DE10349171A1

DE10349171A1 - Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung

Info

Publication number: DE10349171A1
Application number: DE2003149171
Authority: DE
Inventors: Barbara Dipl.-Ing. Ester; Christian Dipl.-Ing. Wickel; Reinhold Dipl.-Ing. Weidinger (FH); Bernd Dipl.-Ing. Förster
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-05-19

Abstract

Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung, umfassend einen Zylinder, in dem ein Kolben eine axiale Betriebsbewegung ausführen kann, wobei der Kolben von einer Feder gegen eine Lagerstelle der Reibungskupplung vorgespannt ist, die ein Verdrehmoment auf den Kolben ausübt, wobei die Feder eine Formschlussverbindung mit dem Zylinder und/oder Kolben eingeht, wobei die Feder auf Biegung belastet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 197 16 600 A1 ist eine Betätigungseinrichtung bekannt deren Kolben in einem Zylinder eine axiale Betriebsbewegung ausübt und dabei eine Reibungskupplung öffnet oder schließt. Zwischen einer Membranfeder und dem Kolben der Betätigungseinrichtung ist ein Lager angeordnet, das ein Drehmoment ausgehend von der sich mit dem Schwungrad des Motors drehenden Kupplung und der dazu ortsfesten Membranfeder auf den Kolben verhindern soll. Insbesondere bei tiefen Temperaturen kann jedoch eine erhöhte Reibung zwischen dem Innenlagerring und dem Außenlagering des Lagers auftreten, die zu einem in Umfangsrichtung wirkenden Schleppmoment auf den Kolben führt.

Diese Verdrehbewegung des Kolbens infolge des Schleppmoments ist z. B. dann schädlich, wenn der Zylinder oder der Kolben mit einem Wegsensor ausgerüstet ist. Im schlimmsten Fall wird durch eine Verdrehbewegung des Kolbens der Sensor wirkungslos.

Eine Möglichkeit die aufgezeigten Schwierigkeiten zu umgehen besteht darin, dass der Kontakt zwischen dem Lager und der Kupplung und/oder dem Zylinder bei geschlossener Kupplung aufgehoben ist und nur bei einer Öffnungsbewegung der Kupplung hergestellt wird. Dieser jedes Mal erneut herzustellende Kontakt ist mit Verschleiß und Geräuschbildung verbunden. Des weiteren ist dann ein Freigang zwischen dem Lager und dem Kolben oder der Kupplung vorzusehen, damit der Kontakt bei geschlossener Kupplung aufgehoben wird. Das Lager hat bevorzugt eine selbstzentrierende Funktion bezogen auf die Getriebewelle und damit für die Kupplung. Bei einer erfolgten Verdrehung des Kolbens würde sich das Lager bei jedem Kontakt zwischen dem Innenlagering und dem Außenlagerring neu ausrichten müssen. Dieser Vorgang fördert ebenfalls einen erhöhten Verschleiß.

Für gewisse Abhilfe sorgt eine zwischen dem Kolben und dem Zylinder verspannte Feder, die den Kolben auf das Lager drückt. Die zwischen der Feder und dem Kolben wirksame Reibkraft wirkt dem Schleppmoment entgegen. Es gilt die Tendenz, dass mit einer größeren Federkraft die Wirkung des Schleppmoments kompensiert werden kann. Jedoch muss mit einer größeren Federkraft auch die Kraft der Membranfeder der Kupplung vergrößert werden. Dadurch sind Grenzen aufgezeigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Betätigungseinrichtung zu realisieren, bei der das aus dem Stand der Technik bekannte Problem bezüglich des Schleppmomentproblems behoben wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Feder eine Formschlussverbindung mit dem Zylinder und/oder Kolben eingeht, wobei die Feder auf Biegung belastet wird.

