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Die Erfindung betrifft einen Aktormodul, insbesondere zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs.
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Grundsätzlich ist eine Fahrzeugkupplung aus den Baugruppen Kupplungsautomat, Ausrücksystem und Betätigung des Ausrücksystems aufgebaut. Auf www.kfz-tech.de/Reibungskupplung.htm wird dazu ausgeführt, dass eine für Fahrzeugkupplungen typische Trockenkupplung eine antriebsseitige Schwungscheibe aufweist, welche zusammen mit einem Anpressring und einer Membranfeder den sogenannten Kupplungsautomaten bildet. Eine zwischen Schwungrad und Anpressring angeordnete Kupplungsscheibe ist mit einer abtriebsseitigen Getriebewelle zur Übertragung eines Drehmomentes im Eingriff.
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Zur Betätigung des Kupplungsautomaten bzw. der Kupplung sind zwei Möglichkeiten bekannt. Je nach Ausbildung der Membranfeder wird zwischen einer gedrückten Betätigung und einer gezogenen Betätigung unterschieden. Beiden Typen ist gemeinsam, dass ein Ausrücksystem die Einwirkung der Membranfeder auf die Kupplungsteile aufhebt und damit ein Lüftungsspiel hergestellt, wobei das Trennen der Kupplung ziehend oder drückend erfolgt.
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Die Betätigung des Ausrücksystems wird bei Schaltgetrieben durch den Fahrer mittels Betätigen des Kupplungspedals des Fahrzeuges ausgelöst und durch einen Seilzug, ein Gestänge oder durch Hydraulik vom Pedal auf das Ausrücksystem übertragen. Statt des Betätigens des Kupplungspedals durch den Fahrer ist insbesondere bei Automatikgetrieben auch ein elektrischer oder pneumatischer Stellmotor mit einem geeigneten Steuergerät als Auslöseelement möglich.
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Aus der Druckschrift
DE102013217868A1 ist ein Kupplungssystem mit einem Ausrücksystem bekannt, bei welchem die Feder in Form einer segmentierten Tellerfeder sowohl drückend als auch ziehend mit Kraft beaufschlagt wird. Dies ermöglicht zum einen neben der ziehenden Betätigung der Kupplung eine drückende Unterstützung der Anpresskraft der Kupplungsscheibe, was zur Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes der Kupplung führt. Zum anderen ergeben sich Vorteile beim sogenannten Push-Pull-Betrieb, bei welchem eine Kupplung durch eine hohe Lastwechselzahl verschleißanfällig ist.
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Der Lastwechsel wird unterstützt, indem die Membranfeder der Kupplung mit einer Vorlast beaufschlagt wird.
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In der Offenlegungsschrift
DE102013221841A1 wird ein Kupplungssystem mit einem Ausrücksystem beschrieben, welches auch mit einem in zwei Richtungen zu betätigenden Ausrücksystem arbeitet. Es soll ebenfalls hauptsächlich das Push-Pull-Verhalten verbessert und Verschleiß entgegengewirkt werden. Dabei wird die Betätigungskraft zum Auskuppeln mechanisch über einen Hebel eingeleitet, wo hingegen die drückende Vorlastkomponente hydraulisch von einem System im Fahrzeug erzeugt wird.
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Den bekannten gattungsgemäßen Ausführungen ist gemeinsam, dass diese grundsätzlich in der beschriebenen Baugruppenstruktur aufgebaut sind. Dabei befindet sich der Kupplungsautomat mit Ausrücksystem an der Kurbelwelle des Motors und die Betätigung des Ausrücksystems am Getriebe. Die Anlenkung des Ausrücksystems erfolgt über Bauteile, welche teilweise am Getriebe und teilweise dezentral im Fahrzeug angeordnet sind.
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Die bekannten Bauformen weisen den Nachteil auf, dass die Montage des Motors mit dem Getriebe am Fahrzeug kompliziert ist, weil gleichzeitig beim Einsetzen der Getriebewelle in die Kupplung der Betätigungshebel des Ausrücksystems in dieses eingefädelt werden muss. Dies gilt sowohl bei der Montage der Motor-Getriebe-Einheit in einem Fahrzeugwerk, vor allem aber auch bei Montage- und Demontagearbeiten zu Servicezwecken im Lebenszyklus des Fahrzeuges.
