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Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit einer ein Eigangsteil der Reibungskupplung bildenden Gegendruckplatte, einem Ausgangsteil mit einer Kupplungsscheibe mit Reibbelägen und einer gegenüber der Gegendruckplatte unter Bildung eines Reibeingriffs mit den Reibbelägen von zumindest einem Energiespeicher verspannbaren, drehfest und axial verlagerbar aufgenommenen Anpressplatte.
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Derartige Reibungskupplungen werden in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angewendet und sind hinreichend bekannt. Derartige Reibungskupplungen werden mittels einer Betätigungseinrichtung automatisiert oder mittels eines Pedals betätigt. Hierbei wird das Eingangsteil mit einem Moment, beispielsweise einem Motormoment beaufschlagt. Im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung bilden dabei eine Gegendruckplatte und eine axial gegenüber dieser mittels eines Energiespeichers, beispielsweise einer Tellerfeder einer Hebelfeder oder Schraubendruckfedern verspannte Anpressplatte einen Reibschluss mit Reibbelägen einer Kupplungsscheibe. Je nach Ausbildung der Reibungskupplung ist im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung der Energiespeicher gegen das Gehäuse mit einer Anpresskraft vorgespannt und bildet mittels eines Reibschlusses eine zwangsweise geöffnete Reibungskupplung (normally closed), die mittels einer gegen die Wirkung der Anpresskraft gerichteten Betätigungskraft der Betätigungseinrichtung geöffnet wird, oder die Reibungskupplung bildet eine zwangsweise geschlossene Reibungskupplung (normally open), welche mittels einer die Anpresskraft aufbringenden Betätigungskraft der Betätigungseinrichtung geschlossen wird. In beiden Fällen ist das über die Reibungskupplung übertragbare Moment neben weiteren Parametern wie Reibkoeffizienten der Reibpartner wie Reibflächen der Reibbeläge, Anpress- und Gegendruckplatte, der Größe der Reibfläche und dergleichen von der Anpresskraft und damit unter Berücksichtigung der zwischen diesen wirksamen Hebelkräfte von der Betätigungskraft abhängig. Hierbei nehmen bei einer im Wesentlichen konstanten Reibfläche beispielsweise einer in einem begrenzten Bauraum angeordneten Einscheibenkupplung mit zunehmenden Motormomenten die zu übertragenden Momente und damit die nötigen Anpresskräfte und Betätigungskräfte zu. Die von einem Aktor oder einer einem Pedal aufbringbaren Betätigungskräfte sind dabei begrenzt, so dass bei hohen Momenten auf beispielsweise aus der
DE 24 60 963 A1 bekannte Zweischeibenkupplungen ausgewichen werden kann. Hierbei sind zwar kleinere Betätigungskräfte nötig, allerdings ist der Aufbau komplizierter und die Betätigungswege nehmen zu.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, eine im Wesentlichen bauraumneutrale Reibungskupplung vorzuschlagen, die bei hohen zu übertragenden Momenten mit geringen Betätigungskräften auskommt.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs gelöst. Die von diesem abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Die vorgeschlagene Reibungskupplung enthält eine ein Eigangsteil der Reibungskupplung bildende Gegendruckplatte, ein Ausgangsteil mit einer Kupplungsscheibe mit Reibbelägen und eine gegenüber der Gegendruckplatte unter Bildung eines Reibeingriffs mit den Reibbelägen von zumindest einem Energiespeicher verspannbaren, drehfest und axial verlagerbar aufgenommenen Anpressplatte sowie eine eine Vorspannung des zumindest einen Energiespeichers steuernde Betätigungseinrichtung. Die Gegendruckplatte kann direkt mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden sein und ein Einmassenschwungrad bilden oder Teil eines geteilten Schwungrads sein, bei welchem die Gegendruckplatte als sekundäre Schwungasse ausgebildet ist, die gegenüber der primären Schwungmasse entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung begrenzt verdrehbar um eine gemeinsame Drehachse angeordnet ist. Die Reibungskupplung kann eine zwangsweise geöffnete Reibungskupplung sein, wobei deren Betätigung durch Aufbringen einer Anpresskraft auf Tellerfederzungen einer sich an einem Kupplungsgehäuse abstützenden und die Anpressplatte gegen die Gegendruckplatte verspannenden Tellerfeder mittels einer Betätigungseinrichtung, beispielsweise einer automatisiert mittels eines Aktors oder mittels eines Pedals erfolgt. Die Reibungskupplung kann weiterhin eine zwangsweise geschlossene Reibungskupplung sein, wobei hierbei die die Reibungskupplung schließende Anpresskraft mittels einer aus einem eine Hebelfeder beaufschlagenden Aktor gebildete Betätigungseinrichtung aufgebracht wird. Die Reibungskupplung ist bevorzugt als Einscheibenkupplung, das heißt mit einer einzigen Kupplungsscheibe ausgebildet.
