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Die Erfindung betrifft eine Reibkupplung, beispielsweise in einem Antriebsstrang an Bord eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Betätigungseinrichtung für die Reibkupplung.
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In einem Antriebsstrang an Bord eines Kraftfahrzeugs ist eine Reibkupplung vorgesehen, um einen Drehmomentfluss zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe zu unterbrechen oder zu schließen. Die Reibkupplung umfasst ein erstes und ein zweites Reibelement, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind und die axial aneinander gepresst werden können, um ein Drehmoment zu übertragen. Allgemein gilt, dass das maximal über die Reibkupplung übertragbare Drehmoment abhängig ist von einem mittleren Radius der Reibelemente, der Anzahl der Reibflächen und der axialen Anpresskraft. Da die ersten beiden Parameter üblicherweise konstruktiv schwer zu ändern sind, wird häufig versucht, die Belastungsfähigkeit der Reibkupplung durch eine verstärkte Betätigungseinrichtung zu vergrößern.
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Durch größere axiale Anpresskräfte können Elemente der Reibkupplung oder der Betätigungseinrichtung, beispielsweise Lager, stark beansprucht werden, sodass ein vorzeitiger Verschleiß droht. Außerdem ist die zur Aufbringung der axialen Anpresskraft erforderliche Energie dann größer, sodass die Effizienz des Gesamtsystems negativ beeinflusst sein kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Betätigungseinrichtung für eine Reibkupplung bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Betätigungseinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine Reibkupplung umfasst ein erstes und ein zweites Reibelement, die um eine Drehachse drehbar angeordnet und dazu eingerichtet sind, mittels einer Betätigungseinrichtung axial aneinander gepresst zu werden. Eine Betätigungseinrichtung für die Reibkupplung umfasst einen Kniehebel zur Bewirkung einer axialen Anpresskraft auf die Reibelemente in Antwort auf eine radiale Kniehebelkraft und eine Umlenkung zur Umsetzung einer axialen Betätigungskraft in die radiale Kniehebelkraft.
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Der Kniehebel kann insbesondere bei geschlossener Kupplung, also wenn die Reibelemente maximal aneinander gepresst werden, eine große Anpresskraft bei geringer Kniehebelkraft bereitstellen. Ein Aktor zur Bereitstellung der axialen Betätigungskraft kann daher eine größere Haltbarkeit aufweisen oder kleiner dimensioniert werden. Der Aktor kann insbesondere hydraulisch ausgeführt sein, bevorzugterweise als konzentrischer Nehmerzylinder (concentric slave cylinder, CSC). Ein Element der Reibkupplung, beispielsweise ein Lager, das die axiale Bewegung des Aktors von der Drehbewegung der Betätigungseinrichtung abkoppelt, kann ebenfalls eine verlängerte Lebensdauer aufweisen oder kleiner dimensioniert werden. Außerdem kann eine Haltekraft, die der Aktor bei geschlossener Kupplung bereitstellen muss, signifikant verringert sein. Ein Energieverbrauch des Aktors kann dadurch verringert oder eine Standfestigkeit erhöht sein. Der Kniehebel kann an allen üblichen Kupplungen eingesetzt werden, beispielsweise an einer Einfach-, Doppel- oder Inverterkupplung.
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Bevorzugterweise umfasst der Kniehebel ein erstes Gelenk, das axial mit dem ersten Reibelement verbunden ist, ein zweites Gelenk, das axial mit dem zweiten Reibelement verbunden ist, wobei das erste und das zweite Gelenk axial zueinander versetzt sind, und ein drittes Gelenk, das axial zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenk angeordnet und mittels axial biegesteifer Verbindungselemente mit dem ersten und dem zweiten Gelenk verbunden ist.
