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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung zur Anordnung zwischen einem Fahrantrieb und einem Druckluftkompressor eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs.
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Die Druckluftversorgung in einem Fahrzeug, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, ist eine wichtige Funktion, die die Betriebsbereitschaft des Fahrzeugs mit beeinflusst. Daher wird zur Sicherstellung der Betriebsbereitschaft des Fahrzeugs generell eine Überwachung des Verschleißes angestrebt.
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Üblicherweise befindet sich bei heutigen Nutzfahrzeugen zwischen dem Druckluftkompressor und dem Fahrantrieb eine Kupplung, die den Druckluftkompressor bedarfsgerecht, z.B. in Teillast-Betriebsphasen mit wenig benötigter Druckluft, von dem Fahrantrieb trennen kann. Für den Fall eines Ausfalls der Kupplungseinrichtung ist eine sichere Druckluftversorgung des Nutzfahrzeugs nicht mehr gewährleistet, was den sicheren Betrieb und die Betriebsbereitschaft des Nutzfahrzeugs in hohem Maße beeinträchtigen kann und damit vermieden werden sollte.
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Aus der
DE 198 10 033 A1 ist bereits eine Anordnung zur Überwachung des Verschleißzustands einer Reibungskupplung im Antriebsstrang eines von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welche eine Verschleißerfassungsschaltung umfasst, die auf eine von einem ersten Drehzahlgeber gelieferte, die momentane Eingangsdrehzahl der Reibungskupplung repräsentierende Drehzahlinformation und eine von einem Bewegungssensor gelieferte, den Beginn eines Anfahrvorgangs repräsentierende Information anspricht und als Maß für die Belastung der Reibungskupplung bei einem Anfahrvorgang eine Belastungsinformation liefert.
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Ferner offenbart die
DE 197 56 726 A1 umfasst eine Druckplattenbaugruppe, die ein Gehäuse eine im Gehäuse drehfest angeordnete und bezüglich diesem axial verlagerbare Anpressplatte, einen Kraftspeicher, welcher am Gehäuse einerseits und an der Anpressplatte andererseits abgestützt ist und die Anpressplatte in Richtung auf eine Seite des Gehäuses zudrückt, welche zur Verbindung mit einem Schwungrad vorgesehen ist, eine im Abstützweg des Kraftspeichers angeordnete Verschleißnachstellvorrichtung sowie eine Spielgeberanordnung zur Erfassung eines Verschleißes von Reibbelägen einer zwischen der Anpressplatte und dem Schwungrad klemmbaren oder geklemmten Kupplungsscheibe eines Antriebsstranges eines Fahrzeugs.
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Zudem offenbart die
FR 2 795 468 A1 eine Kupplung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einer Reibscheibe, die axial durch eine Druckplatte bewegbar ist, einer Steuerungseinrichtung, die durch Kupplungselemente und Entkupplungselemente auf der Druckplatte gedrückt wird und mit einem Bauteil, das auf einer hin- und hergehenden Bahn entsprechend dem Kupplungs- und Entkupplungsverlauf verschiebbar ist und Erfassungselementen zum Erfassen der Position des verschiebbaren Bauteils.
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Im Übrigen zeigt die
DE 199 41 208 A1 eine Reibungskupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, die eine Verschleißzustandsanzeigeanordnung aufweist.
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Ferner ist aus der
GB 2 372 330 A eine Anordnung zur Überwachung des Verschleißes einer Reibungskupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Verschleißerfassungseinheit und einem Speicher bekannt. Die Verschleißerkennungseinheit liefert Kupplungsbelastungsinformationen als Messung der Belastung der Kupplung beim Anfahren und speichert diesen Belastungswert in Verbindung mit einem oder mehreren zusätzlichen Fahrzeugzustandswerten in dem Speicher. Diese weiteren Informationen werden von einem Gangstellungsdetektor 29, einem Fahrzeuggewichtssensor 33, einem Neigungssensor 35 und einem Beschleunigungssensor 37 abgeleitet. Die Kupplungsbelastung kann anhand von Kupplungsdrehmomentangaben berechnet werden.
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Weiter ist in der
DE 102 29 084 A1 eine Drehmomenterfassungsanordnung zur Erfassung einer mit einem über eine Reibungskupplung übertragenen Drehmoment in Zusammenhang stehenden Größe offenbart, wobei die Reibungskupplung eine mit einer Abtriebswelle eines Antriebssystems eines Fahrzeugs zur gemeinsamen Drehung gekoppelte oder koppelbare Kupplungsscheibe aufweist, umfasst einen im Drehmomentübertragungszustand nicht mit der Kupplungsscheibe drehbaren Aufnehmerbereich sowie eine zur Erzeugung eines mit dem übertragenen Drehmoment in Zusammenhang stehenden Sensorsignals durch den Aufnehmerbereich abtastbare, an der Kupplungsscheibe vorgesehene Kodierung.
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Darüber hinaus zeigt die
EP 1 616 109 A1 eine Vorrichtung zur Diagnose von Verschleiß der Reibbelage einer Kraftfahrzeugkupplung, umfassend Mittel zum Messen der auf das Kupplungspedal des Fahrzeugs zum Auskuppeln ausgeübten Kraft, wobei die Vorrichtung Mittel zur Befestigung der Messmittel am Kupplungspedal umfasst.