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Ein weiterer Nachteil bekannter Bauformen ist, dass die Anlenkung des Ausrücksystems über dezentral im Fahrzeug angeordnete mechanische Elemente bei jedem neuen Einsatzfall ein erhebliches Maß an Modifikationen und konstruktiven Änderungen mit sich bringt, um das Ausrücksystem und dessen Betätigungseinrichtung mit einer neuen Getriebekonstruktion oder einem neuen Fahrzeugkonzept zu kombinieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aktormodul, insbesondere zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges zu entwickeln, welcher eine einfache und sichere Montage gestattet und mit einfachen Mitteln an neue Komponenten anpassbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Aktormodul, welcher insbesondere zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges eingesetzt wird, weist ein Ausrücklager zur Betätigung der Kupplung auf, wobei erfindungsgemäß mit einem Gehäuse ein das Ausrücklager betätigender Betätigungshebel wirkverbunden ist. Das Gehäuse ist weiterhin mit mindestens einem druckmittelbetriebenen Betätigungszylinder und einer lagefixierbaren Schwinge verbunden derart, dass die Schwinge an einer Seite am Gehäuse drehbar gelagert ist und an der anderen Seite den Betätigungshebel drehbar aufnimmt, wobei der Betätigungshebel vom Betätigungszylinder an einer Seite seines Verbindungspunktes zur Schwinge mit einer Kraft beaufschlagbar ist und an der gegenüber liegenden Seite des Verbindungspunktes eine Betätigungskraft auf das Ausrücklager des Kupplungsautomaten bewirkt.
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Ein Kupplungsautomat bzw. eine Kupplung wird somit mittels eines Ausrücklagers und einen Aktormodul betätigt. Der Aktormodul besteht aus einem Gehäuse, mit welchem eine lagefixierbare Schwinge und mindestens ein druckmittelbetriebener Betätigungszylinder verbunden sind.
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An der Gehäuseseite ist die Schwinge drehbar gelagert. Auf der anderen Seite nimmt sie einen Betätigungshebel drehbar gelagert auf, welcher auf der einen Seite des Verbindungspunktes der Schwinge mit dem Betätigungszylinder von diesem mit einer Kraft beaufschlagt werden kann. Auf der anderen Seite des Verbindungspunktes greift der Betätigungshebel in das Ausrücklager ein und betätigt dieses.
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In einer Variante der Erfindung ist mit dem Gehäuse ein axial zum Ausrücklager wirkender Ringkolben verbunden, welcher das Ausrücklager mit einer Druckkraft entgegen der Betätigungsrichtung beaufschlagen kann.
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Eine weitere Variante der Erfindung sieht vor, den Betätigungshebel über den Eingriffspunkt am Ausrücklager hinaus zu verlängern. Ein zweiter Betätigungszylinder, welcher mit dem Gehäuse verbunden ist, kann auf den Betätigungshebel wirken derart, dass dieser mit einer Druckkraft entgegen der Betätigungsrichtung des Kupplungsautomaten beaufschlagt werden kann.
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Es ist vorteilhaft, einen Teil des Gehäuses als Führung auszubilden oder mit einer Führung zu verbinden, um das Ausrücklager entlang einer linearen Achse zentrisch zum Kupplungsautomaten zu führen.
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Eine vorteilhafte Ausführung der arretierbaren Schwinge ist gegeben, wenn diese mittels eines am Gehäuse befestigten verstellbaren Anschlages arretiert und gelöst werden kann, so dass der Betätigungshebel in der gelösten Stellung zur Montage des Kupplungssystems am Ausrücklager außer Eingriff ist. In der arretierten Stellung greift der Betätigungshebel am Ausrücklager an und überträgt sowohl die Betätigung der Kupplung als auch Kräfte entgegen der Betätigung.
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Erfindungsgemäß ist die Betätigung der Kupplung in einem Aktormodul zusammengefasst und direkt am Getriebe angeordnet. Der Betätigungshebel wird am Betätigungszylinder angelenkt. Bei Druckbeaufschlagung mittels eines Fluids wird der Kolben des Betätigungszylinders axial bewegt und drückt auf den Betätigungshebel. Durch die Anlenkung des Betätigungshebels wird eine Zugkraft auf das Ausrücklager ausgeübt, welche die Kupplung öffnet.
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In einer Variante ist es möglich, die Kupplung sowohl ziehend aus auch drückend zu beaufschlagen. Hierbei werden zwei Betätigungszylinder in das Aktormodul integiert, von denen je ein Betätigungszylinder eine ziehende und eine drückende Bewegung am Ausrücklager erzeugt.