Mit der Formschlussverbindung ist der zwanghafte Zusammenhang zwischen Federkraft und dem maximal zulässigen Schleppmoment aufgehoben. Die Federkennlinie kann nach ganz anderen Kriterien ausgewählt werden, z. B. ausschließlich nach der notwendigen Vorspannung des Kolbens auf das Lager, um einen permanenten Kontakt des Lagers an der Membranfeder der Kupplung zu gewährleisten. Der Biegewiderstand einer Feder ist in der Regel um ein Vielfaches größer als der Widerstand in Arbeitsrichtung der Feder, bei der bei einer Schraubenfeder eine Torsionsbelastung eines vergleichsweise langen Torsionsstabes vorliegt.

Bei einer ersten Lösung weist der Zylinder und/oder der Kolben einen Endanschlag für eine Windung der Feder auf. Der Endanschlag kann als einfacher Schweißpunkt oder als Nietkopf, z. B. auch nach einem Durchsetznietverfahren, bei dem der Nietkopf von dem Zylinder/Kolben und einem Zusatzblechteil erzeugt wird, oder auch durch eine Eindrückung bei einem Blechmaterial oder einer angeschmiedeten Rippe für den Kolben oder Zylinder ausgeführt sein.

Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Zylinder und/oder der Kolben eine Tasche aufweist, in die ein Federende der Feder eingreift.

Wenn die Federkraftkennlinie der Feder nur eine geringere Mindestfederkraft erfüllen muss, dann kann vorteilhafterweise der Drahtquerschnitt der Feder eine größere radiale Ausdehnung als die axiale Ausdehnung aufweisen, z. B. mit einem Rechteckquerschnitt. Man kann z. B. ein Bandmaterial zu einer Schraubenfeder wickeln. Eine derartige Feder ist gegen eine Biegung, die bei einer Schrau benfeder durch eine Durchmesserveränderung erzielbar wäre, sehr hoch belastbar.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch, kann die Feder als eine Wellfeder ausgeführt sein. Eine Wellfeder ist in Federrichtung vergleichsweise weich, jedoch durch seine geschlossene Ringkontur gegen Durchmesserveränderungen sehr widerstandsfähig. Wellfedern lassen sich auch schichten, so dass sehr große Federwege erzielbar sind. Die geschichteten Wellfedern sind dann in Umfangsrichtung gegen Verdrehung gesichert. Man kann auch gewickelte Wellfedern, d. h. die Wellfeder besteht aus einem einzigen Draht, wobei dann die in Reihe liegenden Windungen der Wellfedern zusätzlich, z. B. durch Formschluss, miteinander verbunden sind.

Bei der Verwendung einer Schraubenfeder kann der Kolben und/oder der Zylinder einen parallel zur Feder verlaufenden Längenabschnitt aufweisen, der eine Durchmesserveränderung der Feder bei der Axialbewegung des Kolbens abstützt. Durch die Abstützung der Feder wird einerseits eine größere Biegebelastung realisierbar, da der Federdrahtquerschnitt nicht die gesamte Belastung abstützen muss und andererseits kann die Feder in Arbeitsrichtung nicht so leicht knicken, wodurch die Feder insgesamt „weicher" abgestimmt werden kann.

Sollte der Kolben und/oder der Zylinder aus bestimmten Gründen keinen Längenabschnitt zur Führung aufweisen können, so kann der parallel zur Feder verlaufende Längenabschnitt auch von einem separaten Bauteil mit einem mit dem Kolben oder dem Zylinder verbindbaren Führungsprofil gebildet werden.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass der Längenabschnitt des Kolbens und/oder des Zylinders ein Formschlussprofil aufweist, in das die Feder mit einer dem Längenabschnitt zugewandten Mantelfläche eingreift. Man kann bei dieser Lösung eine völlig ebene stirnseitige Kontaktfläche für die Feder am Kolben und/oder Zylinder verwenden. Die Formschlussverbindung greift am Außen- oder Innendurchmesser der Feder an.

Bei einer weiteren Variante wird die Funktion der Feder von mindestens einer Blattfeder übernommen, die sich in Richtung der Betriebsbewegung des Kolbens elastisch verformen kann. Eine Blattfeder kann sehr große Querkräfte aufnehmen und ist dabei vergleichsweise preiswert.

