DE102018214877B3

DE102018214877B3 - Betätigungsmechanismus insbesondere für einen Kupplungssteller

Info

Publication number: DE102018214877B3
Application number: DE102018214877.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Geis-Esser; Jürgen Schudy; Alexander Koch
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2038-09-01

Abstract

Es wird ein Betätigungsmechanismus für eine Kupplung offenbart, aufweisend:
- ein Betätigungselement (6), das dazu ausgebildet ist, mit einer Betätigungskraft (F_B) beaufschlagt und durch diese in einer Betätigungsrichtung (X) verschoben zu werden,
- ein Übertragungselement (1), das dazu ausgebildet ist, eine Verschiebung in der Betätigungsrichtung (X) auszuführen, und
- einen Kompensationsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, eine Verstärkungsanpresskraft (F_V) zur reibschlüssigen Übertragung der Betätigungskraft (F_B) zwischen dem Übertragungselement (1) und dem Betätigungselement (6) aufzubringen, wenn eine Betätigungskraft (F_B) auf das Betätigungselement (6) aufgebracht wird und die Verstärkungsanpresskraft (F_V) zwischen dem Übertragungselement (1) und dem Betätigungselement (6) zu reduzieren, wenn keine Betätigungskraft (F_B) auf das Betätigungselement (6) aufgebracht wird, wobei
eine Konturierung zwischen dem Übertragungselement (1) und dem Betätigungselement (6) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Verstärkungsanpresskraft (F_V), an unterschiedlichen Positionen entlang der Betätigungsrichtung (X) unterschiedlich zu orientieren.
Ferner wird ein Kupplungssteller mit einem solchen Betätigungsmechanismus offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft einen Betätigungsmechanismus zur Umsetzung einer Betätigungskraft in eine Verschiebung eines Übertragungselementes. Ferner betrifft die Erfindung einen Kupplungssteller, der einen solchen Betätigungsmechanismus aufweist.
Betätigungsmechanismen wandeln eine Betätigungskraft, welche auf ein Betätigungselement aufgebracht wird, in eine Verschiebung eines Übertragungselementes um, um beispielsweise eine Kupplung auszurücken, indem die Verschiebung in die Kupplung eingebracht wird. Jedoch können auch andere technische Vorrichtungen mittels eines solchen Betätigungsmechanismus' betätigt werden.
Ferner müssen jedoch unter bestimmten Bedingungen Relativbewegungen zwischen dem Betätigungselement und dem Übertragungselement zugelassen werden, um beispielsweise Verschleiß der technischen Vorrichtung, insbesondere von Reibbelägen der Kupplung, auszugleichen, wodurch Leerwege, die bei der Betätigung zu überwinden wären, vermieden werden. Die Verbindung zwischen dem Betätigungselement und dem Übertragungselement muss dabei bei Betätigung sicher gegen Durchrutschen ausgebildet sein, um insbesondere sicherheitskritische Situationen, wie beispielsweise das unerwünschte Einrücken einer Kupplung, zu vermeiden.
Eine Vorrichtung mit Nachstellmechanismus zum Betätigen einer Reibungskupplung ist aus der DE 25 00 454 C2 bekannt.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Betätigungsmechanismus der oben beschriebenen Art und einen Kupplungssteller zur Verfügung zu stellen, die zumindest eines der oben genannten Probleme lösen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Betätigungsmechanismus für eine Kupplung vorgesehen, aufweisend:

- ein Betätigungselement, das dazu ausgebildet ist, mit einer Betätigungskraft beaufschlagt und durch diese in einer Betätigungsrichtung verschoben zu werden,
- ein Übertragungselement, das dazu ausgebildet ist, eine Verschiebung in der Betätigungsrichtung auszuführen, und
- einen Kompensationsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, eine Verstärkungsanpresskraft zur reibschlüssigen Übertragung der Betätigungskraft zwischen dem Übertragungselement und dem Betätigungselement aufzubringen, wenn eine Betätigungskraft auf das Betätigungselement aufgebracht wird und die Verstärkungsanpresskraft zwischen dem Übertragungselement und dem Betätigungselement zu reduzieren, wenn keine Betätigungskraft auf das Betätigungselement aufgebracht wird, wobei

Die unterschiedliche Orientierung der Verstärkungsanpresskraft bewirkt, dass es vorteilhafterweise entlang der Betätigungsrichtung Positionen gibt, an denen die Verstärkungsanpresskraft besonders sicher, d.h. besonders sicher gegen Durchrutschen des Übertragungselementes gegenüber dem Betätigungselement, übertragen werden kann.
Der Kompensationsmechanismus ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Verstärkungsanpresskraft zwischen einer Kontaktfläche des Übertragungselementes und einem Kontaktabschnitt eines Klemmelementes zu erzeugen. Diese können zur Verbesserung der Übertragung der Betätigungskraft ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind mehrere Klemmelemente vorgesehen, die weiter vorzugsweise rotationssymmetrisch zur Betätigungsrichtung angeordnet sind. Weiter vorzugsweise können die Klemmelemente in gleichen Winkelabständen angeordnet sein.