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Die vorstehend beschriebenen Kupplungssysteme befassen sich lediglich mit der Verschließerkennung bei Kupplungseinrichtungen, die in Antriebssystemen bzw. Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Eine Verschleißerkennung bei Kupplungen, die einen Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Druckluftkompressor koppeln ist daher aus dem Stand der Technik nicht ableitbar.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungseinrichtung der eingangs genannten Art in vorteilhafter Weise weiterzubilden, insbesondere dahingehend, dass der Verschleißzustand dieser Kupplungseinrichtung überwachbar ist und diese damit sicherer betrieben werden kann und deren Wartungsintervalle präziser vorhersehbar sind, um die Betriebsbereitschaft des Fahrzeugs noch besser sicherstellen zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kupplungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist vorgesehen, dass eine Kupplungseinrichtung zur Anordnung zwischen einem Fahrantrieb und einem Druckluftkompressor eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit wenigstens einer fahrantriebsseitigen Kupplungsnabe, mit wenigstens einer Reibbelaganordnung, mit wenigstens einer druckluftkompressorseitigen Kupplungsnabe, mit wenigstens einer Druckplatte, mit wenigstens einer Gegendruckplatte und mit wenigstens einem Verschleißsensor vorgesehen ist, wobei im wenigstens teilweise geschlossenen oder im geschlossenen Zustand der Kupplungseinrichtung die Reibbelaganordnung mittels der Druckplatte an die Gegendruckplatte derart andrückbar ist, dass die fahrantriebsseitige Kupplungsnabe und die druckluftkompressorseitige Kupplungsnabe wenigstens teilweise drehfest oder drehfest miteinander gekoppelt sind, wobei der Verschleißsensor zur Erfassung wenigstens einer Dicke der Reibbelaganordnung ausgebildet ist.
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Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass eine Kupplungseinrichtung eines Druckluftkompressors zu dessen Kopplung an einen Fahrantrieb eines Nutzfahrzeugs mit einem Verschleißsensor zur Erfassung bzw. Überwachung des Verschleißes von deren Reibbelaganordnung vorgesehen ist. Der Kupplungseinrichtung kommt deshalb eine hochsicherheitsrelevante Funktion zu, da sie den Druckluftkompressor mit dem Fahrantrieb drehfest koppeln kann, wodurch der Druckluftkompressor dem Nutzfahrzeug Druckluft zur Verfügung stellen kann. Da sehr viele Systeme des Nutzfahrzeugs (z.B. Bremskreise, Getriebesteuerung und Luftfederung des Fahrwerks) mit Druckluft betrieben werden, stellt deren sichere Versorgung einen wesentlichen Beitrag zum sicheren Betrieb des gesamten Nutzfahrzeugs dar. Der Kupplungseinrichtung kommt somit eine hochsicherheitsrelevante Aufgabe bzw. Funktion zu, deren Verschleiß einen wichtigen Einfluss auf die Sicherheit des Betriebs des Druckluftkompressors und damit des gesamten Fahrzeugs hat. Um den Verschleiß der Kupplungseinrichtung überwachen bzw. erfassen zu können, ist die Kupplungseinrichtung daher mit einem Verschleißsensor ausgestattet, der den Verschleißgrad der Kupplungseinrichtung überwachen bzw. erfassen kann. Die Erfassung des Verschleißes der Kupplungseinrichtung kann anhand einer für den Verschleiß der Reibbelaganordnung charakteristischen Distanz erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann die Erfassung des Verschleißes der Kupplungseinrichtung durch Kontaktierung mit dem Verschleißsensor erfolgen, wobei der Kontakt ab einem definierten Verschleißgrad der Kupplungseinrichtung stattfindet. Der Fahrantrieb selbst kann als Verbrennungskraftmaschine (z.B. ein Dieselmotor) oder als elektrischer Motor ausgebildet sein. Auch eine Hybrid-Motorisierung umfassend die Verbrennungskraftmaschine und den elektrischen Motor kann in diesem Zusammenhang denkbar sein.
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Im Übrigen kann vorgesehen sein, dass die Kupplungseinrichtung wenigstens ein Betätigungselement zum Ein- und Ausrücken der Druckplatte aufweist, dessen axiale Stellung bezogen auf eine Mittelachse der Kupplungseinrichtung wenigstens teilweise abhängig von der Dicke der Reibbelaganordnung ist. Das Betätigungselement ist als pneumatisch betätigter Ringkolben ausgebildet. Bezogen auf die drehbaren Bestandteile der Kupplung wie fahrantriebsseitige Kupplungsnabe, Reibbelaganordnung, druckluftkompressorseitige Kupplungsnabe, Druckplatte und Gegendruckplatte befindet sich das Betätigungselement auch im geschlossenen Zustand der Kupplungseinrichtung in einem rotatorisch ruhenden Zustand. Aufgrund dieses ruhenden Zustandes und der Tatsache, dass sich der Verschleißzustand der Reibbelaganordnung auf die axiale Stellung des Betätigungselements auswirkt, eignet sich die Betätigungseinrichtung sehr gut zur Erfassung des Verschleißzustandes der Kupplungsei nrichtung.
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Weiter ist vorstellbar, dass mittels des Verschleißsensors anhand der axialen Stellung des Betätigungselements wenigstens ein Verschleißzustand der Reibbelaganordnung erfassbar ist. Die axiale Stellung des Betätigungselements bezogen auf eine Mittelachse der Kupplungseinrichtung ermöglicht eine besonders einfache Erfassung des Verschleißzustandes bzw. Verschleißgrades. Die Einfachheit der Erfassung besteht insbesondere darin, dass der Verschleißsensor nicht an einem rotierenden Bauteil wie vorstehend beschrieben angebracht werden muss. Vielmehr kann der Verschleißsensor ruhend angeordnet werden, wodurch sich die Signalübertragung, die Ausgestaltung des Sensors an sich und die Signalgüte verbessert. Da Verschleißsensor und Betätigungselement somit relativ zueinander gesehen ruhend angeordnet sind, kann durch eine derartige Anordnung die Verschleißerfassung einerseits vereinfacht werden und andererseits verbessert werden.
