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Kupplungsaggregat, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Synchrongetriebe
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kupplungsaggregat, insbesondere für Kraftfahrzeuge
mit einem Synchrongetriebe, bestehend aus zwei hintereinandergeschalteten Kupplungen,
deren erste ein weiches Einkuppeln ermöglicht, wogegen die zwischen der ersten Kupplung
und dem Synchrongetriebe angeordnete zweite Kupplung beim Einkuppeln sofort das
volle Drehmoment überträgt. Bei Getrieben, insbesondere mit synchronisierten Gängen,
ergeben sich vielfach dadurch Schaltschwierigkeiten, daß auch bei gelöster Hauptkupplung
zwischen Motor und Getriebe die zu beschleunigende oder zu verzögernde Masse so
groß ist, daß die Synchronisierung nicht schnell genug erfolgen kann. Insbesondere
schaltet sich auch ein Schaltgetriebe mit zwangläufiger Sperrsynchronisierung um
so leichter, je kleiner das Trägheitsmoment der zu synchronisierenden Masse ist.
Den Hauptteil dieser zu beschleunigenden Massen bildet in der Regel die Kupplungsscheibe,
die vielfach eine für eine schnelle Synchronisierung zu große Masse hat oder auch
das Synchronisieren dadurch erschwert, daß sie sich nur schwer löst, wodurch die
Synchronisierung unter Umständen in Frage gestellt wird. Die Erfindung bezweckt
vor allem ein erleichtertes Schalten durch Verringerung der Massen, welche beim
Schalten synchronisiert werden müssen, und besteht im wesentlichen darin, daß die
erste Kupplung eine an sich bekannte Magnetpulverkupplung ist und nach der zweiten
Kupplung einrückt, jedoch vor dieser ausrückt.
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Es sind Kupplungsaggregate der eingangs beschriebenen Art bekannt,
bei denen der Lamellenkupplung eine elektromagnetisch betätigte Scheibenkupplung
nachgeschaltet ist. Ein solches Kupplungsaggregat hat jedoch den Nachteil, daß die
als Lamellenkupplung ausgebildete Reibungskupplung je nach den Betriebsbedingungen
sehr unterschiedliche Reibungswerte aufweist, insbesondere auch einen vom Reibungswert
der Bewegung stark unterschiedlichen Reibungswert der Ruhe hat. Eine Reibungskupplung
läßt sich infolgedessen praktisch weder stoßfrei ausrücken noch auch stoßfrei einrücken.
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Hierzu kommt noch, daß die bei dem bekannten Kupplungsaggregat vorgesehene
Zusatzscheibenkupplung ein verhältnismäßig großes Trägheitsmoment aufweist, so daß
auch in diesem Falle verhältnismäßig große Kräfte zum Beschleunigen bzw. Verzögern
der umlaufenden Masse erforderlich sind.
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Durch die Verwendung einer Magnetpulverkupplung im Rahmen des erfindungsgemäßen
Kupplungsaggregates kann jedoch ein praktisch vollständig stoßfreies Kuppeln und
Schalten erzielt werden, da die Magnetpulverkupplung die Eigenschaft hat, daß sie
von irgendwelchen Reibungswerten völlig unabhängig ist und die Kuppelkraft ausschließlich
durch die elektromagnetische Bindung der Magnetpulverteilchen untereinander bestimmt
wird.
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Hinzu kommt ferner, daß sich die Magnetpulverkupplung baulich sehr
günstig mit einer Einscheibenkupplung vereinigen läßt, insbesondere dann, wenn die
zweite Kupplung als Reibscheibenkupplung mit geringer Masse und starker Flächenpressung
ausgebildet ist und die Kupplungen derart bemessen sind, daß die Reibscheibenkupplung
stets ein höheres Drehmoment als die vorgeschaltete Magnetpulverkupplung überträgt.
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Die hierdurch bedingte hohe Belastung der zweiten Kupplung ist mit
Rücksicht darauf ohne weiteres zulässig, daß die Kupplung in der Regel nur ohne
Last eingerückt wird und infolge des stärkeren Kupplungseingriffes während des Betriebes
nicht rutscht, vielmehr eine beim Kuppeln oder auch während des Betriebes auftretende
Reibarbeit praktisch ausschließlich von der vorgeschalteten ersten Kupplung geleistet
wird, deren Größe und Flächenbemessung von dem zu übertragenden Moment und der beim
Einkuppeln entstehenden Wärme bestimmt wird.
