-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Einrückersystem
für eine
Reibungskupplung.
-
In modernen Kraftfahrzeugen finden
zunehmend Doppelkupplungen Einsatz, über welche eine Antriebswelle,
beispielsweise eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wahlweise
in Drehmomentübertragungsverbindung
mit einer von zwei zueinander im Allgemeinen koaxial angeordneten
Getriebeeingangswellen gebracht werden kann. Bei derartigen Doppelkupplungen
sind die beiden Kupplungsbereiche derselben im Allgemeinen als sogenannte Normal-Offen-Kupplungen
ausgebildet. D.h., bei nicht vorhandener Kraftbeaufschlagung sind
die Kupplungsbereiche in einem ausgerückten Zustand und nicht zur Übertragung
von Drehmomenten in der Lage. Soll über einen der Kupplungsbereiche
ein Drehmoment übertragen
werden, so muss über
ein zugeordnetes Einrückersystem
eine Einrückkraft
erzeugt werden, die dann auf die Anpressplatte weitergeleitet wird
und somit den Kupplungsbereich in einen Einrückzustand bringt. Ein Defekt
in dem Einrückersystem
von einem der Kupplungsbereiche beispielsweise in einem Zustand,
in welchem dieser Kupplungsbereich nicht zur Drehmomentübertragung
genutzt wird, kann dann nicht zur Folge haben, dass dieser Kupplungsbereich
automatisch in einen Einrückzustand
gelangt und somit eine Selbstblockierung im Getriebe erzeugt werden
kann.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein derartiges Einrückersystem
für eine
Reibungskupplung bereitzustellen, welches verbessert an die im Kupplungsbetrieb
auftretenden Anforderungen angepasst ist.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe gelöst
durch ein Einrückersystem
für eine Reibungskupplung,
umfassend einen Einrückerantrieb,
einen Einrückerabtrieb
und eine Getriebeanordnung zur Übertragung
einer Antriebskraft des Einrückerantriebs
auf den Einrückerabtrieb,
wobei die Getriebeanordnung ein sich über einen Stellweg veränderndes
Kraftumsetzverhältnis
aufweist.
-
Bei Kupplungen des Normal-Offen-Typs muss
das Einrückersystem
im Allgemeinen gegen zwei Systembereiche arbeiten, welche eine Gegenkraft
liefern. Dies ist zum einen die Tangentialblattfederanordnung, über welche
eine Anpressplatte drehfest an ein Gehäuse angekoppelt werden kann,
und ist zum anderen die Belagsfederung einer Kupplungsscheibe, welche
mit zunehmendem Einrücken eine
ansteigende Gegenkraft liefert. Diese beiden sich summierenden Kraftbeiträge führen zu
einer zwischen dem vollkommen ausgerückten Zustand und dem vollkommen
eingerückten
Zustand progressiv ansteigenden Gegenkraftkennlinie, gegen welche der
Einrückerantrieb
arbeiten muss. Da jedoch erfindungsgemäß eine Getriebeanordnung vorgesehen ist,
welche die vom Einrückerantrieb
bereitgestellte Kraft bzw. das von diesem bereitgestellte Drehmoment
in Richtung Reibungskupplung weiterleitet und die überdies
ein über
den Stellweg hinweg sich änderndes
Kraftumsetzverhältnis
aufweist, kann durch Anpassung des Kraftumsetzverhältnisses
an die Gegenkraftkennlinie erreicht werden, dass der Einrückerantrieb
im Wesentlichen unabhängig
von der Kennlinie bzw. in seinem optimalen Arbeitsbereich betrieben
werden kann. Dies erhöht
die Präzision,
mit welcher Einrückvorgänge durchgeführt werden
können und
vermindert die Belastung im Bereich des Einrückersystems erheblich, insbesondere
die Belastung des Einrückerantriebs.
-
In Anpassung an eine progressive
Gegenkraftkennlinie, wie sie bei Kupplungen des Normal-Offen-Typs
allgemein vorliegt, wird vorgeschlagen, dass das Kraftumsetzverhältnis mit
Annäherung an
einen Stellzustand, welcher einer vollkommen eingerückten Reibungskupplung
entspricht, zunimmt. Dabei ist vorzugsweise auch der Anstieg des
Kraftumsetzverhältnisses
progressiv.
-
Da am Beginn eines Einrückvorgangs
zunächst
verschiedene Komponenten in Bewegung versetzt werden müssen und
Haftreibungszustände überwunden
werden müssen,
was im Allgemeinen bedeutet, dass zunächst eine vergleichsweise große Gegenkraft
zu überwinden
ist, wird vorgeschlagen, dass das Kraftumsetzverhältnis mit
Annäherung
an einen Stellzustand, welcher einer vollkommen ausgerückten Reibungskupplung
entspricht, zunimmt. Auch hier kann das Kraftumsetzverhältnis progressiv zunehmen.
-
Bei einer konstruktiv vergleichsweise
einfach auszuführenden,
hinsichtlich ihres Kraftumsetzverhältnisses leicht an spezielle
Anforderungen eines speziellen Antriebsstrangs anpassbaren Ausgestaltungsform
wird vorgeschlagen, dass die Getriebean ordnung eine Antriebszahnradanordnung
umfasst, die in einem ersten Bereich in Antriebsverbindung mit dem
Einrückerantrieb
steht und in einem zweiten Bereich in Übertragungsverbindung mit einer
Abtriebszahnradanordnung steht, wobei der zweite Bereich der Antriebszahnradanordnung
und die Abtriebszahnradanordnung einander entsprechend sich verändernde
Zahnradradien aufweisen.
-
Bei einer alternativen Ausgestaltungsform kann
vorgesehen sein, dass die Getriebeanordnung ein durch den Einrückerantrieb
um eine Drehachse drehbares Antriebselement sowie ein mit dem Antriebselement
in Abstand zur Drehachse zur Antriebskraftübertragung zusammenwirkendes
Abtriebselement umfasst, wobei ein effektiver Hebelabstand, mit
welchem das Abtriebselement mit dem Antriebselement zur Antriebskraftübertragung
zusammenwirkt, in Abhängigkeit
von der Drehlage des Antriebselements veränderbar ist.