Um eine möglichst kleine Federrate unter Berücksichtigung des vorhandenen Bauraums zu erreichen, weist die Blattfeder zwischen einem kolbenseitigen Anschluss und einem zylinderseitigen Anschluss bezogen auf die Längsachse der Betätigungseinrichtung eine bogenförmige Kontur auf.

Besonders geschützt ist die Blattfeder dann, wenn sie innerhalb des Zylinders angeordnet ist. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Blattfeder außerhalb des Zylinders angeordnet ist.

Vorteilhafterweise ist die mindestnes eine Blattfeder an mindestens einem Ende mit einer Ringscheibe verbunden, die wiederum mit dem Zylinder oder dem Kolben in Wirkverbindung steht. Insbesondere wenn mehrere Blattfedern verwendet werden, dann kann sich das Problem der Anbindung an den Kolben und oder Zylinder einstellen. Mit der Ringscheibe werden die Enden der Blattfeder(n) positioniert, so dass die Montage der Blattfeder(n) wesentlich vereinfacht wird.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung
2 Wellfeder für die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung
3 perspektivische Darstellung eines Längenabschnitts zur Federführung
4 Betätigungseinrichtung mit einer Tasche zur Aufnahme eines Federendes
5 Betätigungseinrichtung mit einem Längenabschnitt zur Führung der Feder innerhalb der Betätigungseinrichtung.
6–9 Betätigungseinrichtung mit einer Blattfeder
Die 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Betätigungseinrichtung 1 für eine Reibungskupplung. Die Betätigungseinrichtung umfasst einen mit einem Druckmedium, z. B. einem Gas oder einem hydraulischen Medium, willkürlich versorgbaren Zylinder 3 in dem ein Kolben 5 in Abhängigkeit des Füllstandes des Druckmediums in einem vom Kolben und dem Zylinder gebildeten Arbeitsraum 7 eine axiale Betriebsbewegung ausübt, die auf ein Übertragungselement der nicht dargestellten Reibungskupplung, in diesem Fall einer Membranfeder 9, eine Öffnungskraft ausübt. Der Zylinder ist über eine Anschlussplatte 11 ortsfest an einer nicht dargestellten koaxial verlaufenden Getriebewelle befestigt, z. B. an einem Getriebegehäuse. Die Membranfeder dreht sich, da sie über ein Kupplungsgehäuse mit der Kurbelwelle eines Motors verbunden ist, stets mit der Kurbelwellendrehzahl. Deshalb ist zwischen der Membranfeder und dem Kolben eine Lagerstelle 13 angeordnet, die von einem Wälzlager mit einem Innenlagerring 15 und einem Außenlagerring 17 gebildet wird, die sich in Umfangsrichtung relativ zueinander verdrehen können. Der Außenlagerring wird von einer Vorspannfeder 19 gegen den Kolben gedrückt. Der Innenlagering liegt an der Membranfeder an. Aufgrund dieser Anordnung kann ein in Grenzen vorhandener Versatz zwischen der Membranfeder und dem Kolben durch eine Selbstzentrierung ausgeglichen werden.
Unabhängig von der Hublage des Kolbens 5 innerhalb des Arbeitsraums drückt eine Feder 21 den Kolben gegen den Außenlagerring 17. Die Feder stützt sich an einem Boden 23 des Zylinders und einem Kolbenboden 25 ab. Aufgrund der bereits beschriebenen Relativbewegung zwischen der Membranfeder und dem Kolben, die von der Lagerstelle kompensiert wird, kann innerhalb des Lagers ein Schleppmoment auf den Kolben übertragen werden. Dieses Schleppmoment tritt z. B. bei sehr niedrigen Temperaturen verstärkt auf. Dem Schleppmoment wirkt der Feder entgegen, in dem sie mit dem Kolben und/oder dem Zylinder eine Formschlussverbindung eingeht. Aufgrund der Formschlussverbindung wird die Feder bei Auftritt eines Schleppmoments auf Biegung beansprucht. Beispielhaft ist am Kolbenboden 25 ein Schweißpunkt 27 gesetzt, an dem sich eine kolbenseitige Endwindung 21 _EK der Feder 21 in Umfangsrichtung abstützen kann. Alternativ wird am Zylinderboden 23 ein Nietkopf 29 einer Durchsetzvernietung zwischen dem Zylinderboden 23 und der Anschlussplatte 11 genutzt. Bei einer Biegebelastung einer Schraubenfeder in Umfangsrichtung tritt eine Durchmesserveränderung ein. Wenn man einen parallel zur Feder verlaufenden Längenabschnitt 31 vorsieht, an dem sich die Feder bei einer axialen Bewegung des Kolbens radial abstützen kann, dann lässt sich der Drahtquerschnitt der Feder deutlich verkleinern, da die wirksame Federlänge der als Torsionsstabs wirkenden Feder verkürzt ist. In diesem Fall wird der Längenabschnitt von einem separaten zylindrischen Bauteil gebildet, das über ein Führungsprofil 33 mit dem Zylinderboden 23 verbunden ist. Man kann den Längenabschnitt, wie die 3 zeigt, auch derart ausformen, dass die Feder 21 den Längenabschnitt 31 gegen den Zylinderboden 23 vorspannt und in diesen über mindestens zwei Laschen als Führungsprofil 33 eingreifen lässt und den Endanschlag 34 für die Endwindung 21 _EZ der Feder aufweist.
