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Kupplungs-Eremseinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremseinrichtung
für eine Reibscheiben-Schaltkuppiung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer
axial verschiebbar auf einer genuteten Getriebeantriebswelle gehaltenen Kupplungsscheibe.
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Die Entwicklung im Kraftfahrzeugbau richtete sich bei den Kraftfahrzeugkupplungen
darauf, das Betriebsverhalten sowie die spezifische Arbeitsbelastung der Kupplung
zu verbessern. So sind torsionsgedämpfte Kupplungsscheiben eingeführt worden, die
eine günstige Drehschwingungsdämpfung in den Triebwerkteilen bewirken sowie einfache
und doppelte Belagfedern an den Kupplungsscheiben mit dem Vorteil eines besseren
Anfahrverhaltens. Die Erhöhung der spezifischen Arbeitsbelastung der Kupplung wurde
durch größere Scheibendurchmesser sowie durch verbesserte Kupplungsbeläge mit größerem
spezifischem Gewicht erreicht.
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Alle diese Maßnahmen führten jedoch dazu, daß das Massenträgheitsmoment
der Kupplungsscheibe erhöht und infolge dessen die Synchronisierung des Getriebes
zusätzlich belastet
wurde. Damit ergeben sich größere Schaltzeiten
für das Getriebe und sind längere Auslaufzeiten für die Kupplungsscheibe notwendig,
um den nicht synchronisierten Riickwärtsgang gerauschlos einlegen zu können.
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Es sind zwar schon Bremseinrichtungen für Reibscheibel£upplungen,
beispielsweise für Lastkraftwagen und Omnibusse mit unsynchronisierten Getrieben,
bekannt, bei denen in einem besonderen Bremsgehäuse sich beim Auskuppeln der Reibscheibenkupplung
selbsttätig ein Bremskörper an eine mit der Abtriebswelle umlaufende Bremsscheibe
anlegt. Derartige Kupplungsbremsen werden nun im allgemeinen so ausgelegt, daß sie
schon kurz vor dem endgültigen Abheben der Kupplungsbeläge zum Eingriff kommen.
Außerdem bremsen diese bekannten Kupplungsbremsen die Getriebeantriebswelle bei
jeder Betätigung der Kupplung, also auch in solchen Betriebæzuständen, bei denen
eine Abbremsung nicht erforderlich und, wie beispielsweise beim Abwärtsschalten,
auch nicht erwünscht ist. Dadurch ergibt sich auch ein erheblicher Verschleiß an
den Bremsflächen, der sowohl eine Nachstellvorrichtung für die Bremsvorrichtung
als auch ein häufiges Auswechseln der Bremsbeläge erforderlich macht.
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Darüberhinaus vergrößert das besondere Bremsgehäuse den Bauraum für
die Kupplung ganz erheblich.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine
Bremseinrichtung für eine Reibscheiben-Schaltkupplung zu schaffen, die die zuvor
genannten Nachteile vermeidet und die ohne wesentliche Erhöhung des Bauaufwandes
die sich aus der Massenträgheit der Kupplungsscheibe ergebenden Schaltverzögerungen
und Belastungen der Synchronisiereinrichtungen verringert.
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folie Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch,
daß
die Kupplungsscheibe eine Bremsfläche aufweist, die nach dem Ausrücken der Kupplung
an einer feststehenden Gegenfläche zur Anlage bringbar ist. Vorteilhafterweise kann
die Bremsfläche durch eine Stirnfläche der Nabe der Kupplungsscheibe und die mit
dieser zusammenwirkende Gegenfläche von einer Stirnfläche einer die Getriebeantriebswelle
umgebenden, feststehenden Eührungshülse für das Kupplungsausrücklager gebildet sein.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zur Mitnehmerverbindung
zwischen der Getriebeantriebswelle und der Kupp-Iungsscheibe ein Zahnprofil mit
schräg zur gemeinsamen Achse verlaufenden Zähnen vorgesehen ist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Eupplungsscheibe und der
Axialverschiebungen ermöglichenden Mitnehmerverbindung zwischen dieser und der Getriebeantriebswelle
wird nun eine Bremseinrichtung geschaffen, die ohne-Vergrößerung des Bauraumes der
Kupplung eine selbsttätig sich den Erfordernissen anpassende Bremskraft erzeugt.