-
Die Änderung des effektiven Hebelabstands kann
in sehr zuverlässig
und stabil wirkender Art und Weise dadurch erreicht werden, dass
an dem Antriebselement eine Führungsbahn
mit Radialerstreckungskomponente vorgesehen ist und dass an dem Abtriebselement
ein Führungsabschnitt
vorgesehen ist, welcher bei Drehung des Antriebselements um die
Drehachse entlang der Führungsbahn
verlagerbar ist. Um bei dieser Variante eine definierte Verlagerung
des Führungsabschnitts
durch Zwangsführung
zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass an einer nicht mit dem
Antriebselement drehbaren Komponente eine weitere Führungsbahn
mit Radialerstreckungskomponente vorgesehen ist, entlang welcher
der Führungsabschnitt
des Abtriebselements bei Drehung des Antriebselements verlagerbar
ist.
-
Bei einer alternativen Ausgestaltungsform, bei
welcher der effektive Hebelabstand zur Veränderung des Kraftumsetzverhältnisses
bei Durchführung eines
Stellvorgangs veränderbar
ist, kann vorgesehen sein, dass an dem Antriebselement eine Anlagefläche für ein flexibles
Abtriebselement vorgesehen ist, wobei die Anlagefläche einen
in Umfangsrichtung um die Drehachse sich ändernden Radialabstand zur Drehachse
aufweist.
-
Bei einer aus fertigungstechnisch
besonders bevorzugten Ausgestaltungsform kann dabei vorgesehen sein,
dass die Anlagefläche
kreisartig gekrümmt
mit einem zur Drehachse versetzten Kreismittelpunkt ist.
-
Um bei einem erfindungsgemäßen Einrückersystem
eine Einrückkraft
bzw. Betätigungskraft
in eine Kupplung einleiten zu können,
wird vorgeschlagen, dass die Getriebeanordnung ein an einem Abstützelement
um eine Drehachse drehbar getragenes Betätigungselement umfasst, das
bei Drehung um die Drehachse unter der Wirkung einer Rampenanordnung
in Richtung der Drehachse verlagerbar ist. Das unter der Wirkung
des Einrückerantriebs
in Drehung versetzte Beaufschlagungselement bewirkt durch seine
bei Drehung induzierte Axialverlagerung dann eine zwangsweise axial
gerichtete Krafteinwirkung auf eine Reibungskupplung, beispielsweise eine
Einrückkraftübertragungshebelanordnung
o. dgl. Man kann eine linear ansteigende oder – etwa zur Realisierung oder
Modifizierung des über
den Stellweg sich ändernden
Kraftumsetzungsverhältnisses – eine nicht
linear ansteigende Rampenanordnung vorsehen.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
ferner eine Reibungskupplung, umfassend wenigstens einen Kupplungsbereich
mit einer Anpressplatte, welche über
eine Kraftbeaufschlagungsanordnung durch ein Einrückersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Durchführung
von Einrückvorgängen beaufschlagbar
ist.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft
die vorliegende Erfindung ein Drehmomentübertragungssystem, umfassend
eine Reibungskupplung und ein dieser zugeordnetes Einrückersystem,
welches zur Erzeugung einer Einrückkraft
unter Ansteuerung einer Ansteuervorrichtung steht, wobei die Ansteuervorrichtung
dazu ausgebildet ist, in einem Betriebszustand, in welchem die Reibungskupplung
im Wesentlichen ohne Kupplungsschlupf zu betreiben ist, das Einrückersystem
in Abhängigkeit
von wenigstens einem Betriebsparameter zur Erzeugung einer Einrückkraft
anzusteuern.
-
Dieser Erfindungsaspekt nutzt aus,
dass es ein inhärentes
Charakteristikum von Kupplungen des Normal-Offen-Typs ist, dass
das über
eine Kupplung maximal übertragbare
Drehmoment, also das Kupplungsmoment, in direktem Zusammenhang steht
mit der durch das Einrückersystem
erzeugten Einrückkraft.
Dieser Erfindungsaspekt macht sich insbesondere in Phasen vorteilhaft
bemerkbar, in welchen auf Grund der Tatsache, dass über die
Kupplung nur ein vergleichsweise kleines Drehmoment zu übertragen ist,
auch nur ein entsprechendes Kupplungsmoment erforderlich ist, durch
das Einrückersystem
eine entsprechend angepasste Einrückkraft erzeugt wird. Diese
Einrückkraft
bzw. das infolgedessen bewirkte oder in der Kupplung erzeugte Kupplungsmoment reichen
aus, um das zu übertragende
Drehmoment ohne Schlupf zu übertragen,
belasten verschiedene im Einrückkraftübertragungskomponenten
liegende Systemkomponenten aber weniger, als dies der Fall ist,
wenn durch das Einrückersystem die
maximale Einrückkraft
erzeugt wird, die beispielsweise dann erforderlich ist, wenn ein
Antriebssystem unter Volllast arbeitet und insofern ein sehr großes Drehmoment über die
Reibungskupplung zu übertragen
ist.
-
Dabei kann beispielsweise vorgesehen
sein, dass der wenigstens eine Betriebsparameter im Zusammenhang
mit einem in die Reibungskupplung eingeleiteten Drehmoment steht
und dass die Ansteuervorrichtung das Einrückersystem zur Erzeugung einer
Einrückkraft
ansteuert, die ein im Bereich des eingeleiteten Drehmoments liegendes
Kupplungsmoment bewirkt.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
Es zeigt:
-
1 eine
Teil-Längsschnittansicht
einer Doppelkupplung;
-
2 eine
vereinfachte Prinzipdarstellung eines Kupplungsbereichs;
-
3 ein
Diagramm, das die über
den Einrückweg
erforderliche Einrückkraft
repräsentiert;
-
4 eine
Teildarstellung eines erfindungsgemäßen Einrückersystems;
-
5 ein
Diagramm, das das bei einem erfindungsgemäßen Einrückersystem über den Stellweg vorhandene
Kraftumsetzverhältnis
darstellt;
-
6 ein
Diagramm, das das bei einem erfindungsgemäßen Einrückersystem auftretende bzw. vorhandene
Antriebsmoment darstellt;
-
7 eine
abgewandelte Art eines erfindungsgemäßen Einrückersystems;
-
8 eine
weitere abgewandelte Art eines erfindungsgemäßen Einrückersystems;
-
9 eine
Abwandlung des in 8 gezeigten
Systems;
-
10 eine
weitere Abwandlung des in 8 gezeigten
Systems.
