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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Um
den Verschleiß an
den Kupplungsbelägen
zu reduzieren wurde beispielsweise versucht, durch gezielte Maßnahmen
Wärme abzuführen, s.
DE 195 38 723 C1 .
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.
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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.
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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.
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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 Innerraum des Kupplungsgehäuses zumindest teilweise evakuiert
und mit einer inerten Atmosphäre
versehen wird.
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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.
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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.
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Außerdem wird
durch den Entzug von Sauerstoff die Korrosion aller anderen Kupplungsbauteile vermieden.
Bei nur teilweisem Entzug von Sauerstoff wird der Verschleiß verlangsamt.
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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.
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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.
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Die
Sauerstoffkonzentration innerhalb der Kupplungsglocke kann zum Beispiel
mindestens so weit abgesenkt werden, dass eine Verbrennung von Reibbelägen im wesentlichen
verhindert wird.
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Es
ist auch möglich,
das Abgas des Verbrennungsmotors und/oder ein Schutzgas in die Kupplungsglocke
einzubringen, wobei das Schutzgas zum Beispiel Stickstoff, CO2, Argon-Kohlendioxid-Gemisch, 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.
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Das
Schutzgas kann zum Beispiel durch einen Speicher bereitgestellt
werden oder aus der Umgebungsluft erzeugt werden.
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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.
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Vorteilhafterweise
wird durch eine dichte Kupplungsglocke dafür gesorgt, dass eine Abgasfüllung auch
nach Abstellen des Motors erhalten bleibt.
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Bevorzugt
wird nach Befüllen
der Kupplungsglocke mit Abgas die Kupplungsglocke gasdicht abgeschlossen.
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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.
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Der
Kühler
kann an den Kühlkreislauf
des Motors angeschlossen und/oder von der Umgebungsluft des Fahrzeuges
umspült
sein.
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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.
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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.
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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 zum Erzeugen einer inerten Atmosphäre innerhalb des Gehäuseelements
vorgesehen ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorteilhafterweise
ist eine Auslassöffnung zur
Abfuhr von Gas aus dem Innenraum des Kupplungsgehäuses beziehungsweise
Gehäuseelements vorgesehen.
Dadurch wird beispielsweise eine Spülung des Gehäuseinnenraums
ermöglicht.
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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.
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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.
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Das
Gehäuseelement
kann mit einem Reaktor zur Gaserzeugung gekoppelt sein, der Luftsauerstoff
durch Verbrennung eliminiert. Dadurch wird eine weitere Art der
Gaserzeugung bereitgestellt.
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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 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.
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Das
Antriebselement ist zum Beispiel ein Schwungrad, das mit einem Motor
gekoppelt ist.
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Beispielsweise
umfasst die Kupplung ein erfindungsgemäßes Gehäuseelement, wie es oben bereits
beschrieben wurde.
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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 und
es kann eine inerte Atmosphäre
im Kupplungsgehäuse
geschaffen werden.
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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.
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Die
Kupplung kann zum Beispiel an die Abgasleitung eines Verbrennungsmotors
gekoppelt sein, so dass der Innenraum der Kupplung beziehungsweise
Kupplungsglocke mit Abgas befüllbar
ist.
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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.
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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.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 schematisch
einen Motor beziehungsweise Verbrennungsmotor mit einer angeschlossenen
Kupplungsglocke und verschiedenen Anschlüssen beziehungsweise Schnittstellen;
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2 schematisch
den Anschluss einer Pumpe an die Kupplungsglocke gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
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2a schematisch
eine Anschlussmöglichkeit
zur Erzeugung von Vakuum in der Kupplungsglocke gemäß 1;
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3 eine
Möglichkeit
zum Anschluss eines Gasbehälters
an die Kupplungsglocke gemäß 1 in
schematischer Darstellung;
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4 eine
Möglichkeit
zum Anschluss einer Gaserzeugungsvorrichtung an die Kupplungsglocke gemäß 1;
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5 eine
weitere Möglichkeit
zum Anschluss der Kupplungsglocke gemäß 1 an eine Abgasleitung
in schematischer Darstellung; und
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6 eine
noch weitere Möglichkeit
zum Anschluss der Kupplungsglocke gemäß 1 an eine Abgasleitung
in schematischer Darstellung;
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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 Ausrücker, 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.
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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 Innerraum
der Kupplungsglocke 20.
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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.
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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 Innerraum des Gehäuseelements
von Sauerstoff frei zu halten, um den Verbrennungsvorgang der Kupplungsbeläge zu verhindern.
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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.
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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.
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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 dass eine Oxidation eintritt, die die Kupplungsbeläge zerstört.
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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 Ansaugkrümer des Motors 10 erzeugt, durch
den die Kupplungsglocke 20 evakuiert wird beziehungsweise
ein Teilvakuum erzeugt wird, um die O2-Konzentration
abzusenken.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
weitere Art der Gaserzeugung kann in einem Reaktor bestehen, der
beispielsweise durch Verbrennung den Luftsauerstoff eliminiert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
Filter kann vorgesehen sein, um das ungekühlte oder auch das gekühlte Abgas
von Partikeln zu befreien, bevor es der Kupplungsglocke 20 zugeleitet
wird.
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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.
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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.
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Neben
der Reduzierung des Verschleißes werden
Kosten im erheblichen Umfang gespart, die Umwelt wird geschont und
der notwendige Bauraum wird reduziert.