Infolge der Schrägstellung der Mitnehmerzähne wird nämlich auf die Nabe der Kupplungsscheibe
eine Axialkraft ausgeübt, deren Richtung und Größe sich aus der an der Getriebeantriebswelle
vorhandenen Verzögerung- oder Beschleunigung ergibt.
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Um zu verhindern, daß die Kupplungsscheibe bei einer Beschleunigung
der Getriebeantriebswelle infolge der an der Schrägverzahnung entstehenden Axialkraft
gegen die Schwungscheibe gedrückt wird und dort zur Anlage kommt, kann gemäß der
Erfindung eine die Kupplungsscheibe in Richtung auf die Bremsgegenfläche belastende
Druckfeder vorgesehen sein. Diese Druckfeder unterstützt damit gleichzeitig die
aus aer Schrägverzahnung sich ergebende Anpreßkraft beim.)3remsvorgang.
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Um die Bremswirkung an den zur Reibanlage kommenden Bremsflächen zu
erhöhen, können diese Flächen Bremsbeläge aufweisen.
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Eine weitere vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Bremævorrichtungergibt
sich, wenn der Spalt zwischen den zur Reibanlage kommenden Bremsflächen im Verhältnis
zum Lüftungsspiel an der Kupplungsscheibe so groß bemessen ist, daß nach Erreichen
der zulässigen Verschleißhöhe der Kupplungsbeläge die Bremsflächen gerade nicht
mehr zur Anlage kommen. Wenn nämlich dieser Spalt im Neuzustand so bemessen ist,
daß er bei ausgerückter Kupplung dem Lüftungsspiel an der Kupplungsscheibe abzüglich
der zulässigen Verschleißhöhe der Kupplungsbeläge entspricht, so wird dadurch erreicht,
daß bei maximal zulässigem Kupplungsverschleiß die Bremsflächen nicht mehr zur Anlage
kommen, was durch das Entstehen eines Geräusche beim Einlegen des Rückwärtsganges
leicht festgestellt werden kann.
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Dadurch läßt sich also am fahrbereiten Fahrzeug in einfacher Weise
feststellen, ob die Verschleißgrenze der Kupplungsbeläge erreicht ist.
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Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind
in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung dargestellte
Ausfffhrungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt
durch eine Einscheibentrockenkupplung, die sich allein durch die erfindungsgemäße
Bremseinrichtung von den üblichen Kraftfahrzeugkupplungen unterscheidet.
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So ist mit 1 eine am Ende einer Kurbelwelle 2 eines Kraftfahrzeugmotors
angeflanschte Schwungsoheibe bezeichnet, an der mittels Schrauben 3 ein Druckgehäuse
4 befestigt ist.
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Dieses Druckgehäuse 4 trägt Blattfedern 5 zur Halterung einer Anpreßplatte
6, die unter dem Druck einer Membranfeder 7 mit ihrer Auflagefläche 8 eine Kupplungssscheibe
10 gegen die Widerlagerfläche 9 der Schwungscheibe 1 preßt.
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Die Kupplungsscheibe 10 besteht aus einer beidseitig mit Kupplungsbelägen
12 versehenen Mitnehmerscheibe 11, die mittels Abstandsnocken 13 unter Zwischenschaltung
von Abdeckblechen 14 und Reibscheiben 15 mit einem Nabenstück 16 verbunden sind.
17 stellen an der Kupplungsscheibe 10 vorgesehene Torsions-Dämpfungsfedern dar.
Die Nabe 16 der Kupplungsscheibe 10 ist über eine schrägverzahnte Mitnehmerverbindung
19 axial verschiebbar auf einer mit 18 bezeichneten Getriebeantriebswelle gehalten.
20 ist ein Lager zur Führung der Getriebeantriebswelle 18.