-
Die 1 zeigt
eine Doppelkupplung 10. Die Doppelkupplung 10 umfasst
im Wesentlichen zwei Kupplungsbereiche 12, 14,
durch welche wahlweise ein Drehmoment von einer Antriebswelle, beispielsweise
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, auf eine von zwei zueinander
koaxial angeordneten Getriebeeingangswellen übertragen werden kann.
-
Eine Widerlagerplatte 16 ist
in ihrem radial äußeren Bereich über eine
Flexplatte 18 o. dgl. drehfest an die bereits angesprochene
Antriebswelle anzukoppeln. Die Widerlagerplatte 16 bildet
mit ihren beiden in Richtung einer Drehachse A weisenden Flächen 20, 22 jeweils
Widerlagerbereiche für
die beiden Kupplungsbereiche 12, 14.
-
Der erste Kupplungsbereich 12 umfasst
eine Anpressplatte 24, die mit der Widerlagerplatte 16 beispielsweise über Tangentialblattfedern
o. dgl. drehfest, bezüglich
dieser jedoch in Richtung der Drehachse A verlagerbar gekoppelt
ist. Über
eine Kraftübertragungsanordnung 26 und
ein Kraftbeaufschlagungselement 28 kann eine Einrückkraft
von einem allgemein mit 29 bezeichneten Betätigungssystem des
ersten Kupplungsbereichs 12 auf die Anpressplatte 24 übertragen
werden. Die Kraftübertragungsanordnung 26 umfasst
zwei topf- oder schalenartig ausgebildete Kraftübertragungselemente 30, 32,
welche die Widerlagerplatte 16 überbrücken und in ihrem radial äußeren Bereich
miteinander verbunden sind. Das Kraftübertragungselement 30 kann
die Anpressplatte 24 unter Zwischenlagerung einer Verschleißnachstellvorrichtung 34 beaufschlagen.
Das Kraftbeaufschlagungselement 28 ist in seinem radial äußeren Bereich 36 an
dem Kraftübertragungselement 32 abgestützt und
ist in einem radial weiter innen liegenden Bereich 38 über einen
Drahtring 40 o. dgl. an der Außenseite eines topfartig ausgebildeten und
mit der Widerlagerplatte 16 verbundenen Gehäuses 42 abgestützt. Radial
innen beaufschlagt dann das Betätigungssystem
zur Durchführung
von Einrückvorgängen des
ersten Kupplungsbereichs 12 das Kraftbeaufschlagungselement 28.
Wird durch entsprechende Krafterzeugung die Anpressplatte 24 in
Richtung auf die Fläche 20 der
Widerlagerplatte 16 zu verschoben, so wird eine Kupplungsscheibe 44 mit
ihren Reibbelägen 46 zwischen
der Widerlagerplatte 16 und der Anpressplatte 24 geklemmt
und somit eine Drehmomentübertragungsverbindung
zu einer der Getriebeeingangswellen hergestellt.
-
Der zweite Kupplungsbereich 14 umfasst ebenfalls
eine Anpressplatte 48, die mit der Widerlagerplatte 16 bzw.
dem Gehäuse 42 beispielsweise wiederum
durch Tangentialblattfedern o. dgl., die auch eine Lüftkraft
erzeugen können,
drehfest, jedoch in Richtung der Achse A bewegbar verbunden ist.
Ein Kraftbeaufschlagungselement 50 des zweiten Kupplungsbereichs 14 ist
in seinem radial äußeren Bereich 52 beispielsweise über einen
Drahtring 54 o. dgl. an der Innenseite des Gehäuses 42 abgestützt und
kann mit seinem radial weiter innen gelegenen Bereich 56 die
Anpressplatte 48 beaufschlagen. Ein allgemein mit 51 bezeichnetes
Betätigungssystem beaufschlagt
das Kraftbeaufschlagungselement 50 in seinem radial inneren
Endbereich, um zur Durchführung
von Einkuppelvorgängen
des zweiten Kupplungsbereichs 14 die Anpressplatte 48 in
Richtung auf die Fläche 22 der
Widerlagerplatte 16 zu zu bewegen. Dabei wird eine Kupplungsscheibe 58 mit
ihren Reibbelägen 59 zwischen
der Widerlagerplatte 16 und der Anpressplatte 48 geklemmt
und somit eine Drehmomentübertragungsverbindung
zur anderen Getriebeeingangswelle hergestellt.
-
Vorangehend ist der prinzipielle
Aufbau einer Doppelkupplung 10 beschrieben worden. Es ist selbstverständlich,
dass hier in verschiedenen Bereichen konstruktive Änderungen
vorgesehen sein können.
So könnte
beispielsweise die Widerlagerplatte 16, die zusammen mit
den beiden Anpressplatten 24, 48, dem Gehäuse 42 und
den damit drehfest gekoppelten Komponenten einen Eingangsbereich 60 der Doppelkupplung 10 bildet, über eine
Torsionsschwingungsdämpferanordnung
an eine Antriebswelle angekoppelt sein. Auch könnte selbstverständlich beim zweiten
Kupplungsbereich 14 zwischen der Anpressplatte 48 und
dem Kraftbeaufschlagungselement 56 eine Verschleißnachstellvorrichtung
vorgesehen sein.