Alternativ oder zusätzlich ist der Kompensationsmechanismus dazu ausgebildet, die Verstärkungsanpresskraft zu reduzieren, insbesondere auf Null. Dadurch wird vorteilhafterweise eine Relativbewegung zwischen dem Übertragungselement und dem Betätigungselement erlaubt, ohne dass beide durch gegenseitige Reibung an der Relativbewegung behindert werden. Dadurch kann beispielsweise eine Kompensation bzw. Nachstellung des Übertragungselements gegenüber einer zu betätigenden Vorrichtung, wie einer Kupplung, erfolgen. Somit besteht die Möglichkeit Leerwege, welche beispielsweise durch Verschleiß der Kupplungsbeläge entstehen würden, zu kompensieren.
Die Kontaktfläche weist vorzugsweise eine Konturierung auf, die derart ausgebildet ist, dass eine Abstützkraft des Klemmelementes auf die Kontaktfläche an unterschiedlichen Positionen entlang der Betätigungsrichtung auf der Kontaktfläche einen Kontaktwinkel aufweist, der zwischen 70° und 90°, vorzugsweise zwischen 80° und 90°, besonders bevorzugt 90° zu einer Tangente auf die Kontaktfläche in den unterschiedlichen Positionen beträgt. Wird die Abstützkraft des Klemmelementes möglichst senkrecht auf der Kontaktfläche des Übertragungselementes abgestützt, so ist eine sichere Übertragung der Betätigungskraft auf das Übertragungselement, wie oben beschrieben, erreichbar.
Das Klemmelement ist vorzugsweise einstückig mit dem Betätigungselement ausgebildet. Somit kann erreicht werden, dass das Klemmelement durch eine elastische Ausbildung der Verbindung zwischen dem Klemmelement und dem Betätigungselement elastisch auslenkbar ist.
Alternativ ist es über eine Gelenkverbindung, vorzugsweise eine momentfreie Gelenkverbindung, mit dem Betätigungselement verbunden. Eine momentfreie Gelenkverbindung ist dazu ausgebildet, lediglich Kräfte zwischen Klemmelement und Betätigungselement zu übertragen.
Das Klemmelement des Betätigungsmechanismus ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Betätigungskraft, die auf das Betätigungselement wirkt, in die Verstärkungsanpresskraft umzulenken, wobei die Höhe der Verstärkungsanpresskraft proportional zur Höhe der Betätigungskraft ist.
Vorzugsweise ist der Kompensationsmechanismus, insbesondere das Betätigungselement und das Übertragungselement, dazu ausgebildet, dass bei Überschreiten einer Maximalbetätigungskraft durch die Betätigungskraft oder durch eine in das Übertragungselement eingeleitete Kraft, eine Relativbewegung zwischen Betätigungselement und Übertragungselement in Betätigungsrichtung einsetzt. Somit ist sichergestellt, dass das Übertragungselement und das Betätigungselement gegeneinander verschoben werden können, ohne eingeleitete Kräfte zu übertragen, die zu hoch sind und die Beschädigungen des Betätigungsmechanismus' oder mit dem Betätigungsmechanismus in Kontakt stehende Vorrichtungen, verursachen könnten.
Die Maximalbetätigungskraft, welche maximal durch die Reibschlussverbindung zwischen Betätigungselement und Übertragungselement übertragen werden kann, wird dabei direkt von der Verstärkungsanpresskraft beeinflusst. Die Maximalbetätigungskraft ist dabei umso höher, je höher die Verstärkungsanpresskraft ist. Da die Verstärkungsanpresskraft aus der Betätigungskraft im Wesentlichen durch die bauliche Anordnung von Betätigungselement, Klemmelement und Übertragungselement hervorgerufen wird, ist ein Übersetzungsverhältnis von Betätigungskraft zu Verstärkungsanpresskraft im Wesentlichen durch die konstruktive Gestaltung dieser Elemente möglich. Insbesondere ist hier auf die Verbindung zwischen Betätigungselement und Klemmelement einzugehen, welche vorzugsweise abknickend ausgeführt ist.
Zwischen dem Betätigungselement und dem Übertragungselement ist vorzugsweise ein Spannelement vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, zur Übertragung der Betätigungskraft auf das Übertragungselement eine Spannanpresskraft zu erzeugen, die so ausgebildet ist, dass sie die Maximalbetätigungskraft erhöht, wobei die Spannanpresskraft zusätzlich zur Verstärkungsanpresskraft in Form einer Gesamtanpresskraft wirkt und damit die Maximalbetätigungskraft erhöht. Dadurch wird eine einfache Möglichkeit geschaffen, die Gesamtanpresskraft auszubilden, die sich aus der Verstärkungsanpresskraft und der Spannanpresskraft zusammensetzt.
Das Spannelement ist vorzugsweise als Federelement ausgebildet, das die Spannanpresskraft zwischen Übertragungselement und Klemmelement aufbringt.
Vorzugsweise ist das Federelement geschlossen, insbesondere als Ring ausgebildet, und dazu ausgebildet, die Spannanpresskraft vollumfänglich zwischen Übertragungselement und Betätigungselement aufzubringen.
Die Spannanpresskraft kann dabei leicht konstruktiv ausgelegt werden, indem beispielsweise eine bestimmte Federkonstante des Federelements gewählt wird. Somit ist bei einer zu erwartenden Dehnung des Spannelementes eine bestimmte Spannanpresskraft zu erwarten.
