DE10227318A1

DE10227318A1 - Kupplungsverfahren und Kupplung für Kraftfahrzeuge, sowie Gehäuseelement für Kraftfahrzeugkupplungen

Info

Publication number: DE10227318A1
Application number: DE2002127318
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Orlamünder
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: DE10227318B4

Abstract

Bei einer Kupplung für Kraftfahrzeuge wird innerhalb eines Kupplungsgehäuses (20), das an einen Motor (10) gekoppelt ist, der Innenraum des Kupplungsgehäuses (20) evakuiert oder mit einer inerten Atmosphäre versehen. Dazu ist das Kupplungsgehäuse (20) mit einer Auslassöffnung (4) versehen, die zum Beispiel an eine Pumpe angeschlossen ist. Dadurch wird Sauerstoff aus dem Kupplungsgehäuse (20) entfernt. Ferner besteht die Möglichkeit, über eine Einlassöffnung (3) ein Schutzgas oder das Abgas des Verbrennungsmotors (10) in den Innenraum des Kupplungsgehäuses (20) zu führen und damit eine inerte Atmosphäre zu schaffen. Die Verbrennung der Kupplungsbeläge wird dadurch reduziert und es ergibt sich ein geringerer Verschleiß.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kupplungsverfahren für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein Gehäuseelement für Kraftfahrzeugkupplungen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10, sowie eine Kupplung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 19.

Kupplungen werden beispielsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs als Bindeglied zwischen Motor und Wechselgetriebe angeordnet. Im Betrieb wird das Motordrehmoment auf das Wechselgetriebe übertragen. Dabei erfolgt zum Beispiel beim Anfahren eine Drehzahlangleichung zwischen einem sich drehenden Antriebselement beziehungsweise Schwungrad und einer zunächst stillstehenden Getriebeantriebswelle durch Gleitreibung beziehungsweise Schlupf. Auch muss beispielsweise beim Schalten zunächst der Kraftfluss zwischen Motor und Getriebe unterbrochen werden und anschließend wieder hergestellt werden.

Bei Reibungskupplungen wird das Motordrehmoment kraftschlüssig durch Reibungskräfte auf eine Antriebswelle, die zum Beispiel mit einem Wechselgetriebe verbunden ist, übertragen. Zur Drehmomentübertragung wird eine Kupplungsscheibe, die mit Kupplungsbelägen versehen ist, an ein Antriebsrad beziehungsweise Schwungrad gepresst, so dass die Kupplungsscheibe durch die erzeugten Reibungskräfte ebenfalls in Drehung versetzt wird. Eine mit der Kupplungsscheibe fest gekoppelte Antriebswelle, beispielsweise eines Getriebes, wird somit angetrieben.

Um die Kupplungsscheibe oder eine Vielzahl von Kupplungsscheiben an das Schwungrad zu pressen, befindet/befinden sie sich unterhalb beziehungsweise innerhalb eines Kupplungsdeckels, der mit dem Schwungrad fest verbunden beziehungsweise verschraubt ist. Ein Federelement drückt die Kupplungsscheibe zum Schwungrad um die zur Drehmomentübertragung notwendigen Reibkräfte zu erzeugen. Ein Trennelement beziehungsweise Ausrückmechanismus dient dazu, die Anpresskraft wegzunehmen um die Drehmomentübertragung vom Schwungrad auf die Kupplungsscheibe zu unterbrechen. Derartige Reibungskupplungen sowie andere Arten von Kupplungen sind im Stand der Technik bekannt und zum Beispiel in Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch 23. Auflage, Springer-Verlag 1999, beschrieben.

Bei den bekannten Kupplungen beziehungsweise Reibungskupplungen besteht jedoch das Problem, dass die Kupplungsbeläge oftmals sehr stark verschleißen. Insbesondere bei der Drehzahlangleichung zwischen dem sich drehenden Schwungrad und einer stillstehenden Antriebswelle werden die Kupplungsbeläge durch Gleitreibung beziehungsweise Schlupf stark belastet. Dabei wird Hitze erzeugt, die zur Verbrennung beziehungsweise Oxidation führt und eine thermische und mechanische Zersetzung der Kupplungsbeläge zur Folge hat. Durch die Zersetzung und den damit verbundenen Verschleiß der Kupplungsbeläge werden weiterhin Schadstoffe erzeugt. Darüber hinaus erfolgt eine Belastung der Umwelt durch den Geruch, der beim Verschleiß der Kupplungsbeläge erzeugt wird. Hinzu kommt, dass durch den notwendigen Austausch von Kupplungsbelägen und durch deren eingeschränkte Lebensdauer hohe Kosten entstehen. Weiterhin sind relativ dicke Beläge beziehungsweise Speichermassen erforderlich, um Wartungsintervalle zu verlängern, was ebenfalls zu zusätzlichen Kosten und einem erhöhten Bedarf an Bauraum führt.