-
Die beiden Betätigungssysteme 29, 51 umfassen
jeweils ein Betätigungselement 60, 62,
das an einem beispielsweise an einem Getriebe getragenen Abstützelement 64 drehbar
getragen ist. Beispielsweise an dem Abstützelement 64 ist in
Zuordnung zu den beiden Betätigungselementen 60, 62 jeweils eine
in Umfangsrichtung sich erstreckende Rampenanordnung vorgesehen,
mit welcher die jeweiligen Betätigungselemente 60 bzw. 62 in
Eingriff stehen, so dass bei Drehung der Betätigungselemente 60, 62 in
Umfangsrichtung diese sich in Richtung der Drehachse A verlagern
und dabei über
jeweilige Drehentkopplungslager 66,68 die Kraftbeaufschlagungselemente 28, 50 belasten.
Diese Kraftbeaufschlagungselemente 28, 50 liefern
im wesentlichen keinen Eigenkraftbeitrag und dienen insbesondere
auch aufgrund ihrer Abstützung
bezüglich
des Gehäuses 42 als
Hebelanordnungen, über
welche bei Verdrehung der Betätigungselemente 60, 62 und
entsprechender Axialverlagerung derselben die Anpressplatten 24, 48 zur
Durchführung
von Einkuppelvorgängen
beaufschlagt werden können.
-
In 2 ist
der Kupplungsbereich 14 der Doppelkupplung 10 der 1 noch einmal vereinfacht
dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die 2 selbstverständlich nicht nur einen Kupplungsbereich
einer Doppelkupplung repräsentiert,
sondern grundsätzlich
auch eine Reibungskupplung repräsentiert,
wie sie als herkömmliche
Einfachreibungskupplung in Fahrzeugen Einsatz finden kann, die gemäß dem Prinzip
einer Normal-Offen-Kupplung ausgebildet ist.
-
In der 2 sind
schematisch auch die vorangehend bereits angesprochenen Tangentialblattfedern 72 und
eine Belagsfederung 70 der Kupplungsscheibe 58 erkennbar.
Bei Durchführung
von Einrückvorgängen, bei
welchen also, wie vorangehend geschildert, das Kraftbeaufschlagungselement 50 in seinem
radial inneren Bereich durch das Betätigungssystem 29,
welches ein Einrückersystem
für diesen
Kupplungsbereich 14 repräsentiert, mit einer Einrückkraft
F beaufschlagt wird, presst das Kraftbeaufschlagungselement 50 die
Anpressplatte 48 entgegen der Lüftkraftwirkung der Tangentialblattfedern 72 und
der durch die Belagsfederung 70 erzeugten Kraft gegen eine
Widerlageranordnung, im dargestellten Falle die Widerlagerplatte 16.
Die Belagsfederung 70 und die Tangentialblattfedern 72 liefern
dabei eine Gesamt-Gegenkraft, deren Verlauf in der 3 dargestellt ist. Die 3 zeigt den Verlauf der Reaktionskraft
FR über
dem Stellweg S zwischen einer vollkommen ausgekuppelten Stellung
AK und einer vollkommen eingekuppelten Stellung EK. Mit SP ist der
sogenannte Schleifpunkt bezeichnet, also derjenige Punkt oder Bereich
im Stellweg S, bei welchem die in der Auskuppelstellung die Kupplungsscheibe 58 nicht
kontaktierende Anpressplatte 48 in Reibkontakt mit dieser
Kupplungsscheibe 58 bzw. deren Reibbelägen 59 tritt. Man
erkennt, dass mit Annäherung
an die Einkuppelstellung EK ein deutlicher Anstieg der Reaktionskraft
FR vorhanden ist. Bei der durch die Kurve
FR bezeichneten Kraftkennlinie, welche die im Falle des Ausrückvorgangs
vorhandene Reaktionskraft repräsentiert,
ist eine geringe Abweichung bzw. Hysterese bezüglich des bei dem Einrückvorgang
vorhandenen Kraftverlaufs vorhanden, was sich im Allgemeinen aus
der Charakteristik der Belagsfederung ergibt.
-
Nachfolgend werden Maßnahmen
beschrieben, welche gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung dafür
sorgen, dass bei Durchführung
von Einkuppelvorgängen,
beispielsweise vermittels der vorangehend beschriebenen Betätigungssysteme bzw.
Einrücksysteme 29, 51 dem
in der 3 erkennbaren
progressiven Anstieg der Reaktionskraft FR,
gegen welche die Einrückersysteme
arbeiten müssen,
Rechnung getragen wird.
-
So ist in 4 in vereinfachter Art und Weise das
Betätigungs-
bzw. Einrücksystem 51 dargestellt. Es
ist selbstverständlich,
dass in entsprechender Weise auch das System 29 ausgestaltet
sein kann. Dieses System 51 umfasst als Antrieb einen Elektromotor 74 und
umfasst weiterhin eine Getriebeanordnung 76, durch welche
die vom Antriebsmotor 74 abgegebene Kraft bzw. das von
diesem bereitgestellte Drehmoment auf das in der 1 dargestellte Lager 68 übertragen
werden kann.
-
Die Getriebeanordnung 76 umfasst
ein Segmentzahnrad 78, das um eine Drehachse D1 schwenkbar
getragen ist. Das Segmentzahnrad 78 weist zwei Verzahnungsbereiche 80, 82 auf.
Mit dem Bereich 80 des Segmentzahnrads 78 steht
ein an einer Welle des Antriebsmotors 74 getragenes Ritzel 84 in
Kämmeingriff,
so dass durch Erregung des Antriebsmotors 74 und diesen
Kämmeingriff
das Segmentzahnrad 78 zur Drehung um die Drehachse D1 angetrieben wird. Dabei weist der Verzahnungsbereich 80 einen
im Wesentlichen konstanten Radius zur Drehachse D1 auf.
