DE3309427C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Ansprüche eins und zwei. Eine derartige Vor­ richtung ist aus der DE-OS 27 41 742 bekannt.

Zwischen einem Schaltgetriebe und dem die Antriebskraft erzeugenden Antriebsmotor eines Fahrzeugs ist üblicherweise eine schaltbare Kupplung angeordnet, die zum Trennen der Verbindung zwischen dem Motor und dem Getriebe in eine eingekuppelte Eingriffs- und in eine ausgekuppelte Nichteingriffsstellung gebracht werden kann. Dabei sind die Kupplungen in der Regel federbelastet, um die zur Übertragung der Antriebskraft erforderliche Reibungskraft zwischen den Scheiben der Kupplung und einem zwischen diesen angeordneten Reibbelag zu erzeugen.

Das Trennen der Kupplung ist immer dann erforderlich, wenn der Getriebegang gewechselt werden soll, um die Synchronität des Getriebes und des Motors zu gewährleisten. Bei herkömmlichen Schaltgetrieben wird bei einem solchen Schaltvorgang eine der Kupplungsscheiben gegen die Kraft der Kupplungsfedern durch Treten eines Kupplungspedals verschoben. Dabei wird die Fußkraft über ein Betätigungsgestänge und ein koaxial zur Abtriebswelle des Motors verschiebbares Drucklager, das zur Entkoppelung der Drehbewegung der Abtriebswelle und der Bewegung des Gestänges zwischen diesen beiden Elementen angeordnet ist, unmittelbar auf die verschiebbare Kupplungsscheibe oder auf die Kupplungsfedern übertragen, um den Reibbelag von der Klemmkraft zu entlasten. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in ihrem einfachen Aufbau und der bei eingekuppelter Kupplung nahezu verlustfreien Kraftübertragung der Antriebskraft auf das Getriebe. Nachteilig erweist es sich aber, daß die Kupplungskräfte bei einem Gangwechsel durch Fußkraft aufgebracht werden müssen. Dies kann insbesondere im Stadtverkehr zu einer frühzeitigen Ermüdung des Fahrers führen. Darüber hinaus ist nicht sichergestellt, daß der Antriebsmotor in dem der jeweiligen Fahrsituation optimal angepaßten Betriebszustand betrieben wird. Schließlich bedarf der Schaltvorgang einer gewissen Aufmerksamkeit durch den Fahrer, so daß die Gefahr einer Unaufmerksamkeit dem allgemeinen Verkehr gegenüber besteht.

Es sind mehrere Versuche bekannt, diese Nachteile zu überwinden und gleichzeitig den guten Wirkungsgrad von Reibscheibenkupplungen zu nutzen. So sind aus der Praxis verschiedene Vorrichtungen bekannt, bei denen die Fußkraft mit Hilfe von Hydrauliksystemem unterstützt wird. Diese Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, daß die hydraulische Unterstützungskraft derart einsetzt, daß die für ein störungsfreies, weiches Ein- und Auskuppeln erforderliche Rückkopplung zwischen der Fußkraft des Fahrers und der Kupplungskraft trotz der auch bei diesen Vorrichtungen erforderlichen Fußbetätigung verlorengeht.

Diese vorgenannten Nachteile weisen auch solche Vorrichtungen auf, bei denen die Fußkraft während des Kuppelvorgangs durch Druck- oder Zugfedern unterstützt wird. Solche federunterstützten Kupplungsbetätigungsvorrichtungen sind beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE-OS 27 41 742 oder dem deutschen Patent DE 29 23 027 C2 bekannt. Bei diesen Vorrichtungen werden zwar die Vorzüge von Druck- oder Zugfedern mit linearer Kraftentwicklung genutzt, doch greift die Unterstützungsfeder bei eingekuppelter Kupplung jenseits eines Totpunkts an das Kupplungspedal an, um ein unkontrolliertes Einwirken der Unterstützungskraft auf die Kupplung zu verhindern. Folglich unterstützt die Feder die Fußkraft während des Schaltvorgangs erst nach dem Überwinden dieses Totpunkts. Dies führt dazu, daß der Fahrer beim Auskuppeln zunächst eine um die Kraft der Unterstützungsfeder erhöhte Gegenkraft überwinden muß und nach dem Totpunkt der Gegendruck plötzlich und unerwartet nachläßt. Diese unstetige Kraftwirkung der Unterstützungsfeder beeinträchtigt die Kontollierbarkeit der Kupplungskraft zusätzlich.