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Zudem ist denkbar, dass mit abnehmender Dicke der Reibbelaganordnung das Betätigungselement in Richtung des Verschleißsensors verschiebbar ist. Demzufolge verringert sich mit steigendem Verschleiß bzw. Verschleißgrad der Reibbelaganordnung der axiale Abstand zwischen dem Betätigungselement und dem Verschleißsensor. Durch eine derartige Verringerung kann auf der einen Seite die Anzahl an verschiedenen Verschleißsensortypen vergrößert werden. Schließlich erlaubt eine Verringerung des axialen Abstandes ab einem hinreichend kleinen axialen Abstand beispielsweise die Verwendung eines Kontakt-Verschleißsensors, welcher in der Regel sehr kostengünstig und zuverlässig aufgebaut ist. Auf der anderen Seite kann mit sinkendem Abstand die Erfassungsgenauigkeit des Verschleißsensors verbessert werden bzw. dessen Erfassungsbereich sehr engen Grenzen zugeordnet werden, was ebenfalls mit einer Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit einhergeht.
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Außerdem ist es möglich, dass das Betätigungselement wenigstens einen Erfassungsbereich und/oder Kontaktbereich für den Verschleißsensor aufweist. Das Vorsehen eines Erfassungsbereichs und/oder Kontaktbereichs an dem Betätigungselement verbessert ebenfalls die Erfassungsgenauigkeit des Verschleißsensors. Im Übrigen kann eine Anpassung beispielsweise durch Änderung der Geometrie, des Materials oder des Oberflächenzustandes des Erfassungsbereichs und/oder Kontaktbereichs spezifisch an den jeweiligen verwendeten Verschleißsensortyp angepasst werden. Durch diese Maßnahme kann ein noch genaueres bzw. verbessertes Zusammenwirken zwischen dem Erfassungsbereich und/oder Kontaktbereich und dem Verschleißsensor erfolgen, wodurch die Erfassungsgenauigkeit und damit die Messgenauigkeit weiter gesteigert werden kann.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Druckplatte mit abnehmender Dicke der Reibbelaganordnung durch wenigstens eine Federeinrichtung axial bezogen auf die Mittelachse der Kupplungseinrichtung nachstellbar ist und die daraus resultierenden Stellungen der Federeinrichtung über wenigstens eine Ein- und Ausrückeinrichtung an das Betätigungselement übertragbar ist. Die Federeinrichtung sorgt somit für eine verschleißabhängige und axiale Nachstellung der Druckplatte, da sonst aufgrund des entstehenden axialen Spiels infolge des Verschleißes ein sicherer Betrieb der Kupplungseinrichtung ab einem gewissen Verschleißgrad nicht mehr möglich wäre. Im Übrigen kann durch die Nachstellung eine spielfreie, axial stets vorgespannte und dadurch geometrisch definierte Anordnung der für die Erfassung des Verschleißes mitverantwortlichen Bauteile (wie Druckplatte, Reibbelaganordnung, Federeinrichtung, Ein- und Ausrückeinrichtung und Betätigungselement) erfolgen, was für eine genaue Erfassung des Verschleißes der Kupplungseinrichtung besonders wichtig ist. Die Federeinrichtung weist ferner ein Federpaket mit mehreren Federelementen, insbesondere Membranfederelemente, auf. Die Federelemente können alternativ auch als Tellerfederelemente ausgebildet sein.
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Ebenfalls ist vorstellbar, dass die Federeinrichtung mit wenigstens einem Axialstützelement und wenigstens einem Ansatzbereich der Druckplatte eine Hebelanordnung derart ausbildet, dass mit abnehmender Dicke der Reibbelaganordnung das Betätigungselement, insbesondere axial, mittels der Federeinrichtung in Richtung des Verschleißsensors verschiebbar ist. Die Hebelanordnung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung deshalb besonders vorteilhaft, da sie an dem Axialstützelement einen kinematischen Anlenkpunkt für die Federeinrichtung definiert. Dieser Anlenkpunkt ist in einem radialen Zwischenbereich zwischen Innendurchmesser und Außendurchmesser der Federeinrichtung angeordnet. Hierdurch hat eine axiale Verschiebung des Ansatzbereichs der Druckplatte in Richtung der Gegendruckplatte am Außendurchmesser der Federeinrichtung, ähnlich zu der Kinematik einer Wippe, eine entgegengesetzte axiale Verschiebung von dessen Innendurchmesser zur Folge. An dem Innendurchmesser wiederum wirkt die Federeinrichtung mit der Ein- und Ausrückeinrichtung derart zusammen, dass die entgegengesetzte axiale Verschiebung infolge des Verschleißes an das Betätigungselement übertragen und somit vom Verschleißsensor erfasst werden kann. Demzufolge ist erst durch eine derartige kinematische Beziehung eine axiale Annäherung des Betätigungselements an den Verschleißsensor bei steigendem Verschleiß gewährleistet.
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Darüber hinaus ist denkbar, dass das Betätigungselement zu dessen axial definierter Positionierung durch wenigstens ein weiteres Federelement axial vorgespannt ist. Das weitere Federelement ist als elastisches Widerlager zu der vorstehend beschriebenen entgegengesetzten axialen Verschiebung des Betätigungselements anzusehen. Somit kann das Betätigungselement sicher gegen die Ein- und Ausrückeinrichtung axial vorgespannt werden, welche aufgrund ihrer wälzgelagerten oder gleitgelagerten Ausgestaltung gewissem axialen Spiel unterworfen ist. Insofern kann durch das weitere Federelement die axiale Positionierung des Betätigungselementes definiert erfolgen, wodurch der ungenaue Einfluss des Axialspiels der Ein- und Ausrückeinrichtung auf das Betätigungselement unterbunden werden und damit Erfassungsgenauigkeit weiter verbessert werden.
