DE10322000A1 - Anfahrkupplung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Es wird eine Anfahrkupplung mit Fremdkraftbetätigung für ein Kraftfahrzeug, das mit einem automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet ist, vorgeschlagen, wobei die Kupplung einen starren Hebelmechanismus zum Öffnen und Schließen der Kupplung umfasst, welcher von einem Kupplungssteller mit einem elektromechanischen Ausrücker betätigbar ist, wobei die Funktion einer Tellerfeder durch den starren Hebelmechanismus ersetzt wird und wobei die Kupplung drucklos geöffnet ausgeführt ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anfahrkupplung mit Fremdkraftbetätigung für ein Kraftfahrzeug, das mit einem automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet ist, wobei die Kupplung in einem mit einer Kupplungsglocke versehenen Gehäuse angeordnet ist gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Anfahrkupplungen in Form von Reibungskupplungen für Kraftfahrzeuge sind vielfältig bekannt. So beschreibt die DE-A 10052782 der Firma ZF Sachs AG einen Kupplungsmechanismus mit einem Torsionsdämpfer, an den eine schwingungsdämpfende Zusatzmasse angekoppelt werden kann. Torsionsdämpferscheiben werden in derartigen Kupplungen verwendet, um Drehmomentschwankungen bzw. Drehmomentspitzen eines Antriebs zu verringern und damit einer hinter der Torsionsdämpferscheibe liegenden Antriebswelle einen gleichmäßigeren Drehmomentverlauf zu vermitteln. Eine Torsionsdämpferscheibe besteht aus einem Eingangsbereich, der üblicherweise scheibenförmig ausgebildet ist und auf den über die peripheren Bereiche der zumindest einen Scheibe ein Drehmoment eingeleitet wird sowie aus einem Ausgangsbereich, der zumeist ebenfalls scheibenförmig ausgebildet ist und der an eine Nabe gekoppelt ist, die eine Ausgangsantriebsachse antreiben kann. Die meist am Ausgang sitzende Scheibe wird als Nabenscheibe bezeichnet und üblicherweise auf beiden Seiten von Abdeckblechen umgeben, welche fest mit der drehmomentübertragenden Scheibe der Eingangsseite verbunden sind. Die eigentliche Drehmomentübertragung zwischen Ausgangsseite und Eingangsseite findet zwischen den Abdeckblechen eingangsseitig und der Nabenscheibe ausgangsseitig statt. Die beiden Elemente sind über als Federelemente ausgebildete Federspeicher miteinander verbunden. Bei Drehung der Abdeckbleche üben Vorsprünge an den Abdeckblechen eine Kraft auf die Federspeicher aus, welche diese an Bereiche der Nabenscheibe, die am anderen Ende der Federspeicher angeordnet sind, übertragen. Somit drehen Abdeckbleche und Nabenscheibe um eine gemeinsame Drehachse. Drehmomentschwankungen, welche vom eingangsseitigen Antrieb auf die Abdeckbleche übertragen werden, werden von den Federspeichern mehr oder weniger herausgefiltert, sodass der Drehmomentverlauf der ausgangsseitigen Nabenscheiben gleichförmiger ist.
• Aus der DE-C 19738069 ist eine Reibungskupplung für Kraftfahrzeuge bekannt, mit einem drehfest mit einem Schwungrad verbindbaren Kupplungsgehäuse, einer darin angeordneten, von einer sich am Kupplungsgehäuse abstützenden Anpressfeder belasteten Anpressplatte zur Anpressung einer mit Reibbelägen versehenen Kupplungsscheibe gegen das Schwungrad, und einer auf die Anpressfeder wirkenden Betätigungseinrichtung zum Ein- und Ausrücken der Kupplung. Bei dieser bekannten Reibungskupplung ist die Betätigungseinrichtung innerhalb des Kupplungsgehäuses angeordnet und weist einen elektrisch angesteuerten Elektromotor auf. Die Betätigungseinrichtung weist neben dem Elektromotor einen drehfest mit ihm verbundenen Stellring und ein Piezoelement auf sowie einen mit dem Stellring verbundenen Ausrückring, der mit den Federzungen einer Membranfeder in Verbindung steht. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Kupplungsgehäuse auf der Außenseite mit einer elektrischen Spule versehen und weist Permanentmagneten auf, sodass eine Energieerzeugung nach dem Generatorprinzip und damit eine praktisch verschleißfreie Stromversorgung des Elektromotors erzielt werden kann.
• Schließlich beschreibt die DE 19809388 eine Reibungskupplung für eine Brennkraftmaschine mit einem Kupplungsgehäuse, das an einem Schwungrad einer Brennkraftmaschine befestigt ist und mit diesem um eine Drehachse umlaufen kann, mit einer im Kupplungsgehäuse drehfest aber axial verlagerbar angeordneten Anpressplatte, mit einer Kupplungsscheibe zwischen Anpressplatte und Schwungrad, mit Reibbelägen, mit einer Tellerfeder, die sich einerseits an der Anpressplatte und andererseits am Gehäuse abstützt und die Anpressplatte in Richtung Schwungrad belastet zur Erzeugung einer Anpresskraft, mit einem Ausrückelement, das wirkungsmäßig zwischen dem Kupplungsgehäuse und der Anpressplatte angeordnet ist und das zumindest annähernd in Form einer Membranfeder mit radial verlaufenden Schlitzen ausgebildet ist oder in Form von Hebeln und die durch Federkraft oder Eigenspannung fixiert ist, mit einem auf den radial inneren Bereich des Ausrückelementes einwirkenden Ausrücksystem sowie mit einer Einrichtung zum automatischen Ausgleich des Verschleißes der Reibbeläge zur Einleitung der Einbaulage des Ausrückelementes.
• Die meisten der heute bekannten und in Kraftfahrzeugen verwendeten Reibungskupplungen werden in der Regel drucklos geschlossen ausgeführt, da diese für eine Fußbetätigung ausgelegt sind. Hierdurch entsteht für den Fahrer nur beim Öffnen ein gewisser Kraftaufwand. Die in den Reibungskupplungen vorgesehene Tellerfeder weist gemeinhin eine Charakteristik auf, die dem Fahrer ein entsprechendes Fußgefühl vermittelt.
• Eine derartige Tellerfeder erfordert einen erheblichen Arbeitsaufwand für den Aktuator, denn die Kupplungskraft, die über einen langen Weg erforderlich ist, muss, um den Elektromotor klein zu halten, durch eine Kompensationsmechanik klein gehalten werden. Für einen Einsatz der Reibungskupplung im Zusammenhang mit einem automatisierten Schaltgetriebe ist jedoch keine drucklos geschlossene Reibungskupplung mit Pedalgefühl erforderlich.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anfahrkupplung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das mit einem automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet ist und die weder eine Tellerfeder noch eine Kraftkompensation im Ausrücksystem aufweist.