Man kann z. B. auch vorsehen, dass der Drahtquerschnitt der Feder eine größere radiale als die axiale Ausdehnung aufweist, wie mit dem Rechteckquerschnitt dargestellt wird. Bezogen auf das Schleppmoment ist ein erhöhtes Biegewiderstandsmoment in Umfangsrichtung der Feder 21 notwendig. Vor diesem Hintergrund ist es machbar, auch eine Wellfeder zwischen dem Kolben und dem Zylinder einzusetzen, wobei auch mehrere Wellfedern in geschichteter oder gewickelter Bauweise eine großen axiale Betriebsbewegung des Kolbens ermöglichen. In der 2 ist ein derartig geschichteter Wellfedersatz 21a; 21b dargestellt, wobei jeweils die Wellfedertäler beider Wellfedern 21a; 21b miteinander verbunden sind. Die Verbindungstechnik ist so gewählt, dass eine Verdrehung der Wellfedern zueinander nicht möglich ist. Zwischen der Wellfeder 21a; 21b und dem Zylinder und/oder dem Kolben wird beispielsweise durch einen in Axialrichtung der Feder ausgeformten Anschlag 36 die Formschlussverbindung erreicht.
Mit der 4 soll nochmals verdeutlicht werden, dass der Formschluss der Feder 21 mit dem Zylinder 3 und/oder dem Kolben 5 auf verschiedenen Arten hergestellt werden kann. So verfügt der Kolben und/oder der Zylinder über eine Tasche 35, in die ein Federende der Feder 21 eingreift.
In der Ausführung nach 5 verfügt der Längenabschnitt 31, der mit dem Kolben 5 und/oder dem Zylinder 3 verbunden ist, über ein Formschlussprofil 37, z. B. in der Form eines Längssteges, der in eine dem Längenabschnitt 31 zugewandte axial verlaufende Nut 39 in der Mantelfläche der Feder 21 eingreift. Die Feder kann zwar noch eine axiale Längenänderung ausführen, eine Verdrehung der einzelnen Windung gegeneinander ist nicht möglich, so dass die Feder in Umfangsrichtung gegen das Schleppmoment wirksam werden kann, auch wenn am Kolben oder am Zylinderboden keine Formschlussverbindung vorliegt.
Aus der Zusammenschau der 6 und 7 ist mindestens eine Blattfeder 41 innerhalb des Zylinders 3 erkennbar, die einen kolbenseitigen und einen zylinderseitigen Anschluss 43; 45 aufweist. Zylinderseitig wird der Anschluss 45 von einem Durchsetznietkopf der Anschlussplatte 11 mit dem Zylinderboden 23 gebildet. Der Kolben 5 verfügt über eine Sacklochöffnung 47, in die ein an der Blattfeder 41 befestigter Bolzen 49 eingeführt wird, so dass ebenfalls eine Formschlussverbindung zwischen der Blattfeder 41 und dem Kolben 5 und/oder dem Zylinder 3 vorliegt. Die Blattfeder ist zwischen ihren Anschlüssen 43; 45 mit einer bogenförmigen Kontur versehen, so dass insgesamt eine längere Feder mit einer entsprechend kleineren Federrate verwendet werden kann. Die Blattfeder ist in Ausschubrichtung des Kolbens vorgespannt, so dass eine entsprechend starke Blattfeder auch als einzige Vorlastfeder zur Anwendung kommen könnte. Zur Montageerleichterung der mindestens einen Blattfeder am Kolben oder Zylinder könnte diese endseitig mit einer Ringscheibe 50 verbunden sein, die dann mittels Nasen oder Nuten nach dem Prinzip der 2 in den Kolben oder Zylinder einschnappt. Insbesondere bei mehreren Blattfeder werden die Enden der Blattfedern durch die Ringscheibe positioniert und können leichter mit dem Kolben oder Zylinder direkt oder durch einen Formschluss der Ringscheibe ihre Abstützfunktion übernehmen.
Mit den 8 und 9 soll die Möglichkeit dargestellt werden, dass die Blattfeder 41 zur Verdrehsicherung des Kolbens 5 zum Zylinder 3 auch außenseitig an der Betätigungseinrichtung angeordnet werden kann. In der Draufsicht 8 und der Seitenansicht nach 9 sind mehrere Blattfedern sichtbar, deren eines Ende an einem Teller 51 des Kolbens 5 und deren anderes Ende an dem zylinderseitigen Anschluss 45 abgestützt wird.