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Die Getriebeantriebswelle 18 wird von einer Hülse 21 umgeben, die
mit dem hier nicht dargestellten Getriebegehäuse fest verbunden ist und die zur
Führung eines Ausrücklagers 22 dient. Beim Ausrücken der Kupplung mittels hier nicht
dargestellter Betätigungselemente drückt das Yührungslager 22 mit seinem Außenring
auf den radial inneren Rand von Federzungen 23 der Membranfeder 7, wodurch die Membranfeder
7 um einen Drehpunkt verschwenkt wird, der von in Haltenocken 24 geführten Drahtringen
25 gebildet wird. Dadurch kann die Anpreßplatte 6 von den tangentialen Blattfedern
5 abgehoben werden, so daß die Reibflächen 8 und 9 an der Anpreßplatte 6 und der
Schwungscheibe 1 außer Eingriff mit den Kupplungsbelägen 12 der Kupplungsscheibe
10 kommen.
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Bei ausgerückter Kupplung entsteht infolge der Schrägverzahnung-der
Mitnehmerverbindung 19 eine auf die Kupplungsscheibe 10 wirkende Axialkraft, durch
die eine als Bremsfläche ausgebildete Stirnfläche 26 der Nabe 16 an eine Gegenfläche
27 an der Führungshülse 21 gedrückt wird. Beide Flächen
können
mit Bremsbelägen ausgestattet sein, um die Bremswirkung zu erhöhen. Schließlich
ist noch eine Diuckfeder 28 vorgesehen, die sich an einem auf der Getriebeantriebswelle
18 befestigten Federteller 29 abstützt und die die Nabe 16 in Richtung auf die Gegenfläche
27 drückt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung soll nun
nachfolgend anhand verschiedener Scbaltvorgänge beschrieben werden. Beim Aufwärtsschaltenversucht
bekanntlich die Synchronisiereinrichtung nach dem Ausrücken der Kupplung die Drehzahl
der Getriebeantriebswelle 18 und damit die der Kupplungsscheibe herabzusetzen. Die
an der Kupplungsscheibe 10 infolge ihrer Massenträgheit wirkende Umfangskraft wirkt
diesem Bremsmoment der Synchronisiereinrichtung entgegen und erzeugt über die Schrägverzahnung
der Mitnehmerverbindung 19 eine Axialkraft, die die Kupplungsscheibe 10 in Richtung
auf die Führungshülse 21 verschiebt, so daß die Stirnflächen 26 an der Kupplungsscheibennabe
16 und 27 an der Führungshülse 21 zur Reibanlage kommen und die Kupplungsscheibe
10 abbremsen.
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Dabei richtet sich die Höhe dieser Anpreßkraft einmal nach der Schrägstellung
der Zähne der Mitnehmerverbindung und zum anderen nach der Verzögerung der Getriebeantriebswelle
18. So wird bei einer großen Verzögerung der Getriebeantriebswelle, bei der ohne
die erfindungsgemäße 9remseinrichtung infolge der dieser'Verzögerung sich entgegenstellenden
Massenträgheit der Kupplungsscheibe 10 eine besonders hohe Belastung der Synchronisiereinrichtung
auftreten würde, durch die erhöhte Anpreßkraft der Kupplungsscheibennabe 16 an die
Führungshülse 2.1 ein größeres Bremsmoment erzeugt, das das Bremsmoment der Synchronisiereinrichtung
unterstützt. Es ergibt sich also eine den jeweiligen Erfordernissen selbsttätig
sich anpassende Bremskrafteinstellung, wodurch der Verschleiß an den Bremsflächen
und
die Belastung der Synchronisiereinrichfung sehr niedrig gehalten
wird.
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Beim Abwärtsschalten kehrt sich nun die Aufgabe der Synchronisiereinrichtung
um, d. h. sie mlß die Drehzahl der Getriebeantriebswelle 18 und damit die der Kupplungsscheibe
10 erhöhen. Um die Kupplungsscheibe beschleunigen zu können, muß von der Getriebeantriebswelle
18 über die 14it nehmerverbindung 19 eine Umfangskraft auf die Kupplungsschei be
10 übertragen werden. Die dabei auftretende Axialkraft infolge der Schrägverzahnung
der Mitnehmerverbindung 19 zeigt jetzt gegenüber dem zuvor geschilderten Aufwärtsschalt
vorgang eine entgegengesetzte Richtung, durch die die Kupplungsscheibe 10 in die
Richtung der Schwungscheibe 1 verschoben wird. Während bei den bekannten Kupplungsbremsen
auch in diesem Zustand die Bremsvorrichtung eingreift, also der beaMsichtigten Beschleunigung
der Eupplungsscheibe noch entgegenwirkt und damit die Synchronisiereinrichtung zusätzlich
belastet, ist bei der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung sichergestellt, daß die
Bremsflächen 26 und 27 nicht zur Anlage kommen. Damit aber verhindert wird, daß
die Kupplungsscheibe 10 sich an der Widerlagerfläche 9 der Schwungscheibe 1 anlegt
und dann mit Motordrehzahl umläuft, kann eine Druckfeder 28 vorgesehen sein, die
die Kupplungsscheibe 10 von der Schwungscheibe 1 wegdrückt.