Neben den Kupplungsbetätigungsvorrichtungen, in denen die Fußkraft durch eine hydraulische Kraft oder die Kraft einer Feder unterstützt wird, sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen die Fußkraft durch Hilfsaggregate ersetzt ist, die parallel zu einem herkömmlichen Betätigungsgestänge mit Kupplungspedal in einem Fahrzeug vorhanden sind oder die ein solches Gestänge vollständig ersetzen. So ist aus der britischen Patentschrift GB 9 68 637 eine Betätigungsvorrichtung bekannt, bei der die Kupplung mit Hilfe eines mit dem Fahrzeugantrieb drehzahlgekoppelten Servo- Stellmotors, einer Zugfeder und einer als Schraubenfeder ausgebildeten Kupplungsfeder betätigt wird. Ist der Stellmotor aufgrund der niedrigen Drehzahl des Fahrzeugantriebs wirkungslos, so zieht die Zugfeder die Kupplung auseinander. Erst nach Überschreiten einer Mindestdrehzahl des Fahrzeugantriebs überwindet der Stellmotor die Kraft der Zugfeder und drückt gegen deren Kraft die Kupplung zusammen. Somit arbeitet der Motor bei eingekuppelter Kupplung ständig gegen die Kraft der Feder. Daraus ergibt sich neben dem komplizierten Aufbau dieser Vorrichtung als weiterer Nachteil ein gegenüber herkömmlich ausgestatteten Fahrzeugen erhöhter Energiebedarf. Zudem ist es mit dieser Vorrichtung nicht möglich, das Kupplungsverhalten eines Fahrers nachzubilden.

Ähnliche Nachteile weist eine weitere Vorrichtung dieser Art auf, die in der deutschen Auslegeschrift DE-AS 11 38 325 beschrieben ist. Bei dieser Vorrichtung ist die Kupplung mit Hilfe eines Stellmotors auskuppelbar, der über ein Schubkurbelgetriebe und weitere Getriebeglieder auf die Kupplung einwirkt, deren Kupplungskraft durch Schraubenfedern erzeugt wird. Zusätzlich ist an eines der Getriebeglieder eine pneumatische, steuerbare Bremsvorrichtung angeschlossen. In ausgekuppelter Stellung wird die Kupplung durch die Kraft dieser Bremsvorrichtung gehalten, bis der Schaltvorgang abgeschlossen ist. Anschließend wird die pneumatische Bremsvorrichtung gelöst und die Kupplung durch die Kraft der Kupplungsfedern eingekuppelt. Auch mit dieser Betätigungsvorrichtung ist ein Nachahmen des menschlichen Kupplungsverhaltens nicht möglich. Darüber ist die praktische Verwendbarkeit dieser Vorrichtung aufgrund der Vielzahl benötigter Elemente und der aufwendigen, für die Verkopplung von Stellmotor und Bremsvorrichtung benötigten Steuervorrichtung stark eingeschränkt.

