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Reibscheibenkupplung, insbesondere Hauptkupplung für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Reibscheibenkupplung, insbesondere Hauptkupplung für
Kraftfahrzeuge, mit einem axial festen und einem axial bewegbaren, antreibenden
Kupplungsteil sowie einer GleichlaufeinTichtung, die mittels Reibung auf beide Kupplungsteile
einwirkt, wobei der endgültige Kupplungseingriff so lange gesperrt bleibt, bis sich
beide Kupplungsteile im Gleichlauf befinden.
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Bei ausrückbaren Kupplungen, insbesondere bei Kraftfahrzeugkupplungen
ist es erwünscht, vor dem endgültigen Eingriff die beiden Kupplungshälften zum Gleichlauf
miteinander zu bringen; denn im praktischen Fahrbetrieb treten sowohl hinsichtlich
der Drehzahldifferenz beider Kupplungshälften als auch hinsichtlich des Drehmomentes
große Schwankungen auf. Diese Schwankungen müssen durch die Kupplung ausgeglichen
werden, um unangenehme Schaltstöße beim Einkuppelvorgang zu vermeiden.
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Es ist zwar schon eine Kupplung bekannt, bei der durch die Drehzahldifferenz
der beiden zu kuppelnden Teile der Durchfluß durch eine öldruckleitung gesteuert
wird, wobei bei Drehzahldifferenz der Kupplungsteile durch Öldruck auf einen elektrischen
Schalter die zu kuppelnden Teile am Reibungsschluß gehindert werden. Bei Gleichlauf
der Kupplungsteile wirkt hingegen kein Öldruck auf den elektrischen Schalter, und
die Kupplungsteile werden reibungsschlüssig eingerückt.
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Diese bekannte Kupplung benötigt jedoch einen erheblichen Bauaufwand
und enthält neben den mechanischen Bauteilen einen hydraulischen und einen elektrischen
Steuerkreis. Mit dieser Kupplung kann wohl der Schaltstoß der Kupplung vermieden
werden, es kann jedoch nicht die Anpreßkraft der Kupplungsteile entsprechend der
Drehzahl- und Drehmomentdifferenz so abgestimmt werden, daß jeder Kupplungsvorgang
mit der geringsten Verzögerung beim stoßfreien Einrücken erfolgt und somit die Zeitdauer
des Kupplungsvorganges auf ein Minimum beschränkt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der insbesondere
für Kraftfahrzeuge bestimmten ausrückbaren Wellenkupplungen in dieser Hinsicht zu
erreichen. Durch die Erfindung sollen die unangenehmen Schaltstöße und eine Verzögerung
beim Kupplungsvorgang vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der für
den Reibungsschluß während des Gleichlaufvorganges erforderliche Anpreßdruck beider
Kupplungsteile durch Verändern der Spannung einer in bekannter Weise in Eingriffsrichtung
wirkenden Kupplungsfeder durch ein die Drehzahldifferenz beider Kupplungsteile abtastendes
Differentialgetriebe veränderlich ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform ist der bewegbaren Kupplungshälfte
die in Eingriffsrichtung wirkende Kupplungsfeder zugeordnet. Um aus dem Drehmoment
eine axial wirkende Komponente in Richtung des Anpreßdruckes zu erhalten, sind der
axial bewegbare Kupplungsteil und der mit ihm in ständig antreibender Verbindung
stehende Teil über zur Richtung der Umfangskraft: geneigte Flächen miteinander verbunden..
Durch die Zuordnung eines Sperrorgans zum axial bevvegbaren Kupplungsteil wird eine
weitere Bewegunge . in Eingriffsrichtung während des Gleichlaufvorgauges gesperrt
und der Eingriff erst bei gleichen Drehzahlen beider Kupplungsteile freigegeben,
wobei das Sperrorgan gegenüber dem axial bewegbaren :Kupplungsteil eine begrenzte
Drehbeweglichkeit aufweist.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplung wirkt das zwischen beiden Kupplungshälften
auftretende Drehzahlgefälle derart bestimmend für den Einkuppelvorgang, daß die
in Eingriffsrichtung wirkende Kraft beim Gleichlaufvorgang um so größer wird, je
größer das Drehzahlgefälle und das zuübertragende Drehmoment ist. Dadurch .kann
mit Berücksichtigung des Sperrorgans jeder Schaltstoß und jede Verzögerung beim
Kupplungsvorgang vermieden werden. Zum, Lösen der Kupplung ist nur eine geringe
Kraft erforderlich, weil die Einkuppelkraft infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung
vorwiegend durch Servowirkung erzeugt wird.