Um den Verschleiß an den Kupplungsbelägen zu reduzieren wurde beispielsweise versucht, durch gezielte Maßnahmen Wärme abzuführen. Zur Kühlung der Kupplungsbeläge wurden zum Beispiel Lüfterschaufeln und Kühlöffnungen vorgesehen, und es erfolgte zum Teil eine große Dimensionierung der Beläge und Speichermassen. Diese bekannten Maßnahmen können jedoch die oben genannten Nachteile kaum oder nur unzureichend überwinden. Die Kühlmaßnahmen reichen zum Beispiel nicht immer aus, um den Verschleiß der Kupplungsbeläge wirksam zu begrenzen. Die notwendigen Speichermassen sind sehr groß und verursachen hohe Kosten. Die Herstellung und der Austausch der Kupplungsbeläge sind ebenfalls mit hohen Kosten verbunden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Verschleiß von Kupplungsbelägen wirksam zu reduzieren, Bauraum nach Möglichkeit einzusparen, die Lebensdauer der Kupplungsbeläge zu erhöhen und damit auch Kosten zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Kupplungsverfahren für Kraftfahrzeuge gemäß Patentanspruch 1, durch das Gehäuseelement für Kraftfahrzeugkupplungen gemäß Patentanspruch 10, sowie durch die Kupplung für Kraftfahrzeuge gemäß Patentanspruch 19. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Bei dem erfindungsgemäßen Kupplungsverfahren, das insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet ist, wird zur Übertragung eines Drehmoments wenigstens eine mit einer Antriebswelle verbundene Kupplungsscheibe an einen Motor gekoppelt und zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung vom Motor getrennt, wobei die Kupplungsscheibe innerhalb eines Kupplungsgehäuses angeordnet ist, und wobei der Innenraum des Kupplungsgehäuses zumindest teilweise evakuiert und/oder mit einer inerten Atmosphäre versehen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird verhindert, dass ,die Atmosphäre innerhalb des Kupplungsgehäuses Sauerstoff in einer Konzentration enthält, die eine Oxidation ermöglicht. Damit können Kupplungsbeläge wesentlich höhere Temperaturen ertragen. Die Folge ist, dass der Verschleiß der Kupplungsbeläge wesentlich reduziert wird und deren Lebensdauer wesentlich erhöht wird. Schadstoffe, die durch Verbrennung von Kupplungsbelagsmaterial entstehen, werden vermieden. Weiterhin können die Beläge und Speichermassen wesentlich dünner beziehungsweise kleiner und kostengünstiger ausgeführt werden. Der notwendige Bauraum innerhalb der Kupplung und auch die Kosten werden reduziert.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass der Belagverschleiß im wesentlichen durch das Vorhandensein von Sauerstoff in dem beispielsweise glockenförmigen Kupplungsgehäuse beziehungsweise innerhalb der Kupplungsglocke erzeugt wird. Dieser vorhandene Sauerstoff bewirkt bei herkömmlichen Kupplungen die Verbrennung von Belagbestandteilen unter erhöhter Temperatur. Die erhöhte Temperatur wird durch das Einbringen der Reibleistung in der Schlupfphase erzeugt. Der Sauerstoff reagiert bei den bekannten Kupplungen mit der Belagoberfläche, wodurch Belagoxid mit geringerer mechanischer Festigkeit entsteht und die Bindung des Belags zerstört wird. Durch den Entzug von Sauerstoff gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Verschleißreaktionen verhindert, was zu den bereits genannten Vorteilen führt.

Außerdem wird durch den Entzug von Sauerstoff die Korrosion aller anderen Kupplungsbauteile vermieden. Bei nur teilweisem Entzug von Sauerstoff wird der Verschleiß verlangsamt.

Vorteilhafterweise wird das Kupplungsgehäuse beziehungsweise die Kupplungsglocke durch eine vom Motor beziehungsweise Verbrennungsmotor angetriebene Pumpe, insbesondere durch eine Unterdruckpumpe, und/oder durch Unterdruck, zum Beispiel im Ansaugkrümmer des Motors, evakuiert. Dabei ist das Kupplungsgehäuse beziehungsweise die Kupplungsglocke hinreichend abgedichtet. Die Pumpe kann zum Beispiel eine vom Motor angetriebene Extrapumpe bekannter Bauart oder eine vorhandene Unterdruckpumpe sein. Die Pumpe evakuiert die montierte Kupplungsglocke zumindest teilweise, so dass die für eine Verbrennung der Beläge erforderliche Sauerstoffkonzentration abgesenkt wird.

Bevorzugt wird der Druck innerhalb der Kupplungsglocke beziehungsweise dem Kupplungsgehäuse gemessen und die Pumpe kann zum Beispiel im Aussetzbetrieb betrieben werden. Das heißt, es können Undichtigkeiten der Kupplungsglocke beziehungsweise Druckanstiege durch den Aussetzbetrieb ausgeglichen werden. Der Druck kann zum Beispiel durch einen Druckgeber, der in die Kupplungsglocke eingebaut ist, gemessen werden.

Die Sauerstoffkonzentration innerhalb der Kupplungsglocke kann zum Beispiel mindestens so weit abgesenkt werden, dass eine Verbrennung von Reibbelägen im wesentlichen verhindert wird.

Es ist auch möglich, das Abgas des Verbrennungsmotors und/oder ein Schutzgas in die Kupplungsglocke einzubringen, wobei das Schutzgas zum Beispiel Stickstoff, CO₂, Corgon, Argon oder dergleichen sein kann. Dabei ist die Erfindung nicht auf die genannten Beispiele beschränkt. Durch das Einbringen eines nicht reaktiven Mediums wird innerhalb des Gehäuseelements beziehungsweise der Kupplungsglocke eine inerte Atmosphäre geschaffen, die ein Verbrennen der Kupplungsbeläge verhindert.

Das Schutzgas kann zum Beispiel durch einen Speicher bereitgestellt werden oder aus der Umgebungsluft erzeugt werden.