Mit dem Verzahnungsbereich 82 kämmt ein Verzahnungsbereich 86 eines
zweiten Segmentzahnrads 88. Dieses ist um eine Drehachse D2 drehbar getragen, welche (Drehachse D2) im Wesentlichen parallel zur Drehachse
D1 liegt. Ein an dem Segmentzahnrad 88 vorgesehener
Kopplungshebelabschnitt 90 trägt einen Übertragungsstößel 92, der
zur Weiterleitung der Einrückkraft
in seinem anderen Endbereich an einem Armabschnitt 94 des
Betätigungselements 62 abgestützt ist.
-
Bei Erregung des Antriebsmotors 74 und Verschwenkung
des Segmentzahnrads 78 in Richtung des Pfeils P1 wird durch den Kämmeingriff der beiden Verzahnungsbereiche 82, 86 das
Segmentzahnrad 88 in Richtung des Pfeils P2 verschwenkt. Durch
den Übertragungsstößel 92 führt eine
derartige Verschwenkung zu einer Drehung des Betätigungselements 62 um
die Drehachse A in Richtung des Pfeils P3.
Diese Drehung führt,
wie vorangehend bereits ausgeführt,
zu einer Verlagerung des Betätigungselements 62 in
Richtung der Drehachse A und einer entsprechenden Beaufschlagung
des Kraftbeaufschlagungselements 50 in seinem radial inneren Bereich.
-
Man erkennt in der 4, dass die beiden Segmentzahnräder 78, 88 in
ihren miteinander in Kämmeingriff
stehenden Verzahnungsbereichen 82, 86 keinen konstanten
Radialabstand r1 und r2 zu
den jeweiligen Drehachsen D1 und D2 aufweisen. Insbesondere erkennt man, dass
bei dem Segmentzahnrad 78 in Richtung entgegengesetzt zum
Pfeil P1 dieser Radialabstand r1 abnimmt,
während
beim Segmentzahnrad 88 in Richtung entgegen dem Pfeil P2 entsprechend der Abnahme des Radialabstands
r1 der Radialabstand r2 zunimmt.
Bei Durchführung
eines Stellvorgangs hat dies zur Fol ge, dass mit zunehmender Verschwenkung
des Segmentzahnrads 78 in der Richtung P1 das
Kraftumsetzverhältnis
der Getriebeanordnung 76 sich verändert. Während in dem in 4 dargestellten Zustand
eine Verschwenkung des Segmentzahnrads 78 um eine vorbestimmte Schwenkwinkeleinheit
eine vergleichsweise große Verschwenkung
des Segmentzahnrads 88 zur Folge hat, führt eine Verschwenkung in Richtung
P1 zu einem abnehmendem Radialabstand r1, mit der Folge, dass eine bei verringertem
Radialabstand r1 vorliegende Verschwenkung
des Segmentzahnrads 78 um die gleiche Schwenkwinkeleinheit
eine verringerte bzw. relativ kleine Verschwenkung des Segmentzahnrads 88 bewirkt.
Dies bedeutet aber, dass die Ausgangskraft, welche durch die Getriebeanordnung 76 bereitstellt,
mit zunehmender Verschwenkung des Segmentzahnrads 78 in
Richtung P1 zunimmt, also ein zunehmendes
Kraftumsetzverhältnis
zwischen Eingangskraft und Ausgangskraft bzw. Eingangsdrehmoment
und Ausgangsdrehmoment vorliegt.
-
Das Änderungsverhältnis hängt davon
ab, wie die Radialabstände
r1, r2 sich in Umfangsrichtung verändern. Durch
entsprechende Auswahl dieser Veränderungen
der Radialabstände
r1, r2 ist es nun möglich, eine
Anpassung der Drehmomentübertragungscharakteristik
bzw. des Kraftumsetzverhältnisses
der Getriebeanordnung 76 an die in der Reibungskupplung
bzw. dem Kupplungsbereich 14 vorhandene Rückstellkraft
bzw. Reaktionskraft FR zu erlangen. Ein
derartiger Verlauf des Kraftumsetzverhältnisses i ist in der 5 dargestellt. Man erkennt, dass
beim Übergang
vom Schleifpunkt SP zur Einkuppelstellung EK ein Anstieg des Kraftumsetzverhältnisses
i vorliegt, also eine bei vorgegebener Eingangskraft oder bei vorgegebenem
Eingangsdrehmoment erhöhte
Ausgangskraft bzw. erhöhtes
Ausgangsdrehmoment. Durch entsprechende Ausgestaltung der Verzahnungsbereiche 82, 86 wird
es weiterhin möglich,
ausgehend vom Schleifpunkt SP in Richtung zur Auskuppelstellung
AK ebenfalls einen Anstieg der Ausgangskraft in Bezug auf die Eingangskraft
zu erlangen.
-
Mit einer derartigen Charakteristik
des Kraftumsetzverhältnisses
i, wie sie in 5 gezeigt
ist, ergibt sich zur Durchführung
von Einkuppelvorgängen bzw.
Auskuppelvorgängen
ein Momentenverlauf M, wie er in 6 erkennbar
ist. Zunächst
erkennt man, dass bei dem den Einrückvorgang beschreibenden Momentenast
ME ausgehend von der vollkommen ausgekuppelten
Stellung AK ein Momentenanstieg vorhanden ist, wobei auf Grund des
vergleichsweise großen
Kraftumsetzverhältnisses
i im Bereich der Auskuppelstellung AK dafür gesorgt ist, dass am Anfang
eines Einrückvorgangs
das vom Antriebsmotor 74 bereitzustellende Drehmoment zum Überwinden der
am Bewegungsbeginn auftretenden Trägheitsmomente und Reibmomente
und somit auch die Stromaufnahme des Antriebsmotors 74,
welcher im Allgemeinen als Elektromotor ausgebildet ist, gering gehalten
werden können.