Eine praxisgerechtere Vorrichtung zum automatischen Betätigen einer Kupplung, deren Kupplungskraft durch eine Zugfeder erzeugt wird, ist aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 20 526/79 bekannt. Bei dieser Betätigungsvorrichtung ist neben einem herkömmlichen Fußpedal eine aus einem elektrischen Stellmotor, Getriebegliedern und einer an die Getriebeglieder angreifenden Unterstützungsfeder gebildete automatische Vorrichtung angeordnet, die zum Ein- und Auskuppeln auf das Fußpedal einwirkt. Dabei weist der Stellmotor zwei elektrisch erzeugbare Magnetfelder von unterschiedlicher Stärke und eine Kurzschlußbremse auf, durch die eine unkontrollierte Bewegung der Betätigungsvorrichtung verhindert wird. Beim Auskuppeln arbeitet der Stellmotor mit größerer Kraft und rückt die bewegliche Kupplungshälfte unterstützt von der Unterstützungsfeder gegen die Kraft der Kupplungsfeder mit hoher Geschwindigkeit aus. Beim Einkuppeln läuft der Motor dagegen aufgrund des nun aktivierten schwächeren Magnetfeldes langsam, wobei er, unterstützt durch die Kraft der Kupplungsfeder, die Unterstützungsfeder wieder spannt. Der Vorteil dieser Vorrichtung liegt darin, daß bei einem relativ einfachen Aufbau der Vorrichtung die Fußbetätigung vollständig ersetzt wird. Nachteilig ist jedoch, daß dazu ein kostenaufwendiger Spezialmotor als Stellmotor eingesetzt werden muß, der trotz der Unterstüztungsfeder eine erhebliche Restkraft überwinden muß. Darüberhinaus ist diese Vorrichtung nur zum Betätigen einer Kupplung geeignet, deren Kupplungskraft durch eine Zugfeder mit linearer Kraftentwicklung erzeugt wird. Zudem ist es auch mit dieser Vorrichtung nicht möglich, durch eine Steuerung der Kuppelbewegung das menschliche Verhalten beim Ein- und Auskuppeln mit Fußkraft nachzubilden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung mit geringem Raumbedarf zu schaffen, die bei einfachem Aufbau, geringem Energiebedarf und geringen Herstellkosten ein aplimierten Ein- und Auskuppeln ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile der Ansprüche eins und zwei gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung ist die Kupplung mit einer Tellerfeder ausgerüstet, die einen nichtlinearen Kraftverlauf aufweist. Solche Tellerfedern haben den Vorzug, daß sie bei geringen Stellwegen und somit geringem Raumbedarf große Federkräfte aufbringen können. Ihre sich während des Kuppelvorgangs nichtlinear verändernde Kraft wird gemäß der Erfindung durch eine entsprechende Verlagerung des Kraftangriffspunktes der Unterstützungsfeder nahezu aufgehoben. So ist es möglich eine Zugfeder, die aufgrund ihrer linearen Kennlinie leicht zu dimensionieren ist, mit einer Tellerfeder zu kombinieren. Da die Kraft der Kupplungsfeder während des Kuppelns aufgehoben ist, muß der Stellmotor zum Aus- und Einkuppeln der Kupplung nur Reibungskräfte überwinden. Daher kann ein besonders kleiner, preisgünstiger Motor mit geringem Energiebedarf eingesetzt werden. Die Drehbewegung dieses Motors kann vom Stillstand bis zu einer Maximalgeschwindigkeit variiert werden. Auf diese Weise kann das Verhalten eines Fahrers beim Kuppeln nachgeahmt und die Kuppelbewegung an die jeweilige Fahr- und Betriebssituation angepaßt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine frontale Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 und 3 jeweils schematisch eine Darstellung der Funktionsweise dieser Vorrichtung und zwar jeweils bei eingekuppelter und bei ausgekuppelter Kupplung,

Fig. 4 bis 7 jeweils die Wirkungsweise der Unterstützungsfeder in verschiedenen Stellungen,

Fig. 8 ein Diagramm, das den Verlauf der aktiven Komponente der Unterstützungsfeder und das Betriebsverhalten in den Stellungen zeigt, die in den Zeichnungen 4-7 dargestellt sind.

Fig. 9 bis 11 jeweils eine Variante der Erfindung.

