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Die Erfindung betrifft eine Nachstelleinrichtung zum Einbau in eine Reibkupplung mit einer Antriebsspindel und mit einem Freilaufelement, welches ein spindelaxiales Vordrehen der Antriebsspindel in Freidrehrichtung festlegt und ein gegenläufiges spindelaxiales Rückdrehen der Antriebsspindel in Sperrdrehrichtung verhindert. Die Nachstelleinrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Freilaufelement durch ein Reibfederelement gebildet ist, wobei das Reibfederelement mit der Spindelmutter mitbewegbar fixiert ist, und
wobei das Reibfederelement infolge eines spindelaxialen Rückdrehens der Antriebsspindel in Sperrdrehrichtung an die Antriebsspindel angezogen wird und somit ein Rückdrehen der Antriebsspindel sperrt, und
wobei das Reibfederelement ein spindelaxiales Vordrehen der Antriebsspindel in Freidrehrichtung freigibt.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Konfigurationen von Nachstelleinrichtungen bekannt. Bei einer Nachstelleinrichtung werden die verschleißbedingte Abnahme des zumindest einen Reibbelags der Reibkupplung sowie Setzungserscheinungen ausgeglichen, sodass der Stellweg für eine Betätigungseinrichtung nahezu konstant bleibt. Hierzu wird in der Regel eine Rampenpaarung verwendet, bei welcher ein Rampenring auf einem korrespondierenden Gegenrampenring derart aufliegt, dass bei einer relativ Verdrehung zwischen dem Rampenring und dem Gegenrampenring die gemeinsam gebildete Höhe veränderbar ist. Damit ist der Abstand zwischen einer Anpressplatte und einer Reibscheibe nachjustierbar, während die Grundstellung der Betätigungseinrichtung unverändert bleiben kann.
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Zum Auslösen einer Nachstellung sind verschiedene mechanische Regelungssysteme bekannt. Einem dieser Regelungssysteme liegt das Grundprinzip einer weggesteuerten Nachstellung (TAC, englisch: travel adjusted clutch) zugrunde. Bei einer weggesteuerten Nachstellung wird bei einer bevorzugten Konfiguration eine Antriebsspindel verwendet, auf deren Spindelgewinde eine Spindelmutter spindelaxial bewegbar ist. Mittels eines Stellanschlags der Spindelmutter ist einer der Ringe der Rampenpaarung relativ zum jeweils anderen Ring bewegbar, sodass die gemeinsam gebildete Höhe hierdurch verändert wird. Die Antriebsspindel ist dabei rotationsfest mit einem Antriebsritzel verbunden, in welches eine Antriebsklinke eingreift. Solange eine Relativbewegung zwischen der Betätigungseinrichtung und der Anpressplatte innerhalb eines vorbestimmten Bereichs bleibt, wird das Antriebsritzel von der Antriebsklinke nicht verdreht beziehungsweise nicht ausreichend verdreht, um eine Nachstellung auszulösen. Wird aber der vorbestimmte Bereich überschritten, so wird das Antriebsritzel verdreht und somit die Spindelmutter spindelaxial bewegt. Um ein unerwünschtes Rückdrehen der Antriebsspindel zu unterbinden, ist eine Freilaufvorrichtung vorgesehen. Besonders bevorzugt sind sogenannte Sperrklinken vorgesehen, welche das Antriebsritzel in diskreten Positionen in Rückdrehrichtung, also entgegen der Freidrehrichtung, arretiert. Der apparative Aufwand für eine solche Freilaufvorrichtung ist relativ groß, zumal die Nachstelleinrichtung meist auf der Rückseite einer Anpressplatte angeordnet ist und dort den hohen Fliehkräften infolge der Rotation der Anpressplatte mit den üblichen hohen Drehzahlen, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, ausgesetzt ist. Darüber hinaus ist für eine möglichst enge Beabstandung der diskreten Positionen eine hohe Fertigungspräzision der Sperrklinken erforderlich.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft eine Nachstelleinrichtung zum Einbau in eine Reibkupplung mit einer Kupplungsachse, wobei die Nachstelleinrichtung eine veränderbare kupplungsaxiale Höhe und zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – ein verschiebbares Stellelement, mittels dessen Verschiebung im eingebauten Zustand die kupplungsaxiale Höhe der Nachstelleinrichtung veränderbar ist, wobei mittels eines Veränderns dieser Höhe die kupplungsaxiale Lage einer Reibplatte veränderbar ist;
- – eine Antriebsspindel mit einer Spindelachse, wobei die Antriebsspindel auf eine Nachstelleingabe hin um die Spindelachse verdrehbar ist;
- – eine Spindelmutter mit einem Stellanschlag, wobei die Spindelmutter mittels einer Verdrehsicherung relativ zur Spindelachse verdrehgesichert ist und infolge eines Verdrehens der Antriebsspindel um die Spindelachse spindelaxial bewegbar ist, und wobei die Spindelmutter infolge einer spindelaxialen Bewegung mittels des Stellanschlags das Stellelement verschiebt; und
- – ein Freilaufelement, welches eine Freidrehrichtung für ein spindelaxiales Vordrehen der Antriebsspindel festlegt und ein gegenläufiges spindelaxiales Rückdrehen der Antriebsspindel in Sperrdrehrichtung verhindert. Die Nachstelleinrichtung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Freilaufelement durch ein Reibfederelement gebildet ist, wobei das Reibfederelement mit der Spindelmutter mitbewegbar fixiert ist, und
wobei das Reibfederelement infolge eines spindelaxialen Rückdrehens der Antriebsspindel in Sperrdrehrichtung an die Antriebsspindel angezogen wird und somit ein Rückdrehen der Antriebsspindel sperrt, und
wobei das Reibfederelement ein spindelaxiales Vordrehen der Antriebsspindel in Freidrehrichtung freigibt.