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Es sind zwar schon Magnetpulverkupplungen vorgeschlagen worden, bei
denen der Einrü.ckvorgang in der Weise -erfolgt, daß das Magnetpulver, welches sich
zunächst in den äußeren Hohlräumen des mit der Antriebsmaschine umlaufenden Kupplungsteiles
sammelt, beim Zusammenrücken der durch Betätigen des Elektromagneten zueinander
beweglichen Kupplungsteile aus den äußeren, Hohlräumen in weiter innen. liegende
Raumteile verdrängt wird und dadurch einen stärkeren Kupplungsschluß mit einer mit
der Antriebswelle umlaufenden Kuppelscheibe bewirkt. Es handelt sich also hier um
eine einzige Kupplung,
bei welcher der Kupplungsschluß durch die
Bewegung der verdrängten Magnetpulverteilchen gesteuert wird. Eine solche Steuerung
ist jedoch verhältnismäßig umständlich wie auch betrieblich unsicherer als die Verwendung
zweier hintereinandergeschalteter Kupplungen mit bestimmter unterschiedlicher Kuppelkraft,
von denen die im Antrieb erste Kupplung eine der Erregung des gemeinsamen Elektromagneten
entsprechende gleichmäßige Kuppelkraft liefert.
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Es ist des weiteren ein Kupplungsaggregat bekannt, bei welchem eine
Strömungskupplung und eine Reibscheibenkupplung zueinander parallel geschaltet sind.
Die mit der Erfindung angestrebte Wirkung zweier hintereinandergeschalteter Kupplungen
läßt sich hierbei jedoch nicht erzielen, abgesehen davon, daß die Strömungskupplung
im allgemeinen einen größeren Raumbedarf als eine Magnetpulverkupplung hat und sich
vor allem weniger günstig mit einer zweiten Kupplung zusammenbauen läßt. Auch ist
der Wirkungsgrad der Strömungskupplung geringer.
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Die als zweite Kupplung verwendete Reibscheibenkupplung kann zweckmäßig
einen Reibbelag von besonders hohem Reibwert, z. B. einen an sich bekannten Sinterreibbelag,
aufweisen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
beide Kupplungen durch den Kraftfluß eines einzigen Elektromagneten eingerückt,
wobei beim Auskuppeln eine Feder die Druckplatten von der Kupplungsscheibe abhebt.
Der gemeinsame Elektromagnet vermindert hierbei den baulichen Aufwand und gewährleistet
ferner, daß beide Kupplungen in dem genau vorherbestimmten Verhältnis ihrer Kuppelkräfte
eingerückt sind.
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Die beiden Druckplatten der Reibscheibenkupplung können hierbei gleichzeitig
den Anker für die Magnetpulverkupplung bilden. Beide Kupplungen liegen dabei konzentrisch
zueinander, wobei die Magnetpulverkupplung zugleich das Gehäuse für die Reibscheibenkupplung
darstellt. Ein solches Kupplungsaggregat läßt sich mit relativ geringer Raumbeanspruchung
unterbringen, wobei insbesondere die nachgeschaltete zweite Kupplung keinen zusätzlichen
Raum für sich benötigt.
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Die Erfindung sei an Hand des nachfolgend beschriebenen und in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine
schematische Darstellung der Kupplungsanordnung und Fig. 2 eine konstruktive Ausführung
des Kupplungsaggregates.