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Wird das dritte Gelenk in radialer Richtung bewegt, so wird ein axialer Abstand des ersten Gelenks vom zweiten Gelenk verändert. Je näher das dritte Gelenk an einer Verbindungslinie zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenk liegt, desto größer ist die Kraftübersetzung von Kniehebelkraft in axialer Anpresskraft. Bevorzugterweise sind Umlenkelemente vorgesehen, die das erste und das zweite Gelenk derart mit den Reibelementen verbinden, dass die Reibelemente axial aneinander angepresst werden, wenn der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenk vergrößert wird.
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Der Kniehebel kann in zwei unterschiedlichen Varianten aufgebaut sein. In einer ersten Variante ist der Kniehebel dazu eingerichtet, die axiale Anpresskraft in Antwort auf eine radial nach außen gerichtete Kniehebelkraft zu bewirken. Die Umlenkung liegt dabei üblicherweise radial innerhalb des dritten Gelenks.
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In einer anderen Variante ist der Kniehebel dazu eingerichtet, die axiale Anpresskraft in Antwort auf eine radial nach innen gerichtete Kniehebelkraft zu bewirken. Dabei liegt die Umlenkung üblicherweise radial außerhalb des dritten Gelenks.
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Je nach geltenden Platzverhältnissen an der Reibkupplung kann die Variante gewählt werden, die konstruktiv am vorteilhaftesten umgesetzt werden kann.
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Es ist bevorzugt, dass die Umlenkung ein mittels der Betätigungskraft axial verschiebbares Konuselement mit einer radialen Oberfläche umfasst, die zur Drehachse geneigt ist, sowie ein radial bewegliches Anlageelement zur radialen Anlage am Konuselement.
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Dadurch kann effizient und raumsparend die Umlenkung der axialen Betätigungskraft in die radiale Kniehebelkraft durchgeführt werden. Das Verhältnis zwischen der Betätigungskraft und der Kniehebelkraft über den axialen Weg des Konuselements kann beeinflusst werden, indem die Oberfläche des Konuselements entsprechend geformt wird. In einer einfachen Ausführungsform weist die radiale Oberfläche in einem Eingriffbereich des Anlageelements konstante Steigung auf, in einer anderen Ausführungsform kann die Steigung über die axiale Position des Anlageelements unterschiedlich sein, wobei die Oberfläche des Konuselements konkav oder konvex ausgeführt sein kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Anlageelement eine abgerundete radiale Anlagefläche auf, um beim axialen Verschieben des Konuselements auf dessen radialer Oberfläche abzurollen. Eine Reibung zwischen dem Konuselement und dem Anlageelement muss dann nicht mehr überwunden werden. Die Effizienz der Umlenkung kann dadurch gesteigert sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eines der Verbindungselemente zwischen dem ersten und dem dritten oder zwischen dem zweiten und dem dritten Gelenk eine Tellerfeder. Die Tellerfeder kann einfach und kostengünstig herstellbar sein, beispielsweise aus einem Stahlblech, und raumsparend in der Betätigungseinrichtung angeordnet sein. Die axiale Biegesteifigkeit der Tellerfeder kann auch bei geringer Materialstärke für den genannten Zweck ausreichend sein.
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Das andere Verbindungselement kann eine zweite Tellerfeder umfassen. Dabei kann das dritte Gelenk dadurch gebildet sein, dass die erste Tellerfeder eine radiale Vertiefung aufweist, in die ein Abschnitt der zweiten Tellerfeder eingreift.
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Das derart gebildete dritte Gelenk kann einfach und kostengünstig sein. Die Montage des dritten Gelenks kann unaufwendig sein, wodurch Herstellungskosten eingespart werden können.