Es kann auch eine Spülung innerhalb des Kupplungsgehäuses mit einem nicht reaktiven Medium, insbesondere mit Abgas erfolgen. Bevorzugt wird das Medium dabei gekühlt und/oder gefiltert. Beispielsweise kann beim Starten des Motors das zunächst noch kalte, sauerstoffarme oder sauerstofffreie Abgas in die Kupplungsglocke geleitet werden, wodurch sich ein Überdruck aufbaut, der verhindert, dass weiteres Gas in die Kupplungsglocke gelangt. Das Abgas gelangt dann ordnungsgemäß in den Auspuff. Ab diesem Moment müssen zum Beispiel nur noch die Leckverluste der Kupplungsglocke beziehungsweise des Kupplungsgehäuses ausgeglichen werden.

Vorteilhafterweise wird durch eine dichte Kupplungsglocke dafür gesorgt, dass eine Abgasfüllung auch nach Abstellen des Motors erhalten bleibt.

Bevorzugt wird nach Befüllen der Kupplungsglocke mit Abgas die Kupplungsglocke gasdicht abgeschlossen.

Durch eine stetige Spülung der Kupplungsglocke mit Abgas, das gegebenenfalls durch einen Kühler und einen Partikelfilter geführt wird, wird die Temperatur innerhalb des Kupplungsgehäuses nicht zu sehr erhöht und eine Ablagerung, beispielsweise von Ruß, wird vermieden.

Der Kühler kann an den Kühlkreislauf des Motors angeschlossen und/oder von der Umgebungsluft des Fahrzeuges umspült sein.

Durch eine Spülung werden zudem Verschleißpartikel aus der Kupplung entfernt, die ansonsten isolierend wirken und durch Ablagerung in den bewegten Teilen der Kupplung Verschleiß und Reibung erzeugen würden.

Beispielsweise wird das Abgas von einem Katalysator oder von einem Schalldämpfer eines Verbrennungsmotors zur Kupplungsglocke beziehungsweise zum Kupplungsgehäuse geleitet. Das bedeutet, das Abgas für die Kupplungsglocke wird hinter dem Katalysator oder dem Schalldämpfer zur Glocke hin abgezweigt, wobei auch in diesem Fall die Kühlung eintritt. Beispielsweise kann zur Kühlung ein Wasserkühler vorgesehen sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuseelement für Fahrzeug- beziehungsweise Kraftfahrzeugkupplungen bereitgestellt, das eine Befestigungsvorrichtung zum Anbringen des Gehäuseelements an einem Antriebselement umfasst, wobei das Gehäuseelement einen Innenraum zur Aufnahme wenigstens einer Kupplungsscheibe bildet, und wobei eine Vorrichtung zum mindestens teilweisen Evakuieren des Innenraums des Gehäuseelements und/oder zum Erzeugen einer inerten Atmosphäre innerhalb des Gehäuseelements vorgesehen ist.

Durch diese Maßnahmen wird vermieden, dass im Bereich der Kupplungsbeläge Sauerstoff in einer Konzentration vorhanden ist, der eine Oxidation ermöglicht. Somit können die Kupplungsbeläge wesentlich höhere Temperaturen ertragen, wodurch der Verschleiß erheblich reduziert wird.

Die Erfindung beinhaltet hierzu zwei grundlegende Möglichkeiten, nämlich einerseits, ein zumindest teilweises Vakuum zu erzeugen und damit den Sauerstoff beziehungsweise die Atmosphäre weitgehend zu entfernen, oder andererseits eine inerte Atmosphäre zu schaffen, so dass innerhalb des Kupplungsgehäuses beziehungsweise unter der Kupplungsglocke ein Medium mit nicht reaktivem, festgebundenem Sauerstoff oder ein sauerstofffreies beziehungsweise sauerstoffarmes Medium vorhanden ist.

Vorteilhafterweise ist ein Dichtelement zum Abdichten des Kupplungsgehäuses beziehungsweise Gehäuseelements in eingebautem Zustand vorgesehen. Dadurch kann das Vakuum beziehungsweise eine inerte Atmosphäre innerhalb des Kupplungsgehäuses gehalten werden.

Bevorzugt ist ein Druckgeber zur Messung des Drucks innerhalb des Kupplungsgehäuses beziehungsweise Gehäuseelements vorgesehen. Der Druckgeber dient zum Beispiel zur Steuerung einer Pumpe, die beispielsweise das Kupplungsgehäuse zumindest teilweise evakuiert. Dadurch wird die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Gehäuses beziehungsweise innerhalb der Kupplungsglocke abgesenkt, so dass eine Verbrennung der Kupplungsbeläge vermieden wird.

Vorteilhafterweise ist an dem Gehäuseelement eine Einlassöffnung zur Zufuhr von Abgas des Motors oder zur Zufuhr eines Schutzgases vorgesehen. Dadurch kann ein nichtreaktives Medium in die Kupplungsglocke beziehungsweise das Gehäuseelement eingebracht werden, das den Sauerstoff verdrängt.

Vorteilhafterweise ist eine Auslassöffnung zur Abfuhr von Gas aus dem Innenraum des Kupplungsgehäuses beziehungsweise Gehäuseelements vorgesehen. Dadurch wird beispielsweise eine Spülung des Gehäuseinnenraums ermöglicht.

Es kann beispielsweise ein Gaserzeuger zur Versorgung der Kupplungsglocke mit inertem Gas vorgesehen sein, oder ein Gasbehälter, durch den das inerte Gas bereitgestellt wird. Der Gasbehälter oder Speicher kann zum Beispiel zum Ausgleichen von Undichtigkeiten dienen und mit einer Füllstandsanzeige oder einem Füllstandsmelder versehen sein. Dadurch ist gewährleistet, dass eine ausreichende Schutzgasversorgung vorhanden ist. Eine Gasflasche hat den Vorteil, dass sie regelmäßig, zum Beispiel bei einem Wartungsaufenthalt in der Werkstatt, oder nach Bedarf ausgetauscht werden kann.

