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Die Erfindung betrifft eine Drehzahlsperre für eine Verschleißnachstelleinrichtung einer Reibkupplung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Im Stand der Technik sind sogenannte selbstnachstellende Reibkupplungen (SAC) bekannt, bei denen der Ausrückweg infolge eines Verschleißes an den Reibbelägen mittels einer Verschleißnachstelleinrichtung ausgeglichen wird. Bei Verschleiß übersteigt die Ausrückkraft die (Summen-)Sensorkraft. Dies führt zu einer axialen Bewegung der Sensorfeder und Tellerfeder. Das entstandene Spiel zwischen Tellerfeder und Verschleißnachstelleinrichtung führt zu einem Ausgleich des Spiels durch Veränderung der Höhe der Verschleißnachstelleinrichtung, in der Regel durch einen Verstellring mit Stellrampen, die auf Gegenrampen eines relativ zum Verstellring feststehenden Gegenelements aufliegen. Jedoch können unter hohen Drehzahlen dynamische Nachstellungen ausgelöst werden, wenn zum Beispiel die Sensorfeder infolge von einer Fliehkraft derart ausgelenkt wird, dass ihre Sensorkraft abnimmt und somit eine axiale Bewegung der Sensorfeder und der Tellerfeder ausgelöst werden kann. Hierbei kann genauso wie bei der gewünschten Nachstellung ein Verdrehen des Verstellrings ausgelöst werden, so dass eine unerwünschte Nachstellung ausgeführt wird. Hierdurch können die Reibbeläge sowie die gesamte Bestätigungseinrichtung der Reibkupplung beschädigt werden.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft eine Drehzahlsperre für eine Verschleißnachstelleinrichtung einer Reibkupplung, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten, die an einem rotierbaren Bauteil der Reibkupplung anordbar sind:
- – einen Sperrarm;
- – eine Kippachse um die der Sperrarm verkippbar ist;
- – ein Zentrifugalpendel, das dazu eingerichtet ist, sich oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl des rotierenden Bauteils der Fliehkraft folgend nach radial außen zu bewegen, wobei der Sperrarm infolge der Bewegung des Zentrifugalpendels nach radial außen in eine sperrende Stellung bewegbar ist und der Sperrarm dazu eingerichtet ist, in einer sperrenden Stellung in einen Verschleißnachstellring derart einzugreifen, dass dieser gegen eine Verschleißnachstellung gehemmt ist.
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Die Drehzahlsperre ist dazu eingerichtet, ein unerwünschtes Nachstellen bei hoher Drehzahl zu verhindern, indem ein Verdrehen der Verschleißnachstelleinrichtung gehemmt wird. Hierzu ist die Drehzahlsperre an einem rotierbaren Bauteil der Reibkupplung rotationsfest montiert, so dass die Drehzahlsperre der Drehzahl des rotierenden Bauteils unterliegt. Die Drehzahlsperre umfasst dabei einen Sperrarm, eine Kippachse und ein Zentrifugalpendel. Der Sperrarm ist um die Kippachse verkippbar, so dass der Sperrarm aus einer offenen Stellung in eine sperrende Stellung und umgekehrt verkippbar ist. In der offenen Stellung ist die Verschleißnachstelleinrichtung nicht gehemmt und in der sperrenden Stellung ist die Verschleißnachstelleinrichtung gehemmt und kann bevorzugt nicht verdreht werden. Das Hemmen wird dabei reibschlüssig oder formschlüssig zwischen einer Eingriffsspitze und einer entsprechenden Eingriffsfläche und/oder Eingriffsvertiefung an der Verschleißnachstelleinrichtung erreicht. Das Zentrifugalpendel stellt dabei die Regeleinheit dar, die den Sperrarm bedarfsgerecht auslenkt. Wird eine vorbestimmte Drehzahl durch das rotierende Bauteil überschritten, wirkt eine solche Fliehkraft auf das Zentrifugalpendel, dass dieses der Fliehkraft folgend nach radial außen bewegt wird. Das Zentrifugalpendel wirkt dabei derart gegen den Sperrarm, dass der Sperrarm bei der radial nach außen Bewegung des Zentrifugalpendels in die sperrende Stellung verkippt wird. Bevorzugt weist der Sperrarm dafür eine Eingriffsspitze auf, die in eine korrespondierende Eingriffsvertiefung in der Verschleißnachstelleinrichtung eingreift, wenn der Sperrarm sich in der sperrenden Stellung befindet. Alternativ kann der Sperrarm ausschließlich eine Reibkraft auf die Verschleißnachstelleinrichtung ausüben, so dass die Hemmung nicht absolut ist, sondern ab einer Überschreitung der ausgeübten Reibkraft eine Verschleißnachstellung ausüben kann. Es ist aber auch eine Kombination der beiden Hemmeinflüsse möglich, die ein Verdrehen der Verschleißnachstelleinrichtung sicher verhindern.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Drehzahlsperre ist weiterhin eine Rückstellfeder vorgesehen, mittels der das Zentrifugalpendel unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl des rotierenden Bauteils nach radial innen zurückbewegbar ist und damit der Sperrarm aus einer sperrenden Stellung herausbewegbar ist.