Claims

Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung, umfassend einen Zylinder, in dem ein Kolben eine axial Betriebsbewegung ausführen kann, wobei der Kolben von einer Feder gegen eine Lagerstelle der Reibungskupplung vorgespannt ist, die ein Verdrehmoment auf den Kolben ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (21) eine Formschlussverbindung mit dem Zylinder (3) und/oder Kolben (5) eingeht, wobei die Feder auf Biegung belastet wird.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) und/oder der Kolben (5) einen Endanschlag für eine Windung der Feder (21) aufweist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) und/oder der Kolben (5) eine Tasche (35) aufweist, in die ein Federende (21 _EK; 21 _EZ) der Feder (21) eingreift.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtquerschnitt der Feder (21) eine größere radiale Ausdehnung als die axiale Ausdehnung aufweist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (21) als eine Wellfeder (21a; 21b) ausgeführt ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) und/oder der Zylinder (3) einen parallel zur Feder (21) verlaufenden Längenabschnitt (31) aufweist, der eine Durchmesserveränderung der Feder (21) bei der Axialbewegung des Kolbens (5) abstützt.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der parallel zur Feder (21) verlaufende Längenabschnitt (31) von einem separaten Bauteil mit einem mit dem Kolben (5) oder dem Zylinder (3) verbindbaren Führungsprofil (32) gebildet wird.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Längenabschnitt (31) des Kolbens (5) und/oder des Zylinders (3) ein Formschlussprofil (37) aufweist, in das die Feder (21) mit einer dem Längenabschnitt (31) zugewandten Mantelfläche eingreift.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der Feder (21) von mindestens einer Blattfeder (41) ausgeführt wird, die sich in Richtung der Betriebsbewegung des Kolbens (5) elastisch verformen kann.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (41) zwischen einem kolbenseitigen Anschluss (43) und einem zylinderseitigen Anschluss (45) bezogen auf die Längsachse der Betätigungseinrichtung (1) eine bogenförmige Kontur aufweist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (41) innerhalb des Zylinders (3) angeordnet ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (41) außerhalb des Zylinders (3) angeordnet ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (41) an mindestens einem Ende mit einer Ringscheibe verbunden ist, die wiederum mit dem Zylinder (3) oder dem Kolben (5) in Wirkverbindung steht.