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Die hier vorgeschlagene Nachstelleinrichtung ist bevorzugt für eine weggesteuerte Nachstellung eingerichtet und weist dazu ein Antriebsritzel und eine Antriebsklinke auf, wie sie oben beschrieben ist. Grundsätzlich ist die vorgeschlagene Nachstelleinrichtung aber auch mit anderen Konfigurationen kombinierbar, zum Beispiel mit einer kraftgesteuerten Nachstellung. Die vorgeschlagene Nachstelleinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, auf der Rückseite einer Anpressplatte angeordnet zu werden und somit hohen Fliehkräften quer zur Spindelachse zu widerstehen. Alternativ ist die Nachstelleinrichtung auch in einem nicht rotierenden Bereich einer Reibkupplung anordenbar.
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Die Höhe der Nachstelleinrichtung, welche im Einbau in der Reibkupplung kupplungsaxial ausgerichtet ist, ist bedarfsgerecht veränderbar. Hierzu ist ein Stellelement vorgesehen, welches mittels eines Verschiebens seine Lage derart verändert, dass damit die kupplungsaxiale Höhe der Nachstelleinrichtung verändert ist. Bevorzugt umfasst das Stellelement einen Rampenring und einen korrespondierenden Gegenrampenring. Besonders bevorzugt ist der Gegenrampenring mit der Rückseite einer Reibplatte, bevorzugt der Anpressplatte, einstückig gebildet. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Stellelement einen Keil, welcher zum Beispiel gerade oder in Umfangsrichtung verschiebbar ist und somit ein aufliegendes korrespondierendes Gegenstück kupplungsaxial verlagert.
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Das Verschieben des Stellelements wird hierbei von der Spindelmutter mittels ihres Stellanschlags ausgelöst beziehungsweise gesteuert. Die Spindelmutter wiederum ist mittels der Antriebsspindel spindelaxial verschiebbar. Umfasst das Stellelement einen Rampenring, so ist bevorzugt die Spindelachse tangential zum Rampenring angeordnet, wodurch die Abmessungen des Stellanschlags möglichst klein ausführbar sind. Die Spindelmutter weist hierzu eine Verdrehsicherung auf, sodass ein Verdrehen der Antriebsspindel um die Spindelachse infolge der ineinandergreifenden Gewinde von der Spindelmutter und der Antriebsspindel die Spindelmutter spindelaxial bewegt wird. Eine solche Verdrehsicherung ist beispielsweise durch eine an einem starren Element anliegende korrespondierende Außenfläche der Spindelmutter, durch eine Schiene und/oder mittels des Stellanschlags gebildet.
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Das Freilaufelement definiert eine Freilaufrichtung und die entgegengesetzte Sperrlaufrichtung, in dem das Freilaufelement ein Vordrehen der Antriebsspindel zulässt und ein Rückdrehen der Antriebsspindel unterbindet. Das Freilaufelement ist hierbei durch ein Reibfederelement gebildet, welches mit der Antriebsspindel in reibenden Kontakt bringbar ist. Wird die Antriebsspindel in Freidrehrichtung um die Spindelachse verdreht, so ist zwischen dem Reibfederelement und der Antriebsspindel die Reibung so gering, dass die Antriebsspindel in Freidrehrichtung frei verdrehbar, also vordrehbar, ist. In der Gegenrichtung, also der Sperrdrehrichtung, wird das Reibfederelement gegen die Antriebsspindel gezogen, sodass die Reibkraft derart zunimmt, dass ein Verdrehen der Antriebsspindel in Sperrdrehrichtung, also ein Rückdrehen, gehemmt wird. Dieser Effekt wird dadurch erreicht, dass das Reibfederelement in jedem Zustand über einen Umfangsabschnitt an der Antriebsspindel anliegt, aber gegen ein Verdrehen in Umfangsrichtung gesichert ist.