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In vorteilhafter Weise bildet der Aktor eine Baueinheit aus Antrieb und Übertragungsteil. Dieses Aktormodul kann insbesondere in einer Kupplungsglocke vormontiert werden und erst nach abgeschlossener Montage von Motor- und Getriebeblock sicher und einfach zum Eingriff gebracht werden.
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Weitere vorteilhafte Möglichkeiten zur Anwendung der Erfindung sind auch durch eine Kombination mit einer Druckbeaufschlagung auf die Kupplung gegeben. Es ist so die vorteilhafte Bauform der ziehenden Betätigung der Kupplung einsetzbar; durch die zweite Betätigungsrichtung ergibt sich die Möglichkeit der Steigerung der Momentenkapazität oder umgekehrt eine Reduzierung der Betätigungskraft bei gleichem übertragbaren Drehmoment.
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Anstelle eines Antriebs (hydraulisch oder pneumatisch) mittels eines Fluids ist auch ein alternativer Antrieb z.B. elektromotorisch oder magnetisch möglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel mit Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Kupplungssystem mit Aktormodul und einem Betätigungszylinder
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2 ein Kupplungssystem mit Aktormodul und einem Betätigungszylinder sowie einem Ringkolben zur Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes
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3 ein Kupplungssystem mit Aktormodul und je einem Betätigungszylinder zur Betätigung der Kupplung sowie zur Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes
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Eine Kupplung 1 bzw. ein Kupplungsautomat ist an der Kurbelwelle eines hier nicht dargestellten Motors (Antrieb) befestigt und besteht im Wesentlichen aus einer Schwungscheibe 2, einem Anpressring 3 sowie einer Federzungen 4.1 aufweisende Feder 4, die hier als Tellerfeder ausgebildet ist. Zwischen der Schwungscheibe 2 und dem Anpressring 3 läuft zentrisch eine Kupplungsscheibe 5, welche über eine Welle-Naben-Verbindung mit einer Getriebewelle 6 (Abtrieb) verbunden ist und an diese ein Drehmoment überträgt.
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Ein Ausrücklager 7 ist entlang einer Achse A der Getriebewelle 6 beweglich geführt. Zur Betätigung des Ausrücklagers 7 ist ein Aktormodul 8 mit einem hier nicht dargestellten Getriebe verbunden. Der Aktormodul 8 besteht aus einem Gehäuse 8.1, mit welchem ein Betätigungszylinder 8.2 verbunden ist. Gleichfalls mit dem Gehäuse 8.1 ist eine Schwinge 8.3 verbunden derart, dass die Schwinge 8.3 drehbar im Gehäuse 8.1 gelagert ist.
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Mittels eines Anschlags 8.4, welcher am Gehäuse 8.1 befestigt ist, kann die Schwinge 8.3 arretiert oder gelöst werden. Dazu ist es möglich, den Anschlag 8.4 von außen mittels eines Werkzeugs 9 einzustellen.
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An der dem Gehäuse 8.1 gegenüberliegenden Seite ist die Schwinge 8.3 drehbar mit einem Betätigungshebel 8.5 verbunden. Auf der einen Seite eines Verbindungspunktes 10 von Schwinge 8.3 und Betätigungshebel 8.5 ist der Betätigungshebel 8.5 vom ersten Betätigungszylinder 8.2 mit einer ersten Kraft F1 beaufschlagbar, wenn dem ersten Betätigungszylinder ein Druckmedium mit einem ersten Druck p1 zugeführt wird. Auf der dem Verbindungspunkt 10 gegenüberliegenden Seite greift der Betätigungshebel 8.5 am Ausrücklager 7 an einem Eingriffspunkt 11 mit einer ziehenden Kraft Fz an.
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Zur Montage des Kupplungssystems ist der Anschlag 8.4 gelöst. Das Lösen bewirkt, dass der Betätigungshebel 8.5 am Ausrücklager 7 außer Eingriff kommt, indem dieser geführt durch die Schwinge 8.3 eine Bewegung vom Ausrücklager 7 wegführend ausführt. Nach erfolgter Montage von Motor und Getriebe wird die Schwinge 8.3 mittels des Anschlages 8.4 unter Verwendung des Werkzeuges 9 arretiert derart, dass der Betätigungshebel 8.5 an dem Eingriffspunkt 11 mit dem Ausrücklager 7 in Eingriff steht.
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Eine Druckbeaufschlagung des ersten Betätigungszylinders 8.2 betätigt somit ziehend die Kupplung.