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Weiterhin ist möglich, dass mittels des Verschleißsensors anhand der axialen Stellung der Druckplatte und/oder der Gegendruckplatte wenigstens ein Verschleißzustand der Reibbelaganordnung erfassbar ist. Sowohl Druckplatte als auch Gegendruckplatte sind unmittelbar mit der Reibbelaganordnung im montierten Zustand der Kupplungseinrichtung wirkverbunden. Aufgrund dieser unmittelbaren Kopplung von Druckplatte und Gegendruckplatte mit der Verschleiß unterworfenen Reibbelaganordnung kann eine noch genauere, weil direkte Erfassung von deren Verschleiß bzw. Verschleißgrad erfolgen, da der Verschleiß nicht über die axiale Verschiebung der Federeinrichtung, der Ein- und Ausrückeinrichtung sowie des Betätigungselements erfolgen müsste.
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Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Druckplatte und/oder die Gegendruckplatte wenigstens einen Erfassungsbereich und/oder Kontaktbereich für den Verschleißsensor aufweist. Das Vorsehen eines Erfassungsbereichs und/oder Kontaktbereichs an der Druckplatte und/oder die Gegendruckplatte verbessert ebenfalls die Erfassungsgenauigkeit des Verschleißsensors. Im Übrigen kann eine Anpassung beispielsweise durch Änderung der Geometrie, des Materials oder des Oberflächenzustandes des Erfassungsbereichs und/oder Kontaktbereichs spezifisch an den jeweiligen verwendeten Verschleißsensortyp angepasst werden. Durch diese Maßnahme kann ein noch genaueres bzw. verbessertes Zusammenwirken zwischen dem Erfassungsbereich und/oder Kontaktbereich und dem Verschleißsensor erfolgen, wodurch die Erfassungsgenauigkeit und damit die Messgenauigkeit weiter gesteigert werden kann.
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Ferner ist vorstellbar, dass der Verschleißsensor druckluftkompressorseitig an einer Gehäusewandung des Druckluftkompressors angeordnet ist. Eine derartige Anordnung bietet insbesondere im Hinblick auf die Montierbarkeit, Messgenauigkeit und den Schutz des Verschleißsensors Vorteile, da dieser einfach in einer Gehäuseaussparung positionsgetreu montiert werden kann. Im Übrigen kann durch geeignete Ausgestaltung des Gehäuses und des Betätigungselements sowie deren gegenseitiger Abdichtung eine Erfassungs- bzw. Messkammer vorgesehen werden, in welcher der Verschleißsensor vor äußeren Einflüssen wie Schmutz, Öl, Abriebpartikel usw. geschützt ist. Diese vorstehend beschriebenen Maßnahmen erhöhen insbesondere die Zuverlässigkeit des Verschleißsensors sowie dessen Mess- bzw. E rfassu ngsgenau ig ke it.
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Auch denkbar ist, dass der Verschleißsensor als optischer und/oder induktiver und/oder kapazitiver und/oder ultraschallbasierter Abstandssensor ausgebildet ist. Derartige Abstandssensoren bieten insbesondere den Vorteil die Distanz des Erfassungsbereichs und/oder Kontaktbereichs des Betätigungselements kontinuierlich und stufenlos zu erfassen. Wie vorstehend beschrieben ist die Distanz des Erfassungsbereichs und/oder Kontaktbereichs aufgrund der kinematischen Hebelanordnung der Federeinrichtung ein charakteristisches Maß für den Verschleiß bzw. Verschleißgrad der Kupplungseinrichtung. Die kontinuierliche und stufenlose Erfassung des Verschleißes bietet vor allem den Vorteil verschiedene Verschleißkategorien mittels eines Steuergerätes des Nutzfahrzeugs zu definieren, welches mit dem Verschleißsensor verbunden ist und die Signalverarbeitung übernimmt. Eine erste Verschleißkategorie könnte in diesem Zusammenhang beispielsweise die optische und/oder akustische Ausgabe eines ersten Warnsignals an den Fahrzeugführer des Nutzfahrzeugs sein, dass innerhalb eines zukünftigen definierten Zeitpunkts bzw. Zeitdauer (z.B. Kilometer- oder Zeitangabe) die Wartung der Kupplungseinrichtung ansteht. Eine zweite Verschleißkategorie kann demzufolge in Form eines Warnsignals erfolgen, wonach die Kupplungseinrichtung schnellstmöglich geartet werden sollte. Darüber hinaus ist ein derartiger Abstandssensor besonders verschleißunempfindlich, da er den Verschleiß der Kupplungseinrichtung berührungslos erfassen kann.
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Überdies ist möglich, dass der Verschleißsensor als optischer und/oder induktiver und/oder kapazitiver und/oder ultraschallbasierter Näherungssensor ausgebildet ist. Ein derartiger Näherungssensor ist besonders verschleißunempfindlich, da er den Verschleiß der Kupplungseinrichtung berührungslos erfassen kann. Zudem kann ein derartiger Näherungssensor kostengünstig und technisch einfach aufgebaut sein. Ein weiterer Vorteil des Näherungssensors ist der, dass dieser den Erfassungsbereich und/oder Kontaktbereich des Betätigungselements aufgrund seines begrenzten Erfassungsbereiches erst dann erfassen kann, wenn sich der Verschleißzustand allmählich einem kritischen Zustand annähert. Mit anderen Worten kann der Verschleißzustand dadurch wesentlich effektiver erfasst werden, da der Verschleißzustand in einem unkritischen Bereich noch nicht unbedingt erfasst werden muss. Im Übrigen ist auch mittels des Näherungssensors eine erste und zweite Verschleißkategorie wie vorstehend beschrieben realisierbar.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass der Verschleißsensor optischer und/oder induktiver und/oder kapazitiver und/oder ultraschallbasierter und/oder widerstandsänderungsbasierter Kontaktsensor ausgebildet ist. Ein Kontaktsensor stellt insbesondere eine kostengünstige und technisch einfach aufgebaute Lösung zur Verschleißüberwachung der Kupplungseinrichtung dar. Ferner liefert der Kontaktsensor lediglich dann ein Verschleißwarnsignal, wenn ein definierter Verschleißzustand bzw. Verschleißgrad erreicht worden ist, wodurch sich die Signalverarbeitung für ein oder mehrere mit dem Verschleißsensor verbundene Steuergeräte ebenfalls verringert.