Bei der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung nach Fig. 1 umfaßt die Kupplung einen Deckel 10, der an einer Schwungscheibe 11 des Motors eines Kraftfahrzeugs befestigt ist. Die Schwungscheibe 11 bildet eine Gegendruckplatte. Die Kupplung umfaßt desweiteren eine Reibscheibe 12, die mit der Primärwelle oder Eingangswelle 13 des Getriebes des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Die Scheibe 12 wird zwischen der Gegendruckplatte 11 und einer Druckplatte 14 unter Einwirkung einer Klemmkraft von einer Kupplungsfeder 15 zusammengepreßt, die eine Tellerfeder ist.

Die Tellerfeder 15 ist an dem Deckel 10 abgestützt und weist in ihrem Zentralbereich Finger 17 auf, die so ausgebildet sind, daß sie mittels eines Ausrücklagers 18 nach links gedrückt werden können, wenn die Kupplung aus ihrem eingekuppelten Zustand, in denen das Lager 18 ohne Einwirkung auf die Tellerfeder 15 ist, in einen ausgekuppelten Zustand überführt werden soll, in welchen das Ausrücklager 18, in dem es auf die Tellerfeder 15 drückt, die Klemmwirkung auf die Druckplatte unterbricht, so daß die Reibscheibe 12 freigesetzt ist.

Eine Schwinge 19 ist um einen festen Schwenkpunkt 23 schwenkbar angeordnet. Ihr unteres Ende 24 bildet eine Gabel, die dem Ausrücklager 18 zugeordnet ist. Ihr oberes Ende 25 wirkt zum einen über eine Schnecke 31 mit einem Elektromotor 20 und zum anderen mit einer Unterstützungsfeder 60 zusammen.

Die Übertragung der Drehbewegung des Elektromotors 20 erfolgt über eine Verzahnung 27 am oberen Ende der Schwinge 19, die mit zwei Ritzeln 30 kämmt, welche drehbar auf dem festen Gehäuse 29 angeordnet sind. Die Ritzel 30 sind mit größeren Ritzeln 28 fest verbunden, die mit einer Schnecke 31 kämmen, um ein Untersetzungsgetriebe 26 zu bilden. Der Elektromotor 20 kann vor- und rückwärts zum Ein- bzw Auskuppeln der Kupplung betrieben und gegebenenfalls angehalten werden.

Bei dem in den Fig. 1-8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Unterstützungsfeder 60 mit ihrem einen Ende an einem Verankerungspunkt 81, der mit der festen Schwenkachse 23 der Schwinge 19 am Gestell 29 koaxial verläuft, festgelegt. Das andere Ende der Unterstützungsfeder 60 ist bei der Bezugszahl 62 mit einem Ritzel 63 verbunden. Dieses Ritzel 63 ist um eine Achse 64, die fest an dem Rahmen 29 gehalten ist, drehbar gehaltert. Es greift ebenfalls in die Verzahnung 27 ein.

Es wird bei den Fig. 4-7 darauf hingewiesen, daß die Kraft F, die mit unterbrochenen Linien dargestellt ist, und die durch die Feder 60 auf das Ritzel 63 aufgebracht wird, eine radiale, inaktive Kraft R, welche von der Achse 64 des Ritzels 63 aufgenommen wird, und eine tangentiale aktive Komponente A aufgespalten wird. Die Kraft A ist in aufgezogenen Linien dargestellt und wird über den gezahnten Bereich 27 auf die Schwinge 19 übertragen. Man erkennt in den Fig. 4-7 daß, wenn die Kraft F im wesentlichen konstant bleibt, demgegenüber die aktive Komponente A in großen Bereichen variiert. Sie ist in Fig. 4 gleich null, welche mit der eingekuppelten Stellung P1 und T1 übereinstimmt. Sie wächst (Fig. 5) bis zu einer Zwischenposition, die in Fig. 6 dargestellt ist, wo die Kraft im wesentlichen tangential verläuft und wird anschließend in Fig. 7 wieder kleiner, welche der ausgekuppelten Stellung P2-T2 entspricht.