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Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung bietet die Möglichkeit, zusätzlich das übertragbare Drehmoment des Kupplungssystems zu erhöhen.
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Dazu ist gemäß 2 achsparallel zur Achse A am Gehäuse 8.1 ein Ringkolben 12 angeordnet, welcher druckmittelbeaufschlagt (mit einem Druck p) eine drückende Kraft FD in Richtung der Federzungen 4.1 der Feder 4 des Kupplungsautomaten / der Kupplung 1 aufbringen kann. Dabei wird das Ausrücklager 7 zweckmäßigerweise geführt, indem das Gehäuse 8.1 in diesem Bereich als eine Führung 13 ausgebildet ist. Wird der zusätzlich vorhandene erste Betätigungszylinder 8.2 mit einem ersten Druck p1 beaufschlagt, greift ebenfalls auf der dem Verbindungspunkt 10 von Betätigungshebel 8.5 und Schwinge 8.3 gegenüberliegenden Seite der Betätigungshebel 8.5 am Ausrücklager 7 an dem Eingriffspunkt 11 mit einer ziehenden Kraft Fz an.
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In einer weiteren Variante der Erfindung, welche aus 3 ersichtlich ist, wurde zusätzlich zu dem ersten Zylinder 8.2, welcher bei Beaufschlagung des Betätigungshebels 8.5 mit einer ersten Kraft F1 auf das Ausrücklager 7 eine ziehende Kraft FZ überträgt, mit dem Gehäuse 8.1 ein zweiter Betätigungszylinder 14 verbunden, welcher den Betätigungshebel 8.5 mit einer drückenden kraft FD in entgegengesetzter Richtung zu FZ beaufschlagen kann. Dies wird erreicht, indem der Betätigungshebel 8.5 über den Eingriffspunkt 11 am Ausrücklager 7 verlängert ist und damit vom Arbeitsbereich des zweiten Betätigungszylinders 14 (Geberzylinder) erfasst wird (3). Der Betätigungshebel 8.5 reicht somit von dem Angriffspunkt zum ersten Betätigungszylinder über den Verbindungspunkt 10 zur Schwinge 8.3 und den Anbindungspunkt/Eingriffspunkt 11 am Ausrücklager 7 zum Angriffspunkt am zweiten Betätigungszylinder 14. Wird dem zweiten Betätigungszylinder ein Druck p2 zugeführt, so wirkt dieser mit einer zweiten Kraft F2 gegen den Betätigungshebel 8.5, wodurch eine druckende Kraft FD auf das Ausrücklager 7 übertragen wird.
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In allen drei vorgenannt beschriebenen Ausführungsvarianten ist der Betätigungshebel 8.5 im Verbindungspunkt 10 schwenkbar gelagert.
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Eine Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes kann in vorteilhafter Weise auch dazu benutzt werden, für das gleiche zu übertragende Drehmoment die Kupplung kleiner auszuführen.
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Zur Anwendung der Erfindung ist es nicht zwingend erforderlich, dass die an der Krafterzeugung und Kraftübertragung beteiligten Bauteile im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind. Eine Kinematik, bei welcher ein schräg angeordneter Betätigungszylinder 8.2 auf einen als Winkelhebel ausgebildeten Betätigungshebel 8.5 einwirkt, würde ebenfalls die erfindungsgemäße Lösung abbilden.
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Es sind mithin verschiedene kinematische Anordnungen nutzbringend möglich. Auf diese Weise können Bauraumbedingungen und besondere Kraft-Weg-Anforderungen Berücksichtigung finden. Es ist weiterhin möglich, mittels einer nichtlinearen Übersetzung des von Schwinge 8.3 und Betätigungshebel 8.5 gebildeten Koppelgetriebes eine Anpassung an eine spezielle Kupplungs-Kraft-Kennlinie vorzunehmen.
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Prinzipiell ist weiterhin die Nutzung einer Vorlastfeder, einer Kompensationsfeder oder anderer Zusatzeinrichtungen möglich.
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Die Ausführung der Kupplungsbetätigung in Form des erfindungsgemäßen Aktormoduls bietet darüber hinaus Ansatzpunkte zur Weiterentwicklung, insbesondere zur Integration von Sensorik für eine automatische Kupplungsbetätigung und/oder -überwachung oder für die Steuerung einer automatisierten Kupplungsbetätigung bzw. zur Integration eines Weg- oder Kraftmesssystems.