Auf Grund des in Richtung Einkuppelstellung EK vom Schleifpunkt
aus dann zunehmenden Kraftumsetzverhältnisses i wird dafür gesorgt,
dass das vom Antriebsmotor 74 bereitzustellende Moment
ME auch dann im Wesentlichen konstant gehalten
werden kann, wenn, wie dies in der 3 erkennbar
ist, bei der Reaktionskraft FR ein deutlicher
Anstieg erkennbar ist. Bei Durchführung von Auskuppelvorgängen ergibt
sich auf Grund der Tatsache, dass hier der Antriebsmotor 74 tatsächlich zur
Erzeugung eines Bremsmoments arbeiten muss, zunächst ein Momentenverlauf MA mit negativem Vorzeichen, der auf Grund
des Verlaufs der Reaktionskraft FR , wie er in der 3 erkennbar ist, eine geringfügige Abweichung
von einem im Wesentlichen konstanten Verlauf zwischen der Einkuppelstellung
EK und dem Schleifpunkt SP aufweist.
-
Durch die Veränderung des Kraftumsetzverhältnisses
i über
den Stellweg S hinweg kann erreicht werden, dass insbesondere dann,
wenn ein Elektromotor als Antriebsmotor 74 eingesetzt wird,
dieser in einem idealen Drehmomenten- bzw. auch Drehzahlbereich
und somit auch Wirkungsgradbereich betrieben werden kann und nicht
in Anpassung an die ansteigende Reaktionskraft FR zur
Erzeugung eines entsprechend ansteigenden Drehmomentes angesteuert
werden muss. Die Belastung des Antriebsmotors 74 ist somit über einen
sehr großen
Stellwegbereich und entsprechend einen vergleichsweise großen Einsatzzeitraum
bei Durchführung
von Einkuppelvorgängen
bzw. Auskuppelvorgängen
sehr gleichmäßig und
auf Grund der Tatsache, dass der Antriebsmotor 74 in seinem
optimalen Wirkungsgradbereich arbeiten kann, ist die im Bereich
desselben auftretende Erwärmung
vergleichsweise gering.
-
Um bei einem System, wie es beispielsweise in 4 gezeigt ist, dafür zu sorgen,
dass dann, wenn eine Reibungskupplung oder ein Kupplungsbereich
derselben in einem definierten Zustand gehalten werden soll, nicht
durch andauernde Bestromung der Antriebsmotor 74 überlastet
und ggf. beschädigt werden
kann, kann eine Halteanordnung vorgesehen sein, welche dafür sorgt,
dass das System in einem bestimmten Zustand verharren kann. Dies
kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der Verzahnungsbereich 80 mit
dem Ritzel 84 einen selbsthemmenden Verzahnungseingriff
bereitstellt. Eine Verdrehung des Segmentzahnrads 78 kann
nur dann auftreten, wenn der Antriebsmotor 74 dazu erregt wird.
Selbstverständlich
können
auch andere Halteanordnungen vorgesehen sein, wie z.B. auf das Segmentzahnrad 78 oder
das Segmentzahnrad 80 oder ggf. auf den Stößel 92 einwirkende
Bremssysteme, bei welchen ein Bremsorgan beispielsweise unter Zwischenlagerung
von Reib elementen o. dgl. gegen das jeweilige Bauteil gepresst wird,
beispielsweise unter Einsatz einer Hubmagnetenanordnung. In jedem
Falle ist in einem derartigen Zustand, in welchem keine Bewegung
auftreten soll, gleichwohl jedoch eine Einrückkraft zu erzeugen ist, durch
den Antriebsmotor 74 kein Kraftbeitrag zu erzeugen.
-
In 7 ist
ein weiteres Betätigungssystem oder
Einrückersystem 51 gezeigt,
mit welchem der vorangehend angesprochene Effekt erzielt werden kann.
Man erkennt, dass auch hier der Antriebsmotor 74 über sein
Ritzel 84 in Kämmeingriff
mit dem Verzahnungsbereich 80 des Segmentzahnrads 78 steht. In
dem Segmentzahnrad 78 und einem nicht um die Drehachse
D1 drehbaren Gehäusebauteil 96 o.dgl. sind
jeweils nut- oder schlitzartige Führungsbahnen 98, 100 vorgesehen.
Jede dieser Führungsbahnen 98, 100 weist – bezogen
auf die Drehachse D1 – eine Radialerstreckungskomponente
auf, und es ist ferner durch entsprechende Formgebung dieser Führungsbahnen 98, 100 dafür gesorgt,
dass in jeder Relativdrehlage der Bauteile 78, 96 ein
Schnittpunkt vorhanden ist und kein größere Deckungsbereich dieser Führungsbahnen 98, 100.
-
An dem Übertragungsstößel 92 ist
ein beispielsweise stiftartiger Führungsabschnitt 101 vorgesehen,
der in die beiden Führungsbahnen 98, 100 eingreift.
Bei Verschwenkung des Segmentzahnrads 78 um die Drehachse
D1 ist somit für diesen Führungsabschnitt 101 eine
Zwangsführung
vorgesehen. So hat eine Verschwenkung des Segmentzahnrads 78 in
der Richtung P1 in 7 zur Folge, dass zwangsweise der Führungsabschnitt 101 unter
der Einwirkung der Führungsbahn 98 und
der Einwirkung der Führungsbahn 100 nach
radial innen wandert und somit eine Spiralbahn um die Drehachse
D1 mit abnehmendem Radius vollzieht. Dabei
wird der Arm 94 des Betätigungselements 62 in
Richtung P3 verschwenkt. Auf Grund der Verringerung
des effektiven Hebelradius, mit welchem der Übertragungsstößel 92 mit
dem Segmentzahnrad 78 zusammenwirkt, nimmt ebenfalls das
Kraftumsetzverhältnis
i zu, d.h. bei zunehmender Verschwenkung in Richtung P1 tritt eine
Erhöhung
der Ausgangskraft, mit welcher der Stößel 92 auf den Arm 94 einwirkt,
auf. Durch die Formgebung der Führungsbahnen 98, 100 lässt sich auch
hier wieder die in der 5 erkennbare
Charakteristik des Umsetzverhältnisses
erreichen, die an einen bestimmten Verlauf der Reaktionskraft FR angepasst ist. Auf Grund der Tatsache,
dass die beiden Führungsbahnen 98, 100 den
Führungsabschnitt 101 immer
in einem Schnittbereich führen,
ist für
diesen keine undefinierte Bewegung in Richtung einer der Führungsbahnen 98, 100 möglich.