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Das Reibfederelement ist dabei derart ausgerichtet, dass es in das Antriebsgewinde der Antriebsspindel eingreift. Das gesicherte Ende des Reibfederelements ist dabei in Bezug auf das freie Ende des Reibfederelements freilaufseitig angeordnet. Der Umfangsabschnitt erstreckt sich über mindestens 90°, bevorzugt über mindestens 180°, besonders bevorzugt über mindestens 270°. Die Länge des Umfangsabschnitts erhöht die Reibkraft und somit die Sperrwirkung des Reibfederelements.
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Hierbei ist nun das Reibfederelement mit der Spindelmutter mitbewegbar fixiert, sodass das Reibfederelement mit der Bewegung der Spindelmutter in Freilaufrichtung mitwandert. Dies hat den Vorteil, dass das Freilaufelement in eine bestehende Komponente der Nachstelleinrichtung integriert ist und keines zusätzlichen Bauraums bedarf. Besonders bevorzugt weist eine solche Nachstelleinrichtung keine zusätzliche Freilaufvorrichtung auf, sondern das Reibfederelement bildet das einzige Freilaufelement der Nachstelleinrichtung. Hierdurch kann zusätzlicher Bauraum gewonnen werden, indem zum Beispiel keine Sperrklinken vorgesehen werden müssen. Zudem werden der apparative Aufwand und die Fertigungspräzision gegenüber einer Verwendung von Sperrklinken deutlich reduziert. Außerdem wird die Fertigung erleichtert und somit weniger fehleranfällig und somit die Herstellung kostengünstiger.
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Weiterhin ergibt sich mittels dieses Reibfederelements eine stufenlose Nachstellung, welche bei einer Konfiguration mit (allein) Sperrklinken nicht umsetzbar ist. Damit ist eine Übernachstellung infolge eines Sprungs in eine nächste diskrete Position, also einer stärkeren Nachstellung als bedurft, unterbindbar, welche zu einer Beschädigung des zumindest einen Reibbelags führen kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Nachstelleinrichtung ist das Reibfederelement von einer Schlingfeder gebildet.
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Eine Schlingfeder umschließt die Antriebsspindel über zumindest 360°, bevorzugt über eine Mehrzahl von Gewindegängen, also ein Vielfaches von 360°. Hierdurch wird die Reibwirkung erhöht. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet die Schlingfeder allein das korrespondierende Gegengewinde der Spindelmutter, sodass die Spindelmutter selbst kein eigenes Gewinde aufweisen muss. Vielmehr wird die Spindelmutter mittels der mit dem Antriebsgewinde der Antriebsspindel im Eingriff stehenden Schlingfeder in Freilaufrichtung vorgeschoben. Hierdurch werden zusätzlicher Fertigungsaufwand und Schwierigkeiten bei der Montage reduziert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Nachstelleinrichtung ist die Spindelmutter von der Schlingfeder gebildet.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist die Spindelmutter vollständig von der Schlingfeder ersetzt, sodass ein weiteres Element der Nachstelleinrichtung entfällt und damit der Montageaufwand reduziert wird. In vielen Fällen wird hierbei zusätzlich die Masse der Spindelmutter reduziert, sodass die auf die Antriebsspindel einwirkenden Fliehkräfte reduziert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Nachstelleinrichtung umfasst ein Drahtende der Schlingfeder den Stellanschlag zum Verschieben des Stellelements umfasst.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform ist zudem der Stellanschlag der Spindelmutter durch die Schlingfeder gebildet, nämlich durch ein Drahtende. Bevorzugt umfasst hierbei das freie Drahtende den Stellanschlag. Besonders bevorzugt ist der Stellanschlag von einem (unverformten) Drahtende gebildet und umfasst keine weiteren Elemente. Hierdurch ist der Aufbau der Spindelmutter besonders einfach und es wird zusätzlich (mitrotierende) Masse eingespart.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Nachstelleinrichtung umfasst das verschiebbare Stellelement eine Verdrehsicherung für die Spindelmutter, bevorzugt in Verbindung mit dem Stellanschlag der Spindelmutter.