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Der Kupplungsfeder ist eine Spannvorrichtung zugeordnet. Diese Spannvorrichtung
ist durch ein zweistufiges nach Art eines Sinusgetriebes ausgebildetes Zwischengetriebe
von der Drehzahldifferenz beider Kupplungsteile antreibbar. Der axial bewegbare
Kupplungsteil ist dem Antrieb über Zapfen mit
Neigungsflächen zugeordnet,
während der andere Kupplungsteil den Abtrieb bildet. Die Spannvorrichtung und die
Kupplungsfeder sind dabei auf der Abtriebswelle angeordnet. Die Kupplungsfeder ist
zwischen die Spannvorrichtung einerseits und dem axial bewegbaren Kupplungsteil
andererseits eingeschaltet. Sie kann sich einerseits an einer auf der Abtriebswelle
axial verschiebbaren Hülse der Spannvorrichtung abstützen, wobei diese Hülse mit
einem über ein Zwischengetriebe von der Drehzahldifferenz antreibbaren Spannring
zusammenwirkt und an einer Stirnseite Gegennocken zum Eingriff in die Spannnocken
des Spannringes aufweist. Andererseits erfolgt die Abstützung an einer gegenüber
der Abtriebswelle undrehbar aber axial verschiebbaren Druckhülse, wobei auf dieser
Druckhülse über ein Kugellager die bewegbare Kupplungshälfte angeordnet ist.
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Wie die Erfindung im einzelnen ausgeführt werden kann, zeigt mit den
wesentlichen Teilen das Ausführungsbeispiel in der Zeichnung an Hand einer Kraftfahrzeugkupplung;
es zeigt F i g. 1 die Kupplung im Schnitt.
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F i g. 2 einen Schnitt nach Linie 11-11 der F i g. 1, F i g.
3 die Spannocken 35 bzw. 36 in Abwicklung, F i g. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV
der F i g. 1 und F i g. 5 bis 7 die Übertragungszapfen und Abweisflächen in Abwicklung
in ausgerückter, in Gleichlauf-und in eingerückter Stellung.
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Nach den F i g. 1 bis 4 besteht der antreibende Kupplungsteil aus
der Motorwelle 10, der Schwungscheibe 11 mit dem Zahnritzel 12 für den Anlassereingriff
und einem glockenförmigen Gehäuseteil 13.
Die eigentlichen Eingriffsorgane
der Kupplung werden durch das so gebildete mit der Motorwelle 10
umlaufende
Gehäuse umschlossen.
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Diesem antreibenden Kupplungsteil ist der axial bewegbare Kupplungsteil
zugeordnet. Er besteht aus der die Eingriffsfläche 14 aufweisenden Druckplatte 15
und dem tragenden Kupplungsteil 16, der mit dem glockenförmigen Gehäuseteil 13 über
radiale fingerartig ineinander greifende Zapfen 17a und 17b verbunden ist. Die Druckplatte
15 bildet gleichzeitig das Sperrorgan und ist ebenso wie der tragende Kupplungsteil
16 an den gegenüberliegenden Stirnseiten mit Abweisflächen 18a bzw. 18b
versehen, die später genauer erläutert werden. Zwischen beiden Teilen ist eine Feder
19 angeordnet, die die Druckplatte 15 stets in Eingriffsrichtung drückt. Ein Sprengring
20 begrenzt den Federhub. Der andere axial feste Kupplungsteil wird durch eine Kupplungsscheibe
21 gebildet, die in an sich bekannter Weise über drehschwingungsdämpfende Federn
22 mit dem Nabenteil 23 verbunden und mit diesem auf der Abtriebs welle 24 drehfest
angeordnet ist.
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Die Drehzahldifferenz zwischen der Abtriebswelle 24 und der Motorwelle
10 wird durch ein Zwischengetriebe zum Spannen einer auf die Kupplungsfeder 25 wirkenden
Spannvorrichtung benutzt. Dieses Zwischengetriebe wird aus zwei Sinusgetrieben gebildet.
Es besteht aus einer in die Motorwelle 10 eingesetzten Hülse 26 mit einer sinusförmigen
Kurvenbahn 51, in der mehrere Kugeln 27 laufen, die in einem mit der Abtriebswelle
24 verbundenen Korb 28 geführt sind. Eine Zwischenwelle 29 ist im Inneren der Abtriebswelle
24 gelagert und mit einer sinusförmigen Kurvenbahn 30 mit wesentlich höherer Gangzahl
als wie die der Kurvenbahn 51 versehen. Die Zwischenwelle 29 bildet die Überleitung
zur zweiten Getriebestufe des Zwischengetriebes und ist zu diesem Zweck mit einem
Exzenter 31 versehen. Dieser wirkt auf Gleitsteine 32, die in der Abtriebswelle
24 geführt sind und außen mit einem mit der Sinusbahn 33 versehenen Ring 34 zusammenwirken.