-
Auch mit Bezug auf die Ausgestaltungsform der 7 sei darauf hingewiesen,
dass das Halten in einem definierten Einrückzustand wieder durch die vorangehend
beschriebenen Maßnahmen
erlangt werden kann, ohne dass dazu eine fortdauernde Bestromung
des Antriebsmotors 74 erforderlich wäre.
-
Die 8 zeigt
eine weitere Ausgestaltungsform eines Betätigungssystems bzw. eines Einrückersystems 51.
Auch hier treibt der Antriebsmotor 74 mit seinem Ritzel 84 durch
Kämmeingriff
mit dem Verzahnungsbereich 80 des Segmentzahnrads 78 dieses
Segmentzahnrad 78 zur Drehung um die Drehachse D1 an. An dem Segmentzahnrad integral vorgesehen
oder mit diesem drehfest gekoppelt ist ein Anlageflächenelement 102.
Das Anlageflächenelement 102 weist
eine die Drehachse D1 umgebende Außenumfangsfläche 104 auf,
die in Umfangsrichtung um die Drehachse D1 betrachtet
einen sich ändernden
Radialabstand zur Drehachse D1 aufweist. Ein
flexibles Zugkopplungselement 106 ist in einem ersten Endbereich 108 an
dem Anlageflächenelement 102 festgelegt,
ist angrenzend an diese Festlegung entlang der Fläche 104 geführt und
erstreckt sich zum Arm 94 des Betätigungselements 62,
wo es mit seinem Endbereich 110 festgelegt ist. Bei Drehung
des Segmentzahnrads 78 und somit auch des Anlageflächenelements 102 in
Richtung des Pfeils P1 legt sich das Zugübertragungselement 106 an
Umfangsflächenbereiche 104 an,
die einen kontinuierlich abnehmenden Abstand zur Drehachse D1 aufweisen. Auf diese Art und Weise wird,
ebenso wie bei den vorangehend beschriebenen Ausgestaltungsformen, der
effektiv wirksame Hebelarm H, mit welchem das Segmentzahnrad 78 bzw.
das Anlageflächenelement 102 mit
dem Zugübertragungselement 104 zusammenwirkt,
verändert,
so dass, ebenso wie vorangehend beschrieben, eine Veränderung
des Kraftumsetzverhältnisses
bei Erregung des Antriebsmotors 74 auftritt. Es sei darauf
hingewiesen, dass bei dieser Ausgestaltungsform zur Zurückbewegung
auf das Betätigungselement 62 eine
Rückstellfeder
o.dgl. einwirken kann. Weiter ist auch bei dieser Ausgestaltungsform
selbstverständlich
vorgesehen, dass zum Halten in einer definierten Einrücklage eine
Halteanordnung, wie sie vorangehend angesprochen ist, vorhanden
ist.
-
Eine Abwandlung der in 8 gezeigten Ausgestaltungsform
ist in 9 erkennbar.
Das bei dieser Ausgestaltungsform mit dem Segmentzahnrad 78 verbundene
Anlageflächenelement 102 stellt eine
Anlagefläche 104 mit
kreisförmigem
Verlauf bereit. Der Kreismittelpunkt K des diese Anlagefläche 104 aufspannenden
bzw. vorgebenden Kreises weist zur Drehachse D1 einen
Versatz V auf. Es ergibt sich somit, ebenso wie bei der in 8 gezeigten Variante, eine
mit Verschwenkung des Segmentzahnrads 78 um die Drehachse
D1 und somit auch Verschwenkung des Anlageflächenelements
102 sich ändernde Länge des
effektiv wirksamen Hebelarms H in dem Sinne, dass mit zunehmender
Verschwenkung in der Darstellung der 9 im
Gegenuhrzeigersinn dieses Hebelverhältnis H abnimmt.
-
Der besondere Vorteil dieser Variante
liegt darin, dass das Anlageflächenelement 102 fertigungstechnisch
besonders einfach herstellbar ist, beispielsweise einfach durch
Ablängen
eines zylindrisch ausgestalteten Materials, wobei von einem so hergestellten
Kreisscheibenelement dann ein Segment als das Anlageflächenelement 102 verwendet werden
kann. Wie groß dieses
Segment ist, d.h. welchen Winkelbereich die Anlagefläche 104 überspannt,
kann in Abhängigkeit
davon, in welchem Winkelbereich das Segmentzahnrad 78 arbeiten
soll, ausgewählt
werden. Während
die in 9 gezeigte Ausgestaltungsform
für einen
Schwenkwinkelbereich von etwa 90° ausgelegt
ist, ist in 10 eine
Variante gezeigt, bei welcher ein Einsatz in einem Schwenkwinkelbereich
von 180° möglich ist.
Auch bei der in 10 gezeigten
Variante ist die Anlagefläche 104 durch
eine Kreislinie mit einem Versatz V zur Drehachse D1 aufgespannt,
erstreckt sich nunmehr jedoch über
einen wesentlich größeren Schwenkwinkelbereich.
Weiter erkennt man, dass das vorangehend als Segmentzahnrad 78 bezeichnete
Bauteil hier als vollständig
umlaufendes Zahnrad ausgebildet sein kann, was in Anpassung an den
auftretenden Schwenkwinkelbereich erforderlich sein kann und selbstverständlich auch
bei den anderen vorangehend gezeigten Varianten so vorgesehen sein kann.