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Das verschiebbare Stellelement ist nicht um die Spindelachse verdrehbar, sondern in Bezug dazu fixiert. Weiterhin umfasst das Stellelement zumindest eine Fläche, welche zur Anlage der Spindelmutter geeignet ist. Somit ist die Funktion der Verdrehsicherung in das Stellelement integrierbar. Bevorzugt dient der Stellanschlag in Verbindung mit diesem korrespondierenden Stellelement als Verdrehsicherung für die Spindelmutter. Besonders bevorzugt ist der entsprechende Stellanschlag von einem Drahtende der Schlingfeder gebildet, sodass diese Funktion in die Schlingfeder integriert ist. Ganz besonders bevorzugt wird ein Zusammenziehen der Schlingfeder infolge eines Rückdrehens von der Fixierung dieses Drahtendes mit dem korrespondierenden Stellelement, und somit ein Sperren, unterstützt. Besonders bevorzugt bildet eine der hier beschriebenen Verdrehsicherungen die einzige Verdrehsicherung der Spindelmutter.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Anpressplatte für eine Reibkupplung mit einer Kupplungsachse vorgeschlagen, wobei die Anpressplatte zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – ein Plattenelement mit einer Reibfläche zum Anpressen an eine korrespondierende Reibscheibe und mit einer Rückseite zur Aufnahme einer Anpresskraft;
- – eine Nachstelleinrichtung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Antriebsspindel auf der Rückseite des Plattenelements angeordnet ist, und wobei bevorzugt das Stellelement zumindest einen Rampenring umfasst, welcher um die Kupplungsachse verdrehbar ist und auf einem korrespondierenden Gegenrampenring auf der Rückseite des Plattenelements angeordnet ist, sodass mittels des Rampenrings und des Gegenrampenrings die kupplungsaxiale Höhe gebildet ist.
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Die hier vorgeschlagene Anpressplatte ist eine konventionelle Guss-Anpressplatte, besonders bevorzugt aber eine Stahlblech-Anpressplatte. Die Anpressplatte ist dazu eingerichtet, durch kupplungsaxiales Anpressen gegen eine korrespondierende Reibscheibe eine Reibkraft zu erzeugen, sodass ein Drehmoment lösbar reibschlüssig übertragbar ist. Hierzu weist die Anpressplatte ein Plattenelement auf, welches auf einer Seite, zu welcher die Kupplungsachse normal ausgerichtet ist, eine Reibfläche aufweist und auf der anderen Seite eine Rückseite, über welche eine erforderliche Anpresskraft aufnehmbar ist. Hierzu weist die Rückseite einen Nockenring auf, wobei diese bevorzugt von dem Stellelement der Nachstelleinrichtung gebildet ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Gegenrampenring einstückig mit der Rückseite der Anpressplatte gebildet. Alternativ ist der Gegenrampenring rotatorisch mit der Anpressplatte fixiert. Der Rampenring liegt auf dem Gegenrampenring auf,
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sodass der Rampenring durch eine relative Verdrehung zum Gegenrampenring (aufwärts) wandert, sodass die gemeinsam in kupplungsaxialer Richtung gebildete Höhe der Ringe des Stellelements verändert wird. Die Anpressplatte ist dabei in einer Reibkupplung derart lagerbar, dass aufgrund einer Veränderung der Höhe der Nachstelleinrichtung die Ausgangslage und die Endlage der Anpressplatte zwischen dem gelösten und dem eingerückten Zustand veränderbar ist. Die Antriebsspindel ist mittels einer Halterung auf der Rückseite der Anpressplatte angeordnet und bevorzugt tangential zur Kupplungsachse, also der Rotationsachse der Anpressplatte, ausgerichtet. Besonders bevorzugt umfasst die Nachstelleinrichtung dabei weiterhin ein Antriebsritzel, welches rotationsfest mit der Antriebsspindel verbunden ist, und die Anpressplatte umfasst eine Antriebsklinke, welche in die Verzahnung des Antriebsritzels eingreift und bei einer Überschreitung eines Weggrenzwertes (oder Kraftgrenzwertes) eine Verdrehung der Antriebsspindel in Freidrehrichtung um die Spindelachse anstößt. Besonders bevorzugt ist die gesamte Nachstelleinrichtung auf der Rückseite der Anpressplatte vormontierbar, sodass die Anpressplatte mit Nachstelleinrichtung als Baueinheit in einer Reibkupplung montierbar ist.
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Gemäß am weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reibkupplung mit einer Kupplungsachse zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, wobei die Reibkupplung zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – zumindest ein Reibpaket mit zumindest einer Anpressplatte nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und mit zumindest einer korrespondierenden Reibscheibe, über welches im verpressten Zustand ein Drehmoment übertragbar ist;
- – zumindest eine Betätigungseinrichtung zum Verpressen des zumindest einen Reibpakets.