Der Vorteil eines Gaserzeugers beziehungsweise einer Vorrichtung zur Erzeugung von Schutzgas besteht darin, dass kein Gasvorrat mitgeführt werden muss. Beispielsweise kann das gewünschte Gas nach dem bekannten Linde-Verfahren aus der Umgebungsluft erzeugt werden. Die Vorrichtung kann zum Beispiel aus einem Kompressor und einem Kühler bestehen, wobei Luft unter ihrem Siedepunkt gekühlt und in ihre einzelnen Bestandteile zerlegt wird. Dabei wird der Sauerstoff entfernt und das nichtreaktive Restgas wird dem Kupplungsgehäuse beziehungsweise der Kupplungsglocke zugeleitet. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Gas mit sehr niedriger Temperatur eingeleitet wird, was durch das besondere Verfahren der Gaserzeugung bewirkt wird.

Das Gehäuseelement kann mit einem Reaktor zur Gaserzeugung gekoppelt sein, der Luftsauerstoff durch Verbrennung eliminiert. Dadurch wird eine weitere Art der Gaserzeugung bereitgestellt.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Kupplung für Fahrzeuge beziehungsweise Kraftfahrzeuge bereitgestellt, mit wenigstens einer Kupplungsscheibe zur Übertragung eines Drehmoments eines Motors auf eine Antriebswelle, einer Trenneinrichtung zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung, und einem Gehäuseelement, das einen Innenraum zur Aufnahme der Kupplungsscheibe bildet, wobei eine Vorrichtung zum mindestens teilweisen Evakuieren des Innenraums des Gehäuseelements und/oder zum Einbringen eines inerten Gases in den Innenraum des Gehäuseelements vorgesehen ist. Durch die erfindungsgemäße Kupplung wird der Verschleiß von Kupplungsbelägen reduziert, Bauraum und Kosten werden gespart und die Belastung der Umwelt wird vermindert.

Das Antriebselement ist zum Beispiel ein Schwungrad, das mit einem Motor gekoppelt ist.

Beispielsweise umfasst die Kupplung ein erfindungsgemäßes Gehäuseelement, wie es oben bereits beschrieben wurde.

Vorteilhafterweise ist die Kupplung an eine Pumpe und/oder an den Ansaugtrakt eines Motors gekoppelt, um Gas aus der Kupplungsglocke beziehungsweise aus dem Kupplungsgehäuse zu saugen. Dadurch kann auf eine relativ einfache Weise Sauerstoff aus dem Kupplungsgehäuse entfernt werden, beziehungsweise ein Vakuum geschaffen werden, oder es kann eine inerte Atmosphäre im Kupplungsgehäuse geschaffen werden.

Vorteilhafterweise ist die Kupplung an einen Gasbehälter und/oder an eine Einrichtung zur Erzeugung von Schutzgas gekoppelt, um die Kupplungsglocke beziehungsweise das Kupplungsgehäuse mit Schutzgas zu befüllen. Dadurch kann ein sauerstofffreies Medium oder ein Medium mit nicht reaktiven beziehungsweise festgebundenem Sauerstoff dem Kupplungsgehäuse zugeführt werden. Somit wird eine Oxidation des Materials der Kupplungsbeläge verhindert und der Verschleiß wirksam reduziert.

Die Kupplung kann zum Beispiel an die Abgasleitung eines Verbrennungsmotors gekoppelt sein, so dass der Innenraum der Kupplung beziehungsweise Kupplungsglocke mit Abgas befüllbar ist.

Vorteilhafterweise ist die Kupplungsglocke gegenüber der Umgebung im wesentlichen dicht, insbesondere im montierten Zustand, und es ist zum Beispiel ein Speicher zum Ausgleich der Undichtigkeit vorhanden.

Die Merkmale und Vorteile, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, gelten selbstverständlich ebenso für das erfindungsgemäße Gehäuseelement und für die erfindungsgemäße Kupplung, wie umgekehrt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 schematisch einen Motor beziehungsweise Verbrennungsmotor mit einer angeschlossenen Kupplungsglocke und verschiedenen Anschlüssen beziehungsweise Schnittstellen;
2 schematisch den Anschluss einer Pumpe an die Kupplungsglocke gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2a schematisch eine Anschlussmöglichkeit zur Erzeugung von Vakuum in der Kupplungsglocke gemäß 1;
3 eine Möglichkeit zum Anschluss eines Gasbehälters an die Kupplungsglocke gemäß 1 in schematischer Darstellung;
4 eine Möglichkeit zum Anschluss einer Gaserzeugungsvorrichtung an die Kupplungsglocke gemäß 1;
5 eine weitere Möglichkeit zum Anschluss der Kupplungsglocke gemäß 1 an eine Abgasleitung in schematischer Darstellung; und
6 eine noch weitere Möglichkeit zum Anschluss der Kupplungsglocke gemäß 1 an eine Abgasleitung in schematischer Darstellung;