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In dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform der Drehzahlsperre ist weiterhin eine Rückstellfeder vorgesehen, die der Zentrifugalkraft entgegenwirkt und das Zentrifugalpendel unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl des rotierenden Bauteils radial innen hält beziehungsweise aus einer ausgelenkten Lage wieder zurück nach radial innen bewegt. Infolge dessen wird dann auch der Sperrarm aus der sperrenden Stellung herausbewegt beziehungsweise herausgehalten, so dass die Verschleißnachstelleinrichtung dann nicht mehr gehemmt ist. Besonders vorteilhaft ist die Rückstellfeder eine Zugfeder, die das Zentrifugalpendel nach radial innen zieht. Ganz besonders bevorzugt ist die Rückstellfeder an einem Halter befestigt und der Sperrarm kann mit seiner Kippachse ebenfalls an diesem Halter befestigt sein, wobei dieser Halter wiederum an einem rotierenden Bauteil der Reibkupplung befestigt ist, welches zum Beispiel der Kupplungsdeckel ist. Der Halter kann darüber hinaus ein Lagerelement für das Zentrifugalpendel bilden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verschleißnachstelleinrichtung zum Ausgleichen einer Stellwegzunahme einer Reibkupplung infolge einer verschleißbedingten Reibbelagabnahme vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – einen verdrehbaren Verstellring mit zumindest einer Stellrampe;
- – ein relativ zum Verstellring rotatorisch fixiertes Gegenelement mit zumindest einer zur zumindest einen Stellrampe korrespondierenden Gegenrampe;
- – eine Drehzahlsperre gemäß der obigen Beschreibung, wobei der Sperrarm in einer sperrenden Stellung in den Verstellring eingreift und dann die Verdrehbarkeit des Verstellrings hemmt.
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Die Verschleißnachstelleinrichtung ist dazu eingerichtet, eine Stellwegzunahme in der Reibkupplung derart auszugleichen, dass der Stellweg für die Anpressplatte und die Betätigungseinrichtung (nahezu) gleich bleibt. Dies wird erreicht, indem die Verschleißnachstelleinrichtung zwischen der Anpressplatte und der Betätigungseinrichtung angeordnet ist und mittels zumindest einer Stellrampe und zumindest einer korrespondierenden Gegenrampe infolge einer Verdrehung eines verdrehbaren Verstellrings gegenüber einem relativ zum Verstellring rotatorisch fixierten Gegenelements eine Zunahme der Höhe der Verschleißnachstelleinrichtung folgt. Es sei dabei darauf hingewiesen, dass das relativ zum Verstellring rotatorisch fixierte Gegenelement in der Regel ein rotierendes Bauteil der Reibkupplung ist, zum Beispiel eine Gegenplatte oder ein mitrotierender Kupplungsdeckel. Dieses Gegenelement bildet häufig ein Gegenlager für eine Nachstellfeder, die ein Verdrehen des Verstellrings in Umfangsrichtung unterstützt, so dass bei einer Aufhebung der Anpresskraft auf die Verschleißnachstelleinrichtung der Verstellring in Umfangsrichtung verdreht wird und somit die Stellrampe relativ zur Gegenrampe verlagert wird und somit die Höhe der Verschleißnachstelleinrichtung vergrößert wird. Damit dies nicht unerwünscht bei einer vorbestimmten hohen Drehzahl oder oberhalb davon auftritt, ist eine Drehzahlsperre gemäß der obigen Beschreibung vorgesehen. Dabei greift der Sperrarm bevorzugt in den Verstellring ein und hemmt somit die Verdrehung des Verstellrings relativ zum Gegenelement. Ganz besonders bevorzugt ist dabei die Drehzahlsperre auf dem relativ zum Verstellring rotatorisch fixierten Gegenelement angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reibkupplung mit einer Rotationsachse zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – zumindest ein Reibpaket mit zumindest einer Anpressplatte und zumindest einer korrespondierenden Reibscheibe, über die im angepressten Zustand ein Drehmoment übertragbar ist;
- – zumindest eine Verschleißnachstelleinrichtung mit Drehzahlsperre, wobei die Drehzahlsperre bevorzugt mit der zumindest einen Anpressplatte rotationsfest verbunden ist.