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Die Reibkupplung ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment lösbar von einer Abtriebswelle auf einen Verbraucher und umgekehrt zu übertragen. Dies wird in der Regel über das (zumindest eine) Reibpaket erreicht, welches eine axial verschiebbare, in der Regel mit der Abtriebswelle rotationsfeste, Anpressplatte aufweist, welche gegen zumindest eine korrespondierende Reibscheibe pressbar ist. Infolge der Anpresskraft ergibt sich eine Reibkraft über die Reibfläche, welche multipliziert mit dem mittleren Radius der Reibfläche ein übertragbares Drehmoment ergibt.
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Aufgrund des Einrückvorgangs mit, mitunter hoher, Relativgeschwindigkeit zwischen der Anpressplatte und der zumindest einen Reibscheibe, sowie aufgrund eines, mitunter hohen, (einseitig anliegenden) Drehmoments kann ein Reibbelag zwischen der Anpressplatte und der zumindest einen Reibscheibe verschlissen werden, das heißt in seiner Dicke abnehmen. Um eine spürbare Auswirkung für den Benutzer der Reibkupplung zu vermeiden und um die Länge eines Betätigungswegs für eine Betätigungseinrichtung, zum Beispiel eine (hydraulische und/oder elektrische) Kupplungsmechanik, gering zu halten, ist eine Nachstelleinrichtung vorteilhaft.
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Die Nachstelleinrichtung bewirkt eine verschleißabhängige Verlagerung der zumindest einen Anpressplatte, sodass der Abstand zwischen dem zumindest einen Reibbelag und der zumindest einen Anpressplatte über den Verschleiß (nahezu) konstant bleibt. Weiterhin ist die Nachstelleinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform zugleich dazu eingerichtet weitere Verschleißerscheinungen, wie zum Beispiel eine Setzung der Betätigungsfeder, auszugleichen.
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Die Anpressplatte umfasst dabei zumindest eine Nachstelleinrichtung in einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung. Die Nachstelleinrichtung ist kostengünstig, weist eine reduzierte Masse auf und vereinfacht die Montage. Aufgrund der stufenlosen Nachstellbarkeit ist die Kraftkonstanz der Reibkupplung verbessert und es sind größere Anpresskraftgradienten in der Auslegung möglich, da die maximale Betriebspunktverschiebung bis zum Nachstellen besser wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welcher ein Antriebsaggregat mit einer Abtriebswelle und eine Reibkupplung gemäß der obigen Beschreibung umfasst, wobei die Abtriebswelle zur Drehmomentübertragung mittels der Reibkupplung lösbar mit zumindest einem Verbraucher verbindbar ist.
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Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einem Antriebsaggregat, zum Beispiel einer Energiewandlungsmaschine, bevorzugt einer Verbrennungskraftmaschine oder einer elektrischen Antriebsmaschine, bereitgestelltes und über ihre Abtriebswelle abgegebenes Drehmoment für zumindest einen Verbraucher lösbar, also zuschaltbar und abschaltbar, zu übertragen. Ein beispielhafter Verbraucher ist zumindest ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs und/oder ein elektrischer Generator zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Umgekehrt ist auch eine Aufnahme einer von zum Beispiel einem Antriebsrad eingebrachten Trägheitsenergie umsetzbar. Das zumindest eine Antriebsrad bildet dann das Antriebsaggregat, wobei dessen Trägheitsenergie mittels der Reibkupplung auf einen elektrischen Generator zur Rekuperation, also zur elektrischen Speicherung der Bremsenergie, mit einem entsprechend eingerichteten Antriebsstrang übertragbar ist. Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von Antriebsaggregaten vorgesehen, welche mittels der Reibkupplung in Reihe oder parallel geschaltet beziehungsweise voneinander entkoppelt betreibbar sind, beziehungsweise deren Drehmoment jeweils lösbar zur Nutzung zur Verfügung stellbar ist. Beispiele sind Hybridantriebe aus elektrischer Antriebsmaschine und Verbrennungskraftmaschine, aber auch Mehrzylindermotoren, bei denen einzelne Zylinder(-gruppen) zuschaltbar sind.