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Zudem vorstellbar ist, dass die Kupplungseinrichtung als drucklos geschlossene Kupplungseinrichtung ausgebildet ist. Eine derartige drucklos geschlossene Ausgestaltung erhöht insbesondere die Betriebssicherheit des Nutzfahrzeugs, da selbst bei einem Ausfall der pneumatischen Druckversorgung des Betätigungselements ein sicherer und kontinuierlicher Betrieb des Druckluftkompressors aufrechterhalten werden kann. Denn die Betätigung bzw. das Zusammendrücken von Druckplatte und Gegendruckplatte zur Drehmomentübertragung erfolgt lediglich durch die Federeinrichtung und damit unabhängig von dem Druckzustand des pneumatischen Betätigungselements in Form eines Ringkolbens.
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Außerdem ist denkbar, dass die Kupplungseinrichtung als drucklos geöffnete Kupplungseinrichtung ausgebildet ist. Gemäß dieser Ausgestaltung der Kupplungseinrichtung erfolgt die Betätigung bzw. das Zusammendrücken von Druckplatte und Gegendruckplatte zur Drehmomentübertragung in Abhängigkeit von dem Druckzustand des pneumatischen Betätigungselements in Form eines Ringkolbens. Im Übrigen kann in einer drucklos geöffneten und demzufolge druckbeaufschlagt geschlossenen Ausgestaltung die Federeinrichtung zum Anpressen von Druckplatte und Gegendruckplatte wesentlich einfacher bzw. kostengünstiger sowie kompakter ausgebildet werden. Schließlich erfolgt die Anpressung bzw. das Zusammendrücken von Druckplatte und Gegendruckplatte im Wesentlichen durch die Druckbeaufschlagung des Betätigungselements in Form eines pneumatisch betätigbaren Ringkolbens.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Druckluftkompressor für ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, der mit wenigstens einer wie vorstehend beschriebenen Kupplungseinrichtung ausgestattet ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines/der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels/e näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung in einem unverschlissenen Zustand;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung gemäß 1 in einem verschlissenen Zustand;
- 3 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung in einem unverschlissenen Zustand;
- 4 eine schematische Schnittdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung gemäß 3 in einem verschlissenen Zustand;
- 5 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung in einem unverschlissenen Zustand; und
- 6 eine schematische Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung gemäß 5 in einem verschlissenen Zustand.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung 10 zur Anordnung zwischen einem nicht näher dargestellten Fahrantrieb und einem nicht näher dargestellten erfindungsgemäßen Druckluftkompressor eines Nutzfahrzeugs.
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Die Kupplungseinrichtung 10 wird aber beispielsweise durch ein Kupplungszahnrad 12 angetrieben, das wiederum mit einer Motorabtriebswelle und einem entsprechenden Motorzahnrad (nicht in 1 gezeigt) über einen Zahntrieb oder Zahnriemen gekoppelt und angetrieben wird, so dass sich die Kupplungseinrichtung 10 um die Drehachse M (auch Mittelachse M) dreht.
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Das von dort anliegende Drehmoment kommt somit über das Kupplungszahnrad 12 eingangsseitig an die Kupplungseinrichtung 10 an.
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Die Kupplungseinrichtung 10 weist ein Kupplungszahnrad 12 auf.
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Das Kupplungszahnrad 12 weist gemäß 1 weiter einen Zahnradkörper 14 auf.
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Der Zahnradkörper 14 wiederum weist an seinem radialen Außenbereich eine Außenverzahnung 14a bzw. Außenzahnkranz 14a auf.
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Ferner weist die Kupplungseinrichtung 10 einen Zahnradträger 16 auf.
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Der Zahnradträger 16 ist insbesondere als Hub 26 ausgebildet.
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Das Kupplungszahnrad 12 ist im 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mittels Schrauben 18 an den Zahnradträger 16 verschraubt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass das Kupplungszahnrad 12 mit einer üblichen Welle-Nabe-Verbindung mit dem Zahnradträger 16 gekoppelt ist.
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Des Weiteren weist die Kupplungseinrichtung 10 eine Gleitlagerbuchse 20 auf.
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Die Kupplungseinrichtung 10 weist einen Lagerflansch 22 auf, auf dem die Gleitlagerbuchse 20 gleitend gelagert ist.
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Im Lagerflansch 22 sind Druckölbohrungen 23 zur Ölversorgung der Gleitfläche 24 zwischen Gleitlagerbuchse 20 und Lagerflansch 22 vorgesehen.
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Die Kupplungseinrichtung 10 weist außerdem eine Kurbelwelle 28 auf.
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Der Lagerflansch 22 ist dabei auf einem Befestigungsbolzen 30 aufgefädelt, der in die Kurbelwelle 28 eingeschraubt ist.
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Die Kupplungseinrichtung 10 weist ferner ein Gehäuse 32 auf, auch Kompressorkurbelgehäuse 32 genannt.
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Im Gehäuse 32 ist eine weitere Gleitlagerbuchse 34 vorhanden, in der die Kurbelwelle 28 gelagert ist.
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Die Kurbelwelle 28 hat im montierten Zustand im Bereich der Gleitlagerbuchse 34 eine Ölnut 36, die zur Ölversorgung der Gleitlagerpaarung der Kurbelwelle 28 mit der Gleitlagerbuchse 34 dient.
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Ebenfalls auf dem Befestigungsbolzen 30 ist ein Kupplungsrad 38a angeordnet.
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Das Kupplungsrad 38a weist eine Druckluftkompressor seitige Kupplungsnabe 38 auf.