Der Betätigungsmechanismus ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Verstärkungsanpresskraft, vorzugsweise die Gesamtanpresskraft, zwischen dem Übertragungselement und dem Betätigungselement zu verringern, wenn sich das Betätigungselement in einer Endposition befindet, wobei die Verringerung vorzugsweise derart erfolgt, dass dadurch die Maximalbetätigungskraft verringert wird, und eine Relativbewegung zwischen Betätigungselement und Übertragungselement in Betätigungsrichtung ermöglicht wird. Die Verringerung der Gesamtanpresskraft kann somit auch so erfolgen, dass nach wie vor eine Anpresskraft aus Verstärkungsanpresskraft und Gesamtanpresskraft oder nur aus der Verstärkungsanpresskraft zwischen dem Übertragungselement und dem Betätigungselement anliegt. Dadurch wird die Maximalbetätigungskraft verringert wodurch die Relativbewegung zwischen Betätigungselement und Übertragungselement unter Einfluss einer Reibkraft zwischen beiden Elementen erfolgt. Dies kann zur Kompensations- bzw. Nachstellbewegung sinnvoll sein, wenn gewünscht ist, dass ein Kontakt zwischen dem Übertragungselement und dem Betätigungselement, vorzugsweise zwischen der Kontaktfläche und dem Kontaktabschnitt, bestehen bleibt, um verzögerungsfrei bei Aufbringen einer Betätigungskraft eine Verstärkungsanpresskraft wirken zu lassen.
Die Endposition ist vorzugsweise durch einen Anschlag definiert, der gegenüber dem Übertragungselement und dem Betätigungselement ortsfest ausgebildet ist.
Das Klemmelement ist vorzugsweise dazu ausgebildet, in der Endposition des Betätigungselementes an dem Anschlag anzuliegen, wobei zwischen dem Anschlag und dem Klemmelement eine Kraft wirkt, die vorzugsweise die Verstärkungsanpresskraft, besonders bevorzugt die Gesamtanpresskraft, reduziert.
Vorzugweise weist die Kontaktfläche des Übertragungselementes und/oder der Kontaktabschnitt des Klemmelements einen Reibwert auf, der gegenüber einer Oberfläche des Übertragungselementes, die nicht der Kontaktfläche angehört, erhöht ist. Dadurch kann eine weitere Erhöhung der Maximalbetätigungskraft erreicht werden, wenn sichergestellt werden muss, dass relativ hohe Betätigungskräfte übertragen werden müssen. Der Reibwert kann dabei vorzugsweise durch Bearbeitung der Kontaktfläche erreicht werden. So können beispielsweise quer zur Betätigungsrichtung verlaufende Rillen oder eine im Allgemeinen rauer gestaltete Kontaktfläche zielführend sein.
Vorzugsweise ist der Betätigungsmechanismus dazu ausgebildet, die Betätigungskraft pneumatisch, hydraulisch, mechanisch, elektrisch und/oder magnetisch auf das Betätigungselement aufzubringen. Bei pneumatischer oder hydraulischer Aufbringung der Betätigungskraft ist das Betätigungselement vorzugsweise mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung in Kontakt oder das Betätigungselement ist als Kolben ausgebildet, der einen Druckraum eines Zylinders verschließt. Dadurch kann das Betätigungselement mit einer Druckkraft als Betätigungskraft beaufschlagt werden. Bei elektrischer oder magnetischer Aufbringung sind entsprechende Elemente vorgesehen, die die Betätigungskraft aus einem elektrischen oder magnetischen Feld erzeugen. Dazu sind beispielsweise elektrische Motoren, insbesondere Linearmotoren zu rechnen. Ansonsten ist auch eine mechanische Aufbringung, beispielsweise durch ein Gestänge, das mit dem Betätigungselement in Kontakt steht, möglich.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Kupplungssteller vorgesehen, der einen Betätigungsmechanismus, wie oben beschrieben, aufweist, wobei der Kupplungssteller dazu ausgebildet ist, eine Kupplung mit dem Übertragungselement auszurücken, und der Betätigungsmechanismus dazu ausgebildet ist, wenn keine Betätigungskraft auf das Betätigungselement wirkt, die Relativbewegung zwischen Betätigungselement und Übertragungselement freizugeben. Somit ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass das Übertragungselement durch die Relativbewegung, wenn keine Betätigungskraft auf das Betätigungselement wirkt, einen Verschleiß der Kupplungsbeläge ausgleichen kann. Das Übertragungselement kann somit stets mit der Kupplung, insbesondere mit einem Ausrücklager der Kupplung in Kontakt bleiben, so dass keine Leerwege durch den Verschleiß entstehen können, welche bei Aufbringen einer Betätigungskraft auf das Betätigungselement zunächst überwunden werden müssten.
Das Übertragungselement ist vorzugsweise mit einer elastischen Vorspannkraft in Betätigungsrichtung beaufschlagt, die durch ein Federelement erzeugt wird, wobei die elastische Vorspannkraft so ausgebildet ist, dass sie, wenn keine Betätigungskraft auf das Betätigungselement aufgebracht wird, mit einer elastischen Vorspannkraft einer Kupplungsfeder im Gleichgewicht steht. Dadurch wird erreicht, dass ein ständiger Kontakt des Übertragungselements mit der Kupplung, insbesondere mit dem Ausrücklager, besteht.