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Um das Drehmoment gezielt und/oder mittels eines Schaltgetriebes mit unterschiedlichen Übersetzungen zu übertragen beziehungsweise eine Übertragung zu trennen, ist die Verwendung der oben beschriebenen Reibkupplung besonders vorteilhaft. Die Nachstelleinrichtung erlaubt eine stufenlose Nachstellung bei gleichzeitig geringer Masse und einer verringerten Anzahl von Einzelteilen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches zumindest ein Antriebsrad aufweist, welches mittels eines Antriebsstrangs gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt das Antriebsaggregat, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder einer elektrischen Antriebsmaschine, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Reibkupplung kleiner Baugröße zu verwenden. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz einer Reibkupplung in motorisierten Zweirädern, für welche eine deutlich gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird.
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Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Funktionseinheiten in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Der oben beschriebene Antriebstrang weist eine verbesserte Nachstelleinrichtung auf, mit welcher unter anderem eine stufenlose Nachstellung möglich ist, wodurch eine verbesserte Kraftkonstanz und absolut geringere Betätigungskräfte erzielbar sind.
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Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
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1: eine Reibkupplung mit Nachstelleinrichtung;
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2: eine Anpressplatte mit Nachstelleinrichtung;
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3: eine Antriebsspindel mit Schlingfeder als Spindelmutter;
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4: eine Schlingfeder und deren Freilaufrichtung;
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5: eine Schlingfeder und deren Sperrdrehrichtung;
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6: eine Spindelmutter mit einem Reibfederelement; und
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7: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Reibkupplung.
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In 1 ist eine Reibkupplung 2 im Schnitt gezeigt. Hierbei ist ein Reibpaket 24 vorgesehen, welches eine Anpressplatte 6, eine Gegenplatte 33 und eine dazwischen angeordnete Reibscheibe 18 umfasst. In diesem Beispiel weist allein die Reibscheibe 18 Reibbeläge auf, wodurch eine Reibbelagdicke 41 gebildet ist. Nimmt diese Reibbelagdicke 41 ab, so kann die Lage der Anpressplatte 6 daran angepasst werden. Die Betätigungseinrichtung 25, von der hier nur die Tellerfeder gezeigt ist, welche hier mittels eines Stufenbolzens 39 an einem Kupplungsdeckel 38 kupplungsaxial fixiert gelagert ist, ist dabei mit (nahezu) unverändertem Stellweg betreibbar. Dies wird dadurch erreicht, dass die Höhe 4 des Stellelements 5 angepasst an die Abnahme der Reibbelagdicke 41 veränderbar ist. Das Stellelement 5 ist hierbei an der Rückseite 19 des Plattenelements 16 der Anpressplatte 6 angeordnet, wobei ein Gegenrampenring 21 hier einstückig mit der Rückseite 19 des Plattenelements 16 gebildet ist, auf welchem der Rampenring 20 um die Kupplungsachse 3 der Reibkupplung 2 derart verschiebbar ist, dass die gemeinsam gebildete Höhe 4 veränderbar ist. Ein Verschieben des Rampenrings 20 ist hierbei von einer Spindelmutter 9 anstoßbar, welche aufgrund einer Verdrehsicherung 11 mittels der Antriebsspindel 7 entlang der Spindelachse 8 (zeigt aus der Blattebene heraus) bewegbar ist. Das Stellelement 5 bildet im Zusammenwirken mit dem Stellanschlag 10 der Spindelmutter 9 hierbei zugleich die Verdrehsicherung 11. Die Antriebsspindel 7 wiederum ist um die Spindelachse 8 mittels eines Antriebsritzels 35 antreibbar, welches durch eine kupplungsaxiale Relativbewegung zwischen einer am Kupplungsdeckel 38 fixierten Antriebsklinke 36 und der Anpressplatte 6 mittels der Antriebsklinke 36 verdreht wird. Hier ist also eine weggesteuerte Nachstellung dargestellt. Aus Sicherheitsgründen ist die Nachstellung mittels eines (hier justierbaren) Begrenzungsanschlags 37 an der Antriebsklinke 36 begrenzt. Die Reibkupplung 2 ist hier in einem eingerückten Zustand gezeigt, sodass die Reibfläche 17 der Anpressplatte 6 und entsprechend die Gegenplatte 33 in reibschlüssigen Kontakt mit der Reibscheibe 18 stehen, und so ein Drehmoment um die Kupplungsachse 3, zum Beispiel von der Abtriebswelle 22 auf eine Ausgangswelle 34, übertragbar ist. Die nötige Anpresskraft wird hierbei von der Tellerfeder der Betätigungseinrichtung 25 aufgebracht. Trotz einer Abnahme der Reibbelagdicke 41 ist die Betätigungseinrichtung 25 somit stets zwischen (nahezu) den gleichen Maximalstellungen hin und her bewegbar, sodass auch die in diesem Fall von der geometrischen Lage der Tellerfeder abhängiger Anpresskraft über den Verschleiß der Reibkupplung 2 (nahezu) konstant bleibt.
