und ein darauf axial verlagerbares Ausrückelement 44 mit einer Schiebehülse 46 und einem daran festegelegten Ausrücklager 48. Das hier lediglich schematisch dargestellte Ausrücklager 48 steht zur Übertragung einer Ausrückkraft zur Betätigung der Reibungskupplung 10 mit einem ersten Lagerring 50 drehfest an der Schiebehülse 46 angeordnet und steht mit dessen zweiten Lagerring 52 mit dem radial inneren Bereich 30c der Membranfeder 30 in Anlagekontakt. Zur Kupplungsbetätigung kann das Ausrückelement 44 entweder durch eine an diesem angreifende Kupplungsschwinge 54 oder -hebel in Verbindung mit einem außerhalb Getriebeeingangswelle 26 festgelegten Aktuator z. B. einem Druckmittelzylinder 56 oder unmittelbar durch einen konzentrisch um die Getriebeeingangswelle 26 angeordneten Druckmittelzylinder axial in Richtung der Kupplung 10 verlagert werden, wobei die Membranfeder 30 verschwenkt, die Anpressplatte 18 entlastet und die Kupplungsscheibe 20 in einem gewünschten Maße freigegeben wird. Soweit beschrieben, entspricht die Reibungskupplung 10 dem Stand der Technik.
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Gemäß der Erfindung ist der Reibungskupplung 10 ein Elastikelement 60 (2) zugeordnet, welches innerhalb eines Axialkraftbeaufschlagungswegs der Membranfeder 30 in einem Einbauzustand vorgespannt angeordnet ist und welches bei einer Axialkrafteinwirkung unter dessen Verformung eine Kraft aufnehmen kann. Der Axialkraftbeaufschlagungsweg der Membranfeder 30 wird von dem Kraftflussweg gebildet, in welchem die Membranfeder 30 angeordnet ist und über welchen auf diese eine Axialkraft einleitbar ist, so dass diese dadurch ihre Relativlage zu der Anpressplatte 18 verändern kann.
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Mit Blick auf 1 wird deutlich, dass eine Axialkrafteinwirkung entweder in einer gewünschten Weise über die Ausrückeineinrichtung 40 gewünscht oder in einer ungewünschten Weise über die Kurbelwelle 16 des Verbrennungsmotors 8 erfolgen kann. Dementsprechend kann das Elastikelement 60 an verschiedenen mit den Bezugsziffern 62a-i bezeichneten, jedoch nicht abschließend aufgeführten Positionen in die Reibungskupplungsanordnung 10 integriert werden. Dabei stellt 62a eine Position zwischen der Gegenanpressplatte 14 und der Kurbelwelle 16 oder einem mit dieser in Drehmitnahme stehenden Teil dar, die Position 62b eine Anordnung zwischen Gegenanpressplatte 14 und Kupplungsgehäuse 28, die Position 62c eine Anordnung im Auflage- bzw. Befestigungsbereich der Membranfeder 30 an dem Kupplungsgehäuse 28, die Position 62d eine Anordnung im Auflagebereich der Membranfeder 30 an der Anpressplatte 18, die Position 62e eine Anordnung zwischen den Membranfederzungen 30b und dem Ausrücklager 48, die Position 62f eine Anordnung zwischen dem Ausrücklager 48 und der Schiebehülse 46 oder einem hier zeichnerisch nicht dargestellten angreifenden konzentrischen Nehmerzylinder, die Position 62g eine Anordnung zwischen der Schiebehülse 46 und dem Kupplungshebel 54, die Position 62h eine Anordnung zwischen einem Abstützbereich 64 des Kupplungshebels 54 am Getriebegehäuse 25 und die Position 62i eine Anordnung zwischen dem Kupplungshebel 54 und dem Aktuator 56. Der erläuterte Axialkraftbeaufschlagungsweg erstreckt sich somit zwischen dem Verbrennungsmotor 8 und dem Getriebe 24 und schließt dabei alte mit der Membranfeder 30 gemeinsam im axialen Kraftfluss stehenden Elemente ein.
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Gemäß dem in 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Elastikelement 60 als Feder, insbesondere als Schraubendruckfeder ausgeführt und funktional in Reihe zur Membranfeder 30 angeordnet, indem diese zwischen der Membranfeder 30 und dem Ausrücklager 48 vorgespannt gehalten wird. Dazu ist die Feder 60 in einem Ringrahmen 66 eingespannt, wobei ein Federende an einem festen Schenkel 66a anliegt, der wiederum drehfest mit dem umlaufenden, hier dem inneren Lagerring 52 zusammenwirkt. Das andere Federende liegt an einem axial, entgegen der Federkraft verlagerbaren Schenkel 66b an, der von einem zylindrischen Abschnitt 66c geführt und von einem Sicherungsring 66d einseitig gehalten wird. Anstelle der mindestens einen Schraubendruckfeder 60 kann alternativ auch eine Tellerfeder oder eine Wellfeder vorgesehen sein, wobei erforderlich ist, dass diese zumindest abschnittweise und zwar innerhalb des Arbeitsbereiches eine positive Federkonstante aufweist. Der Kraft-Weg-Verlauf der Feder 60 in 2 zeigt, dass mit deren zunehmenden Kompression deren Gegenkraft von einem Wert Fmin im Einbauzustand zu einem Wert Fmax im komprimierten Zustand stetig ansteigt. Die maximal mögliche Kompression des Elastikelements 60 wird dabei durch einen an dem verlagerbaren Schenkel 66b gebildeten Axialanschlag 66e begrenzt.