Die bisher beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu erhalten, welche ebenfalls Gegenstände aufweisen, die den erfindungsgemäßen Gegenständen entsprechen. Nachfolgend erfolgt daher die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Im Einzelnen zeigt:

1 eine prinzipielle Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Betätigungsm echan ism us,
2 Kraftverläufe der Ausführungsformen aus 1, und
3 eine vorteilhafte Weiterbildung des Betätigungsmechanismus aus 1.

1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Betätigungsmechanismus. Da diese Schnittansicht symmetrisch zu einer waagrechten Achse ist, werden lediglich die oberen Elemente des Betätigungsmechanismus mit Bezugszeichen beschrieben. Die unteren Elemente entsprechen den oberen, so dass hier keine Bezugszeichen nötig sind.
Es ist ein Betätigungsmechanismus gezeigt, der ein Übertragungselement 1 in Form einer Stange aufweist, die sich in der gezeigten Darstellung von links nach rechts erstreckt. Das Übertragungselement 1 weist eine Achse 8 auf, die ebenfalls von links nach rechts orientiert ist. Das Übertragungselement 1 ist dabei in einer Betätigungsrichtung X entlang der Achse 8 verschiebbar ausgebildet. Ferner weist das Übertragungselement 1 eine wellenförmige Konturierung auf, so dass das Übertragungselement 1 in Betätigungsrichtung X unterschiedlich große Kreisquerschnittsflächen aufweist. Die Konturierung ist somit rotationssymmetrisch zu der Achse 8 des Übertragungselementes 1 ausgebildet, so dass eine Kontaktfläche 5 des Übertragungselementes 1 in Betätigungsrichtung X abwechselnd Bereiche mit größerem und kleinerem Radius aufweist, wobei die Übergänge zwischen diesen Bereichen stetig gestaltet sind und insbesondere keine Kanten aufweisen.
Anstelle kreisförmiger Querschnittsflächen des Übertragungselementes 1 sind auch andere Querschnittsformen denkbar. So ist beispielsweise auch eine quadratische oder rechteckige Querschnittsform denkbar.
Ferner ist ein Betätigungselement 6 im Schnitt gezeigt, welches sich rotationssymmetrisch um die Achse 8 des Übertragungselements 1 um das Übertragungselement 1 erstreckt. Das Betätigungselement 6 kann dabei mit einer Betätigungskraft F_B , welche an der linken Seite des Betätigungselements 6 gezeigt ist, beaufschlagt werden. An der rechten Seite geht das Betätigungselement 6 in ein Klemmelement 2 über. Dieses Klemmelement 2 ist einstückig mit dem Betätigungselement 6 ausgeführt und zu diesem abknickend orientiert. Alternativ kann das Klemmelement 2 auch über ein Gelenk, welches beispielsweise in dem Knick zwischen Betätigungselement 6 und Klemmelement 2 vorgesehen ist, mit dem Betätigungselement 6 verbunden werden. Dabei handelt es sich um eine mehrteilige Ausführung.
In der gezeigten Ausführungsform sind weitere Klemmelemente 2 rotationssymmetrisch um die Achse 8 angeordnet und mit dem Betätigungselement 6 einstückig ausgeführt.
Das Klemmelement 2 erstreckt sich ausgehend von dem Betätigungselement 6 zu dem Übertragungselement 1 hin. Dabei berührt dessen freies Ende, das hier als Kontaktabschnitt 7 ausgebildet ist, die Kontaktfläche 5 des Übertragungselements 1.
Ferner ist ein Anschlag 3 gezeigt, der ortsfest gegenüber den übrigen Elementen, insbesondere dem Betätigungselement 6 und dem Übertragungselement 1, ausgebildet ist. In der gezeigten Darstellung, welche einer Endstellung des Betätigungselements 6 entspricht, liegt das Klemmelement 2 an dem Anschlag 3 an. Dadurch wird das Klemmelement 2 mit einer Reaktionskraft beaufschlagt, welche dazu führt, dass der Kontaktabschnitt 7 weg von der Achse 8 gebogen wird. Dies erfolgt dadurch, dass die Reaktionskraft parallel zu einer Betätigungsrichtung X orientiert ist, wobei ein Biegemoment um die Verbindungsstelle zwischen Betätigungselement 6 und Klemmelement 2 entsteht, welches das in der Darstellung oben gezeigte Klemmelement 2 links herum und das das unten gezeigte Klemmelement 2 rechts herum beaufschlagt. Dies kann derart erfolgen, dass eine Anpresskraft zwischen dem Kontaktabschnitt 7 und der Kontaktfläche 5 komplett entfällt.
Die Funktionsweise des gezeigten Betätigungsmechanismus stellt sich wie nachfolgend erläutert dar.