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Da die Druckfeder 28 auf die Kupplungsscheibe 10 eine Axialkraft ausübt,
die in die gleiche Richtung wie die bei der Verzögerung der Getriebeantriebswelle
18 in der Schrägverzahnung 19 entstehende Axialkraft gerichtet ist, diese also beim
Bremsvorgang unterstützt, kann der notwendige Schrägungswinkel der Verzahnung verhältnismäßig
klein ausgeführt werden. Gegebenenfalls kann auch ganz auf eine Schrägverzahnung
der Mitnehmerverbindung 19 verzichtet und
die gesarnte Axialkraft
zum Anpressen der Kupplungsscheibennabe 16 an die Fülliongshülse 21 von einer entsprechend
ausgebildeten Druckfeder 28 aufgebracht werden. Hierbei würde jedoch in Kauf genoniren
werden, daß die lLrlpreßkraft und damit das Bremsmoment weitgehend konstant wäre
und daß auch beim Beschlunigen der Antriebswelle, ähnlich wie bei den bekannten
Yupplungsbremsen, ein Abbremsen erfolgen wurde.
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Gegenüber den bekannten Einrichtungen ergibt sich jedoch noch immer
der Vorteil einer wesentlichen Kosten- und Bauraumeinsparung.
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Um an einem stehenden Fahrzeug den üblicherweise nicht synchronisierten
Rückwärtsgang geräuschlos einlegen zu können, muß nach dem Trennen der Kupplung
die Kupplungsscheibe bis zum Stillstand auslaufen. Die Auslaufzeit der Kupplungsscheibe
wird dabei durch die Größe der umlaufenden Masse einerseits und durch die Höhe der
Reibungsverluste im Getriebe andererseits bestimmt. Dem an der Getriebeantriebswelle
wirkenden, durch die Getriebeverluste bedingten Bremsmoment steht die aus der Massenträgheit
der Kupplungsscheibe herrührende Umfangskraft entgegen. Auch in diesem Betriebszustand
ergibt sich bei der in der Zeichnung gezeigten Ausbildung der Kupplung infolge der
Schrägverzahnung der Mitnehmerverbindung eine Axialkraft, die die Kupplungsscheibe
mit ihrer Bremsfläche an der Gegenfläche der feststehenden Führungshülse zur Anlage
bringt. Diese Abbremsung der Kupplungsscheibe ermöglicht eine Verkürzung der Auslaufzeiten
der Kupplungsscheibe und damit ein schnelleres geräuschloses Einlegen des Rückwärtsganges.
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Gemäß der Erfindung soll nun der Spalt zwischen den beiden zur Anlage
kommenden Bremsflachen so groß bemessen sein, daß im Neuzustand bei ausgerückter
Kupplung dieser Spalt sich aus dem Lüftungsspiel an der Kupplungsscheibe abzüglich
der
zulässigen Verschleißhöhe der Kupplungsbeläge ergibt. Mit zunehmendem Belagverschleiß
wandern die Anpreßplatte 6 sowie die Kupplungsscheibe 10 in Richtung auf die Schwungscheibe
aus, so daß das Spaltmaß zwischen den beiden zur Anlage kommenden Bremsflächen 26
und 27 vergrößert wird. Da jedoch der Abhub der Anpreßplatte beim Ausrücken der
Kupplung unabhangig vom Verschleißzustand der Kupplungsbeläge konstant bleibt, ergibt
sich dann, daß bei Überschreiten der Belagverschleißgrenze die Kupplungsscheibe
10 nach dem Ausrücken der Kupplung und dem Einsetzen der Axialverschiebung durch
die in der Schrägverzahnung der Mitnehmerverbindung entstehende Axialkraft nicht
mehr an der Führungshülse 21, sondern an der Anpreßplatte 6 zur Anlage kommt, da
das Spaltmaß jetzt größer als das Lüftungsspiel zwischen Kupplungsscheibe und Anpreßplatte
geworden ist.