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Zur Verminderung der Anpresskräfte bei hohen Momenten beziehungsweise zur Erhöhung des zu übertragenden Moments bei denselben Anpress- und Betätigungskräften wird lediglich ein Teil des an dem Eingangsteil anliegenden Moments über die Reibbeläge und der andere Teil direkt auf das Ausgangsteil übertragen. Hierbei wird quasi ein Hebel benutzt, um das zu übertragende Moment auf zwei Stützstellen aufzuteilen. Die erste Stützstelle kann hierbei als fix betrachtet werden, während die zweite Stützstelle durch die Übertragung von Moment über den Reibeingriff zwischen Reibbelägen und Eingangsteil erfolgt. Hierdurch wird über den Reibeingriff weniger Moment übertragen, so dass die Anpresskräfte und damit die Betätigungskräfte bei über die Reibungskupplung insgesamt übertragenem Moment verringert werden. Zur Übertragung eines in das Eingangsteil eingetragenen Moments ist daher eine Leistungsverzweigung zwischen einer formschlüssigen und einer reibschlüssigen Übertragung des Moments abhängig von dem Reibeingriff der Reibbeläge auf das Ausgangsteil vorgesehen.
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Die Leistungsverzweigung kann dabei als zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil angeordnetes Planetengetriebe ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Sonnenrad des Planetengetriebes dem Eingangsteil, ein Steg dem Ausgangsteil und ein Hohlrad der Kupplungsscheibe zugeordnet sein. Alternativ kann ein Hohlrad des Planetengetriebes dem Eingangsteil, ein Steg dem Ausgangsteil und ein Sonnenrad der Kupplungsscheibe zugeordnet sein. Zur Erhöhung der Übersetzung kann das Planetengetriebe als mehrstufiges Planetengetriebe ausgebildet sein. Das Planetengetriebe kann radial innerhalb der Reibbeläge im Wesentlichen bauraumneutral untergebracht werden. Ein in üblicher Weise vorgesehener Torsionsschwingungsdämpfer der Kupplungsscheibe kann in einem geteilten Schwungrad vorgesehen werden. Desweiteren kann alternativ oder zusätzlich zu einem Drehschwingungsdämpfer ein drehzahladaptiver Drehschwingungstilger, beispielsweise ein Fliehkraftpendel in der Reibungskupplung oder in einer aus Drehschwingungsdämpfer und Reibungskupplung gebildeten Drehmomentübertragungseinrichtung vorgesehen sein. In diesem Sinne ist von der Erfindung auch eine derartige Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst.
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Die Erfindung macht sich zunutze, dass die Reibungskupplung im Wesentlichen nur bei höheren Momenten wie Motormomenten geschlossen ist und im geöffneten Zustand lediglich geringere Momente auftreten. Hierdurch kann bei geöffneter Reibungskupplung an dem Ausgangsteil eine einen Drehantrieb des Stegs hemmende Last, beispielsweise ein Rollwiderstand und dergleichen vorgesehen sein. Desweiteren kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug mittels des sich zwischen Eingangsteil und Ausgangsteils bei geöffneter Reibungskupplung direkt einstellenden Moments am Ausgangsteil ein Kriechen des Kraftfahrzeugs bewirkt wird, welches mittels der Betriebs- und/oder Feststellbremse abgebremst werden kann. Bei geschlossener Reibungskupplung drehen Hohlrad, Steg und Sonnenrad mit derselben Drehzahl, so dass keine Leistungsverluste über das Planetengetriebe auftreten. Bei schlupfender Reibungskupplung erfolgt eine Synchronisation der Drehzahlen von Hohlrad, Sonnenrad und Steg.