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Die Reibkupplung ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment lösbar von einer Abtriebswelle auf einen Antriebsstrang und umgekehrt zu übertragen. Dies wird in der Regel über das zumindest eine Reibpaket erreicht, welches eine axial verschiebliche, in der Regel mit der Abtriebswelle rotationsfeste, Anpressplatte aufweist, die gegen zumindest eine korrespondierende Reibscheibe pressbar ist. Infolge der Anpresskraft ergibt sich eine Reibkraft über die Reibfläche, die multipliziert mit dem mittleren Radius der Reibfläche ein übertragbares Drehmoment ergibt. Bei sehr hohen Drehzahlen kann es zu einem unnötigen und daher schädlichen Nachstellen kommen, weil die (Summen-)Sensorkraft, die die Verschleißnachstelleinrichtung spielfrei klemmt, infolge von Fliehkräften abnehmen kann und so eine Nachstellung auslösen kann. Mit der oben beschriebenen Drehzahlsperre ist eine Hemmung einer Nachstellung oberhalb einer vorbestimmten (hohen) Drehzahl möglich, wobei die Drehzahlsperre leicht integrierbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle, einen Antriebsstrang und eine Reibkupplung gemäß der obigen Beschreibung zum lösbaren Verbinden der Abtriebswelle mit dem Antriebsstrang aufweist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Reibkupplung kleiner Baugröße zu verwenden.
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Verschärft wird die Bauraumsituation bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Die oben beschriebene Drehzahlsperre erlaubt einen sicheren Betrieb der Reibkupplung auch bei hohen Drehzahlen, die bei Kleinfahrzeugen häufig erreicht werden, ohne dass eine aufwendige Umkonstruktion notwendig ist.
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Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht, Leistung eingeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beispielsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen Fox oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
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1: eine Reibkupplung mit Verschleißnachstelleinrichtung im Schnitt,
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2: eine Verschleißnachstelleinrichtung,
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3: eine Reibkupplung mit Drehzahlsperre in offener Stellung,
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4: eine Reibkupplung mit Drehzahlsperre in sperrender Stellung,
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5: ein Kraftfahrzeug mit Reibkupplung.
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In 1 ist eine Reibkupplung 3 im Schnitt dargestellt, bei der zwischen der Anpressplatte 18 und einem Gegenelement 12, hier ein mitrotierender Kupplungsdeckel, eine Verschleißnachstelleinrichtung 2 vorgesehen ist. Ein Drehmoment wird mittels Anpressung der Anpressplatte 18 gegen eine Reibscheibe 19 und eine Gegenplatte 27 übertragen. Diese Elemente der Reibkupplung 3 sind um eine Rotationsache 14 rotierbar, die auch das Zentrum des zu übertragenden Drehmoments ist. Die Verpressung der Anpressplatte 18, Reibscheibe 19 und Gegenplatte 27 erfolgt über eine Tellerfeder 25, die zwischen einer Sensorfeder 26 und einem Verstellring 10 der Verschleißnachstelleinrichtung 2 gelagert ist. Die Anpressplatte 18 ist hierbei mittels einer Blattfeder 28 axial verschieblich mit dem Gegenelement 12 verbunden. Entsteht Spiel bei dem Verstellring 10 infolge einer Reibbelagabnahme bei der Reibscheibe 19, so wird der Verstellring 10 infolge der Kraft der Nachstellfeder 29 in Umfangsrichtung verdreht (hier in die Bildebene hinein). Somit wird eine Nachstellung erreicht, so dass ein Stellweg sowohl bei der Anpressplatte 18 als auch bei der nicht gezeigten Betätigungseinrichtung (nahezu) konstant bleibt.
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In 2 ist eine Verschleißnachstelleinrichtung 2 dem Prinzip nach – wie in 1 gezeigt – gedreht dargestellt, so dass der Verstellring 10 in radialer Richtung betrachtet wird. Hierbei ist die mindestens eine Stellrampe 11 zu erkennen, die auf einer korrespondierenden Gegenrampe 13 des Gegenelements 12 aufliegt, und der Verstellring 10 infolge der Nachstellfeder 29 in Umfangsrichtung verdrehbar ist. Infolge dessen wird die Höhe der Verschleißnachstelleinrichtung 2 verändert.
