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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit deren Hilfe eine Drehmomentübertragung von einem Antriebsmotor zu einem Getriebe bedarfsweise unterbrochen werden kann.
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Aus dem Stand der Technik sind Kupplungen bekannt, die ein Kopplungsmittel beziehungsweise Aktor aufweisen, mit deren Hilfe ein Aggregat, beispielsweise eine Membranfeder der Kupplung, betätigbar ist. Durch die Betätigung des Aggregats erfolgt ein Einkuppeln oder Auskuppeln der Kupplung, indem beispielsweise zumindest eine Kupplungsscheibe zwischen einer Anpressplatte und einem Schwungrad der Kupplung geklemmt beziehungsweise freigegeben wird. Die an dem Einkuppeln oder Auskuppeln der Kupplung beteiligten Komponenten der Kupplung unterliegen einem Verschleiß. Zur Gewährleistung einer über die komplette Lebensdauer der Kupplung gleich bleibenden Betätigungskraft (Ausrückkraft) sind daher Nachstellmechanismen des Kopplungsmittels bekannt, mit deren Hilfe der Verschleiß ausgeglichen werden kann. Aus der
DE 197 00 935 A1 ist beispielsweise ein sehr bewährtes Kopplungsmittel bekannt, dass mit Hilfe eines Überlagerungsgetriebes nachstellbar ist. Bei den bekannten Kopplungsmitteln ist eine Nachstellbewegung fest an eine Betätigungsbewegung des Kopplungsmittels geknüpft. Dies bedeutet insbesondere, dass bei jeglicher Bewegung des Kopplungsmittels immer auch ein Nachstellgetriebe bewegt wird. Hierbei wirkt die Massenträgheit der entsprechenden Getriebeteile hemmend, so dass beispielsweise die Dynamik der Bewegung des Kopplungsmittels eingeschränkt ist. Weiterhin wird bei den bekannten Kupplungen das Nachstellgetriebe auch in Situationen mit hoher Kupplungsbetätigungslast bewegt. Hierdurch kann sich zumindest teilweise ein zusätzlicher Verschleiß der verwendeten Bauteile einstellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere eine Kupplung mit einem Kopplungsmittel anzugeben, wobei eine Nachstellbewegung des Kopplungsmittels unter geringer Belastung ausführbar ist. Weiterhin soll auch ein Fahrzeug mit einer Kupplung und einem Kopplungsmittel angegeben werden, wobei eine Nachstellbewegung des Kopplungsmittels unter geringer Belastung ausführbar ist.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einer Kupplung und einem Fahrzeug gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Kupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs weist ein Kopplungsmittel zum Betätigen zumindest eines Aggregats der Kupplung, ein Betätigungsgetriebe für das Kopplungsmittel und ein Nachstellgetriebe für das Kopplungsmittel auf, wobei das Betätigungsgetriebe und das Nachstellgetriebe jeweils nach Art eines Rastgetriebes ausgebildet sind.
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Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen weisen regelmäßig eine Mindestdrehzahl (Leerlaufdrehzahl) auf. Zum Anfahren aus dem Fahrzeugstillstand muss eine Drehzahllücke zwischen einer niedrigsten Motorbetriebsdrehzahl und einer stillstehenden Getriebeeingangswelle durch eine Kupplung geschlossen werden. Die Kupplung dient weiterhin während Schaltvorgängen der Unterbrechung einer Drehmomentübertragung von einem Antriebsmotor auf ein Fahrzeuggetriebe. Für das Einkuppeln und/oder Auskuppeln weist die Kupplung ein Kopplungsmittel (Aktor) auf, mit dessen Hilfe zumindest ein Aggregat der Kupplung betätigbar ist. Das Kopplungsmittel kann beispielsweise nach Art eines Zentralausrückers oder als separater Aktor ausgebildet sein. Bei dem zumindest einen Aggregat handelt es sich insbesondere um eine Kupplungsdruckplatte oder eine Membranfeder, mit deren Hilfe eine Kupplungsscheibe zwischen einem Schwungrad und einer Anpressplatte der Kupplung klemmbar ist. Das Kopplungsmittel weist darüber hinaus ein Betätigungsgetriebe und ein Nachstellgetriebe