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Ferner ist das Kupplungsrad 38a und mit der Kupplungsnabe 38 einstückig bzw. integral ausgebildet.
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Die Kupplungsnabe 38 wiederum ist mit der Kurbelwelle 28 drehfest verbunden.
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Die Kupplungseinrichtung 10 weist eine Lamellenkupplung 40 auf, die im eingekuppelten Zustand den Zahnradträger 16 mit dem Kupplungsrad 38a reibschlüssig zur Drehmomentübertragung verbindet.
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Bei der Lamellenkupplung 40 der Kupplungseinrichtung 10 handelt es sich um eine drucklos geschlossene Kupplung („normally closed“ Kupplung).
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Erfindung im Zusammenhang mit drucklos geöffneten Kupplungen („normally open“ Kupplungen) realisiert wird.
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Die Lamellenkupplung 40 weist weiter eine Glocke 42 auf, gegen die die Lamellenpakete entsprechend angestellt werden können.
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Die Kupplungseinrichtung 10 und die Lamellenkupplung 40 weisen weiter Lamellen 40a auf, die am Zahnradträger 16 angeordnet und dort axial beweglich geführt sind.
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Der Zahnradträger 16 (auch Hub 26) bildet mit seinem dem Kupplungszahnrad 12 abgewandten Endbereich hier eine fahrantriebsseitige Kupplungsnabe 27 aus, auf der die Lamellen 40a geführt sind.
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Die Lamellen 40b sind in der Glocke 42 aufgefädelt bzw. in dieser angeordnet und dort axial beweglich geführt.
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Die Glocke 42 ist beweglich ausgebildet, während das Kupplungsrad 38a drehfest an der Kurbelwelle 28 befestigt ist.
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Die Glocke 42 bildet mit einem Kragen eine innere Ansatzschulter aus, gegen die eine Gegendruckplatte 42a angepresst ist und das Kupplungsrad 38a bildet eine entsprechende Druckplatte 38b aus. Zwischen Druckplatte 38b und der Gegendruckplatte 42a sind die Lamellen 40a und 40b, die die Reibbelaganordnung 40c ausbilden, gehalten bzw. angeordnet.
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Weiter ist ein Tellerfederpaket 44 vorgesehen sowie ein Hebel 46.
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Der pneumatische Betätigungszylinder 48 ist für die pneumatische Betätigung der Lamellenkupplung 40 vorgesehen.
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Durch entsprechende pneumatische Betätigung kann ein Ausrückelement 50 mit einem Ausrücklager 52 zur Bewegung des Federpakets 44 und damit des Hebels 46 bewegt werden.
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Der Pneumatikzylinder 48 ist weiter zur definierten Position mit einer Positionierungsfeder 54 versehen.
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Weiter ist der Pneumatikzylinder 48 mit entsprechenden Radialdichtungen 48a und 48b gegen die entsprechenden Gehäusewandungen abgedichtet und an diesen gleitend geführt.
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Im Gehäuse 32 ist weiter ein induktiver Sensor 56 vorgesehen.
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Der Pneumatikzylinder 48 weist einen Positionierungskragen 48c zur radialen und axialen Lagerung der Feder 54 auf. Der Positionierungskragen 48c ist als rotationssymmetrischer, axialer Ringvorsprung ausgebildet und ist in Richtung des induktiven Sensors 56 ausgerichtet und dient zur entsprechenden Signalauslösung des Sensors 56, wie nachstehend beschrieben.
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Der Positionierungskragen 48c kann radial geschlossen umlaufend ausgebildet sein.
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Denkbar ist jedoch auch, dass der Positionierungskragen 48c mit radialen Ausnehmungen ausgebildet ein kann.
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Die Funktion der Kupplungseinrichtung 10 lässt sich wie folgt beschreiben:
- Die Kupplungseinrichtung 10 ist eine drucklos geschlossene Kupplung („normally closed“ Kupplung), die also im unbetätigten Zustand eingekuppelt ist. Dies bedeutet, dass ohne Betätigung des Pneumatikzylinders 48 das Drehmoment vom Kupplungszahnrad 12 auf die Kurbelwelle 28 über die Lamellenkupplung 40 übertragen wird.
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Dazu wird das vom Kupplungszahnrad 12 anliegende Drehmoment über die geschlossene Lamellenkupplung 40 vom Hub 26 bzw. Zahnradträger 16 auf das Kupplungsrad 38a und damit auf die Kurbelwelle 28 übertragen.
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Um die Kupplung zu öffnen wird der Pneumatikzylinder 48 entsprechend in Richtung der Lamellenkupplung 40 bewegt, wodurch durch das Ausrückelement 50 bzw. die Betätigungsbuchse 50 zunächst das Federpaket 44 und hierdurch auch der Hebel 46 betätigt wird.
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Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels (nicht in 1 gezeigt) kann die Betätigungsbuchse 50 bzw. das Ausrückelement 50 entfallen, so dass das Ausrücklager 52 im montierten Zustand axial direkt an das Federpaket 44 angestellt ist.
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Die Glocke 42 wird sodann entsprechend derart bewegt, dass die Lamellen 40a und 40b der Lamellenkupplung 40 nicht mehr gegeneinander gepresst sind, wodurch der Reibschluss gelöst und hierdurch die Kupplungseinrichtung 10 in den ausgekuppelten Zustand überführt wird.
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Die Feder 54 dient zur definierten Positionierung des Pneumatikzylinders 48 auch im unbelasteten Zustand, so dass der Hubweg des Pneumatikzylinders 48 stets bei idealen Bedingungen gleich sein sollte.
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Im unverschlissenen Zustand ist der Positionierungskragen 48c am Pneumatikzylinder 48 derart weit vom Sensor 56 entfernt, dass der Sensor 56 kein entsprechendes Signal erzeugen kann.