In der gezeigten Darstellung befindet sich der Betätigungsmechanismus, insbesondere das Betätigungselement 6, in einer Endstellung. Um nun ausgehend von der Betätigungskraft F_B eine Verschiebung des Übertragungselements 1 in Betätigungsrichtung X zu erreichen, muss die Betätigungskraft F_B auf das Übertragungselement 1 übertragen werden. Die Übertragung erfolgt in der Kontaktstelle zwischen Kontaktfläche 5 und Kontaktabschnitt 7 insbesondere durch eine reibschlüssige Verbindung.
Ferner ist die Anordnung aus Betätigungselement 6, Klemmelement 2 und Kontaktabschnitt 7 derart ausgebildet, dass sie zur Ausbildung der reibschlüssigen Verbindung auf die Kontaktfläche 5 des Übertragungselements 1 eine Verstärkungsanpresskraft F_V bei Aufbringen einer Betätigungskraft F_B auf das Betätigungselement 6 aufbringt. Die Verstärkungsanpresskraft F_V wird wie nachfolgend beschrieben erzeugt.
Wird eine Betätigungskraft F_B auf das Betätigungselement 6 aufgebracht, so löst sich dadurch das Klemmelement 2 von dem Anschlag 3. Dadurch entfällt die Reaktionskraft zwischen Klemmelement 2 und Anschlag 3, wodurch nun die Betätigungskraft F_B mit dem nun auf dem Übertragungselement 1 freistehenden Klemmelement 2 abgestützt werden muss. Aufgrund der gewinkelten Anordnung von Betätigungselement 6 und Klemmelement 2 entsteht dadurch eine hohe Reaktionskraft zwischen dem Kontaktabschnitt 7 und der Kontaktfläche 5. Diese Reaktionskraft ist proportional zu der aufgebrachten Betätigungskraft F_B und wirkt anpressend zwischen der Kontaktfläche 5 und dem Kontaktabschnitt 7. Somit ist diese Reaktionskraft als Verstärkungsanpresskraft F_V wirksam. Dadurch wird auch die Maximalbetätigungskraft, welche zwischen Kontaktfläche 5 und Kontaktabschnitt 7 übertragen werden kann, erhöht. Somit führt die Erzeugung der Verstärkungsanpresskraft F_V dazu, dass die Verschiebung des Übertragungselements 1 in Betätigungsrichtung X erfolgen kann. Sobald die resultierende Maximalbetätigungskraft größer als die aufgebrachte Betätigungskraft F_B ist.
Das Aufbringen der Betätigungskraft F_B auf das Betätigungselement 6 ruft somit zwischen Kontaktfläche 5 und dem Kontaktabschnitt 7 eine Reibkraft F_R hervor, welche, wenn die Betätigungskraft F_B kleiner als die Maximalbetätigungskraft ist, dieser Betätigungskraft F_B entspricht. Das Übertragungselement 1 erfährt folglich eine Verschiebung in Betätigungsrichtung X, welche aus der Betätigungskraft F_B hervorgerufen wird.
Trotzdem weist die gezeigte Verbindung zwischen Kontaktfläche 5 und Kontaktabschnitt 7 eine Maximalbetätigungskraft auf, wodurch ein Überlastschutz realisiert ist, welcher beispielsweise dann ein Durchrutschen des Übertragungselementes 1 gegenüber dem Kontaktabschnitt 7 bzw. dem Betätigungselements 6 erlaubt, wenn eine zu große Gegenkraft entgegen der Betätigungsrichtung X in das Übertragungselement 1 und somit in den Betätigungsmechanismus eingeleitet wird.
Darüber hinaus verfügt der gezeigte Betätigungsmechanismus über eine automatische Verschleißnachstellung, welche dann aktiv ist, wenn sich das Betätigungselement 6 in der gezeigten Endstellung befindet bzw. wenn das gezeigte Klemmelement 2 an dem Anschlag 3 anliegt. Dazu wird das Betätigungselement 6 oder das Klemmelement 2 mit einer Kraft entgegen der Betätigungsrichtung X beaufschlagt, die beispielsweise aus einer Feder (nicht gezeigt) stammt, so dass das Betätigungselement 6 bzw. das Klemmelement 2 in die Endstellung gedrückt werden, wobei dadurch die Reaktionskraft zwischen Anschlag 3 und Klemmelement 2 erhöht wird. Wie oben beschrieben, bewirkt die Reaktionskraft zwischen dem Anschlag 3 und dem Klemmelement 2, dass dadurch ein Biegemoment auf das Klemmelement 2 wirkt, welches das Klemmelement 2 weg von der Achse 8 beaufschlagt. Dabei sind die beteiligten Elemente so ausgebildet, dass das Biegemoment gegen die Verstärkungsanpresskraft F_V wirkt. Somit verringert sich eine Maximalbetätigungskraft zwischen Übertragungselement 1 und Betätigungselement 6, dass eine Verschiebung des Übertragungselementes 1 gegenüber dem Kontaktabschnitt 7 schon durch geringe Kräfte erreicht werden kann, welche von außen in das Übertragungselement 1 entgegen der Betätigungsrichtung X eingeleitet werden.
Eine solche Kraft kann beispielsweise durch eine Kupplungsfeder in das Übertragungselement 1 eingebracht werden, wobei das Übertragungselement 1 in diesem Fall dazu ausgebildet ist, beispielsweise mit einem Ausrücklager der Kupplung in Kontakt zu treten wobei die Kupplungskraft über das Ausdrücklager in das Übertragungselement 1 eingeleitet wird.