auf. Das Betätigungsgetriebe dient der Ausführung einer Betätigungsbewegung, durch die die Kupplung einkuppelbar und/oder auskuppelbar ist. Demgegenüber dient das Nachstellgetriebe der Ausführung einer Nachstellbewegung, durch die ein Verschleiß der an dem Einkuppeln und/oder Auskuppeln der Kupplung beteiligten Bauteile ausgleichbar ist, so dass, insbesondere über die komplette Lebensdauer der Kupplung, eine gleichbleibende Betätigungskraft (Ausrückkraft) gewährleistbar ist. Das Betätigungsgetriebe und das Nachstellgetriebe sind jeweils nach Art eines Rastgetriebes ausgebildet. Bei Rastgetrieben handelt es sich um eine spezielle Getriebeform, bei der ein Abtriebsglied bei kontinuierlichem Antrieb des Rastgetriebes zeitweise eine Rast ausführt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass sich das Abtriebsglied trotz kontinuierlichem Antrieb des Rastgetriebes diskontinuierlich bewegt. Unter Rast ist in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bewegungsabschnitt des Rastgetriebes zu verstehen, in dem das Abtriebsglied bei kontinuierlichem Antrieb des Rastgetriebes im Wesentlichen keine Betätigungsbewegung oder Nachstellbewegung ausführt.
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Bei dem Betätigungsgetriebe handelt es sich bevorzugt um ein zyklisches Hubgetriebe, insbesondere nach Art eines Kurvengetriebes mit Rampenbahnen, ein Schubkurbelgetriebe oder Taumelscheibengetriebe. Alternativ kann dem Betätigungsgetriebe auch ein Schrittgetriebe mit Rastabschnitt vorgeschaltet sein. Eine Übersetzung solcher Getriebe kann mit Hilfe einer Übertragungsfunktion in einem Koordinatensystem grafisch dargestellt werden, wobei auf einer Ordinate des Koordinatensystems ein Hub und auf einer Abszisse des Koordinatensystems eine Wegstrecke eines Antriebs dargestellt wird. Das Betätigungsgetriebe, insbesondere nach Art eines zyklischen Hubbetriebes, zeichnet sich dadurch aus, dass das Abtriebsglied bei einem kontinuierlichen Antrieb des Betätigungsgetriebes bevorzugt aus einer Ausgangsstellung eine Betätigungsbewegung, insbesondere nach Art einer Hubbewegung, ausführt und nach der Betätigungsbewegung wieder in die Ausgangsstellung zurückkehrt. Der Bereich der Betätigungsbewegung der Übertragungsfunktion des Betätigungsgetriebes wird als Betätigungsabschnitt des Betätigungsgetriebes bezeichnet. Weiterhin weist die Übertragungsfunktion des Betätigungsgetriebes bevorzugt zumindest einen ersten Rastabschnitt auf, in dem das Abtriebsglied im Wesentlichen keine Hubbewegung ausführt. Dieser erste Rastabschnitt befindet sich insbesondere zwischen zwei Betätigungsabschnitten der Übertragungsfunktion des Betätigungsgetriebes.
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Bei dem Nachstellgetriebe handelt es sich um ein Rastgetriebe bevorzugt nach Art eines Schrittgetriebes mit einem zweiten Rastabschnitt. Alternativ kann das Nachstellgetriebe auch aus einer Kombination eines Hubgetriebes, zum Beispiel nach Art eines Spindel-Mutter-Getriebes, und eines Schrittgetriebes mit einem zweiten Rastabschnitt gebildet sein, wobei das Hubgetriebe durch das Schrittgetriebe mit dem zweiten Rastabschnitt antreibbar ist. Das Schrittgetriebe ist bevorzugt nach Art eines Kurvengetriebes, Rädergetriebes oder Malteserkreuzgetriebes ausgebildet. Die Übersetzung des Nachstellgetriebes kann ebenfalls mit Hilfe einer Übertragungsfunktion in einem Koordinatensystem grafisch dargestellt werden, wobei auf der Ordinate des Koordinatensystems der Hub und auf der Abszisse des Koordinatensystems die Wegstrecke des Antriebs dargestellt wird. Das Nachstellgetriebe führt bei einem kontinuierlichen Antrieb des Nachstellgetriebes bevorzugt eine Nachstellbewegung aus, die durch eine Rastphase unterbrochen wird. Durch eine Drehrichtung eines Antriebes ist die Richtung (Vorstellung oder Zurückstellung) des Nachstellgetriebes änderbar.