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Die Leistungsverzweigung zwischen direkter Übertragung zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil und über die Reibbeläge ist von dem Planetenraddurchmesser eines Planetengetriebes und einem Durchmesser eines Teilkreises deren Unterbringung auf dem Steg des Planetengetriebes abhängig. Für Anwendungen in Reibungskupplungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs haben sich beispielsweise ein Durchmesser von auf einem Steg des Planetengetriebes verdrehbar aufgenommenen Planetenrädern zwischen 10 mm und 50 mm, bevorzugt 15 mm bis 25 mm als besonders vorteilhaft erwiesen. Der Durchmesser eines Teilkreises der auf einem Steg des Planetengetriebes aufgenommenen Planetenräder ist vorteilhafterweise zwischen 50 mm und 150 mm, bevorzugt zwischen 80 mm und 120 mm vorgesehen. Durch die Einhaltung derartiger Parameter kann mittels der Leistungsverzweigung das über den Reibeingriff zu übertragende Moment um beispielsweise 40% erniedrigt werden. Dies bedeutet, dass beispielsweise bei einem über die Reibungskupplung zu übertragenden Moment von 500 Nm lediglich 300 Nm auf den Reibeingriff entfallen, so dass die Anpressund Betätigungskräfte entsprechend erniedrigt werden. Es versteht sich, dass die angegebenen Planetenraddurchmesser und/oder Teilkreisdurchmesser nicht beschränkend auf den Schutzumfang der vorgeschlagenen Reibungskupplung zu interpretieren sind. Vielmehr handelt es sich um vorteilhafte Beispielangaben. Insbesondere für Reibungskupplungen mit großem Durchmesser, beispielsweise Nutzkraftfahrzeugkupplungen und dergleichen können auch größere Planetenraddurchmesser und/oder Teilkreisdurchmesser vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Schnitt durch die vorgeschlagene Reibungskupplung in schematischer Darstellung,
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2 eine Darstellung der an der Reibungskupplung der 1 wirksamen Hebelkräfte,
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3 ein Diagramm der Leistungsverzweigung der Reibungskupplung der 1 abhängig von einem Teilkreisdurchmesser der auf dem Steg angeordneten Planetenräder,
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4 ein Diagramm mit den bei geöffneter Reibungskupplung der 1 auftretenden Drehzahlen,
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5 ein Diagramm mit den bei geschlossener Reibungskupplung der 1 auftretenden Drehzahlen
und
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6 ein Diagramm mit den bei schlupfender Reibungskupplung der 1 auftretenden Drehzahlen.
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1 zeigt die schematisch dargestellte Reibungskupplung 1 im Schnitt in einem grob schematisch dargestellten Antriebsstrang mit der Brennkraftmaschine 2 wie Verbrennungsmotor und dem Getriebe 3. Die Brennkraftmaschine 2 stellt dabei das über die Reibungskupplung 1 zu übertragende Moment M an der Kurbelwelle 4 zur Verfügung, das Getriebe 3 hält an der Getriebeeingangswelle 5 die Last ML entgegen. Die Kurbelwelle 4 ist mit dem Eingangsteil 6 der Reibungskupplung 1 verbunden. Das Eingangsteil 6 bildet die Gegendruckplatte 7, an der das Kupplungsgehäuse 8 angeordnet ist. In dem Kupplungsgehäuse 8 ist axial verlagerbar und drehfest gegenüber der Gegendruckplatte 7 die Anpressplatte 9 angeordnet, die von dem Energiespeicher 10 in Form der Tellerfeder 11 gegen die Gegendruckplatte 7 vorgespannt ist. Hierzu stützt sich die Tellerfeder 11 an dem Kupplungsgehäuse 8 ab. Zwischen den Reibflächen 15, 16 der Gegendruckplatte 7 und der Anpressplatte 9 sind die Reibbeläge 12 der Kupplungsscheibe 13 angeordnet und bilden je nach Vorspannung der Tellerfeder 11 einen Reibeingriff mit diesen. Im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung 1 bringt die Tellerfeder 11 die vollständige Anpresskraft auf, um die Reibbeläge 12 gegenüber den Reibflächen 15, 16 am Schlupfen zu hindern. Um die Reibungskupplung 1 zu öffnen, ist die drehentkoppelte Betätigungseinrichtung 14 vorgesehen, die die Tellerfeder 11 radial innen in Richtung der Gegendruckplatte 7 beaufschlagt, so dass die Anpresskraft vermindert wird, bis die Reibbeläge 12 nach Einstellen des notwendigen Lüftspiels lastfrei gegenüber den Reibflächen 15, 16 drehen.