• Ausgehend von einer Anfahrkupplung mit Fremdkraftbetätigung der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen beschrieben.
• Demnach wird eine Anfahrkupplung mit Fremdkraftbetätigung für ein Kraftfahrzeug, das mit einem automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet ist, vorgeschlagen, wobei die Kupplung in einem mit einer Kupplungsglocke versehenen Gehäuse angeordnet ist, welche einen starren Hebelmechanismus zum Öffnen und Schließen der Kupplung umfasst, der von einem Kupplungssteller mit einem elektromechanischen Ausrücker betätigbar ist, wobei die Tellerfeder durch den starren Hebelmechanismus ersetzt wird und wobei die Kupplung drucklos geöffnet ausgeführt ist.
• Hierbei umfasst die Änderung einen starren Hebel, einen Kupplungsausrückhebel und ein mit einem elektromechanischen Aktuator (Elektromotor) verbundenes Element, welches im geschlossenen Zustand der Kupplung die Kupplung ohne elektromotorische Kraft über den Kupplungsausrückhebel geschlossen hält.
• Die hierfür erforderliche Axialkraft zur Momentenübertragung kann über verschiedene Effekte, beispielsweise mittels eines Exzenters, mittels einer stromlos geschlossenen Bremse, über eine mechanische Selbsthemmung, über einen Kniehebelmechanismus oder über jede dem Fachmann geläufige Maßnahme erzielt werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der Kupplungsglocke ein zusätzliches Axiallager zur Aufnahme der bei der Momentenübertragung auftretenden Axialkräfte vorgesehen.
• Die Eigenschaft der bisher üblichen Tellerfeder, nämlich die Kupplung betätigungslos geschlossen zu halten und dem Fahrer das entsprechende Fußgefühl zu geben, wird erfindungsgemäß bei Verwendung der Anfahrkupplung im Zusammenhang mit automatisierten Schaltgetrieben nicht benötigt, so dass die Tellerfeder durch einen starren Hebelmechanismus ersetzt wird. Dadurch wird neben der Energieeinsparung für den Elektromotor aufgrund eines erheblich kleineren Weges auch der Vorteil einer stetig steigenden Betätigungskraft erzielt, was gut für die Regelung ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einem Schnellöffnen der Kupplung, wie es z.B. bei einem ABS-Bremsvorgang der Fall ist, der Aktuator unterstützt wird, da die Kupplung das Bestreben hat, sich zu öffnen.
• Eine derartige Reibungskupplung mit einem elektromechanischen Ausrücker weist noch weitere Vorteile auf:
  Einsparung der Tellerfeder in der Kupplung, wodurch die Krafttoleranz von ca. 15%, die üblicherweise im Neuzustand eingestellt wird, ausgeschlossen werden kann.
• Da gemäß der Erfindung kein Kompensationsmechanismus in Form eines Federspeichers im Ausrücksystem vorzusehen ist, können im Kupplungssteller Bauteile (Feder, Ausgleichsmechanismus) eingespart werden. Dadurch baut der Kupplungssteller kompakter und die Krafttoleranzen im Federspeicher entfallen.
• Die bei der konventionellen Reibungskupplung üblicherweise vorgesehene Abhubsicherheit von ca. 30% ist ebenfalls nicht mehr erforderlich, da aufgrund der Automatisierung kein Überweg wie bei der Fußbetätigung erforderlich ist. Hierdurch lässt sich die innere Kupplungsübersetzung derart ändern, dass an der Schnittstelle zwischen Kupplung und Betätigungsmechanismus der gleiche Betätigungsweg zurückgelegt wird. Das Kraftniveau kann dadurch reduziert werden.
• Die Schaltzeiten des Getriebes, die auch von der Kupplungsöffnungszeit abhängig sind, können weiter verringert werden, da die Wege und die zu bewegenden Massen geringer sind als bei einer herkömmlichen Reibungskupplung.
• Eine wesentliche Einsparung des Energiebedarfs kann dadurch erzielt werden, dass die Verformungsarbeit der Tellerfeder entfällt.
• Der Kupplungssteller lässt sich kleiner und genauer auslegen, wodurch ein zusätzlicher Vorteil für die Dynamik entsteht, aufgrund eines kleineren Massenträgheitsmomentes; des weiteren kann die mechanische Übertragungskette mit einem optimalen Wirkungsgrad ausgeführt sein.
• Die Mehrkosten für das zusätzlich erforderliche Axiallager in der Kupplungsglocke werden durch die Einsparung des Federspeichers bzw. des Kompensationsmechanismus bei weitem ausgeglichen.
• Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Sinter-Reibwerkstoffes mit einem hohen Reibwert zur Anpresskraftreduzierung. Der geringere Verschleiß lässt eine längere Lebensdauer zu, während die Eigenschaft von Sinter-Belägen, dass der Reibwert bei niedrigen Differenzgeschwindigkeiten bezogen auf das Übertragungsmoment steigt, kompensiert wird.
• Die bekannte Belagfederung in der Kupplung wird vorteilhafterweise beibehalten, um Tellereffekte, d.h. eine Tellerung der Anpressplatte unter Wärmeeinfluss ausgleichen zu können, so dass der Anfahrkomfort beibehalten bleibt.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur beispielhaft näher erläutert, wobei in der einzigen Figur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist; hierbei sind die wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Anfahrkupplung schematisch dargestellt.
• Mit 1 ist dabei die Kupplungsglocke bezeichnet, mit 2 die Getriebeeingangswelle, mit 3 ein Kupplungsausrückhebel, mit 4 ein starrer Hebel, mit 5 ein Elektromotor, mit 6 ein Exzenter, mit 7 ein Axiallager und mit 8 eine Exzenterstange.
• An Stelle der herkömmlichen Tellerfeder ist also ein elektromechanischer Ausrücker vorgesehen, der aus dem Elektromotor 5, dem Exzenter 6, der Exzenterstange 8 und dem Kupplungsausrückhebel 3 besteht.
• Durch die Verwendung des Exzenters 6, kann die Kupplung im geschlossenen Zustand ohne Aktuatorunterstützung über den Kupplungsausrückhebel 3 geschlossen gehalten werden.
• Das Axiallager 7 dient dazu, Axialkräfte bei der Momentenübertagung aufzunehmen um die Beaufschlagung des Kurbelwellenlagers des Motors mit den bei Betätigung der Anfahrkupplung auftretenden Abstützkräften zu verhindern.