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In 2 ist ein Ausschnitt einer Reibplatte 6, zum Beispiel eine Anpressplatte wie in 1 dargestellt, in Draufsicht mit einer Nachstelleinrichtung 1 gezeigt. Hierbei ist das anzutreibende Stellelement 5 zum Beispiel ein Rampenring 20 wie in 1 dargestellt und liegt auf der Rückseite 19 des Plattenelements 16 der Reibplatte 6 auf. Das Stellelement 5 wird über einen Stellanschlag 10 bewegt, wobei der Stellanschlag 10 hier von einem (zur Spindelachse rotatorisch) fixierten Drahtende 15 einer Schlingfeder 12 gebildet ist und entlang der Spindelachse 8 in Freilaufrichtung 43 bewegbar ist. Die Schlingfeder 12 bildet hierbei die Spindelmutter 9, ohne weitere Elemente zu umfassen. Die Schlingfeder 12 bildet somit auch das korrespondierende Gegengewinde 46 zum Antriebsgewinde 45 (vergleiche 3) der Antriebsspindel 7. Die Antriebsspindel 7 ist um die Spindelachse 8 verdrehbar, wobei ein Vordrehen der Antriebsspindel 7 mittels eines Antriebsritzel zu 35 anstoßbar ist. Die Antriebsspindel 7 ist hierbei mittels einer Halterung 40 auf der Rückseite 19 des Plattenelements 16 fixiert und rotiert somit im Zusammenbau in einer Reibkupplung 2 mit, wie sie zum Beispiel in 1 gezeigt ist.
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In 3 ist eine Antriebsspindel 7 im Schnitt gezeigt, auf deren Gewindeabschnitt 47 mit einem Antriebsgewinde 45 eine Spindelmutter 9 mit ihrem korrespondierenden Gegengewinde 46 angeordnet ist, wobei die Spindelmutter 9 und das Gegengewinde 46 vollständig von einer (einstückigen) Schlingfeder 12 gebildet sind. Die Schlingfeder 12 bildet hierbei mit einem fixierten Drahtende 15 einen Stellanschlag 10 für ein Stellelement 5 (vergleiche 2). Die Antriebsspindel 7 ist um die Spindelachse 8 mittels einer Stelleingabe über ein Antriebsritzel 35 verdrehbar, wobei die Spindelmutter 9 ein Vordrehen der Antriebsspindel 7 zulässt, sodass die Spindelmutter 9 in Freilaufrichtung 43 wandert. Hingegen sperrt die Spindelmutter 9 mittels ihrer Umschlingung ein Rückdrehen, sodass die Spindelmutter 9 nicht in Sperrlaufrichtung 44 bewegbar ist.
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In 4 und 5 ist eine Schlingfeder 12 gezeigt, wie sie beispielsweise die Spindelmutter 9 in 3 bildet. Die Schlingfeder 12 weist hierbei zwei Drahtenden auf, nämlich ein fixiertes Drahtende 15 und ein freies Drahtende 42. Das fixierte Drahtende 15 ist hierbei zur Spindelachse 8 rotatorisch fixiert, also gemäß dem in 2 gezeigten Beispiel, unter Vernachlässigung von Spiel und Verformung, stets (etwa) gleich, zum Beispiel parallel, zur Rückseite 19 der Reibplatte 6 ausgerichtet. Dem hingegen ist das andere Drahtende 42 frei, also im Rahmen der Verformbarkeit der Schlingfeder 12 um die Spindelachse 8 bewegbar. Bei einem Vordrehen der Antriebsspindel 7, wie sie zum Beispiel in 3 gezeigt ist, wird das freie Drahtende 42 in Freidrehrichtung 13 mitbewegt und somit die Schlingfeder 12 (bevorzugt insgesamt) gespreizt oder aufgeweitet. Damit nimmt die auf die Antriebsspindel 7 aufgebrachte Reibkraft ab und die Schlingfeder 12 beziehungsweise die Spindelmutter 9 wird in Freilaufrichtung 43 bewegt (vergleiche 4). Bei einem Rückdrehen der Antriebsspindel 7, wie sie zum Beispiel in 3 gezeigt ist, wird das freie Drahtende 42 in Sperrdrehrichtung 14 mitbewegt und somit die Schlingfeder 12 (bevorzugt insgesamt) zusammengezogen oder verengt. Damit nimmt die auf die Antriebsspindel 7 aufgebrachte Reibkraft zu und die mittels des fixierten Drahtendes 15 arretierte Schlingfeder 12 unterbindet eine Bewegung der Spindelmutter 9 in Sperrlaufrichtung 44 (vergleiche 5). Das Spreizen beziehungsweise das Zusammenziehen bewirkende Drehen der Antriebsspindel 7 wird bevorzugt über die vom gesamten Gegengewinde 46 gebildete Reibfläche auf die Schlingfeder 12 übertragen.