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Das Betätigungsgetriebe und das Nachstellgetriebe werden bevorzugt derart seriell hintereinandergeschaltet, (mechanisch) gekoppelt und/oder kombiniert, dass eine Nachstellbewegung des Nachstellgetriebes nur dann ausführbar ist, wenn das Betätigungsgetriebe keine Hubbewegung ausführt. Darüber hinaus ist bevorzugt, dass eine Betätigungsbewegung des Betätigungsgetriebes nur dann ausführbar ist, wenn das Nachstellgetriebe keine Nachstellbewegung ausführt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Betätigungsbewegung des Betätigungsgetriebes und die Nachstellbewegung des Nachstellgetriebes (zeitlich) getrennt sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Nachstellbewegung des Nachstellgetriebes nur bei geringer oder sogar ganz ohne Betätigungskraft ausführbar ist. Hierdurch stellen sich ein geringerer Verschleiß, eine höhere Haltbarkeit und eine geringere Antriebsbelastung als bei bekannten Kupplungen ein.
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Vorzugsweise weist das Betätigungsgetriebe einen Betätigungsabschnitt und einen ersten Rastabschnitt und das Nachstellgetriebe einen Nachstellabschnitt und einen zweiten Rastabschnitt auf.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Betätigungsgetriebe als zyklisches Hubgetriebe und das Nachstellgetriebe als Schrittgetriebe ausgebildet sind.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Nachstellgetriebe derart ausgebildet ist, dass bei Betrieb des Nachstellgetriebes eine Nachstellbewegung nur dann ausführbar ist, wenn sich das Betätigungsgetriebe in einem ersten Rastabschnitt befindet. Hierzu sind das Nachstellgetriebe und das Betätigungsgetriebe entsprechend miteinander (mechanisch) gekoppelt, wobei die Kupplung durch einen Fachmann ohne weiteres ausführbar ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Betätigungsgetriebe derart ausgebildet ist, dass bei Betrieb des Betätigungsgetriebes eine Betätigungsbewegung nur dann ausführbar ist, wenn sich das Nachstellgetriebe in einem zweiten Rastabschnitt befindet. Hierzu sind das Betätigungsgetriebe und das Nachstellgetriebe bevorzugt entsprechend miteinander (mechanisch) gekoppelt, wobei die Kopplung durch einen Fachmann ohne weiteres ausführbar ist.
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Vorzugsweise sind bei Betrieb des Betätigungsgetriebes und des Nachstellgetriebes eine Betätigungsbewegung des Betätigungsgetriebes und eine Nachstellbewegung des Nachstellgetriebes nur getrennt voneinander ausführbar. Hierzu sind das Betätigungsgetriebe und das Nachstellgetriebe bevorzugt entsprechend miteinander (mechanisch) gekoppelt, wobei die Kopplung durch einen Fachmann ohne weiteres ausführbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Betätigungsgetriebe und das Nachstellgetriebe von einem gemeinsamen Antrieb antreibbar sind.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei Betrieb des Antriebs in einer ersten Drehrichtung des Antriebs eine Vorstellung des Nachstellgetriebes erzielbar ist und bei Betrieb des Antriebs in einer zweiten Drehrichtung des Antriebs eine Rückstellung des Nachstellgetriebes erzielbar ist und wobei eine Betätigungsbewegung des Betätigungsgetriebes in der ersten Drehrichtung und der zweiten Drehrichtung des Antriebs ausführbar ist.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Betätigungsgetriebe und das Nachstellgetriebe axial zu einem gemeinsamen Antriebsritzel verstellbar sind. Hierdurch kann eine Überlagerung der Betätigungsbewegung und der Nachstellbewegung besonders einfach realisiert werden.
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Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das einen Antriebsmotor, ein Fahrzeuggetriebe und eine erfindungsgemäße Kupplung aufweist.