1 zeigt in schematischer Darstellung einen Verbrennungsmotor beziehungsweise Motor 10 mit einer daran gekoppelten Kupplungsglocke 20 zur Veranschaulichung einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Kupplungsglocke 20 kann dabei zum Beispiel zur Ankopplung mit einer Schwungscheibe des Motors 10, die in der Figur nicht dargestellt ist, verschraubt sein. Die Kupplungsglocke 20 ist beispielsweise ein Element beziehungsweise Teil eines Gehäuses, in dem die Kupplungsscheibe beziehungsweise eine Anordnung von Kupplungsscheiben mit den entsprechenden Kupplungsbelägen, sowie die weiteren Teile einer Kupplung, wie zum Beispiel Ausrücken, Zweimassenschwungrad oder Kurbelwellen-Starter-Generator beziehungsweise Trennelementdruckplatte und ähnliche bekannte Elemente einer Kupplung angeordnet sind. Der Motor 10 hat neben dem kupplungsseitigen Drehmomentabzweig einen weiteren Drehmomentabzweig 1, der beispielsweise zum Antrieb einer Pumpe dienen kann. Ein Abgasstrang 2 beziehungsweise Abgasleitungen dienen zur Abfuhr des vom Motor erzeugten Abgases.
Die Kupplungsglocke 20, die zum Beispiel ein Kupplungsdeckel beziehungsweise ein Gehäuseelement ist, ist in der hier gezeigten Ausführungsform mit einer Einlassöffnung 3 und mit einer Auslassöffnung 4 versehen. Die Einlassöffnung 3 bildet einen Kupplungsglockeneinlass, durch den zum Beispiel ein inertes Gas in das Innere der Kupplung beziehungsweise in den Innenraum der Kupplungsglocke geführt werden kann. Die Auslassöffnung 4 beziehungsweise der Kupplungsglockenauslass dient zur Abfuhr von Gas aus dem Innenraum der Kupplungsglocke 20.
Der Motor 10 ist weiterhin mit einem Ansaugtrakt 5 verbunden, durch den das zur Verbrennung im Motor notwendige Gas zugeführt wird. Die dargestellten Anschlüsse sind zum Teil optional, je nachdem welche Ausführungsform der Erfindung gewählt wird.
Die verschiedenen Anschlussmöglichkeiten und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren. Dabei werden die Anschlüsse auf unterschiedliche Art und Weise belegt beziehungsweise verbunden. Die gezeigten Anschlussmöglichkeiten beziehungsweise Varianten dienen dazu, Sauerstoff aus der Kupplungsglocke zu entfernen beziehungsweise den Innenraum des Gehäuseelements von Sauerstoff frei zu halten, um den Verbrennungsvorgang der Kupplungsbeläge zu verhindern.
Hierzu gibt es zwei grundlegende Möglichkeiten:

1. Es wird innerhalb der Kupplungsglocke 20 beziehungsweise im Kupplungsgehäuse die zunächst vorhandene Atmosphäre weitgehend entfernt, das heißt, es wird ein Vakuum oder zumindest ein teilweises Vakuum geschaffen.
2. Es wird innerhalb der Kupplungsglocke 20 eine inerte Atmosphäre geschaffen, das bedeutet, es wird entweder ein Schutzgas oder ein sauerstofffreies Medium beziehungsweise ein Medium mit nicht reaktivem, festgebundenem Sauerstoff in die Kupplungsglocke 20 geführt.