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2 zeigt, dass hier im verschlissenen Zustand der Sensor 56 vom Positionierungskragen 48c berührt und hierdurch ein Signal erzeugt werden kann. Dementsprechend ist die Dicke der Reibbelaganordnung in den Lamellen 40a erfassbar, da über den Abstand des Sensorpins zum Sensor 56 der Verschleißzustand ermöglicht ist.
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Somit ist mittels des Verschleißsensors anhand der axialen Stellung des Betätigungselements, hier des Pneumatikzylinders 48 der Verschleißzustand der Reibbelaganordnung erfassbar.
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Die axiale Stellung des Betätigungselements, d.h. des Pneumatikzylinders 48 und damit des Positionierungskragens 48c ist abhängig von der noch vorhandenen Dicke der Lamellen 40a in der Lamellenkupplung 40, d.h. der Reibbeläge in der Lamellenkupplung 40.
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Die Kupplungseinrichtung 10 ist somit mit einer fahrantriebsseitigen Kupplungsnabe 27 ausgestattet, nämlich dem Hub 26 bzw. dem Zahnradträger 16, an dem das Kupplungszahnrad 12 befestigt ist. Außerdem ist eine druckluftkompressorseitige Kupplungsnabe 38 vorgesehen, nämlich das Kupplungsrad 38a, das zum Antrieb der Kurbelwelle 28 dient.
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Das Kupplungsrad 38a weist im radial äußeren Bereich, der flanschartig ausgebildet ist, die Druckplatte 38b mit einer Reibfläche auf, die auf einer Seite die Lamellenkupplung 40 begrenzt und das Lamellenpaket mit Kraft beaufschlagt, während auf der anderen Seite die Gegendruckplatte 42a an der Glocke 42 als Widerlager bzw. Gegenfläche dient.
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Die Lamellenkupplung 40 weist Lamellen 40a auf, die auf dem Hub 26 aufgefädelt sind und im geschlossenen Zustand im Reibschluss mit Lamellen 40b stehen, die auf der Glocke 42 aufgefädelt sind.
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Die Lamellen 40a und Lamellen 40b bilden eine Reibbelaganordnung 40c aus.
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Denkbar ist beispielsweise, dass nur eine Art der Lamellen 40a mit Reibbelägen versehen ist. Grundsätzlich denkbar ist aber auch, dass beide Arten von Lamellen 40a, d.h. die auf dem Hub 26 aufgefädelten Lamellen 40a, als auch die auf der Glocke 42 aufgefädelten Lamellen 40a jeweils mit Reibbelägen versehen sind.
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Der Verschleißsensor 56 kann dabei sowohl im teilweise geschlossenen als auch im geschlossenen Zustand der Kupplungseinrichtung 10 den Verschleißzustand messen, d.h. im geschlossenen und damit eingekuppelten Zustand als auch im Zustand bei schleifender Kupplung.
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Mittels der Druckplatte 38b, d.h. dem Kupplungsrad 38a sind die Reibbeläge der Lamellenkupplung 40, d.h. die Reibbelaganordnung 40c derart andrückbar beziehungsweise, dass die fahrantriebsseitige Kupplungsnabe 27 und die druckluftkompressorseitige Kupplungsnabe 38 wenigstens teilweise drehfest oder drehfest miteinander gekoppelt sind, wodurch ein Drehmoment vom Kupplungszahnrad 12 auf die Kurbelwelle 28 übertragbar ist.
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Mit abnehmender Dicke der Reibbelaganordnung 40c in der Lamellenkupplung 40 wird das Betätigungselement, d.h. der Pneumatikzylinder 48 mit dem Positionierungskragen 48c in Richtung des Verschleißsensors 56 verschoben.
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Dies erfolgt dadurch, dass bei verschlissenen Reibbelägen in der Lamellenkupplung 40 über das Federpaket 44 das Ausrückelement 50 den Pneumatikzylinder 48 mit dem Positionierungskragen 48c mehr in Richtung des Sensors 56 verschiebt.
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Die Stellung des Betätigungselement 48, also des Betätigungszylinder 48 zum Ein- und Ausrücken der Druckplatte 38b, hat axiale Stellung bezogen auf eine Mittelachse M der Kupplungseinrichtung, die wenigstens teilweise abhängig von der Dicke der Reibbelaganordnung 40c ist.
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Mittels des Verschleißsensors 56 anhand der axialen Stellung des Betätigungszylinder 48 und des Positionierungskragens 48c der Verschleißzustand der Reibbelaganordnung 40c erfasst werden (vgl. 2).
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Denn mit abnehmender Dicke der Reibbelaganordnung 40c wird der Betätigungszylinder 48 und der Positionierungskragens 48c in Richtung des Verschleißsensors 56 verschoben.
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Der Positionierungskragen 48c bildet dann den Kontaktbereich für den Verschleißsensor 56 aus.
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Die Glocke 42 und die Druckplatte 38b stellen sich mit abnehmender Dicke der Reibbelaganordnung 40c durch das Tellerfederpaket 44 axial bezogen auf die Mittelachse M der Kupplungseinrichtung 10 nach und die daraus resultierenden Stellungen der Federeinrichtung werden über wenigstens eine Ein- und Ausrückeinrichtung an den Betätigungszylinder 48 übertragen.
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Das Tellerfederpaket 44 bildet mit dem Ausrückelement 50 und dem Hebel 46 und einem Teil der Glocke 42 eine Hebelanordnung aus, die mit abnehmender Dicke der Reibbelaganordnung 40c den Betätigungszylinder 48 und der Positionierungskragens 48c in Richtung des Verschleißsensors 56 schiebt.
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Der Betätigungszylinder 48 wird zu definierten Positionierung durch die Feder 54 axial vorgespannt bzw. positioniert.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung 110 im unverschlissenen Zustand.