-
Ein weiterer Vorteil der in den 9 und 10 gezeigten Variante ist, dass durch
Verändern
des Versatzes eines derartigen mit kreisartig gekrümmter Anlagefläche 104 ausgebildeten
Anlageflächenelements 102 das
mit Verschwenkung des Zahnrads 78 auftretende Ändern der
effektiven Hebellänge
H ebenfalls verändert
werden kann. Auf diese Art und Weise kann durch Verändern der
Positionierung des Anlageflächenelements 102 bezüglich des
Segmentzahnrads 78 bzw. eines entsprechenden Schwenkelements
eine Anpassung an verschiedene Betriebsanforderungen und somit der
Aufbau verschiedenartig wirksamer Betätigungssysteme ermöglicht werden.
-
Vorangehend sind verschiedene Ausgestaltungsformen
dargestellt worden, bei welchen durch Einsatz einer Getriebeanordnung
mit veränderbarem Kraftumsetzverhältnis dafür gesorgt
ist, dass ein Antriebsmotor trotz sich ändernder Gegenkraft im Bereich
der Reibungskupplung in einem optimalen Betriebsbereich hinsichtlich
seiner Drehzahl und somit seiner Stromaufnahme und seines Drehmoments
arbeiten kann. Es ist selbstverständlich, dass auch noch andere
Getriebeanordnungen diese Charakteristik des sich ändernden
Kraftumsetzverhältnisses aufweisen
können.
So ist es beispiels weise möglich, dass
die vorangehend mit Bezug auf die 1 beschriebenen
Betätigungselemente 60, 62,
die durch eine Rampenanordnung bei Drehung bezüglich des Abstützelements 64 in
Axialrichtung verlagert werden, mit jeweiligen Rampenflächen am
Abstützelement 64 zusammenwirken,
die über
den Umfang sich ändernde
Rampensteigungen aufweisen. An den Betätigungselementen 60, 62 können dann
Anlagevorsprünge
o.dgl. vorgesehen sein, welche zwangsweise entlang dieser Rampenflächen mit
sich ändernder Rampensteigung
bewegt werden, so dass eine Drehung in einem vorbestimmten Drehwinkelbereich
zu entsprechen unterschiedlichen Axialhüben führen wird und insofern ebenfalls
das Kraftumsetzverhältnis
an die in der Kupplung bzw. den verschiedenen Kupplungsbereichen 12, 14 auftretenden
Reaktionskraftverhältnisse
angepasst veränderbar
ist. Auch ist es beispielsweise möglich, an einem Segmentzahnrad
ein Übertragungselement
mit Abstand zur Drehachse desselben fest anzulenken, wobei allein
durch Änderung
der Winkellage des Segmentzahnrads bei Durchführung eines Einrückvorgangs
bzw. eines Ausrückvorgangs
der effektive Hebel, mit welchem das Segmentzahnrad mit einem derartigen Übertragungsglied
zusammenwirkt, verändert
wird. Auch dies kann dazu genutzt werden, dass in einer Anfangsphase
eines Einrückvorgangs
ein nahezu maximaler Wirkungshebel vorhanden ist, der dann in einem
mittleren Bereich eines Einrückvorgangs
bzw. des zugehörigen
Stellwegs etwas geringer ist und zur Endphase hin wieder zunimmt.
-
Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt
der einen verbesserten Einsatz derartiger Kupplungen des Normal-Offen-Typs,
wie sie vorangehend beschrieben worden sind, ermöglicht, ist die Einstellung der
Einrückkraft
auf einen betriebszustandsabhängig ausgewählten Wert,
auch dann, wenn eine derartige Kupplung im Wesentlichen ohne Schlupf
betrieben werden soll. Kupplungen des Normal-Geschlossen-Typs arbeiten
derart, dass die Einrückkraft
durch die Charakteristik des Kraftspeichers vorgegeben ist, so dass
durch Auslegung des Kraftspeichers im Einrückzustand im Prinzip immer
das maximale Kupplungsmoment bereitgestellt ist, unabhängig davon, wie
groß das über die
Kupplung zu übertragende Drehmoment
ist. Bei der vorliegenden Erfindung kann durch Berücksichtigung
bestimmter Betriebsparameter jedoch vorgesehen sein, dass auch dann, wenn
die Kupplung vollständig
eingerückt
sein soll, was in diesem Sinne bedeutet, dass das gesamte an die
Kupplung angelegte Drehmoment ohne Schlupf übertragen werden soll, nicht
die maximal zur Verfügung
stellbare Einrückkraft
erzeugt wird, sondern eine Einrückkraft,
die ausreicht, um ein Kupplungsmoment zu erzeugen, das im Bereich
des zu übertragenden
Drehmoments liegt. Im Bereich des zu übertragenden Drehmoments bedeutet
hier, dass, wie vorangehend bereits ausgeführt, dieses Drehmoment im Wesentlichen
ohne Schlupf übertragen
werden kann, was im Allgemeinen bedenken kann, dass das Kupplungsmoment
so eingestellt wird, dass es um einen bestimmten Sicherheitsabstand über dem
zu übertragenden
Drehmoment liegt. Das zu übertragende
Drehmoment, welches in diesem Falle als der Ansteuerung einer derartigen
Kupplung bzw. des Einrückersystems
derselben zu Grunde liegender Betriebsparameter herangezogen wird,
kann beispielsweise als das von einem Antriebsaggregat abgegebene
Drehmoment ermittelt werden, das im Falle einer Brennkraftmaschine
in an sich bekannter Weise unter Berücksichtigung verschiedener
Parameter, wie z.B. der Drosselstellung und der Drehzahl, ermittelt
werden kann oder in einfacher Art und Weise aus einem Drehmomentendiagramm
oder Kennfeld ausgelesen werden kann.
-
Durch diesen Erfindungsaspekt wird
dafür gesorgt,
dass in jeder Betriebsphase nur eine derartige Einrückkraft
erzeugt wird, wie sie tatsächlich
erforderlich ist. Dies entlastet vor allem die im Kraftfluss des
Einrückersystems
liegenden Komponenten und hat somit einen verringerten Verschleiß in diesen
Bereichen zur Folge. Auch sind Auskuppelvorgänge dann schneller durchführbar, da
in verschiedenen Phasen der erforderliche Verstellhub reduziert
werden kann.