Die 2 und 2a zeigen zwei unterschiedliche Varianten, um die erste Möglichkeit zu realisieren, das heißt, ein Vakuum beziehungsweise ein teilweises Vakuum innerhalb der Kupplungsglocke 20 zu schaffen. Gemäß 2 wird eine Pumpe 30 an die Auslassöffnung 4 der Kupplungsglocke 20 (siehe 1) angeschlossen. Die Pumpe 30 wird zum Beispiel vom Motor 10 angetrieben. In diesem Fall kann die Pumpe 30 mit dem Drehmomentabzug 1 des Motors 10 gekoppelt sein. Die Pumpe 30 hat eine Auslassöffnung 31, die zur Abfuhr des abgepumpten Gases beziehungsweise Sauerstoffs in die Umgebung dient. Im Betrieb wird durch die Pumpe 30 im Kupplungsgehäuses beziehungsweise in der Kupplungsglocke 20 ein Vakuum geschaffen, so dass die Sauerstoffkonzentration in der Kupplungsglocke 20 stark absinkt oder der Sauerstoff im wesentlichen entfernt wird, um eine Oxidation zu verhindern.
Es ist ebenso möglich, mit der Pumpe 30 ein Teilvakuum zu schaffen, das bedeutet, die Sauerstoffkonzentration abzusenken, so dass die Kupplungsbeläge innerhalb der Kupplungsglocke 20 wesentlich höheren Temperaturen ausgesetzt werden können, ohne däss eine Oxidation eintritt, die die Kupplungsbeläge zerstört.
2a zeigt eine weitere Möglichkeit, die Atmosphäre aus der Kupplungsglocke 20 zu entfernen. Dabei ist die Auslassöffnung 4 der Kupplungsglocke 20 an den Ansaugtrakt 5 des Motors 10 gekoppelt (siehe 1). Das heißt, es wird ein Unterdruck zum Beispiel im Ansaugkrämer des Motors 10 erzeugt, durch den die Kupplungsglocke 20 evakuiert wird beziehungsweise ein Teilvakuum erzeugt wird, um die O₂-Konzentration abzusenken.
Dazu ist die Austrittsöffnung einer Leitung 4a, die an den Auslass 4 der Kupplungsglocke 20 angeschlossen ist, innerhalb der Ansaugleitung 5 des Motors 10 angeordnet, so dass die Öffnung der Leitung 4a in Richtung der Strömung der Ansaugluft innerhalb der Ansaugleitung 5 angeordnet ist. Im Betrieb beziehungsweise beim Durchströmen der Ansaugleitung 5 mit Ansaugluft entsteht somit ein Unterdruck in der Leitung 4a und in dem daran angeschlossenen Kupplungsgehäuse 20. Die O₂-Konzentration im Kupplungsgehäuse wird abgesenkt (Teilvakuum) beziehungsweise es wird ein Vakuum im Kupplungsgehäuse erzeugt. Eventuell mitangesaugte Verschleißpartikel aus der Kupplung können durch einen nicht dargestellten Filter entfernt werden.
Die 3 bis 6 zeigen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen in der Kupplungsglocke 20 eine inerte Atmosphäre geschaffen wird. Dabei zeigen die 3 und 4 verschiedene Möglichkeiten, ein Schutzgas der Kupplungsglocke 20 zuzuführen, während die 5 und 6 verschiedene Möglichkeiten zur Zuführung von Abgas in die Kupplungsglocke 20 zeigen.
Gemäß 3 ist ein Gasbehälter 40 beziehungsweise Speicher an die Einlassöffnung 3 der Kupplungsglocke 20 beziehungsweise des Kupplungsdeckels angeschlossen. Eine Anzeigevorrichtung oder ein Druckgeber 45 ist an den Gasbehälter 40 gekoppelt, um den Gasdruck in seinem Innenraum zu messen. Im Gasbehälter 40 befindet sich ein Schutzgas, beispielweise N, CO₂, Ar, Corgon, oder ähnliches. Beim Betrieb wird das Schutzgas aus dem Gasbehälter 40 durch die Einlassöffnung 3 beziehungsweise den Kupplungsglockeneinlass der Kupplungsglocke 20 zugeführt und somit innerhalb der Kupplungsglocke 20 eine inerte Atmosphäre geschaffen. Dadurch wird die Verbrennung der Kupplungsbeläge innerhalb des Kupplungsgehäuses vermieden.
Die Kupplungsglocke 20 ist gegenüber der Umgebung im wesentlichen dicht. Der Speicher beziehungsweise Gasbehälter 40 kann zum Ausgleich eines Gasverlustes durch Undichtigkeiten vorgesehen sein. Durch die Anzeige beziehungsweise Füllstandsanzeige oder den Druckgeber 45 beziehungsweise Füllstandsmelder ist eine ausreichende Schutzgasversorgung gewährleistet.
4 zeigt schematisch eine weitere Möglichkeit, das Kupplungsgehäuse 20 mit Schutzgas zu versorgen. Dabei ist eine Vorrichtung 50 zur Gaserzeugung an die Einlassöffnung 3 des Kupplungsgehäuses beziehungsweise der Kupplungsglocke 20 angeschlossen. In der Vorrichtung zur Gaserzeugung 50 wird das gewünschte Gas beziehungsweise Schutzgas aus der Umgebungsluft erzeugt. Die Vorrichtung 50 zur Gaserzeugung umfasst einen Kompressor 51, der an den weiteren Drehmomentabzweig 1 des Motors 10 gekoppelt sein kann (siehe 1). Dadurch wird der Kompressor 51 durch den Verbrennungsmotor 10 angetrieben und komprimiert zugeführte Umgebungsluft. Ein Kühler 52 kühlt die Umgebungsluft ab, so dass sie unter ihren Siedepunkt gekühlt wird und in ihre einzelnen Bestandteile zerlegt wird. Durch einen Reaktor 53 wird der vorhandene Sauerstoff entfernt und das verbleibende, nicht reaktive Restgas wird der Kupplungsglocke 20 über die Einlassöffnung 3 beziehungsweise den Kupplungsglockeneinlass zugeführt. Zwischen dem Kühler 52 und dem Reaktor 53 ist weiterhin eine Drossel 54 vorgesehen, um die Gaserzeugung auf geeignete Weise zu steuern.
Anstatt den Kompressor 51 oder die Pumpe 30 in 2 durch den Motor 10 anzutreiben, kann wahlweise ein Fremdantrieb für den Kompressor 51 vorgesehen sein. In diesem Fall ist der Kompressor 51 nicht mit dem Drehmomentabzweig 1 des Motors 10 gekoppelt, sondern mit einem gesonderten Antrieb beziehungsweise Motor, wie z. B. einem Elektromotor.
Eine weitere Art der Gaserzeugung kann in einem Reaktor bestehen, der beispielsweise durch Verbrennung den Luftsauerstoff eliminiert.