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Die Kupplungseinrichtung 110 ist dabei identisch aufgebaut wie die Kupplungseinrichtung 10 und weist sämtliche strukturellen und funktionalen Merkmale auf, wie sie im Zusammenhang mit der Kupplungseinrichtung 10 vorstehend beschrieben sind.
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Lediglich der Sensor 56 ist hier durch einen optischen Sensor 156 ersetzt.
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Sämtliche bereits in den 1 und 2 gezeigten Elemente sind mit Bezugszeichen versehen, die um den Wert 100 erhöht wurden.
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4 zeigt die Kupplungseinrichtung 110 im verschlissenen Zustand.
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Hier ist der Sensorfinger am Sensor 156 und löst den Sensor 156 aus.
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5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung 210 im unverschlissenen Zustand.
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Die Kupplungseinrichtung 210 ist dabei identisch aufgebaut wie die Kupplungseinrichtung 10 und weist sämtliche strukturellen und funktionalen Merkmale auf, wie sie im Zusammenhang mit der Kupplungseinrichtung 10 vorstehend beschrieben sind.
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Lediglich der Sensor 56 ist hier durch einen Mikroschalter 256 ersetzt.
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Sämtliche bereits in den 1 und 2 gezeigten Elemente sind mit Bezugszeichen versehen, die um den Wert 200 erhöht wurden.
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6 zeigt die Kupplungseinrichtung 210 im verschlissenen Zustand.
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Der Mikroschalter 256 wird hier durch die Radialdichtung 248a im in 6 gezeigten verschlissenen Zustand betätigt, wodurch der Verschleiß entsprechend detektiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kupplungseinrichtung
- 12
- Kupplungszahnrad
- 14
- Zahnradkörper
- 14a
- Außenverzahnung bzw. Außenzahnkranz
- 16
- Zahnradträger
- 18
- Schrauben
- 20
- Gleitlagerbuchse
- 22
- Lagerflansch
- 23
- Druckölbohrung
- 24
- Gleitfläche
- 26
- Hub
- 27
- Kupplungsnabe
- 28
- Kurbelwelle
- 30
- Befestigungsbolzen
- 32
- Gehäuse
- 34
- Gleitlagerbuchse
- 36
- Ölnut
- 38a
- Kupplungsrad
- 38
- druckluftkompressorseitige Kupplungsnabe
- 38b
- Druckplatte
- 40
- Lamellenkupplung
- 40a
- Lamellen
- 40b
- Lamellen
- 40c
- Reibbelaganordnung
- 42
- Glocke
- 42a
- Gegendruckplatte
- 44
- Tellerfederpaket
- 46
- Hebel
- 48
- Betätigungszylinder
- 48a
- Radialdichtung
- 48b
- Radialdichtung
- 48c
- Positionierungskragen
- 50
- Ausrückelement, Betätigungsbuchse
- 52
- Ausrücklager
- 54
- Positionierungsfeder
- 56
- Sensor
- 110
- Kupplungseinrichtung
- 112
- Kupplungszahnrad
- 114
- Zahnradkörper
- 114a
- Außenverzahnung bzw. Außenzahnkranz
- 116
- Zahnradträger
- 118
- Schrauben
- 120
- Gleitlagerbuchse
- 122
- Lagerflansch
- 123
- Druckölbohrung
- 124
- Gleitfläche
- 126
- Hub
- 127
- Kupplungsnabe
- 128
- Kurbelwelle
- 130
- Befestigungsbolzen
- 132
- Gehäuse
- 134
- Gleitlagerbuchse
- 136
- Ölnut
- 138a
- Kupplungsrad
- 138
- druckluftkompressorseitige Kupplungsnabe
- 138b
- Druckplatte
- 140
- Lamellenkupplung
- 140a
- Lamellen
- 140b
- Lamellen
- 140c
- Reibbelaganordnung
- 142
- Glocke
- 142a
- Gegendruckplatte
- 144
- Tellerfederpaket
- 146
- Hebel
- 148
- Betätigungszylinder
- 148a
- Radialdichtung
- 148b
- Radialdichtung
- 148c
- Positionierungskragen
- 150
- Ausrückelement, Betätigungsbuchse
- 152
- Ausrücklager
- 154
- Positionierungsfeder
- 156
- Sensor
- 210
- Kupplungseinrichtung
- 212
- Kupplungszahnrad
- 214
- Zahnradkörper
- 214a
- Außenverzahnung bzw. Außenzahnkranz
- 216
- Zahnradträger
- 218
- Schrauben
- 220
- Gleitlagerbuchse
- 222
- Lagerflansch
- 223
- Druckölbohrung
- 224
- Gleitfläche
- 226
- Hub
- 227
- Kupplungsnabe
- 228
- Kurbelwelle
- 230
- Befestigungsbolzen
- 232
- Gehäuse
- 234
- Gleitlagerbuchse
- 236
- Ölnut
- 238a
- Kupplungsrad
- 238
- druckluftkompressorseitige Kupplungsnabe
- 238b
- Druckplatte
- 240
- Lamellenkupplung
- 240a
- Lamellen
- 240b
- Lamellen
- 240c
- Reibbelaganordnung
- 242
- Glocke
- 242a
- Gegendruckplatte
- 244
- Tellerfederpaket
- 246
- Hebel
- 248
- Betätigungszylinder
- 248a
- Radialdichtung
- 248b
- Radialdichtung
- 148c
- Positionierungskragen
- 250
- Ausrückelement, Betätigungsbuchse
- 252
- Ausrücklager
- 254
- Positionierungsfeder
- 256
- Sensor
- 256
- Mikroschalter
- M
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19810033 A1 [0004]
- DE 19756726 A1 [0005]
- FR 2795468 A1 [0006]
- DE 19941208 A1 [0007]
- GB 2372330 A [0008]
- DE 10229084 A1 [0009]
- EP 1616109 A1 [0010]