Sind beispielsweise die Kupplungsbeläge stark verschlissen, so muss dieser Verschleiß ausgeglichen werden. Dies erfolgt dadurch, dass die Kupplungsfeder stärker auf das Übertragungselement 1 drückt. Da in der gezeigten Endstellung, wie oben beschrieben, die Maximalbestätigungskraft zwischen der Kontaktfläche 5 und dem Kontaktabschnitt 7 stark verringert ist, und in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise auf Null reduziert werden kann, kann sich das Übertragungselement 1 nun frei gegenüber dem Kontaktabschnitt 7 bewegen und dadurch den Kupplungsverschleiß ausgleichen. Bei Aufbringen einer Betätigungskraft F_B wird die Verstärkungsanpresskraft F_V und damit die Maximalbestätigungskraft zwischen der Kontaktfläche 5 und dem Kontaktabschnitt 7 wieder erhöht. Dies erfolgt spätestens dann, wenn sich das Klemmelement 2 von dem Anschlag 3 löst. In bevorzugten Ausführungsformen kann dies jedoch auch bereits früher erfolgen. Die Verbindung besteht demnach wieder zwischen Kontaktfläche 5 und Kontaktabschnitt 7, wodurch die Kupplung mit der Betätigungskraft F_B ausgerückt werden kann.
2 zeigt ferner Kraftverläufe der Ausführungsformen aus 1 an zwei Positionen A, B der Kontaktfläche 5, zur Erläuterung der Funktionsweise der Konturierung der Kontaktfläche 5. Daher wird nachfolgend auf die Darstellung von 1 und 2 eingegangen.
Kontaktiert der Kontaktabschnitt 7 eine in Betätigungsrichtung X steigende Flanke der Konturierung der Kontaktfläche 5, wie es in Position A der Fall ist, so ist es bei entsprechender Ausbildung der Steigung der Flanke möglich, dass sich ein Kontaktwinkel W₁ zu einer Tangente auf die Kontaktfläche 5 in Position A, mit dem sich eine Abstützkraft F_K des Klemmelementes 2 auf der Kontaktfläche 5 abstützt, zu 90° oder zumindest nahe 90° ausbildet. Die Abstützkraft F_K des Klemmelementes 2 resultiert dabei aus der aufgebrachten Betätigungskraft F_B . Sie wird durch die Umlenkung der Betätigungskraft F_B gebildet.
Dadurch geht die gesamte Abstützkraft F_K in eine Anpresskraft auf die Kontaktfläche 5 über, d.h. in diesem Fall ist die Verstärkungsanpresskraft F_V identisch mit der Abstützkraft F_K . Somit wird auch eine Maximalbetätigungskraft erhöht.
Durch diese Kontaktierung wird ein Durchrutschen des Übertragungselementes 1 gegenüber dem Kontaktabschnitt 7 entgegen der Betätigungsrichtung X weiter erschwert. Dadurch wird eine sichere Verschiebung des Übertragungselementes 1 in Betätigungsrichtung X ermöglicht.
In Position B wird die Abstützkraft F_K auf die Kontaktfläche 5 unter einem Kontaktwinkel W₂ zu einer Tangente auf die Kontaktfläche 5 aufgebracht, der geringer als 90° ist. Die Verstärkungsanpresskraft F_V entspricht somit nicht mehr der gesamten Abstützkraft F_K . Durch die gezeigte Anordnung fällt die Verstärkungsanpresskraft F_V dadurch geringer als in Position A aus, wodurch eine Verschiebung des Übertragungselementes 1 in Betätigungsrichtung X möglich ist, jedoch ist hier die Maximalbetätigungskraft gegenüber der Position A aufgrund der geringeren Anpresskraft verringert.
Die Konturierung der Kontaktfläche 5 stellt somit eine Art Rastierung dar, da es Positionen A auf der Kontaktfläche 5 gibt, die für eine sichere Verschiebung des Übertragungselements 1 in Betätigungsrichtung X besonders günstig sind.
Dabei sind unterschiedliche Konturierungen denkbar. Vorteilhaft ist beispielsweise, dass sich die steigende Flanke der Konturierung über einen möglichst langen Bereich in Betätigungsrichtung X erstreckt und anschließend eine fallende Flanke folgt, die sich über einen möglichst kurzen Bereich in Betätigungsrichtung X erstreckt.
3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung des Betätigungsmechanismus aus 1.
Der Aufbau ist identisch zu dem Aufbau, der in 1 gezeigt ist. Daher wird hier nur auf die baulichen und funktionellen Unterschiede eingegangen.
Es ist ein Spannelement 4 gezeigt, welches auf dem Kontaktabschnitt 7 des Klemmelements 2 angeordnet ist. Der Kontaktabschnitt 7 ist dabei zur Aufnahme des Spannelements 4 entsprechend ausgebildet. Das Spannelement 4 ist hier als ringförmiges Federelement ausgebildet, welches sich rotationssymmetrisch um die Achse 8 des Übertragungselementes 1 erstreckt. Dabei ist das Spannelement 4 so ausgebildet, dass es in der gezeigten Darstellung weg von der Achse 8 durch den Kontaktabschnitt 7 geweitet wird. In der Folge bringt das Spannelement 4 eine Spannanpresskraft F_S von außen auf den Kontaktabschnitt 7 auf, wodurch dieser auf die Kontaktfläche 5 des Übertragungselements 1 gepresst wird.