Das Schutzgas, das der Kupplungsglocke 20 zugeführt wird, beziehungsweise in den Innenraum des Kupplungsdeckels geleitet wird, kann im Betrieb entweder durch abdichtende Elemente oder Ventile gehalten werden; oder es kann im Betrieb eine Spülung des Innenraums der Kupplungsglocke 20 mit Schutzgas erfolgen.
5 zeigt eine Möglichkeit, durch die Zuleitung von Abgas des Verbrennungsmotors 10 die Verbrennung der Kupplungsbeläge im Innenraum des Kupplungsgehäuses beziehungsweise der Kupplungsglocke 20 zu verhindern. An dem Abgasstrang 2 des Motors 10 ist ein Katalysator 60 und ein nachgeschalteter Schalldämpfer 61 vorgesehen. Zwischen dem Katalysator 60 und dem Schalldämpfer 61 befindet sich ein Anschluss 63, der mit dem Kupplungsglockeneinlass 3 beziehungsweise der Einlassöffnung der Kupplungsglocke 20 verbunden ist. Dadurch wird ein Teil des Abgases des Verbrennungsmotors 10 zur Befüllung der Kupplungsglocke 20 verwendet.
Das bedeutet, im Betrieb wird Abgas des Motors 10 in die Kupplungsglocke 20 mittels einer Abgaszuleitung eingebracht. Dabei kann beispielsweise beim Starten des Motors 10 das zunächst noch relativ kalte, sauerstoffarme oder – freie Abgas in die Kupplungsglocke 20 geleitet werden, wodurch sich ein Überdruck aufbaut, der verhindert, dass weiteres Gas in die Kupplungsglocke 20 gelangt. Wenn der Überdruck aufgebaut ist, gelangt das Abgas des Motors 10 ordnungsgemäß in den Auspuff beziehungsweise Schalldämpfer 61. Ab diesem Zeitpunkt müssen nur noch die Leckverluste der Kupplungsglocke 20 ausgeglichen werden. Durch eine dichte beziehungsweise gasdicht montierte Kupplungsglocke 20 wird zum Beispiel dafür gesorgt, dass eine Abgasfüllung auch nach Abstellen des Motors 10 erhalten bleibt.
6 zeigt eine weitere Möglichkeit, durch geeignete Maßnahmen der Kupplungsglocke 20 Abgas zuzuführen. Dabei ist die Kupplungsglocke 20 in den Abgasstrang 2 geschaltet. Das heißt, der Kupplungsglockeneinlass 3 ist mit dem Abgasstrang 2 verbunden. Das Abgas des Motors 10 wird somit in die Kupplungsglocke 20 geführt. Der Kupplungsglockenauslass 4 ist mit dem nachfolgenden Katalysator 60 gekoppelt. Dadurch strömt das Abgas des Verbrennungsmotors 10 durch die Kupplungsglocke 20 zum Katalysator 60 und anschließend zum Schalldämpfer 61. Somit erfolgt eine ständige Spülung des Innenraums der Kupplung beziehungsweise des Kupplungsgehäuses mit dem Abgas des Motors 10, so dass eine inerte Atmosphäre innerhalb des Kupplungsgehäuses das zum Beispiel als Kupplungsglocke 20 ausgebildet ist, geschaffen wird.
Bei der stetigen Spülung der Kupplungsglocke 20 mit Abgas wird das Abgas gegebenenfalls durch einen Kühler und durch einen Partikelfilter geführt, die in den Figuren nicht dargestellt sind. Dadurch wird vermieden, dass die Temperatur innerhalb der Kupplungsglocke 20 zu sehr erhöht wird. Weiterhin wird eine mögliche Ablagerung, beispielsweise von Ruß, vermieden. Durch die Spülung werden Verschleißpartikel aus der Kupplung entfernt, die sich ansonsten in den bewegten Teilen der Kupplung ablagern würden und noch weiteren Verschleiß hervorrufen würden.
Sowohl bei der Füllung des Kupplungsgehäuses beziehungsweise der Kupplungsglocke 20 mit Abgas, als auch bei der Spülung mit Abgas, ist eine Kühlung des zugeführten Abgases möglich. Es ist aber auch möglich, das Abgas dem Kupplungsgehäuses beziehungsweise der Kupplungsglocke 20 ungekühlt zuzuführen.
Die Kühlung kann zum Beispiel über einen separaten Kühler oder durch einen verlängerten Abgasweg erfolgen. Das Abgas kann dabei nach dem Katalysator oder auch nach dem Endtopf beziehungsweise hinter dem Schalldämpfer der Kupplungsglocke zugeführt werden. Es ist aber ebenso möglich, zur Kühlung eine verlängerten Abgasweg vorzusehen, beispielsweise durch zusätzliche Krümmungen im Abgasstrang.
Ein Filter kann vorgesehen sein, um das ungekühlte oder auch das gekühlte Abgas von Partikeln zu befreien, bevor es der Kupplungsglocke 20 zugeleitet wird.
Durch die vorliegende Erfindung wird die Lebensdauer von Kupplungen und Kupplungsbelägen erhöht beziehungsweise der Verschleiß. an Kupplungsbelägen reduziert. Dabei liegt der Erfindung die Idee zugrunde, Sauerstoff aus der Kupplungsglocke zu entfernen beziehungsweise ein (Teil-)Vakuum oder eine inerte Atmosphäre innerhalb der Kupplungsglocke beziehungsweise innerhalb des Kupplungsgehäuses oder Gehäusedeckels zu schaffen. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird verhindert, dass die Kupplungsglockenatmosphäre Sauerstoff in einer Konzentration enthält, die eine Oxidation ermöglicht. Damit können Kupplungsbeläge wesentlich höhere Temperaturen ertragen.
Die Verbrennung von Belagbestandteilen unter erhöhten Temperaturen, die insbesondere in der Schlupfphase der Kupplung eintritt, wird durch die Entnahme des Sauerstoffs aus der Kupplungsglocke vermieden beziehungsweise verhindert. Es kann kein Sauerstoff mehr mit der Belagoberfläche reagieren, so dass kein Belagoxid mit geringerer mechanischer Festigkeit entsteht, was ansonsten zur Zerstörung der Bindung des Belags führen würde.
Neben der Reduzierung des Verschleißes werden Kosten im erheblichen Umfang gespart, die Umwelt wird geschont und der notwendige Bauraum wird reduziert.