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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: ein Kraftfahrzeug;
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2: eine Kupplung mit einem Kopplungsmittel in einer schematischen Darstellung;
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3: die Kupplung mit dem Kopplungsmittel in einer ersten Schnittdarstellung;
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4: die Kupplung mit dem Kopplungsmittel in einer zweiten Schnittdarstellung;
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5: die Kupplung mit dem Kopplungsmittel in einer dritten Schnittdarstellung; und
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6: eine Darstellung der Bewegungsfunktionen eines Betätigungsgetriebes und eines Nachstellgetriebes.
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Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 11 mit einem Antriebsmotor 12, einer Kupplung 1 und einem Fahrzeuggetriebe 13. Die Kupplung 1 weist ein Kopplungsmittel 2 auf, das in der 2 schematisch dargestellt wird. Die 2 zeigt das Kopplungsmittel 2, das ein Betätigungsgetriebe 3, ein Nachstellgetriebe 4 und einen Antrieb 9 umfasst. In diesem Beispiel umfasst das Nachstellgetriebe 4 ein Hubgetriebe 18 und ein Schrittgetriebe 19. Durch den Antrieb 9 ist sowohl das Betätigungsgetriebe 3 als auch das Schrittgetriebe 19 antreibbar. Durch das Schrittgetriebe 19 ist wiederum das Hubgetriebe 18 antreibbar, wodurch das Betätigungsgetriebe 3 verstellbar ist, so dass eine Betätigungsbewegung 24 des Betätigungsgetriebes 3 und eine Nachstellbewegung 26 des Nachstellgetriebes 4 überlagerbar sind. Sowohl durch die Betätigungsbewegung 24 des Betätigungsgetriebes 3 als auch durch die Nachstellbewegung 26 des Nachstellgetriebes 4 ist ein Abtriebsglied 20 verstellbar, so dass über das Abtriebsglied 20 ein Aggregat 17 der Kupplung 1 betätigbar ist.
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Die 3 zeigt eine Schnittdarstellung eines Teils des Kopplungsmittels 2, wobei das Kopplungsmittel 2 hier als ein (kreisringförmiger) Zentralausrücker ausgeführt ist, der drehbar gelagert auf einer Getriebeeingangswelle 30 angeordnet ist. Das Kopplungsmittel 2 weist in einem Gehäuse 14 das Betätigungsgetriebe 3, das in diesem Beispiel aus einem ersten Rampenring 21 und einem zweiten Rampenring 22 besteht, und das Nachstellgetriebe 4 auf. Der erste Rampenring 21 des Betätigungsgetriebes 3 steht über eine Außenverzahnung 23 mit einem Antriebsritzel 10 in Eingriff, so dass bei Betrieb eines Antriebs 9 durch das Betätigungsgetriebe 3, beziehungsweise durch Verdrehen des ersten Rampenrings 21 gegenüber dem zweiten Rampenring 22, eine (axiale) Betätigungsbewegung 24 ausführbar ist. Das Nachstellgetriebe 4 umfasst das Hubgetriebe 18, bei dem es sich in diesem Beispiel um ein Spindel-Mutter-Getriebe handelt, und das Schrittgetriebe 19, bei dem es sich in diesem Beispiel um ein Malteserkreuzgetriebe handelt. Weiterhin umfasst das Nachstellgetriebe 4 einen Nachstellaktor 25, mit dem durch das Nachstellgetriebe 4 eine (axiale) Nachstellbewegung 26 ausführbar ist. Die Betätigungsbewegung 24 des ersten Rampenrings 21 und die Nachstellbewegung 26 des Nachstellaktors 25 sind überlagerbar, wie insbesondere in der 5 gezeigt wird. Durch die Betätigungsbewegung 24 des ersten Rampenrings 21 und die Nachstellbewegung 26 des Nachstellaktors 25 ist ein Abtriebsglied 20, das in diesem Beispiel als Betätigungslager ausgeführt ist, axial verstellbar, wodurch das Aggregat 17 der Kupplung 1 (in axialer Richtung) betätigbar ist.
