DE102014206860A1

DE102014206860A1 - Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschleißzustandes einer Kupplung

Info

Publication number: DE102014206860A1
Application number: DE102014206860.6A
Authority: DE
Inventors: Gerd Ahnert
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2015-10-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschleißzustandes einer Kupplung, insbesondere eines Endzustandes eines Verschleißes einer Reibungskupplung, mit einem Nachstellsystem zum Nachstellen eines verschleißbedingten Fehlabstands einer Anpressplatte zu einer Gegenplatte einer Reibungskupplung, wobei das Nachstellsystem eine Antriebsklinke aufweist, die sich bei unterschiedlichen Verschleißzuständen in unterschiedlichen dem Verschleißzustand entsprechenden Positionen befindet, und mindestens einem Verschleißsensor zur Erfassung der Positionen der Antriebsklinke, wobei der Verschleißzustand der Reibungskupplung durch die Erfassung der Positionen der Antriebsklinke ermittelt ist. Insbesondere ist die Antriebsklinke im Endzustandes des Verschleißes durch eine vom dem Verschleißsensor erfassbare Rückbewegung zurückgesetzt, wobei der Verschleißsensor durch Erfassung der Rückbewegung der Antriebsklinke den Endzustand des Verschleißes der Reibungskupplung ermittelt.

Description

Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschleißzustandes einer Kupplung, insbesondere zur Ermittlung eines Endzustandes eines Verschleißes einer Reibungskupplung.
Bekannt sind Kupplungssysteme mit Druckplatten und Kupplungsscheiben. Üblicherweise unterliegt im Wesentlichen der Reibbelag der Kupplungsscheibe einem gewissen Verschleiß (Dickenabnahme). Unterschreitet die Dicke des Reibbelages eine gewisse Grenze kann dies zu Schädigungen der Bauteile (z.B. Abnützung von Schwungrad- bzw. Anpressplattenreibfläche) oder zu anderen problematischen Ausfällen des Kupplungssystems (z.B. Bersten des Reibbelages) führen. Um derartige Fälle zu vermeiden, können u.a. die folgenden zwei Grundlösungen genutzt werden.
Bei der ersten Lösung wird der maximale Weg der Anpressplatte begrenzt. Durch einen mechanischen Anschlag (Stopper) wird erreicht, dass der Abstand der Reibflächen von Schwungrad und Anpressplatte ein bestimmtes Maß nie unterschreitet. Wird diese Grenze erreicht, kann die Kupplungsscheibe nicht mehr durch die Anpresskraft geklemmt werden. An dem Reibbelag wird so kein weiterer Dickenverschleiß auftreten. Sehr nachteilig ist aber, dass durch den Wegfall der Klemmkraft auf die Kupplungsscheibe auch kein vollständiges Moment mehr übertragen werden kann. Dieser Zustand signalisiert durch den Abfall des übertragbaren Momentes das Erreichen des Verschleißbereichsendes und verhindert folgende Schädigungen, es tritt aber eine sehr unvorteilhafte Betriebssituation ein.
Bei der zweiten Lösung wird der aktuelle Verschleißzustand des Kupplungssystems überwacht. Die Veränderungen des Kupplungssystems bei abnehmender Reibbelagdicke werden durch Sensoren erfasst und entsprechend ausgewertet oder es werden Signalgrößen erzeugt, um eine Kontrolle des Kupplungszustandes zu ermöglichen. Es sind hierfür verschiedene Anordnungen vorgeschlagen:
Aus DE 10 2008 043 492 ist eine Sensoranordnung am Ausrücksystem bekannt. Durch eine Auswertung eines Wegsensors und/oder von Kraft-/Druck-Sensoren wird aus der Charakteristik der Ausrückbewegung ein Rückschluss auf den Verschleißzustand der Kupplungsscheibe gezogen. Bei derartiger Sensoranordnung wird der Tellerfederbewegungsbereich konstant gehalten, wenn die Verschleißnachstellung durch einen Verstellring zwischen Anpressplatte und Tellerfeder erfolgt. Die Kraft-Weg-Charakteristik der Ausrückbewegung bleibt folglich unverändert, solang eine Verschleißnachstellung erfolgt. Die Überwachung der Ausrückbewegung durch Sensoren ist so nur bedingt möglich bzw. nutzbringend.