1 =: Drehmomentabzweig
2 =: Abgasstrang
3 =: Einlassöffnung
4 =: Auslassöffnung
4a =: Leitung
5 =: Ansaugtrakt beziehungsweise Ansaugleitung
10 =: Motor beziehungsweise Verbrennungsmotor
20 =: Kupplungsgehäuse beziehungsweise Gehäuseelement
30 =: Pumpe
31 =: Auslassöffnung der Pumpe
40 =: Gasbehälter
45 =: Druckgeber
50 =: Gaserzeuger
51 =: Kompressor
52 =: Kühler
53 =: Reaktor
54 =: Drossel
60 =: Katalysator
61 =: Schalldämpfer
63 =: Anschluss

Claims

Kupplungsverfahren für Kraftfahrzeuge, bei dem zur Übertragung eines Drehmoments wenigstens eine mit einer Antriebswelle verbundene Kupplungsscheibe an einen Motor (10) gekoppelt wird und zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung vom Motor (10) getrennt wird, wobei die Kupplungsscheibe innerhalb eines Kupplungsgehäuses (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Kupplungsgehäuses (20) zumindest teilweise evakuiert und/oder mit einer inerten Atmosphäre versehen wird.
Kupplungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsgehäuse (20) durch eine vom Motor (10) angetriebene Pumpe (30), durch eine Unterdruckpumpe, und/oder durch den Unterdruck im Ansaugkrümmer des Motors (10) evakuiert wird.
Kupplungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck innerhalb des Kupplungsgehäuses (20) gemessen wird, und die Pumpe (30) im Aussetzbetrieb betrieben wird.
Kupplungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffkonzentration innerhalb des Kupplungsgehäuses (20) soweit abgesenkt wird, dass eine Verbrennung von Reibbelägen im wesentlichen verhindert wird.
Kupplungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas des Motors (10) und/oder ein Schutzgas in das Kupplungsgehäuse (20) eingebracht wird, insbesondere Stickstoff, CO₂, Corgon, oder Argon.
Kupplungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas aus der Umgebungsluft erzeugt wird.
Kupplungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spülung des Kupplungsgehäuses (20) mit Abgas erfolgt, das bevorzugt gekühlt und/oder gefiltert wird.
Kupplungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Befüllen des Kupplungsgehäuses (20) mit Abgas das Kupplungsgehäuse (20) gasdicht abgeschlossen wird.
Kupplungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas vom Katalysator (60) oder vom Schalldämpfer (61) eines Verbrennungsmotors zum Kupplungsgehäuse (20) geleitet wird.
Gehäuseelement für Kraftfahrzeugkupplungen, mit einer Befestigungsvorrichtung zum Anbringen des Gehäuseelements (20) an einem Antriebselement, wobei das Gehäuseelement (20) einen Innenraum zur Aufnahme wenigstens einer Kupplungsscheibe bildet, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (3, 4) zum mindestens teilweisen Evakuieren des Innenraums des Gehäuseelements (20) und/oder zum Erzeugen einer inerten Atmosphäre innerhalb des Gehäuseelements (20).
Gehäuseelement nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Dichtelement zum Abdichten des Innenraums des Gehäuseelements (20) in eingebautem Zustand.
Gehäuseelement nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch einen Druckgeber (45) zur Messung des Drucks innerhalb des Gehäuseelements (20) und zur Steuerung einer Pumpe (30) zum Evakuieren des Gehäuseelements (20).
Gehäuseelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch eine Einlassöffnung (3) zur Zufuhr von Abgas eines Verbrennungsmotors (10) oder zur Zufuhr eines Schutzgases in den Innenraum.
Gehäuseelement nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch eine Auslassöffnung (4) zur Abfuhr von Gas aus dem Innenraum des Gehäuseelements (20).
Gehäuseelement nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch einen Gasbehälter (40) oder einen Gaserzeuger (50) zur Versorgung des Gehäuseelements (20) mit inertem Gas.
Gehäuseelement nach einem der Ansprüche 10 bis 15, gekennzeichnet durch eine Kühleinrichtung (52) zur Kühlung eines Mediums, das im Betrieb dem Gehäuseelement (20) zugeführt wird.
Gehäuseelement nach einem der Ansprüche 10 bis 16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Spülung des Gehäuseelements (20) mit Abgas eines Verbrennungsmotors (10) oder mit einem Schutzgas.
Gehäuseelement nach einem der Ansprüche 10 bis 17, gekennzeichnet durch einen Reaktor (53) zur Gaserzeugung, der Luftsauerstoff durch Verbrennung eliminiert.
Kupplung für Kraftfahrzeuge, mit wenigstens einer Kupplungsscheibe zur Übertragung eines Drehmoments eines Motors (10) auf eine Antriebswelle, einer Trenneinrichtung zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung, und einem Gehäuseelement (20), das einen Innenraum zur Aufnahme der Kupplungsscheibe bildet, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (4, 30; 4, 4a, 5; 3, 4, 50; 3, 4, 60, 61) zum mindestens teilweisen Evakuieren des Innenraums des Gehäuseelements (20) und/oder zum Einbringen eines inerten Gases in den Innenraum des Gehäuseelements (20).
Kupplung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch ein Gehäuseelement (20) nach einem der Ansprüche 10 bis 18.
Kupplung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, das sie an eine Pumpe (30) und/oder an den Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors (10) gekoppelt ist, um Gas aus dem Kupplungsgehäuse (20) zu saugen.
Kupplung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie an einen Gasbehälter (40) und/oder an eine Einrichtung (50) zur Erzeugung von Schutzgas gekoppelt ist, um das Kupplungsgehäuse (20) mit Schutzgas zu befüllen.
Kupplung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie an eine Abgasleitung eines Verbrennungsmotors (10) gekoppelt ist, um das Kupplungsgehäuse (20) mit Abgas zu befüllen.