Beide Sinusgetriebe wirken als Untersetzung derart, daß eine Drehzahldifferenz zwischen
der Motorwelle 10 und der Abtriebswelle 24 sich in einer Drehung des Ringes 34 gegenüber
der Abtriebswelle 24 auswirkt.
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Der Ring. 34 ist auf der Abtriebswelle 24 axial unverschiebbar festgelegt
und bildet den einen Teil der auf die Kupplungsfeder 25 wirkenden Spannvorrichtung.
Er ist an einer Stirnseite mit den Spannnocken 35 versehen. Mit den Spannocken 35
wirken entsprechend, ausgebildete Gegennocken 36 an einer Hülse 37 zusammen. Diese
ist auf der Abtriebswelle 24 axial verschiebbar angeordnet und drehfest verriegelt.
Durch eine später noch zu erläuternde Vorrichtung kann die Verriegelung gegenüber
der Abtriebswelle 24 gelöst werden.
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Die Vorspannung der Kupplungsfeder 25 hält normalerweise die Gegennocken
36 voll in Eingriff mit den Spannocken 35, wie F i g. 3 zeigt. Wenn jetzt vor dem
Einkuppeln das Zwischengetriebe infolge einer Drehzahldifferenz zwischen Motorwelle
10 und die Abtriebswelle 24 eine Drehung des Ringes 34 hervorruft, dann werden
die Gegennocken 36 und die Hülse 37 durch die Spannocken 35 nach links, z. B: bis
in eine in F i g. 3. gestrichelt dargestellte Stellung gebracht. Die Kupplungsfeder
25 wird dabei weiter gespannt, wobei die Größe der Spannung und die Spannzeit von
der Drehzahldifferenz zwischen Motorwelle 10 und Abtriebswelle 24 abhängig ist.
Die Kupplungsfeder 25 stützt sich andererseits gegen eine Druckhülse 38, die auf
der Abtriebswelle 24 undrehbar, aber axial verschiebbar geführt ist. Die
Druckhülse 38 trägt über ein Kugellager 39 oder eine sonstige Lagerstelle den tragenden
Teil 16 der axial bewegbaren Kupplungshälfte. Diese wird also durch die Spannung
der Kupplungsfeder 25 in Eingriffsrichtung, d. h. nach links bewegt.
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Um nach erfolgtem Einkuppeln die Hülse 37 wieder in die Ausgangsstellung
der Spannocken 35 zu bringen bzw. um beim Auskuppeln ein Spannen der Kupplungsfeder
25 von vornherein auszuschalten, ist die undrehbare Verriegelung der Hülse 37 gegenüber
der Abtriebswelle 24 durch die axiale Bewegung der Druckhülse 38 lösbar. Zu diesem
Zweck ist nach F i g. 4 die Hülse 37 mit Längsnuten 40 zum Eingriff von drei Kugeln
41 versehen, die in Bohrungen 42
der Druckhülse 38 geführt sind. Es
ist jeweils mindestens eine Kugel im Eingriff. Nach außen sind die Kugeln 41 durch
einen exzentrischen Ring 43 abgestützt, der in einer axial unverschiebbaren Hülse
44
befestigt ist und schräge Stirnflächen 45 aufweist.
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In der gezeichneten Stellung ist eine der Kugeln 41 im Eingriff mit
den Längsnuten 40, so daß die Hülse 37 gegenüber der Druckhülse 38 und damit
der Abtriebswelle 24 undrehbar festgelegt und damit ein Spannen der Kupplungsfeder
25, wie beschrieben, möglich ist. Wird die Druckhülse 38 z. B. beim endgültigen
Einkuppeln oder beim Auskuppeln gegenüber dem Ring 43 nach links oder rechts verschoben,
so weichen die Kugeln 41 auf den schrägen Stirnflächen 45 nach außen aus. Die Hülse
37 wird damit frei und kann sich unter dem Federdruck wieder in die Ausgangsstellung
zurückdrehen.