Ferner sind Sensoreinrichtungen für den Anpressplattenweg bekannt. Möglich sind z.B. optische, elektrische, mechanische oder andere Sensorprinzipien, um so die axiale Bewegung der Anpressplatte zu überwachen. Tritt ein zunehmender Weg der Anpressplatte in Richtung Schwungrad (Reibgegenseite) auf, so wird dies signalisiert oder durch eine Steuerung entsprechend ausgewertet. Derartige Sensoreinrichtungen sind z.B. aus DE 197 54 523 , GB 2 336 410 , DE 199 82 212 und DE 20 2005 021 024 bekannt. Bei einer derartigen direkten Überwachung der Weg der Anpressplatte ist es problematisch, dass der relativ kurze Axialweg durch zahlreiche Störgrößen, wie z.B. Axialschwingungen, Taumelschwingungen, Wärmedehnungen, Axialspiel bei Zug- oder Schublastwechsel überlagert wird.
Eine weitere bekannte Anordnung ist eine Signalisierung der Verstellringposition für eine Sichtkontrolle. Es wird z.B. der Verstellring so ausgeformt, das durch eine sichere Blickkontrolle die bisher erfolgte Verschleißnachstellung festgestellt werden kann (siehe z.B. DE 101 48 434 ) und so ein Rückschluss auf die verbleibende Verschleißreserve möglich ist. Eine reine Sichtkontrolle ist zwar relativ zuverlässig und unproblematisch, bietet aber nur eine eingeschränkte Funktionalität und erfolgt nicht automatisch.
Aufgabe er Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschleißzustandes einer Reibungskupplung zu schaffen, wobei die Vorrichtung die Nachteile des oben genannten Standes der Technik vermeidet.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschleißzustandes einer Kupplung, insbesondere eines Endzustandes eines Verschleißes einer Reibungskupplung, versehen mit einem Nachstellsystem zum Nachstellen eines verschleißbedingten Fehlabstands einer Anpressplatte zu einer Gegenplatte einer Reibungskupplung, wobei das Nachstellsystem eine Antriebsklinke aufweist, die sich bei unterschiedlichen Verschleißzuständen in unterschiedlichen dem Verschleißzustand entsprechenden Positionen befindet, und mindestens einem Verschleißsensor zur Erfassung der Positionen der Antriebsklinke.
Insbesondere ist die Antriebsklinke im Endzustandes des Verschleißes durch eine vom dem Verschleißsensor erfassbare Rückbewegung zurückgesetzt, wobei der Verschleißsensor durch Erfassung der Rückbewegung der Antriebsklinke den Endzustand des Verschleißes der Reibungskupplung ermittelt. In dem Endzustand des Verschleißes wird durch die Rückbewegung der Anpressplatte (z.B. mit dem Ritzel) die Antriebsklinke um den vollständigen Abhubweg zurückbewegt werden. Diese Eigenschaft soll für die Signalisierung des Endzustandes des Verschleißes genutzt werden. Hierzu wird die Nachstelleinrichtung so ausgeführt, dass bei maximal ausgeführter Verschleißnachstellung (Endzustand des Verschleißes) keine weitere Nachstellbewegung des Mechanismus möglich ist (z.B. Verstellring, Spindelmutter oder Freilaufritzel sind blockiert). Dies bedeutet, dass bei jeder weiteren Abhubbewegung die Antriebsklinke weit zurückbewegt wird. Durch den Verschleißsensor kann diese Bewegung festgestellt und ausgewertet werden.
Zu berücksichtigen ist, dass sich die Antriebsklinke u.U. nur an einer Stelle des Kupplungsumfanges befindet. Je Kupplungsdrehung passiert das entsprechende Teil also den am Gehäuse fixierten Verschleißsensor in entsprechender Höhe.