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Um bei entsprechend hohem Moment M die Anpresskraft der Tellerfeder 11 zu vermindern, ist zwischen dem Eingangsteil 6 und dem Ausgangsteil 17 der Reibungskupplung 1 die Leistungsverzweigung 18 vorgesehen, die einen Teil des Moments M über die Reibbeläge reibschlüssig und einen Teil des Moments M über das Planetengetriebe 19 formschlüssig überträgt. Hierzu ist an der Kupplungsscheibe 13 das Hohlrad 20 und an der Gegendruckplatte 7 und damit drehschlüssig zur Kurbelwelle 4 das Sonnenrad 21 vorgesehen. Zwischen Sonnenrad 21 und Hohlrad 20 kämmen die über den Umfang verteilt auf dem Teilkreis 22 mit dem Durchmesser D an dem Steg 23 verdrehbar aufgenommenen Planetenräder 24 mit dem Durchmesser d. Der Steg 23 bildet dabei das Ausgangsteil 17 der Reibungskupplung 1 und ist drehschlüssig mit der Getriebeeingangswelle 5 verbunden. Abhängig von dem Durchmesser D des Teilkreises 22 und dem Durchmesser d der Planetenräder 24 wird das Teilungsverhältnis der Leistungsverzweigung 18 vorgegeben.
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Im dargestellten geöffneten Zustand der Reibungskupplung 1 sind bei drehender Kurbelwelle 4 die Reibbeläge 12 gegenüber den Reibflächen 15, 16 lastfrei. Das von der Brennkraftmaschine 2 zur Verfügung gestellte Moment M wird daher ausschließlich über das Planetengetriebe 19 auf die Kurbelwelle 4 übertragen. Hierbei wird das übertragene Moment M von der Last ML abgestützt, so dass der Steg 23 stehen bleibt und das Hohlrad 20 mit der Kupplungsscheibe 13 und den Reibbelägen 12 mittels der Planetenräder 24 in gegenüber einem positiven Drehsinn der Gegendruckplatte umgekehrtem, negativem Drehsinn angetrieben werden. Wird die Reibungskupplung 1 geschlossen, werden durch den sich bildenden Reibschluss zwischen Reibbelägen 12 und Reibflächen 15, 16 die Drehzahlen von Gegendruckplatte 7 und Kupplungsscheibe 13 synchronisiert, wobei unter Überwindung der Last ML der Steg 23 zu drehen beginnt und die Getriebeeingangswelle 5 und damit ein Kraftfahrzeug über das Getriebe 3 angefahren wird. Bei vollständig geschlossener Reibungskupplung 1 drehen Eingangsteil 6 und Ausgangsteil 17 mit derselben Drehzahl und das Moment M wird entsprechend der Auslegung des Planetengetriebes 19 im entsprechenden Verhältnis über die Reibbeläge 12 und das Planetengetriebe 19 übertragen, so dass die reibschlüssige Verbindung mit Reibflächen 15, 16, Tellerfeder 11 und Kupplungsgehäuse 8 sowie das Planetengetriebe 19 jeweils nur auf diese Teilmomente ausgelegt werden müssen.
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Die 2 zeigt im linken Teil die Zuordnung des Durchmessers D des Teilkreises 22 der Aufnahme der Planetenräder 24 mit dem Durchmesser d an dem Steg 23. Bei entsprechender Ausbildung der Durchmesser d, D ergibt sich die Aufteilung des in 1 dargestellten, in die Reibungskupplung 1 eingetragenen Moments M in die Teilmomente M1, M2 an den Planetenrädern 24 und das an dem Steg 23 anliegende, dem Moment M abzüglich Reibmomenten entsprechende Abtriebsmoment MSteg.
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In 3 sind entsprechend 2 bei einem beispielsweise angenommenen Durchmesser d = 20 mm der Planetenräder 24 die Verläufe des Teilmoments M2 über den Reibeingriff der Reibungskupplung und des Teilmoments M1 über die formschlüssige Verbindung über das Planetengetriebe abhängig vom Durchmesser D des Teilkreises 22 aufgetragen. Ausgehend von einem maximal zu übertragenden Moment M = 500 Nm ist im Idealfall eine Halbierung der Teilmomente M1, M2 möglich. Hierzu sind allerdings für Reibungskupplungen irrelevante Durchmesser D des Teilkreises 22 nötig. Wird der Durchmesser D auf praktisch relevante Größen eingeschränkt, beispielsweise bei einem Durchmesser D = 100 mm resultiert eine Verteilung des Moments M auf M1 = 300 Nm und M2 = 200 Nm, was einer Reduzierung des über die Reibbeläge übertragenen Moments von 40 % entspricht. Entsprechend werden die Anpresskräfte der Tellerfeder 11 (1) und die Betätigungskräfte der Betätigungseinrichtung 14 (1) verringert.