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Es ist besonders bevorzugt, dass das erste Gelenk dadurch gebildet ist, dass eine radiale Begrenzung der ersten Tellerfeder in einem Absatz des ihr zugeordneten Reibelements liegt. Das erste Gelenk kann dadurch einfach und funktionssicher gebildet sein. In entsprechender Weise kann auch das zweite Gelenk mittels eines Absatzes des ihr zugeordneten Reibelements gebildet werden, in dem eine radiale Begrenzung der zweiten Tellerfeder liegt. Alternativ zu dem jeweiligen Reibelement kann auch ein Umlenkelement verwendet werden, das sich zum Reibelement hin erstreckt.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass wenigstens eine der Tellerfedern dazu eingerichtet ist, eine radiale Rückstellkraft auf das dritte Gelenk auszuüben. Alternativ kann die Rückstellkraft auch auf das erste oder zweite Gelenk ausgeübt werden. Die Rückstellung der Umlenkung kann dadurch einfach bewerkstelligt sein. Durch Reduzieren der axialen Betätigungskraft kann die Reibkupplung dadurch funktionssicher geöffnet werden.
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Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine Kupplungseinrichtung mit einer Betätigungseinrichtung in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine Kupplungseinrichtung mit einer Betätigungseinrichtung in einer zweiten Ausführungsform; und
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3 einen Kniehebel zum Einsatz in einer Betätigungseinrichtung einer der 1 oder 2
darstellt.
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1 zeigt eine Kupplungseinrichtung 100 zum Einsatz beispielsweise in einem Antriebsstrang an Bord eines Kraftfahrzeugs. Die dargestellte Kupplungseinrichtung 100 ist als axiale Doppelkupplung ausgeführt, obwohl für die vorliegende Erfindung auch andere Kupplungsformen verwendet werden können. Im Folgenden wird daher exemplarisch lediglich der links dargestellte Teil der Doppelkupplung näher beschrieben. Exemplarisch handelt es sich um eine Mehrscheibenkupplung, die vorzugsweise in einem Flüssigkeitsbad läuft; in anderen Ausführungsformen kann jedoch auch eine Einscheibenkupplung verwendet werden, die alternativ nass oder trocken läuft.
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Die Kupplungseinrichtung 100 umfasst eine Drehachse 105, um die ein erstes Reibelement 110 und zweites Reibelement 115 drehbar gelagert sind. Das erste Reibelement 110 ist in der dargestellten Ausführungsform mittels eines Außenlamellenträgers 120 mit einer Eingangsseite 125 der Kupplungseinrichtung 100 drehmomentschlüssig verbunden. In entsprechender Weise ist das zweite Reibelement 115 exemplarisch mittels eines Innenlamellenträgers 130 drehmomentschlüssig mit einer Ausgangsseite 135 verbunden. Werden die Reibelemente 110 und 115 axial aneinander gepresst, so kann ein Drehmoment zwischen der Eingangsseite 125 und der Ausgangsseite 135 übertragen werden.
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Zum Aneinanderpressen der Reibelemente 110, 115 bzw. zum Bereitstellen einer axialen Anpresskraft, die die Reibelemente 110, 115 aneinander presst, ist eine Betätigungseinrichtung 140 vorgesehen. Die Betätigungseinrichtung 140 umfasst einen Kniehebel 145 und eine Umlenkung 150. Der Kniehebel 145 ist dazu eingerichtet, die axiale Anpresskraft auf die Reibelemente 110 und 115 auszuüben. Dazu ist bevorzugt, dass die Betätigungseinrichtung 140 ferner ein Umlenkelement 155 umfasst, das derart zu einem der Reibelemente 110, 115 führt, dass eine durch den Kniehebel 145 aufgebrachte axiale Spreizkraft zum Schließen, also zum axialen Aneinanderpressen der Reibelemente 110 und 115 führt. Wie in 1 dargestellt ist, kann das Umlenkelement 155 insbesondere ein S-förmiges Profil umfassen. Eine Rotationsentkopplung, die beispielsweise zwischen dem Umlenkelement 155 und dem zweiten Reibelement 115 oder dem zweiten Gelenk 165 in Form eines Rotationslagers um die Drehachse 105 vorgesehen sein kann, ist in 1 nicht dargestellt.