Das Blockieren der Nachstellmechanik am Endzustand des Verschleißes kann auf verschiedene Weisen realisiert werden. Es ist z.B. möglich einen Anschlag vom Verstellring gegenüber der Anpressplatte zu nutzen. Sehr vorteilhaft ist an einem Nachstellmechanismus mit Spindelmuttertrieb (TAC) ein axialer Weganschlag der Spindelmutter realisierbar (z.B. Durchmesserabsatz der Spindel oder Anschlag der Mutterführung am Spindelhalter).
Insbesondere kann das Nachstellsystem mindestens ein mit der Antriebsklinke mechanisch verbundenes Element aufweisen, das sich bei einer Bewegung der Antriebsklinke mit der Antriebsklinke gleichzeitig bewegt, wobei der Verschleißsensor durch Erfassung der Bewegung des Elements die Position der Antriebsklinke und demzufolge den Verschleißzustand der Reibungskupplung ermittelt. Erkennbar ist, dass die Sensierung der Rückbewegung sowohl an der Antriebsklinke, an einem Vorspannfederblech oder an dem Abstandsbolzen (Wegbegrenzer) möglich ist. Vorteilhaft können die Teile so geformt sein, dass eine Hebelübersetzung des Rückverschiebungsweges eintritt. Die Erfassung des Weges durch den Sensor wird so u.U. verbessert.
Besitzt das Betätigungssystem der Kupplung bereits einen Sensor (z.B. Weg-, Druck- oder Kraft-Sensor), so kann mit relativ geringem Aufwand auch der neu vorgeschlagene Verschleißsensor integriert werden. Es ist z.B. die Anbringung in einem gemeinsamen Gehäuse vorteilhaft und es kann eine gewisse Vereinfachung der elektrischen Anschlüsse genutzt werden. So ist nur die Montage von einer Baueinheit und nur eine elektrische Verbindung (Stecker) erforderlich. Da der Verschleißsensor radial relativ weit außen angeordnet sein kann, kann auch eine weitere Kombination mit dem Sensor zur Drehzahl-/Drehwinkel-Erfassung erfolgen. Die sonst hierfür üblich genutzte Einrichtung am Schwungrad kann somit entfallen bzw. der entsprechende Sensor wird an dieser neu vorgeschlagenen Stelle für beide Aufgaben (Drehzahl-/Drehwinkel-Erfassung und Verschleißanzeige) genutzt.
Das Funktionsprinzip gemäß der Erfindung kann auch bei anderen Kupplungstypen eingesetzt werden, wenn der Nachstellmechanismus einen entsprechende Relativwegregulierung besitzt (gedrückte und/oder gezogene KD-Betätigung, zugedrückte KD, Doppelkupplung, Mehrscheibenkupplung usw.). Es kann prinzipiell auch im normalen Betrieb, u.U. auch mehrfach, eine maximale Rückbewegung der Antriebsklinke erfolgen, z.B. wenn der Verstellring durch Verschmutzung oder Korrosion schwergängig ist. Wird die Bewegung der Antriebsklinke aber über mehrere Kupplungsbetätigungen beobachtet, so kann erkannt werden, ob es sich um eine zeitweise Schwergängigkeit oder um einen absoluten Stillstand des Nachstellmechanismus handelt.