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Die 4 zeigt die Drehzahlverhältnisse der Reibungskupplung 1 der 1 bei geöffneter Reibungskupplung 1. Im linken Teil der 4 ist systematisch das Planetengetriebe 19 mit dem Sonnenrad 21, den Planetenrädern 24, dem Steg 23 und dem Hohlrad 20 dargestellt. Aufgrund der von dem Planetengetriebe 19 eingestellten Übersetzung ergibt sich bei an dem Sonnenrad 21 eingestellter Drehzahl nSonne und aufgrund der Last ML (1) stillgelegtem Steg 23 und lastfrei drehendem Hohlrad 20 an diesem eine verminderte Drehzahl nHohlrad in entgegengesetzte Drehrichtung. Dies ergibt sich auch aus in dem rechten Teil der 4 gezeigten Diagramm 25 der Drehzahl n über die Zeit t.
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Die 5 zeigt die Drehzahlverhältnisse der Reibungskupplung 1 der 1 bei vollständig geschlossener Reibungskupplung 1. Hierbei drehen – wie aus dem linken Teil der 5 ersichtlich – Hohlrad 20, Steg 23 und Sonnenrad 21 mit derselben Drehzahl. Das Diagramm 26 der Drehzahl n über die Zeit t zeigt zu Beginn der schließenden Reibungskupplung 1 am Zeitpunkt t0 = 0 bei idealerweise konstanter Drehzahl nSonne und in entgegengesetzter Richtung mit entgegengesetzter Drehzahl nHohlrad eine von Null ansteigende Drehzahl nSteg des Stegs 23. Zum Zeitpunkt t1 erfolgt die Synchronisierung der Drehzahlen aufeinander, die zum Zeitpunkt t2 abgeschlossen ist.
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Die 6 zeigt in einer der 5 entsprechenden Weise den Synchronisationsvorgang der Drehzahlen während der sich schließenden Reibungskupplung 1 der 1. Im linken Teil der 6 ist der zum Zeitpunkt t1 des rechten Teils dargestellte Zusammenhang der Drehzahlen nSonne, nSteg, nHohlrad des Planetengetriebes 19 mit dem Sonnenrad 21, dem Steg 23 und dem Hohlrad 20 dargestellt. Der rechte Teil der 6 gibt diesen Zusammenhang in dem Diagramm 27 der Drehzahl n über die Zeit t wieder. Ausgehend von dem zum Zeitpunkt t0 = 0 stehenden Steg 23 liegt zum Zeitpunkt t1 schlupfender Reibungskupplung 1 eine Drehzahlverteilung der Drehzahlen nSonne, nSteg, nHohlrad entsprechend der Übersetzung des Planetengetriebes 19 vor.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reibungskupplung
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Getriebe
- 4
- Kurbelwelle
- 5
- Getriebeeingangswelle
- 6
- Eingangsteil
- 7
- Gegendruckplatte
- 8
- Kupplungsgehäuse
- 9
- Anpressplatte
- 10
- Energiespeicher
- 11
- Tellerfeder
- 12
- Reibbelag
- 13
- Kupplungsscheibe
- 14
- Betätigungseinrichtung
- 15
- Reibfläche
- 16
- Reibfläche
- 17
- Ausgangsteil
- 18
- Leistungsverzweigung
- 19
- Planetengetriebe
- 20
- Hohlrad
- 21
- Sonnenrad
- 22
- Teilkreis
- 23
- Steg
- 24
- Planetenrad
- 25
- Diagramm
- 26
- Diagramm
- 27
- Diagramm
- D
- Durchmesser
- d
- Durchmesser
- M
- Moment
- M1
- Teilmoment
- M2
- Teilmoment
- ML
- Last
- MSteg
- Abtriebsmoment
- n
- Drehzahl
- nHohlrad
- Drehzahl
- nSteg
- Drehzahl
- nSonne
- Drehzahl
- t
- Zeit
- t0
- Zeitpunkt
- t1
- Zeitpunkt
- t2
- Zeitpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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