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In dem Schema nach Fig. 1 ist 10 die vom Motor angetriebene Welle,
mit welcher die eine Kupplungshälfte einer Magnetpulverkupplung A, z. B. die die
Erregerwicklung 11 enthaltende Kupplungshälfte 12, fest verbunden ist. Die Kupplungshälfte
12 kann mit der anderen Kupplungshälfte 13 durch das im Spalt 14 befindliche Magnetpulver
bei Erregung der Spule 1 gekuppelt werden. Die Kupplungshälfte 13, welche als Eisenanker
ausgebildet ist und daher ein verhältnismäßig großes Trägheitsmoment hat, ist mit
der angetriebenen Hälfte 15 einer zweiten, nachgeschalteten Kupplung B verbunden,
deren abtriebsseitige Kupplungshälfte z. B. eine Reibscheibe 16 mit verhältnismäßig
geringem Trägheitsmoment ist, die mit der treibenden Welle 17 des nachgeschalteten
Wechselgetriebes verbunden ist. Dieses besteht beispielsweise aus den Zahnrädern
18, 19, 20 und 21, von denen das Zahnrad 18- auf der treibenden Welle 17 und die
Zahnräder 19 und -20 auf der Vorgelegewelle 22 fest angeordnet sind, während das
Zahnrad 21 lose drehbar auf der z. B. die Hinterräder eines Kraftfahrzeuges antreibenden
Abtriebswelle 23 gelagert ist. Statt des der Einfachheit halber dargestellten Zweiganggetriebes
kann auch ein Getriebe mit beliebig mehr als zwei Gängen vorgesehen sein.
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Die Schaltung der beiden Gänge erfolgt durch eine Synchronisierkupplung
C, die aus einer Schiebemuffe 24 und einem oder mehreren Reibkegeln 25 besteht und
auf der Abtriebswelle 23 verschiebbar, aber undrehbar gelagert ist. Die Reibkegel
25 tragen Riegel 26 und wirken andererseits mit Konuskupplungen 27 an den Zahnrädern
18 bzw. 21 derart zusammen, daß die Riegel 26 in an sich bekannter, hier
nicht näher beschriebener Weise ein Einrücken der mit einer inneren Klauenverzahnung
versehenen Schaltmuffe 24 in die Kupplungszähne 28 der Zahnräder 18 bzw. 21 so lange
verhindern, bis Gleichlauf sämtlicher Teile der einzurückenden Klauenkupplung erzielt
ist.
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Soll von einem auf den anderen Gang geschaltet werden, so wird zunächst
die Kupplung A und hierauf die Kupplung B ausgerückt. Das Synchronisieren durch
die Kupplung C und das Schalten der Gänge kann alsdann leicht, unbehindert und schnell
erfolgen, da außer den Getriebeteilen nur die eine verhältnismäßig geringe Trägheitsmasse
aufweisende Reibscheibe 16 der zweiten Kupplung B des Kupplungsaggregates A/B mitzusynchronisieren
ist. Hierauf wird zunächst wieder die Reibscheibenkupplung B eingerückt, die beim
Schalten lediglich die Masse der äußeren Kupplungshälfte 15 der Kupplung B und des
inneren Kupplungsteiles 13 der Magnetpulverkupplung A zu beschleunigen hat. Schließlich
kann durch Einrücken der Kupplung A der Motor zum Antrieb des Fahrzeuges an: das
Getriebe angeschlossen werden.
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Die in Fig.2 dargestellte Konstruktion zeigt eine Ausführung, bei
welcher die beiden Kupplungen A und B zu einer baulichen Einheit vereinigt sind,
indem beide Kupplungen gleichzeitig durch einen Elektromagneten eingerückt werden.
Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß jeweils das in der Kupplung B übertragbare
Drehmoment größer als das in der Kupplung A übertragbare Drehmoment ist, so daß
die Kupplung A erst wirksam werden kann, wenn die Kupplung B eingerückt ist.
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Mit der Motorkurbelwelle 10 ist, wie im Falle der Fig. 1, die als
Schwungrad wirkende, die Erregerwicklung 11 tragende Kupplungshälfte 12 über die
Scheibe 35 fest verbunden. Die innere Hälfte der Magnetpulverkupplung A besteht
aus den beiden Ankerhälften 13z und 13b, welche zugleich die äußere Kupplungshälfte
der zweiten Kupplung B bilden, als deren innere Kupplungshälfte die Reibscheibe
16 wirkt. Diese ist auf der treibenden Welle 17 des Wechselgetriebes verschiebbar,
aber undrehbar gelagert.