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In 3 ist eine Reibkupplung 2 mit einer Drehzahlsperre 1 dargestellt, wobei sich die Drehzahlsperre 1 hier in einer offenen Stellung befindet, so dass in diesem Ausführungsbeispiel die Eingriffsspitze 31 des Sperrarms 5 nicht in eine Eingriffsvertiefung 32 des Verstellrings 10 eingreift und somit der Verstellring 10 frei verdrehbar ist. Die Drehzahlsperre 1 setzt sich hier aus einem Sperrarm 5 einer Kippachse 6 und einem Zentrifugalpendel 7 zusammen, wobei hier weiterhin eine Rückstellfeder 9, die als Zugfeder ausgerichtet ist, und ein Halter 30 vorgesehen sind. Der Halter 30 ist in diesem Beispiel über die Kippachse 6 mit einem rotierenden Bauteil 4, welches hier zugleich das Gegenelement 12 der Verschleißnachstelleinrichtung 2 bildet, und hier insbesondere der Kupplungsdeckel der Reibkupplung 2 ist. Der Sperrarm 5 befindet sich hier in einer offenen Stellung, weil die vorbestimmte Drehzahl noch nicht erreicht ist und somit die Zugkraft der Rückstellfeder 9 größer ist als die Fliehkraft 8, die auf das Zentrifugalpendel 7 wirkt. Nimmt in einem solchen Zustand die Reibbelagdicke ab, kann der Verstellring 10 infolge der Druckkraft der Nachstellfeder 29 bewegt werden, so dass die Stellrampe 11 auf der Gegenrampe 13 so bewegt wird, dass die Höhe der Verschleißnachstelleinrichtung 2 zunimmt.
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In 4 wird die gleiche Anordnung wie in 3 gezeigt, wobei sich hier der Sperrarm 5 in der sperrenden Stellung befindet, so dass die Eingriffsspitze 31 in die Eingriffsvertiefung 32 eingreift und ein Verdrehen des Verstellrings 10 in Umfangsrichtung gehemmt ist. Der Sperrarm 5 wurde infolge der Überwindung der Zugkraft der Rückstellfeder 9 infolge der Fliehkraft 8 in die sperrende Stellung bewegt. Sobald die Drehzahl wieder unterhalb der vorbestimmten Drehzahl ist, kehrt der Sperrarm 5 wieder in die offene Stellung wie in 3 zurück, weil die Fliehkraft 8 die Zugkraft der Rückstellfeder 9 unterschreitet.
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In 5 ist ein Kraftfahrzeug 20 mit einer Antriebseinheit 21 gezeigt, welche mit ihrer Motorachse 24 quer zur Längsachse 23 vor der Fahrerkabine 22 angeordnet ist. Die Antriebseinheit 21 ist hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt, welche über eine Abtriebswelle 15 mittels einer Reibkupplung 3 mit einem hier rein schematisch dargestellten Antriebsstrang 16 verbunden ist.
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Mit der hier vorgeschlagenen Drehzahlsperre ist es möglich, ein unerwünschtes Nachstellen einer Verschleißnachstelleinrichtung bei einer hohen Drehzahl sicher zu unterbinden, ohne dass größere Maßnahmen an einer konventionellen Reibkupplung notwendig sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehzahlsperre
- 2
- Verschleißnachstelleinrichtung
- 3
- Reibkupplung
- 4
- rotierbares Bauteil
- 5
- Sperrarm
- 6
- Kippachse
- 7
- Zentrifugalpendel
- 8
- Fliehkraft
- 9
- Rückstellfeder
- 10
- Verstellring
- 11
- Stellrampe
- 12
- Gegenelement
- 13
- Gegenrampe
- 14
- Rotationsachse
- 15
- Abtriebswelle
- 16
- Antriebsstrang
- 17
- Reibpaket
- 18
- Anpressplatte
- 19
- Reibscheibe
- 20
- Kraftfahrzeug
- 21
- Antriebseinheit
- 22
- Fahrerkabine
- 23
- Längsachse
- 24
- Motorachse
- 25
- Tellerfeder
- 26
- Sensorfeder
- 27
- Gegenplatte
- 28
- Blattfeder
- 29
- Nachstellfeder
- 30
- Halter
- 31
- Eingriffsspitze
- 32
- Eingriffsvertiefung