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Dadurch wird die Kupplungsscheibe von der Anpreßplatte mitgenommen
und der Rückwärtsgang kann nicht mehr geräuschlos eingelegt werden. Diese Tatsache
läßt sich als einfaches Indiz für eine Überprüfung des Verschleißzustandes der Kupplungsbeläge
am fahrbereiten Fahrzeug verwenden. Dabei wird die Geräuschbildung beim Einlegen
des Rückwärtsganges als Anzeichen dafür genommen, daß die Kupplungsbeläge die Verschleißgrenze
erreicht haben und daher ausgewechselt werden müssen.
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Nachfolgend werden zwei Beispiele für die Bemessung des Spaltes zwischen
den Bremsflächen genannt. So soll in dem ersten Fall die zulässige Verschleißhöhe
der Kupplungsbeläge jeweils 1 mm und der Abhub der Anpreßplatte beim Ausrücken der
Kupplung 1,5 mm betragen. Mit diesen Werten ergibt sich im Neuzustand der Kupplung
im ausgekuppelten Zustand, jedoch bei unverschobener Kupplungsscheibe, ein Spalt
von 0,5 mm. Bei diesem Beispiel tritt im ausgekuppelten Zustand und bei anliegenden
Bremsflächen ein Lüftungsspiel auf, das sich zwischen Kupplungsscheibe und Schwungscheibe
im Neuzustand mit
0,5 mm und bei Erreichen der Belagverschleißgrenze
mit 1,5 mm sowie zwischen der Kupplungsscheibe und der Anpreßplatte im Neuzustand
mit 1,0 min und im Verschleißzustand mit-0 mm ergibt. Da im Versclzleißæustand bei
ausgerückter Kupplung und axial in Richtung auf die Führungshülse verschobener Kupplungsscheibe
kein Lüftungsspiel mehr zwischen der Kupplungsscheibe und der Anpreßplatte vorhanden
ist, kommt die Kupplungsscheibe an der Anpreßplatte zur Anlage und wird von dieser
mitgenommen, was durch ein Geräusch beim Einlegen des unsynchronisierten Rückwärtsganges
festgestellt werden kann.
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Bei einem zweiten Beispiel sei angenommen, daß die Kupplungsscheibe
mit doppelten Belagfedern ausgerüstet ist.
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In diesem Fall verringert sich der für eine axiale Verschiebung der
Kupplungsscheibe aus dem Abhub der Anpreßplatte maximal zur Verfügung stehende Verschiebeweg
noch um den Federweg einer Belagfeder. Beispielsweise sei angenommen, daß bei einem
Abhub der Anpreßplatte von 2,0 mm die zulässige Verschleißhöhe der Kupplungsbeläge
jeweils 0,8 mm bei einer Belagfederung von 0,4 mm pro Feder beträgt. Daraus ergibt
sich unter Zugrundelegung der erfindungsgemäßen Bemessungsregel als Spaltmaß zwischen
den Bremsflächen im eingekuppelten Zustand ein Wert von 0,8 mm, bzw. im ausgekuppelten
Zustand bei einer Verschiebung der Kupplungsscheibe allein durch die Belagfeder
ein Wert von 0,4 mm. Bei anliegenden Bremsflächen bemißt sich dann das Lüftungsspiel
zwischen der Kupplungsscheibe und der Schwungscheibe im Neuzustand zu 0,4 mm und
im Verschleißzustand zu 1,2 mm bzw. zwischen Kupplungsscheibe und Anpreßplatte im
Neuzustand zu 0,8 mm und im Verschleißzustand zu 0 mm. Bei diesen Beispielen wird
selbstverständlich davon ausgegangen, daß die Anpreßplatte bzw. die diese betätigende
Ausrückvorrichtung zum Ausgleich des Belagverschleißes in bekannter Weise selbsttätig
nachgestellt wird, so daß sich beim Ausrücken der Anpreßplatte immer der volle Abhub
einstellt.