Wie die F i g. 5 bis 7 erkennen lassen, sind die radialen
Zapfen 17 a und 17 b zur Verbindung zwischen dem tragenden Teil 16 der axial
bewegbaren Kupplungshälfte und dem umlaufenden glockenförmigen Gehäuseteil
13 mit achsparallelen Flächen 46 zur Mitnahme im ausgekuppelten Zustand und
daran anschließenden Neigungsflächen 47 und 48 versehen. Sie sind symmetrisch zu
ihren Achsmittelebenen ausgebildet, damit die Kupplung in beiden Drehrichtungen
wirken kann. Die Flächen verschiedener Neigung können stetige übergänge ineinander
aufweisen, z. B. derart, daß die Zapfen etwa halbkreisförmig mit eingefrästen achsparallelen
Flächen ausgebildet sind. Die gegenüberliegenden Stirnseiten des tragenden Kupplungsteils
16 und der gleichzeitig als Sperrorgan wirkenden Druckplatte 15 sind mit den Abweisflächen
18 a und 18 b versehen. Diese können als Sinusbahnen ausgebildet sein, sind aber
der Einfachheit halber als ebene Neigungsflächen dargestellt.
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In ausgerückter Stellung (F i g. 5) liegen die Zapfen 17 a des tragenden
Teils 16 des axial bewegbaren Kupplungsteils und die Zapfen 17b des glockenförmigen
Gehäuseteils 13 mit den achsparallelen Flächen 46 aneinander an. Der tragende Kupplungsteil
16 und die Druckplatte 15 sind durch die Feder 19 voneinander abgespreizt. Die Druckplatte
15 wird dadurch stets in Eingriffsrichtung gedrückt, und die Abweisflächen 18 a
des tragenden Kupplungsteils 16 und die Abweisflächen 18 b der Druckplatte 15 liegen
mit Abstand einander gegenüber.
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Das Einkuppeln erfolgt selbsttätig. Die Drehzahldifferenz zwischen
der Motorwelle 10 und der Abtriebswelle 24 spannt über das Zwischengetriebe 26 bis
33 in bereits beschriebener Weise die Kupplungsfeder 25 und bewegt damit über die
Druckhülse 38 den tragenden Teil 16 der axial bewegbaren Kupplungshälfte
in Eingriffsrichtung (F i g. 6). Die Zapfen 17 a und 17 b gleiten dadurch auf die
schwächer geneigten Flächen 47, und die Eingriffsflächen 14 und 21 beider Kupplungsteile
kommen miteinander in Reibungsschluß. Durch die Neigungsflächen 47 wird aus dem
Drehmoment eine axiale Komponente erzeugt und gleichzeitig auch die Federkraft der
Kupplungsfeder 25 verstärkt. Das Reibmoment sorgt für Angleichung der Drehzahl.
Eine weitere Bewegung des tragenden Teils 16 der axial bewegbaren Kupplungshälfte
in Eingriffsrichtung nach links wird durch die Abweisflächen 18 a und 18 b verhindert,
die infolge des Reibmomentes mit ihren höchsten Stellen aneinander anliegen. Dieser
Sperrzustand dauert so lange an, bis beide Kupplungshälften gleiche Drehzahlen aufweisen.
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Sobald die Drehzahlangleichung erfolgt ist, fällt das Reibmoment zwischen
den Eingriffsflächen 14 und 21 fort, und die Sperrwirkung der Abweisflächen 18a
und 18b hört auf. Der tragende Kupplungsteil 16 kann sich unter Relativbewegung
zur Druckplatte 15 weiter nach links bewegen, bis die Abweisflächen 18 a und 18b
in vollen Eingriff miteinander kommen und - wie F i g. 7 zeigt - die radialen Zapfen
17 a und 17 b nunmehr mit den stärker geneigten Flächen 48
aneinander anliegen.
Damit wird aus dem Drehmoment der Anpreßdruck für die Eingriffsflächen 14 und 21
erzeugt.
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Bei dieser Bewegung des tragenden Kupplungsteils 16 nach links wird
die Druckhülse 38 mitgenommen, und die Kugeln 41 gleiten auf den schrägen Stirnflächen
45 des Ringes 43 nach außen. Die Hülse 37 wird auf diese Weise freigegeben und kann
sich in ihre Ausgangslage zurückdrehen. Die Kupplungsfeder 25 wird auf diese Weise
bis auf eine restliche Vorspannung entspannt.
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Zum Auskuppeln wird mit der Schaltmuffe 49 der tragende Teil 16 der
bewegbaren Kupplungshälfte nach rechts gezogen. Da der Anpreßdruck in erster Linie
aus dem Drehmoment über die Neigungsflächen 48 erzeugt wurde, ist zum Lösen der
Kupplung nur eine geringe Kraft erforderlich.