1

Kupplungsglocke

2

Getriebeeingangswelle

3

Kupplungsausrückhebel

4

starrer Hebel

5

Elektromotor

6

Exzenter

7

Axiallager

8

Exzenterstange

Claims (5)

1. Anfahrkupplung mit Fremdkraftbetätigung für ein Kraftfahrzeug, das mit einem automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet ist, wobei die Kupplung in einem mit einer Kupplungsglocke (1) versehenen Gehäuse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung einen starren Hebelmechanismus zum Öffnen und Schließen der Kupplung umfasst, welcher von einem Kupplungssteller mit einem elektromechanischen Ausrücker betätigbar ist, wobei die Funktion einer Tellerfeder durch den starren Hebelmechanismus ersetzt wird und wobei die Kupplung drucklos geöffnet ausgeführt ist.
2. Anfahrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der starre Hebelmechanismus einen starren Hebel (4), einen Kupplungsausrückhebel (3) und ein mit einem elektromechanischen Aktuator (5) verbundenes Element (6) umfasst, welches im geschlossenen Zustand der Kupplung die Kupplung ohne elektromotorische Kraft über den Kupplungsausrückhebel (3) geschlossen hält.
3. Anfahrkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (6) einen Exzenter (6) mit einer Exzenterstange (8) umfasst, wobei der Kupplungsausrückhebel (3) mit der Exzenterstange (8) verbunden ist.
4. Anfahrkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (6) als stromlos geschlossene Festhaltebremse, als Schneckengetriebe oder als formschlüssiges Halteelement ausgebildet ist.
5. Anfahrkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kupplungsglocke (1) ein Axiallager (7) zur Aufnahme der bei der Momentenübertragung auftretenden Axialkräfte vorgesehen ist.