In dem Diagramm in Fig. 8 sind die verschiedenen Stellungen entsprechend den Fig. 4, 5, 6 und 7 mit den Bezugsziffern XIII, XIV, XV und XVI dargestellt. Man erkennt, daß es einfach ist, der Kurve C, die in Fig. 8 dargestellt ist und durch die Punkte XIII, XIV, XV und XVI verläuft, und die Veränderungen der aktiven Komponente in Abhängigkeit P1-T2 darstellt, einen gewünschten Verlauf zu geben. Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung in jedem Fall in dem Bereich XIII-XV eine Federcharakteristik zu erhalten, die um so schwächer ist, je länger die Feder ist, eine Eigenschaft, die allgemein unüblich ist, in dem vorliegenden Fall jedoch erwünscht. Desweiteren ist aus dem Verlauf XV-XVI der Kurve zu entnehmen, daß man der Charakteristik einen gebräuchlicheren Verlauf gegeben hat, in welchem der Widerstand, der von der Feder aufgebracht wird, um so geringer ist, je kleiner die Federlängung ist. Dies ist die Zusammenfassung der Charakteristika der Kurve C, die durch die Punkte XIII, XIV, XV und XVI verläuft und welche die variablen gewünschten Werte für die aktive Komponente A darstellt.

Insbesondere erkennt man, daß die aktive Komponente A mit absolutem Wert und im Verhältnis abhängig von dem Weg der Schwinge 19 variiert und zwar annähernd entsprechend der Kennlinie der Kupplungsfeder 15.

Aufgrund dieser Anordnung gestattet es die Unterstützungs­ feder 60 die notwendige Betätigungskraft erheblich zu reduzieren, die der Elektromotor 20 entlang des Wegs zwischen den Stellungen T1 und T2 und umgekehrt aufbringen muß.

Während des Kupplungsvorgangs (vergl. Fig. 2 und 3) übt die Schwinge 19 unter Zwischenschaltung des Ausrücklagers 18 bei der Bezugsziffer 24 keinerlei Betätigung auf die Tellerfeder 15 aus. Die aktive Komponente A der Unterstütz­ ungsfeder 60 ist in dieser Stellung (Fig. 2) gleich null. Die Kupplung befindet sich in eingerücktem Zustand und wird durch die Federkraft der Tellerfeder 15 zusammengedrückt.

Um auszukuppeln, läßt man den Elektromotor 20 in die Richtung drehen, durch die die Schwinge 19 aus der ersten Endstellung T1 in ihre zweite Endstellung T2 verschwenkt wird.

Dabei wird über die Schwinge 19 der Federwiderstand der Tellerfeder überwunden und das Ausrücken der Kupplung durch Freisetzen der Kupplungsscheibe 12 bewirkt (Fig. 3).

Im Verlauf dieses Ausrückmanövers verändert sich die aktive Komponente A der Unterstützungsfeder 60 in der Weise, wie es in dem Diagramm in Fig. 8 dargestellt ist, d. h. praktisch mit dem gleichen Verlauf wie die Tellerfeder 15. Dies gestattet eine verminderte Betätigungskraft.

Um die Kupplung wieder einzurücken, wird das Betätigungsmanöver in der gleichen Weise, aber in umgekehrter Richtung durchgeführt, indem aus der Stellung in Fig. 3 in die Stellung der Fig. 2 übergewechselt wird. Hierbei braucht der Elektromotor 20 bei umgekehrter Drehrichtung in gleicher Weise lediglich eine geringe Betätigungskraft zu entwickeln. In der Stellung in Fig. 2 befindet sich die Kupplung wieder in eingerücktem Zustand und zwar unter Einwirkung der vollständingen Federkraft der Tellerfeder 15, die in keiner Weise durch die Feder 60 reduziert wird, deren aktive Komponente A nun gleich null geworden ist, so wie es vorstehend beschrieben wurde.