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Die Ankerhälften 13 a und 13 b werden von Nabenteilen 30a und
30b getragen, die mittels Nadellager 31 a und 31 b auf der Nabe 32
der Reibscheibe 16 derart gelagert sind, daß sie sich auf der Nabe 32 um einen geringen
Betrag axial verschieben können. Sie werden durch Federwirkung auseinandergedrückt,
wobei die Federwirkung durch den zugleich auch zur Abdichtung dienenden Faltenbalg
33 erzeugt wird. Gegebenenfalls kann die Wirkung dieser Federung noch durch besondere
Federn 34 unterstützt werden.
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Die äußere Kupplungshälfte 12 der MagnetpulverkupplungA bildet zusammen
mit den seitlichen Begrenzungsscheiben 35 und 36 ein gegen die Nabenteile 30a und
30b mittels Dichtungen 37 und 38 abgedichtetes Gehäuse, in welchem das darin befindliche
Magnetpulver
sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft im Spalt 14 zwischen der äußeren als
Elektromagnet wirkenden Kupplungshälfte 12 und den Magnetkernhälften 13a und 13b
sammelt. Die Dichtung 38 ist hierbei verschiebbar angeordnet, damit die Ankerhälfte
30 b eine Axialbewegung ausführen kann, wobei der Verschiebungshub durch einen einstellbaren
Anschlag 39 begrenzt wird. Ferner sind Federn 39' vorgesehen, um die Dichtung 38
gegen das Nabenteil 30b zu drücken, wobei jedoch die Stärke dieser Feder geringer
als diejenige der die Ankerhälften 13a und 13b auseinanderdrückenden Federung 33,
34 ist.
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Die Erregung der Spule 11 kann in an sich bekannter Weise über Schleifkontakte
40; 41 und die schematisch angedeutete Leitung 42 erfolgen.
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Bei nicht erregter Spule 11 werden die Ankerhälften 13 a und 13 b
durch die Federn 33 und 34 um einen durch den Anschlag 39 bestimmten Betrag auseinandergedrückt,
so daß die Reibscheibe 16 frei zwischen den Ankerhälften 13 a und 13 b umläuft.
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Bei der Erregung der Spule 11 wird ein Kraftfluß im Sinne der gestrichelten
Linie x erzeugt, derart, daß der Kraftfluß einerseits die Ankerhälften 13a und 13
b einander zu nähern sucht und andererseits das im Spalt 14 befindliche Magnetpulver
magnetisiert und dadurch eine verstärkte Kupplung zwischen der äußeren Kupplungshälfte
12 und den beiden Ankerhälften 13a und 13 b herstellt. Die Ausbildung und Bemessung
der an diesem Kraftfluß beteiligten Bauteile sowie insbesondere die Bemessung des
Spaltes 14 und des Spiels der Reibscheibe 16 ist hierbei derart getroffen, daß die
Kuppelkraft, welche auf die Reibscheibe 16 und damit an der Kupplung B wirkt, größer
als die Kuppelkraft zwischen der äußeren Kupplungshälfte 12 und den beiden Ankerhälften
13 a und 13 b der Kupplung A ist. Dadurch wird zunächst entgegen der Kraft der Federn
33 und 34 die Kupplung B frei eingerückt. Für die Reibscheibe 16 dieser Kupplung
wird zweckmäßig ein Reibbelag mit einem besonders großen Reibungskoeffizienten verwendet,
so daß der Durchmesser der Reibscheibe 16 sehr klein gehalten werden kann.
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Mit dem Einrücken der Kupplung B wird zugleich auch das magnetische
Feld der Erregerwicklung 11 verstärkt, so daß hierauf auch die Kuppelkraft in der
Kupplung A bis zu einem maximalen Wert gesteigert wird. Es wird also durch die Betätigung
der elektromagnetischen Kupplung gleichzeitig sowohl die Schaltkupplung B als auch
die eigentliche Arbeitskupplung A in Betrieb gesetzt, jedoch immer so, daß der eigentliche
Einrückvorgang der beiden Kupplungen nacheinander erfolgt, und zwar mit Vorrang
von Kupplung B vor Kupplung A beim Einrücken und umgekehrt beim Ausrücken.