Dadurch erhöht das Spannelement 4 die wirkende Verstärkungsanpresskraft F_V um die Spannanpresskraft F_S . Diese kann durch Auslegung der Federkonstante des Spannelementes 4 und der zu erwarteten Weitung auf dem Kontaktabschnitt 7 berechnet werden.
Das Spannelement 4 führt also dazu, eine Gesamtanpresskraft F_G auszubilden bzw. zu erhöhen, so dass die Maximalbetätigungskraft zwischen Betätigungselement 6 und Übertragungselement 1 weiter gesteigert werden kann und die Gefahr des Durchrutschens bei Aufbringen einer Betätigungskraft F_B verringert werden kann.
Darüber hinaus sind weitere Spannelemente 4 denkbar, die ebenso das Aufbringen einer Spannanpresskraft F_S ermöglichen. Beispielsweise kann anstatt eines Federelementes auch eine Schelle verwendet werden, die eine Einstellung der Spannanpresskraft F_S beispielsweise mittels einer Schraube erlaubt.
Die gezeigten Betätigungsmechanismen sind, wie oben beschrieben, vorzugsweise in einem Kupplungssteller einsetzbar. Dabei kann das Prinzip der Übertragung der Betätigungskraft F_B von dem Betätigungselement 6 auf das Übertragungselement 1 sowohl für zentral, als auch für dezentral angeordnete Kupplungssteller angewendet werden. Ein zentral angeordneter Kupplungssteller ist beispielsweise so gegenüber einer Kupplung angeordnet, dass die Verschiebung des Übertragungselementes 1 in Betätigungsrichtung X zentral fluchtend mit dem Ausrücklager der Kupplung erfolgt. Die Verschiebung zum Ausrücken der Kupplung erfolgt hier direkt durch das Übertragungselement 1. Bei einem dezentralen Kupplungssteller ist das Übertragungselement 1 nicht in Betätigungsrichtung X zentral fluchtend mit dem Ausrücklager angeordnet. Die Verschiebung zum Ausrücken der Kupplung erfolgt hier indirekt, beispielsweise durch ein übersetzendes Gestänge. Ferner kann bei einem zentral angeordneten Kupplungssteller eine Welle, die mit einer Kupplungsseite in Verbindung steht, durch den Kupplungssteller geführt sein. Beispielsweise entspricht dann die Achse dieser Welle der Achse 8 des Übertragungselementes 1, wobei das Übertragungselement 1 hohl ausgeführt ist und die Welle das Übertragungselement 1 durchdringt. Diese und andere Bauformen von Kupplungsstellern beschränken jedoch den Gegenstand der Erfindung nicht.
Bezugszeichenliste

1: Übertragungselement
2: Klemmelement
3: Anschlag
4: Spannelement
5: Kontaktfläche
6: Betätigungselement
7: Kontaktabschnitt
8: Achse
A: Position
B: Position
F_B: Betätigungskraft
F_G: Gesamtanpresskraft
F_K: Abstützkraft Klemmelement 2
F_R: Reibkraft
F_S: Spannanpresskraft
F_V: Verstärkungsanpresskraft
W₁: Kontaktwinkel
W₂: Kontaktwinkel
X: Betätigungsrichtung

Claims

Betätigungsmechanismus für eine Kupplung aufweisend: - ein Betätigungselement (6), das dazu ausgebildet ist, mit einer Betätigungskraft (F_B) beaufschlagt und durch diese in einer Betätigungsrichtung (X) verschoben zu werden, - ein Übertragungselement (1), das dazu ausgebildet ist, eine Verschiebung in der Betätigungsrichtung (X) auszuführen, und - einen Kompensationsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, eine Verstärkungsanpresskraft (Fv) zur reibschlüssigen Übertragung der Betätigungskraft (F_B) zwischen dem Übertragungselement (1) und dem Betätigungselement (6) aufzubringen, wenn eine Betätigungskraft (F_B) auf das Betätigungselement (6) aufgebracht wird und die Verstärkungsanpresskraft (Fv) zwischen dem Übertragungselement (1) und dem Betätigungselement (6) zu reduzieren, wenn keine Betätigungskraft (F_B) auf das Betätigungselement (6) aufgebracht wird, wobei eine Konturierung zwischen dem Übertragungselement (1) und dem Betätigungselement (6) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Verstärkungsanpresskraft (Fv), an unterschiedlichen Positionen entlang der Betätigungsrichtung (X) unterschiedlich zu orientieren.
Betätigungsmechanismus nach Anspruch 1, wobei der Kompensationsmechanismus dazu ausgebildet ist, die Verstärkungsanpresskraft (Fv) zwischen einer Kontaktfläche (5) des Übertragungselementes (1) und einem Kontaktabschnitt (7) eines Klemmelementes (2) zu erzeugen, und/oder wobei der Kompensationsmechanismus dazu ausgebildet ist, die Verstärkungsanpresskraft (Fv) zu reduzieren.