In einer in den Fig. 9 bis 11 dargestellten Variante ist die Anordnung analog derjenigen, die in Bezug auf die Fig. 1-8 beschrieben worden ist, jedoch fehlt das Ritzel 63. Eine Unterstützungsfeder 70, die aus nebeneinander angeordneten Druckfedern besteht, wirkt direkt auf die Verzahnung 27 der Schwinge 19.

Wie vorhergehend beschrieben, wird auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung die Federkraft in eine inaktive Komponente, die von dem Gestell aufgenommen wird, und eine aktive Komponente auftgeteilt.

In Fig. 9 erkennt man den Kupplungszustand, in welchem die Federn 70 ohne Wirkung auf die Verzahnung 27 sind, und in Fig. 10 den entkuppelten Zustand, in welchem die Federn 70 aktiv sind.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Betätigen einer durch mindestens eine Tellerfeder (15) zusammendrückbaren Reibscheibenkupplung (12), die über ein Gestänge während des Aus- und Einkuppelns in alle Stellungen bewegbar ist, wobei durch eine als Schraubenfeder ausgebildete Unterstützungsfeder (60) eine Kraft auf das Gestänge gegen die Kraft der Tellerfeder (15) gerichtet ist, und wobei das Gestänge eine um einen festen Gelenkpunkt (23) verschwenkbare Schwinge (19) aufweist, die über ein Ausrücklager (18) die Tellerfeder (15) betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (19) im Bereich ihres einen Endes um den Gelenkpunkt (23) verschwenkbar ist und an ihrem dem Gelenkpunkt (23) abgewandten Ende elektromotorisch über eine Verzahnung (27) betätigbar ist, und daß in die Verzahnung (27) ein Ritzel (69) eingreift, an dem außermittig die andererseits am Gehäuse (29) befestigte Unter­ stützungsfeder (60) derart angreift, daß die Lage der Kraftwirkungslinie der Unterstützungsfeder (60) sich während des Ein- und Auskuppelns der Kupplung so ändert, daß die Unterstützungsfeder im eingekuppelten Zustand der Kupplung keine Kraft und während des Ein- und Auskuppelns der Kupplung eine Kraft auf die Tellerfeder ausübt, die im wesentlichen gleich der Kraft der Tellerfeder ist (Fig. 1 bis 8).

2. Vorrichtung zum Betätigen einer durch mindestens eine Tellerfeder (15) zusammendrückbaren Reibscheibenkupplung (12), die über ein Gestänge während des Aus- und Einkuppelns in alle Stellungen bewegbar ist, wobei durch eine als Schraubenfeder ausgebildete Unterstützungsfeder (70) eine Kraft auf das Gestänge gegen die Kraft der Tellerfeder (15) gerichtet ist, und wobei das Gestänge eine um einen festen Gelenkpunkt (23) verschwenkbare Schwinge (19) aufweist, die über ein Ausrücklager (18) die Tellerfeder (15) betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (19) im Bereich ihres einen Endes um den Gelenkpunkt (23) verschwenkbar ist und an ihrem dem Gelenkpunkt (23) abgewandten Ende elektromotorisch über eine an der Schwinge (19) angebrachte Verzahnung (27) betätigbar ist, und daß die andererseits am Gehäuse (29) befestigte Unterstützungsfeder (70) an der Schwinge (19) im Bereich des dem Gelenkpunkt (23) abge­ wandten Endes derart angreift, daß die Lage der Kraftwirkungslinie der Unterstützungsfeder (70) sich während des Ein- und Auskuppelns der Kupplung so ändert, daß die Unterstützungsfeder im eingekuppelten Zustand der Kupplung keine Kraft und während des Ein- und Auskuppelns der Kupplung eine Kraft auf die Tellerfeder ausübt, die im wesentlichen gleich der Kraft der Tellerfeder ist (Fig. 9 bis 11).