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In 6 ist eine Alternative Spindelmutter 9 im Schnitt gezeigt, welche ein Reibfederelement 12 umfasst, die an der Antriebsspindel 7 über einen Umfangsabschnitt, hier beispielsweise 210°, anliegt. Die Spindelmutter 9 ist hierbei zum Beispiel konventionell aufgebaut und bildet mit einer ebenen Außenfläche zusammen mit einer korrespondierenden Gegenfläche eine Verdrehsicherung 11. Weiterhin bildet die Spindelmutter 9 ein, oder zumindest einen Teil des, Gegengewinde(s) 46, welches im Eingriff mit dem Antriebsgewinde 45 der Antriebsspindel 7 steht, sodass die Spindelmutter 9 infolge eines Vordrehens der Antriebsspindel 7 in Freidrehrichtung 13 in Freilaufrichtung 43 bewegt wird. Das Reibfederelement 12 funktioniert hierbei ähnlich wie die vorhergehend beschriebene Schlingfeder 12 (vergleiche 4 und 5), wobei hier das fixierte Drahtende 15 mittels der separat gebildeten Spindelmutter 9 fixiert ist und das freie Drahtende 42 bereits nach weniger als einer vollen Umschlingung der Antriebsspindel 7 angeordnet ist. Wird die Antriebsspindel 7 in Freidrehrichtung 13 gedreht, so wird das Reibfederelement 12 vom Antriebsgewinde 45 durch Aufweitung beabstandet. Wird umgekehrt die Antriebsspindel 7 in Sperrdrehrichtung 14 (Gegenrichtung zur Freidrehrichtung 13) gedreht, so wird das Reibfederelement 12 vom Antriebsgewinde 45 durch Längung des Reibfederelements 12 herangezogen und übt somit eine hemmende Reibkraft auf die Antriebsspindel 7 aus. Die Länge und die Spannung des Reibfederelements 12 ist dabei gemäß den Anforderungen an die erforderliche Hemmkraft auszulegen.
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In 7 ist ein Antriebsstrang 23, umfassend ein Antriebsaggregat 27, hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt, eine Abtriebswelle 22, eine Reibkupplung 2 und ein drehmomentübertragend verbundenes linkes Antriebsrad 28 und rechtes Antriebsrad 29, schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang 23 ist hier in einem Kraftfahrzeug 26 angeordnet, wobei das Antriebsaggregat 27 mit seiner Motorachse 32 quer zur Längsachse 31 vor der Fahrerkabine 30 angeordnet ist.
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Mit der hier vorgeschlagenen Nachstelleinrichtung ist ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nachstelleinrichtung
- 2
- Reibkupplung
- 3
- Kupplungsachse
- 4
- Höhe
- 5
- Stellelement
- 6
- Reibplatte, Anpressplatte
- 7
- Antriebsspindel
- 8
- Spindelachse
- 9
- Spindelmutter
- 10
- Stellanschlag
- 11
- Verdrehsicherung
- 12
- Reibfederelement, Schlingfeder
- 13
- Freidrehrichtung
- 14
- Sperrdrehrichtung
- 15
- fixiertes Drahtende
- 16
- Plattenelement
- 17
- Reibfläche
- 18
- Reibscheibe
- 19
- Rückseite
- 20
- Rampenring
- 21
- Gegenrampenring
- 22
- Abtriebswelle
- 23
- Antriebsstrang
- 24
- Reibpaket
- 25
- Betätigungseinrichtung
- 26
- Kraftfahrzeug
- 27
- Antriebsaggregat
- 28
- linkes Antriebsrad
- 29
- rechtes Antriebsrad
- 30
- Fahrerkabine
- 31
- Längsachse
- 32
- Motorachse
- 33
- Gegenplatte
- 34
- Ausgangswelle
- 35
- Antriebsritzel
- 36
- Antriebsklinke
- 37
- Begrenzungsanschlag
- 38
- Kupplungsdeckel
- 39
- Stufenbolzen
- 40
- Halterung
- 41
- Reibbelagdicke
- 42
- freies Drahtende
- 43
- Freilaufrichtung
- 44
- Sperrlaufrichtung
- 45
- Antriebsgewinde
- 46
- Gegengewinde
- 47
- Gewindeabschnitt