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Bevorzugterweise sind mehrere Kniehebel 145 vorgesehen, die auf einem Umfang um die Drehachse 105 versetzt angeordnet sind. Bevorzugterweise sind die Kniehebel 145 in regelmäßigen Abständen um die Drehachse 105 angeordnet. Außerdem ist bevorzugt, dass jeweils zwei Kniehebel 145 einander bezüglich der Drehachse 105 gegenüber liegen.
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Der Kniehebel 145 umfasst in bevorzugter Weise ein erstes Gelenk 160, ein zweites Gelenk 165 und ein drittes Gelenk 170. Die ersten beiden Gelenke 160, 165 sind axial zueinander versetzt und das dritte Gelenk 170 liegt axial zwischen den ersten beiden Gelenken 160, 165. Zwischen dem dritten Gelenk 170 und jedem der ersten beiden Gelenke 160, 165 liegt je ein axial biegesteifes Verbindungselement 175. Wird das dritte Gelenk 170 in radialer Richtung einer Verbindungslinie zwischen dem ersten Gelenk 160 und dem zweiten Gelenk 165 angenähert, so wird ein axialer Abstand zwischen den Gelenken 160, 165 vergrößert, sodass die axiale Anpresskraft auf die Reibelemente 110, 115 bereitgestellt wird. Die in radialer Richtung auf das dritte Gelenk 170 wirkende Kraft wird im Vorliegenden Kniehebelkraft genannt. Ein Verhältnis zwischen der Kniehebelkraft und der axialen Spreizkraft des Kniehebels 145 bzw. der Anpresskraft auf die Reibelemente 110, 115 ist davon abhängig, wie weit das dritte Gelenk 170 von einer Verbindungslinie zwischen den Gelenken 160 und 165 entfernt ist. Die größte Anpresskraft für eine vorbestimmte Kniehebelkraft wird erreicht, wenn sich das dritte Gelenk 170 möglichst nahe an der Verbindungslinie zwischen den Gelenken 160 und 165 befindet.
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Die Umlenkung 150 hat zur Aufgabe, eine axiale Betätigungskraft, die beispielsweise durch einen Aktor 180 aufgebracht wird, in die radial gerichtete Kniehebelkraft umzulenken. Der Aktor 180 kann beispielsweise eine hydraulische Betätigungseinrichtung umfassen. Diese kann konzentrisch zur Drehachse 105 aufgebaut sein und insbesondere als CSC (concentric slave cylinder) ausgeführt sein. Die Umlenkung 150 umfasst in der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ein Konuselement 185, das axial beweglich gelagert ist, und ein Anlageelement 190 an einer radialen Oberfläche des Konuselements 185. Die radiale Oberfläche des Konuselements 185 ist bevorzugterweise an jeder Stelle, an der das Anlageelement 190 an ihr anliegen kann, bezüglich der Drehachse 105 geneigt, schließt mit dieser also einen spitzen Winkel ein. Dabei kann das Konuselement 185 keilförmig sein, indem die Steigung über dem axialen Eingriffsbereich des Anlageelements 190 an der Oberfläche gleich bleibt, oder beispielsweise elliptisch, hyperbolisch, exponential oder logarithmisch, wobei sich die Steigung der Oberfläche über den axialen Eingriffsbereich mit dem Anlageelement 190 ändert. In der dargestellten Ausführungsform fallen das dritte Gelenk 170 und das Anlageelement 190 zusammen, in einer anderen Ausführungsform können die beiden Elemente jedoch auch voneinander getrennt ausgeführt sein.
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In der dargestellten Variante ist der Kniehebel 145 dazu eingerichtet, die axiale Anpresskraft in Antwort auf eine radial nach außen gerichtete Kniehebelkraft zu bewirken. Die Umlenkung 150 liegt dabei radial innerhalb des Kniehebels 145.