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Die funktionelle Verbindung des Aktormoduls zum Pedalblock im Fahrzeug erfolgt über Fluidleitungen und ist daher weitgehend unabhängig vom Fahrzeugkonzept, da kaum mechanische Teile im Konzept Berücksichtigung finden müssen.
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Durch die Anwendung der Erfindung wird ein Kupplungssystem mit Aktormodul geschaffen, welches sich durch einfache und sichere Montage von Motor und Getriebe sowie durch flexible Einsatzmöglichkeiten auszeichnet.
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Weiterhin wird ein Aktor zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeuges zur Verfügung gestellt, welcher aus einem Antrieb (z.B. Geberzylinder) und einem Übertragungsteil (z.B. Hebel), für eine ziehende oder drückende Kupplungsbetätigung einsetzbar ist.
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Erstmalig bildet dabei der Aktor bzw. Aktormodul eine Baueinheit aus Antrieb und kann so z.B. in der Kupplungsglocke vormontiert werden und gegebenenfalls erst nach der abgeschlossenen Montage von Motor- und Getriebeblock sicher und unproblematisch zum Eingriff gebracht werden.
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Insbesondere durch die Kombination mit einer drückenden Kupplungsbetätigung ist eine vorteilhafte Bauform einer “aufgezogenen“ Kupplung einsetzbar. Durch die zweite (drückende) Betätigungsrichtung ergibt sich die Gelegenheit zur Steigerung der Momentenkapazität oder umgekehrt zur Reduzierung der Betätigungskraft.
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Somit wird vorteilhafter Weise eine Kombination einer ziehenden mit einer drückenden Kupplungsbetätigung geschaffen. Hierzu kann die ziehende Kupplungsbetätigung mit einem drückenden Zentralausrücker oder mit einem zweiten Geberzylinder verknüpft werden. Es ist so die vorteilhafte Bauform einer “aufgezogenen“ Kupplung einsetzbar. Durch die zweite Betätigungsrichtung ergibt sich die Gelegenheit zur Steigerung der Momentenkapazität oder umgekehrt zur Reduzierung der Betätigungskraft.
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Das Übertragungsteil in Form des Hebels weist vorteilhafter Weise eine für die Montage genutzte Bewegungsfreiheit auf, die für den Betrieb der Kupplungsbetätigung eingeschränkt bzw. zu verhindert wird.
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Dafür kann der Geberzylinder so ausgeführt sein, dass er seitliche d.h. radiale Kraftwirkungen abstützen kann. Das bewegliche Teil des Gebers kann hierfür z.B. ein separates Führungselement aufweisen, um eine Schädigung der anderen Dicht- und Führungselemente zu verhindern.
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Alternativ ist es möglich, die Beweglichkeit der Koppel einzuschränken. Diese Lösungen ermöglichen unter Umständen auch eine vorteilhafte Demontage der Kupplungsbetätigung.
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Die Kombination mit einem zweiten Geberzylinder / Betätigungszylinder eröffnet Möglichkeiten zur Ausnutzung des vorhandenen Bauraumes. Auch kann der Aufbau des zweiten Geberzylinders einfacher als bei einem Zentralausrücker sein (Dichtungen, Führungen usw.).
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Ebenfalls vorteilhaft ist auch hier die einfachere Montagelösung für den nun ziehenden und drückenden Betätigungshebel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 2
- Schwungscheibe
- 3
- Anpressring
- 4
- Feder
- 4.1
- Federzungen
- 5
- Kupplungsscheibe
- 6
- Getriebewelle
- 7
- Ausrücklager
- 8
- Aktormodul
- 8.1
- Gehäuse
- 8.2
- Betätigungszylinder
- 8.3
- Schwinge
- 8.4
- Anschlag
- 8.5
- Betätigungshebel
- 9
- Werkzeug
- 10
- Verbindungspunkt
- 11
- Eingriffspunkt
- 12
- Ringkolben
- 13
- Führung
- 14
- zweiter Betätigungszylinder
- A
- Achse
- F1
- Kraft des ersten Betätigungszylinders 8.2
- F2
- Kraft des zweiten Betätigungszylinders 14
- FD
- Kraft – drückend
- FZ
- Kraft – ziehend
- p
- Druck eines auf den Ringkolben 12 wirkenden Fluids
- p1
- Druck des Fluids zum ersten Betätigungszylinder 8.2
- p2
- Druck des Fluids zum zweiten Betätigungszylinder 14
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013217868 A1 [0005]
- DE 102013221841 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- www.kfz-tech.de/Reibungskupplung.htm [0002]