Betätigungsmechanismus nach Anspruch 2, wobei die Kontaktfläche (5) eine Konturierung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Abstützkraft (F_K) des Klemmelementes (2) auf die Kontaktfläche (5) an unterschiedlichen Positionen (A) entlang der Betätigungsrichtung (X) auf der Kontaktfläche (5) einen Kontaktwinkel (W₁) aufweist, der zwischen 70° und 90° zu einer Tangente auf die Kontaktfläche (5) in Position (A) beträgt.
Betätigungsmechanismus nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Klemmelement (2) einstückig mit dem Betätigungselement (6) ausgebildet ist, oder über eine Gelenkverbindung mit dem Betätigungselement (6) verbunden ist.
Betätigungsmechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Klemmelement (2) dazu ausgebildet ist, die Betätigungskraft (F_B), die auf das Betätigungselement (6) wirkt, in die Verstärkungsanpresskraft (Fv) umzulenken, und die Höhe der Verstärkungsanpresskraft (Fv) proportional zur Höhe der Betätigungskraft (F_B) ist.
Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Betätigungselement (6) und das Übertragungselement (1) dazu ausgebildet sind, dass bei Überschreiten einer Maximalbetätigungskraft durch die Betätigungskraft (F_B) oder durch eine in das Übertragungselement (1) eingeleitete Kraft, eine Relativbewegung zwischen Betätigungselement (6) und Übertragungselement (1) in Betätigungsrichtung (X) einsetzt.
Betätigungsmechanismus nach Anspruch 6, wobei zwischen dem Betätigungselement (6) und dem Übertragungselement (1) ein Spannelement (4) vorgesehen ist, das dazu ausgebildet ist, zur Übertragung der Betätigungskraft (F_B) auf das Übertragungselement (1) eine Spannanpresskraft (Fs) zu erzeugen, die so ausgebildet ist, dass sie die Maximalbetätigungskraft erhöht, wobei die Spannanpresskraft (Fs) zusätzlich zur Verstärkungsanpresskraft (Fv) in Form einer Gesamtanpresskraft (F_G) wirkt und damit die Maximalbetätigungskraft erhöht.
Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Betätigungsmechanismus dazu ausgebildet ist, die Verstärkungsanpresskraft (Fv) zwischen dem Übertragungselement (1) und dem Betätigungselement (6) zu verringern, wenn sich das Betätigungselement (6) in einer Endposition befindet, wobei eine Relativbewegung zwischen Betätigungselement (6) und Übertragungselement (1) in Betätigungsrichtung (X) ermöglicht wird.
Betätigungsmechanismus nach Anspruch 8, wobei die Endposition durch einen Anschlag (3) definiert ist, der gegenüber dem Übertragungselement (1) und dem Betätigungselement (6) ortsfest ausgebildet ist.
Betätigungsmechanismus nach Anspruch 9, wobei das Klemmelement (2) dazu ausgebildet ist, in der Endposition des Betätigungselementes (6) an dem Anschlag (3) anzuliegen, und zwischen dem Anschlag (3) und dem Klemmelement (2) eine Kraft wirkt, die die Gesamtanpresskraft (FG) reduziert.
Betätigungsmechanismus nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Spannelement (4) als Federelement ausgebildet ist, das die Spannanpresskraft (Fs) zwischen Übertragungselement (1) und Klemmelement (2) aufbringt.
Betätigungsmechanismus nach Anspruch 11, wobei das Federelement geschlossen ausgebildet ist, und dazu ausgebildet ist, die Spannanpresskraft (Fs) vollumfänglich zwischen Übertragungselement (1) und Betätigungselement (6) aufzubringen.
Betätigungsmechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei die Kontaktfläche (5) des Übertragungselementes (1) und/oder der Kontaktabschnitt (7) des Klemmelements (2) einen Reibwert aufweist, der gegenüber einer Oberfläche des Übertragungselementes (1), die nicht der Kontaktfläche (5) angehört, erhöht ist.
Betätigungsmechanismus nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Betätigungsmechanismus dazu ausgebildet ist, die Betätigungskraft (F_B) pneumatisch, hydraulisch, mechanisch, elektrisch und/oder magnetisch auf das Betätigungselement (6) aufzubringen.
Kupplungssteller, aufweisend einen Betätigungsmechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Kupplungssteller dazu ausgebildet ist, eine Kupplung mit dem Übertragungselement (1) auszurücken und, der Betätigungsmechanismus dazu ausgebildet ist, wenn keine Betätigungskraft (F_B) auf das Betätigungselement (6) wirkt, die Relativbewegung zwischen Betätigungselement (6) und Übertragungselement (1) freizugeben.
Kupplungssteller nach Anspruch 15, wobei das Übertragungselement (1) mit einer elastischen Vorspannkraft in Betätigungsrichtung (X) beaufschlagt ist, die durch ein Federelement erzeugt wird, wobei die elastische Vorspannkraft so ausgebildet ist, dass sie, wenn keine Betätigungskraft (F_B) auf das Betätigungselement (6) aufgebracht wird, mit einer elastischen Vorspannkraft einer Kupplungsfeder im Gleichgewicht steht.