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Eine umgekehrte Anordnung ist in 2 dargestellt. Hier ist der Kniehebel 145 dazu eingerichtet, die axiale Anpresskraft auf die Reibelemente 110, 115 in Antwort auf eine radial nach innen gerichtete Kniehebelkraft zu bewirken. Die Umlenkung 150 liegt dabei üblicherweise radial außerhalb des Kniehebels 145.
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3 zeigt einen Kniehebel 145 zum Einsatz an einer Betätigungseinrichtung 140 einer der 1 oder 2. In der dargestellten Ausführungsform ist wenigstens eines der Verbindungselemente 175 als Tellerfeder ausgeführt. Dabei ist bevorzugt, dass die jeweilige Tellerfeder eine Rückstellkraft bewirkt, die das dritte Gelenk 170 in Richtung des Konuselements 185 treibt. Es können auch beide Verbindungselemente 175 dazu eingerichtet sein, eine radiale Rückstellkraft auf das Konuselement 185 auszuüben.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Gelenk 160 dadurch gebildet, dass am Außenlamellenträger 120 ein Absatz ausgebildet ist, an dem eine radial äußere Begrenzung des zugeordneten Verbindungselements 175 anliegt. Diese Technik kann, wie in 3 dargestellt ist, auch für das zweite Gelenk 165 eingesetzt werden. In der dargestellten Ausführungsform ist am Umlenkelement 155 ein weiterer Absatz ausgebildet, in dem eine radial äußere Begrenzung des zugeordneten Verbindungselements 175 liegt.
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Das dritte Gelenk 170 kann dadurch gebildet sein, dass die beiden Verbindungselemente 175 formschlüssig ineinander eingreifen. Insbesondere kann eines der Verbindungselemente 175 eine Vertiefung insbesondere in radialer Richtung aufweisen, in der ein Abschnitt des anderen Verbindungselements 175 liegt. Dieser Abschnitt des anderen Verbindungselements 175 kann insbesondere ein fingerförmiger Absatz oder Fortsatz des Verbindungselements 175 sein, von denen mehrere radial nach innen auf die Drehachse 105 zeigen können. Bevorzugterweise sind die als Tellerfedern ausgebildeten Verbindungselemente 175 jeweils aus einem ebenen Blech herstellbar. Insbesondere können die Tellerfedern durch Stanzen, Pressen und/oder Tiefziehen herstellbar sein.
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In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform von 3 ist das Anlageelement 190 getrennt vom dritten Gelenk 170 ausgeführt. Dazu ist ein radial innen liegender Abschnitt eines der Verbindungselemente 175, in der dargestellten Ausführungsform das linke, das dem Außenlamellenträger 120 zugeordnet ist, an seiner radialen Innenseite über das dritte Gelenk 170 hinaus verlängert, um das Anlageelement 190 zu bilden. Es ist bevorzugt, dass das Anlageelement 190 in axialer Richtung umgebogen ist, sodass das Anlageelement 190 auf der radialen Oberfläche des Konuselements 185 abrollen kann, wenn dieses in axialer Richtung bewegt wird. Die Krümmung des Anlageelements 190 kann dabei an die Krümmung des Konuselements 185 angepasst sein. Es ist bevorzugt, dass beim Abrollen kein Schlupf stattfindet, das Anlageelement 190 also nicht auf der radialen Oberfläche des Konuselements 185 gleitet, wenn dieses in axialer Richtung verschoben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kupplungseinrichtung
- 105
- Drehachse
- 110
- erstes Reibelement
- 115
- zweites Reibelement
- 120
- Außenlamellenträger
- 125
- Eingangsseite
- 130
- Innenlamellenträger
- 135
- Ausgangsseite
- 140
- Betätigungseinrichtung
- 145
- Kniehebel
- 150
- Umlenkung
- 155
- Umlenkelement
- 160
- erstes Gelenk
- 165
- zweites Gelenk
- 170
- drittes Gelenk
- 175
- Verbindungselement
- 180
- Aktor
- 185
- Konuselement
- 190
- Anlageelement