Besitzt das Betätigungssystem der Kupplung eine Sensoreinrichtung zur Wegerfassung, so kann auch durch diese Information ein Abgleich erfolgen. Bei einer erfolgenden Verschleißnachstellung mit Verstellring zwischen Tellerfeder und Anpressplatte verändert sich die Ausrückcharakteristik nicht wesentlich, solange Nachstellungen erfolgen. Erst wenn keine Nachstellung mehr erfolgt versetzt sich der Ausrückwegbereich und u.U. ändert sich die Ausrückcharakteristik. Dies kann durch den Wegsensor des Ausrücksystems erkannt werden. Der Versatz des Ausrückweges erfolgt aber nur kontinuierlich und in sehr kleinen Dimensionen. Durch Störgrößen ist diese Auswertung erschwert. Liegt aber sowohl die Information des Ausrückwegsensors und des neu vorgeschlagenen Verschleißsensors vor, so ist eine höhere Sicherheit gegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2: eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3: eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4: eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5: eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
6: eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung 10 zur Ermittlung eines Verschleißzustandes einer Reibungskupplung 12, wobei nur eine Hälfte der Reibungskupplung 12 dargestellt ist. Die Reibungskupplung 12 ist aus einem Kupplungsgehäuse 14 gebildet, in dem eine Anpressplatte 16 drehfest und axial verlagerbar aufgenommen ist. Weiterhin ist in dem Kupplungsgehäuse 14 eine Tellerfeder 18 aufgenommen. Zwischen der Anpressplatte 16 und der Tellerfeder 18 ist ein Verstellring 20 verspannt. Es kann sich bei dem Verstellring 20 um einen Rampenring handeln. Ferner ist ein Federelement 22 am radial verlaufenden Deckelteil des Kupplungsgehäuses 14 angebracht. Das Federelement 22 weist ein axial abgebogenes Teil auf, das die Antriebsklinke 24 bildet. Mit Hilfe eines Vorspannfederblechs 34 ist die Antriebsklinke 24 in Richtung auf die Anpressplatte 14 zu mit einer ausreichenden Federkraft zum Verdrehen des Antriebsrades 25 vorgespannt. Die Zusammenarbeit von der Antriebsklinke 24 und dem Antriebsrad 25 entspricht das in DE 10 2009 035 225 A1 , WO 2009/056092 A1 oder DE 10 2011 086 995 A1 beschriebene Funktionsprinzip „TAC-Spindel“, auf deren Inhalt als Teil der Erfindung hiermit verwiesen wird. Ein Anschlag, der das vorgespannte Federelement 22 in Richtung Anpressplatte 16 begrenzt, wird durch einen Abstandsbolzen 26 oder Niet gebildet, der das Federelement 22 durchgreift und mittels eines Kopfs 28 einen Axialanschlag für das Federelement 58 bildet. An seinem anderen Ende ist der Abstandsbolzen 26 axial begrenzt gegen einen Anschlag 30 verlagerbar im Kupplungsgehäuse 14 aufgenommen. Im Endzustand des Verschleißes der Reibungskupplung 12 wird die Reibungskupplung 12 mit einem großen Ausrückweg ausrückbewegt, so dass bei einer Beaufschlagung des Kopfes 28 durch eine Anlagefläche der Tellerfeder 18 der Abstandsbolzen 26 axial entgegen der Vorspannkraft des Federelements 22 verlagert wird, wodurch das Federelement 22 mitgenommen wird. Demzufolge wird die Antriebsklinke 24 vom dem Antriebsrad 25 weggenommen und eine gegebenenfalls stattfindende Nachstellung beendet. Zur Erfassung der großen Positionsänderung der Antriebsklinke 24 ist ein Verschleißsensor 32 in axialer Richtung des Abstandsbolzens 26 über dem Abstandsbolzen 26 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel erfasst der Verschleißsensor 32 den axialer Verschiebungsweg S des Abstandsbolzens 26, wodurch die Ausrückbewegung der Antriebsklinke 24 und dem Endzustand des Verschleißes der Reibungskupplung 12 ermittelt werden können.
2 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Vorspannblech 34 einen verlängerten Teil 36 auf, der aus dem Kupplungsgehäuse 14 in radialer Richtung der Reibungskupplung 12 ragt. In axialer Richtung der Reibungskupplung 12 über dem verlängerten Teil 36 ist ein Verschleißsensor 32 angeordnet. Der Verschleißsensor 32 erfasst die Bewegung des verlängerten Teils 36 des Vorspannfederblechs 34. Das Vorspannfederblech 34 ist mit der Antriebsklinke 24 so befestigt, dass das Vorspannfederblech 34 sich bei einer Bewegung der Antriebsklinke 24 mit der Antriebsklinke 24 gleichzeitig bewegt. Der Verschleißsensor 32 kann durch Erfassung der Bewegung des verlängerten Teils 36 des Vorspannfederblechs 34 die Position der Antriebsklinke 24 und demzufolge den Verschleißzustand der Reibungskupplung 12 ermitteln.