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Die Feder 60 ist so vorgespannt eingebaut, dass diese bei geschlossener Kupplung 10 und nicht aktiviertem Betätigungssystem 40 infolge von parasitären Axialschwingungen keiner bzw. keiner merklichen Verformung unterliegt. Das heißt, im Einbauzustand ist die Vorspannkraft des Elastikelementes 60 größer als die durch die parasitären Schwingungen innerhalb des Axialkraftbeaufschlagungswegs hervorgerufene Kraftwirkung.
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Die Vorspannung ist weiter so gewählt, dass die Betätigung zu Beginn des Betätigungsweges von dem Elastikelement 60 unbeeinflusst erfolgen kann. Der Arbeitsbereich des Elastikelementes 60, d. h. der Krafteintragsbereich in dem eine elastische Verformung auftritt, ist so eingestellt, dass dieser erst in einem sich an den Anfangsbereich anschließenden Bereich fällt, der beim Einkuppeln besonders kritisch ist.
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3 zeigt eine Darstellung des Ausrückkraftverlaufs FA über dem vom Ausrückelement 40 zurückgelegten Ausrückweg s und des dabei auftretenden Abhub a von Druck- und Anpressplatte 14, 18 bei der Reibungskupplung 10 gemäß 1, wobei die Kurven a1, b1 den Verlauf ohne Federelement und die Kurven a2, b2 den Verlauf unter Mitwirkung des Federelements 60 gemäß 2 repräsentieren.
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Entsprechend der Charakteristik der Membranfeder 30 und der durch diese bewirkten Hebelübersetzung steigt beim Ausrücken einer bekannten Reibungskupplung 10 die Ausrückkraft FA zunächst etwa linear an, um von der Position „A” beginnend ein Maximum bei „M1” anzustreben, von wo die Kurve a1 relativ flach verlaufend abfällt und sich etwa asymptotisch einem etwa konstanten Kraftwert annähert. Der zugehörige Gegenanpressplattenabhub a lässt einen allmählichen, in einen linearen Anstieg übergehenden der Verlauf über dem Ausrückweg s erkennen (Kurve b1).
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Wie bereits erwähnt, ist der Verformungs- bzw. Arbeitsbereich des Elastikelements 60 so eingestellt, dass dieser das Betätigungsmaximum der Kurve a1 mit einschließt. Mit gleichzeitig wirkender Feder 60 ergibt sich so für den Verlauf a2 der Ausrückkraft FA von einer Anfangsstellung des Ausrückelements 44 ausgehend bis zum Punkt „A” keine Änderung gegenüber a1, da in diesem Bereich die Federvorspannung größer ist, als die an dieser angreifende Betätigungskraft FA. Erst ab dem Punkt „A” tritt eine Verformung, d. h. eine Kompression der Feder 60 ein, was dazu führt, dass sich die Kurve „a2” merklich abflacht und das Maximum M2 bei einem größeren Ausrückweg s erreicht wird. Durch die Überlagerung der Kraftwirkungen von Membranfeder 30 und Schraubendruckfeder 60 und der sich bei fortschreitender Betätigung einstellenden. Kraftreduzierung entspannt sich die Schraubendruckfeder 60 wieder, um im Punkt „B” wiederum deren Einbauzustand einzunehmen. Der sich an „B” anschließende Verlauf der Kurven a1, b1 bzw. a2, b2 ist somit deckungsgleich. Es ist anhand der Kurven b1, b2 auch zu erkennen, dass der am Ende des Ausrückweges s erzielte Abhub a identisch ist.
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Beim Einrücken zeigt Kupplung 10 das gleiche Verhalten wie beim Ausrücken, d. h. in dem Bereich zwischen den Punkten „A” und „B” können parasitäre Schwingungen aufgrund des Einfederns des Elastikelements 60 aufgefangen und durch die in diesem wirkende innere Reibung, z. B. bei einer Ausgestaltung als Elastomerkörper, auch wirksam gedämpft werden.
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Die sich ergebende Abflachung des Betätigungskraftverlaufs FA führt hinsichtlich der eingangs erläuterten Problematik dazu, dass bei einem eingenommenen geschlossenen Betätigungszustand im Bereich zwischen den Punkten „A” und „M2” eine in dem Axialkraftbeaufschlagungsweg der Membranfeder 30 wirkende parasitäre Axialkraft einen geringeren Abhub a bzw. eine geringere Anpresskraftmodulation bewirken kann, wodurch das von der Kupplung 10 übertragene Drehmoment nur in einem geringem Maße der Störung beeinflusst wird und dadurch der Fahrkomfort beim Anfahren steigt.
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Bezugszeichenliste
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- 8
- Verbrennungsmotor
- 10
- Reibungskupplung
- 12
- Kupplungsmodul
- 14
- Gegenanpressplatte
- 16
- Kurbelwelle
- 18
- Anpressplatte
- 20
- Kupplungsscheibe
- 22
- Nabe
- 24
- Getriebe
- 25
- Getriebewandung
- 26
- Kupplungsausgangswelle
- 28
- Kupplungsgehäuse
- 30
- Membranfeder
- 30a
- Endbereich
- 30b
- Federzunge
- 30c
- radial innerer Bereich von 30
- 32
- Auflagebereich
- 40
- Ausrückeinrichtung
- 42
- Tragelement
- 44
- Ausrückelement
- 46
- Schiebehülse
- 48
- Ausrücklager
- 50, 52
- Lagerring
- 54
- Kupplungsschwinge
- 56
- Druckmittelzylinder
- 60
- Elastikelement
- 62a-i
- Einbauposition
- 64
- Abstützbereich
- 66
- Ringrahmen
- 66a, b
- Schenkel
- 66c
- Zylinderabschnitt
- 66d
- Sicherungsring
- FA
- Ausrückkraft
- a
- Abhub
- s
- Betätigungsweg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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