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Die 4 zeigt das Kopplungsmittel 2 der Kupplung 1 der 3, wobei der erste Rampenring 21 durch Verdrehen gegenüber dem zweiten Rampenring 22 eine maximale Betätigungsbewegung 24 durch das Betätigungsgetriebe 3 in Richtung des Abtriebsglieds 20 und des Aggregats 17 ausgeführt hat. Die 5 zeigt das Kopplungsmittel 2 der Kupplung 1 der 4, wobei der Nachstellaktor 25 durch das Nachstellgetriebe 4 eine Nachstellbewegung 26 in Richtung des Betätigungsgetriebes 3 ausgeführt hat, so dass das Betätigungsgetriebe 3 und das Abtriebsglied 20 in Richtung des Aggregats 17 verstellt wurden.
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Die 6 zeigt drei Koordinatensysteme, wobei in dem oberen Koordinatensystem eine erste Übertragungsfunktion 27 des (hier nicht gezeigten) Betätigungsgetriebes 3, in dem mittleren Koordinatensystem eine zweite Übertragungsfunktion 28 des (hier nicht gezeigten) Nachstellgetriebes 4 und in dem unteren Koordinatensystem eine dritte Übertragungsfunktion 29 gezeigt wird, die eine Kombination der ersten Übertragungsfunktion 27 und der zweiten Übertragungsfunktion 28 darstellt. Die drei Koordinatensysteme weisen jeweils eine Ordinate 15 und jeweils eine Abszisse 16 auf, wobei auf den Ordinaten 15 die Betätigungsbewegung 24 beziehungsweise die Nachstellbewegung 26 und auf den Abszissen 16 eine Antriebsbewegung des (hier nicht gezeigten) Antriebs 9 abgetragen sind. In dem oberen Koordinatensystem sind Betätigungsabschnitte 5 des Betätigungsgetriebes 3 gezeigt, in denen das Betätigungsgetriebe 3 eine Betätigungsbewegung 24 ausführt. Weiterhin zeigt das obere Koordinatensystem erste Rastabschnitte 6, die sich den Betätigungsabschnitten 5 jeweils anschließen. In diesen ersten Rastabschnitten 6 führt das Betätigungsgetriebe 3 keine Betätigungsbewegung 24 aus. Das darunter liegende mittlere Koordinatensystem zeigt die zweite Übertragungsfunktion 28 des Nachstellgetriebes 4. Bei der zweiten Übertragungsfunktion 28 wechseln sich zweite Nachstellabschnitte 7 mit zweiten Rastabschnitten 8 ab. In den zweiten Rastabschnitten 8 führt das Nachstellgetriebe 4 keine Nachstellbewegung 26 aus. In dem oberen Koordinatensystem und dem mittleren Koordinatensystem ist zudem zu erkennen, dass sich die Betätigungsabschnitte 5 des Betätigungsgetriebes 3 und die Nachstellabschnitte 7 des Nachstellgetriebes 4 (zeitlich) nicht überschneiden, so dass, wie aus dem unteren Koordinatensystem ersichtlich, die Betätigungsbewegung 24 in den Betätigungsabschnitten 5 (zeitlich) getrennt von der Nachstellbewegung 26 in den Nachstellabschnitten 7 erfolgt.
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Die vorliegende Kupplung zeichnet sich durch einen Kopplungsmittel aus, durch das eine verschleißarme Nachstellbewegung unter geringer Belastung ausführbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 2
- Kopplungsmittel
- 3
- Betätigungsgetriebe
- 4
- Nachstellgetriebe
- 5
- Betätigungsabschnitt
- 6
- erster Rastabschnitt
- 7
- Nachstellabschnitt
- 8
- zweiter Rastabschnitt
- 9
- Antrieb
- 10
- Antriebsritzel
- 11
- Kraftfahrzeug
- 12
- Antriebsmotor
- 13
- Fahrzeuggetriebe
- 14
- Gehäuse
- 15
- Ordinate
- 16
- Abszisse
- 17
- Aggregat
- 18
- Hubgetriebe
- 19
- Schrittgetriebe
- 20
- Abtriebsglied
- 21
- erster Rampenring
- 22
- zweiter Rampenring
- 23
- Außenverzahnung
- 24
- Betätigungsbewegung
- 25
- Nachstellaktor
- 26
- Nachstellbewegung
- 27
- erste Übertragungsfunktion
- 28
- zweite Übertragungsfunktion
- 29
- dritte Übertragungsfunktion
- 30
- Getriebeeingangswelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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