3 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Verschleißsensor 32 nicht, wie in 2, in axialer Richtung über dem verlängerten Teils 36 des Vorspannfederblechs 34, sondern in radialer Richtung der Reibungskupplung 12 neben dem verlängerten Teil 36 des Vorspannfederblechs 34 angeordnet. 3a) zeigt die Reibungskupplung 12 in einer Betriebspunktsituation. 3b) zeigt die Reibungskupplung 12 in einer Abhubsituation. Die Positionsänderung des verlängerten Teils 36 des Vorspannfederblechs 34 wird direkt von dem Verschleißsensor 32 aufgenommen.
4 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Hebelübersetzung 38 eingesetzt, die die Rückverschiebung der Antriebsklinke 24 weiterleitet. Der Verschleißsensor 32 kann durch Erfassung der Bewegung der Hebelübersetzung 38 die Position der Antriebsklinke 24 und demzufolge den Verschleißzustand der Reibungskupplung 12 ermitteln.
5 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Bewegung der Antriebsklinke 24 durch eine Hebelübersetzung 38‘ weiter auf die Tellerfeder 18 übertragen. Der Verschleißsensor 32 erfasst die Bewegung der Tellerfeder 18. Dadurch wird die die Position der Antriebsklinke 24 und demzufolge den Verschleißzustand der Reibungskupplung 12 ermittelt.
6 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein weiterer Sensor 40 zur Erfassung des Bewegungswegs eines Ausdrückers 42 vorgesehen. Der Verschleißsensor 32 ist mit dem Sensor 40 zusammen in einem Sensorgehäuse 44 intergeriert. Die beiden Sensoren 32, 40 können gemeinsam die elektrischen Anschlüsse benutzen, wodurch die Montage und die Konstruktion des Systems vereinfacht sind.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung
12: Reibungskupplung
14: Kupplungsgehäuse
16: Anpressplatte
18: Tellerfeder
20: Verstellring
22: Federelement
24: Antriebsklinke
25: Antriebsrad
26: Abstandsbolzen
28: Kopf des Abstandsbolzens
30: Anschlag des Abstandsbolzens
32: Verschleißsensor
34: Vorspannfederblech
36: Verlängerter Teil des Vorspannfederblechs
38: Hebelübersetzung
40: Sensor
42: Ausdrücker
S: Verschiebungsweg des Abstandsbolzens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008043492 [0005]
DE 19754523 [0006]
GB 2336410 [0006]
DE 19982212 [0006]
DE 202005021024 [0006]
DE 10148434 [0007]
DE 102009035225 A1 [0025]
WO 2009/056092 A1 [0025]
DE 102011086995 A1 [0025]

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung eines Verschleißzustandes einer Kupplung, insbesondere eines Endzustandes eines Verschleißes einer Reibungskupplung, mit einem Nachstellsystem zum Nachstellen eines verschleißbedingten Fehlabstands einer Anpressplatte (16) zu einer Gegenplatte einer Reibungskupplung (12), wobei das Nachstellsystem eine Antriebsklinke (24) aufweist, die sich bei unterschiedlichen Verschleißzuständen in unterschiedlichen dem Verschleißzustand entsprechenden Positionen befindet, und mindestens einem Verschleißsensor (32) zur Erfassung der Positionen der Antriebsklinke (24).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsklinke (24) im Endzustandes des Verschleißes durch eine vom dem Verschleißsensor (32) erfassbare Rückbewegung zurückgesetzt ist, wobei der Verschleißsensor (32) durch Erfassung der Rückbewegung der Antriebsklinke (24) den Endzustand des Verschleißes der Reibungskupplung (12) ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachstellsystem mindestens ein mit der Antriebsklinke (24) mechanisch verbundenes Element (26, 34) aufweist, das sich bei einer Bewegung der Antriebsklinke (24) mit der Antriebsklinke (24) gleichzeitig bewegt, wobei der Verschleißsensor (32) durch Erfassung der Bewegung des Elements (26, 34) die Position der Antriebsklinke (24) ermittelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Sensoren (40) vorgesehen sind, wobei der Verschleißsensor (32) mit den Sensoren (40) zusammen integriert sind.