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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kupplungsanordnungen für Fahrzeuge,
insbesondere für
diejenigen, bei welchen das Gangschalten ohne Verwendung von Kupplungspedalen
erfolgen kann.
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Die
Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für Kraftfahrzeuge. Typische
Kupplungsanordnungen weisen Außenringe
auf, die drehend von dem Fahrzeugmotor getrieben werden, Innenringe
in ein Drehmoment übertragender
Verknüpfung
mit der Getriebeeingangswelle eines Geschwindigkeitswechselgetriebes
und mindestens eine an einem Außenring
und/oder an einem Innenring vorgesehene Kupplungsscheibe oder Reibungsscheibe
(Lamelle), die in Reibeingriff kommt und unter zunehmendem Schlupf
ausgerückt
wird.
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Kupplungsanordnungen
sind in Kraftfahrzeugen mit Schaltgetrieben üblich. Der Fahrer betätigt die
Kupplung durch ein Kupplungspedal, wenn sich das Fahrzeug aus dem
Ruhezustand beschleunigen soll, oder wenn Gänge geschaltet und gewechselt werden
sollen.
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In
synchronisierten Geschwindigkeitswechselgetrieben werden Synchronmechanismen
verwendet, welche die Getriebedrehzahl auf die Motordrehzahl einstellen,
wenn Gänge
geschaltet und gewechselt werden sollen. Diese Synchronmechanismen
erfüllen
ihre Aufgabe nur, wenn die Getriebeeingangswelle ohne Drehmoment
ist, und deshalb muss die Kupplung betätigt werden, um Gänge in herkömmlichen
Systemen zu schalten.
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Drehmomentwandler
von Automatikgetrieben haben bei Kraftfahrzeugen keine umfassende Akzeptanz
gefunden. Sie führen
zu zusätzlichen
Fertigungskosten, einem Verlust von Antriebskraft und zusätzlichem
Kraftstoffverbrauch, die insbesondere Käufer kleiner bis mittelgroßer Autos
nicht immer hinnehmen wollen.
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Zusätzlicher
Kraftstoffverbrauch bedeutet vom ökologischen Standpunkt aus
auch erhöhte
Abgasemissionen. Das ist wiederum unerwünscht.
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Die
Verhaltensweisen von Fahrern gegenüber Automatikgetrieben werden
auch von psychologischen Faktoren beeinflusst. Manche Fahrer sehen das
manuelle Schalten von Gängen
als sportlich an und möchten
ihr Fahrzeug direkt steuern kön nen. Viele
Fahrer halten es auch für
wichtig, ihre Autos selbst schleppen können, ohne die Antriebsachse des
Fahrzeugs vom Boden abzuheben.
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Bei
Kraftfahrzeugen sind halbautomatische Getriebe bekannt, mit denen
der Fahrer eines Fahrzeugs Gänge
schalten kann, ohne die Kupplung zu betätigen. Gemäß dem derzeitigen Stand der
Technik sind für
diese Getriebe jedoch umfassende Sensor- und Betätigungsmitteltechnologien erforderlich. Demgemäß sind die
Getriebe kompliziert und zeitweise in ihrer Schaltweise schwerfällig.
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Bei
einem Antriebsstrang, der weithin bei der internationalen Fahrzeugherstellung
verwendet wird, ist zwischen dem Motor und einem manuell betätigten,
synchronisierten Geschwindigkeitswechselgetriebe auf der Getriebeeingangswelle
des letzteren eine Kupplungsanordnung positioniert. Der vorliegenden
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktion einer solchen
Kupplungsanordnung zu automatisieren, so dass sie nur als Anfahrkupplung
erforderlich ist, für
Gangwechsel jedoch nicht notwendig ist, und dabei die Vorteile und
Eigenschaften der obigen Konstruktion im größtmöglichen Umfang beibehält.
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In
JP 58 170925 , auf dem der
Oberbegriff von Anspruch 1 beruht, ist ein Kupplungsmechanismus
für ein
hydraulisches Automatikgetriebe mit zwei parallel angeordneten Kupplungen
offenbart, die einzeln betätigbar
sind, um eine Antriebskupplung zwischen einem Eingang und einem
Ausgang herzustellen.
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Andere
Kupplungsmechanismen sind auch in US-A-4723643, US-A-2136811 und
DE 1192932 offenbart.
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Die
obige Aufgabe wird mit einer Kupplungsanordnung der hier beschriebenen
Art erfüllt,
bei welcher der Innenring der Kupplungsanordnung auf der Getriebeeingangswelle
mit einem Kupplungsmechanismus sitzt, der während der Eingriffsbedingungen des
Motors verriegelt wird und während
der Leerlaufbedingungen des Motors geöffnet wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Kupplungsanordnung für Kraftfahrzeuge geschaffen, wobei
die Kupplungsanordnung Folgendes umfasst: ei nen ersten Reibkupplungsmechanismus
in ein Drehmoment übertragender
Verknüpfung
mit einer Getriebeeingangswelle und mit mindestens einem Reibungsglied
und einen zweiten Reibkupplungsmechanismus in ein Drehmoment übertragender
Verknüpfung
mit der Getriebeeingangswelle und mit mindestens einem Reibungsglied,
wobei der erste Reibkupplungsmechanismus ein erstes Kupplungselement
umfasst, das sich zwischen dem ersten Reibkupplungsmechanismus und
der Getriebeeingangswelle befindet und unter Einrückbedingungen
eines Fahrzeugmotors verriegelt wird und unter Ausrückbedingungen
des Motors geöffnet
wird, und der zweite Reibkupplungsmechanismus außerdem ein zweites Kupplungselement
umfasst, das sich zwischen dem zweiten Reibkupplungsmechanismus
und der Getriebeeingangswelle befindet und unter Einrückbedingungen
des Motors geöffnet
wird und unter Freilaufbedingungen des Motors verriegelt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Betätigungsmittel mit
einem Betätigungselement
den ersten und den zweiten Reibkupplungsmechanismus derart einrückt, dass
durch die Bewegung des Betätigungselementes in
der einen Richtung das erste Kupplungselement eingerückt wird,
während
das zweite Kupplungselement ausgerückt wird, und durch die Bewegung
des Betätigungselementes
in der anderen Richtung das erste Kupplungselement ausgerückt wird,
während das
zweite Kupplungselement eingerückt
wird.
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Insbesondere
wird die Getriebeeingangswelle durch den Kupplungsmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung durch Verminderung des Motorantriebsdrehmoments unter
Leerlaufbedingungen des Motors drehmomentlos. Dann können die
Gänge geschaltet
werden, ohne die Kupplung zu betätigen. Wenn
das Motordrehmoment wieder aktiviert ist, stellt das Kupplungselement
die das Drehmoment übertragende
Verbindung während
des Eingriffszustands des Motors mit dem Geschwindigkeitswechselgetriebe
wieder her.
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Das
Kupplungselement kann mit Hilfsmitteln, insbesondere elektromagnetisch,
geschaltet werden. Es kann auch ein Kupplungselement mit automatischer
Schaltung, vorzugsweise in Form eines Freilaufmechanismus, verwendet
werden.
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Das
Anordnen eines Freilaufmechanismus zwischen dem Motor und dem Geschwindigkeitswechselgetriebe
eines Fahrzeugs ist bekannt. In dem Fachbuch "Freilaufkupplungen, Berechnung und Konstruktion" von Herrn Dipl.-Ing.
Karl Stoelzle und Herrn Dipl.-Ing. Sigwalt Hart, das in der von
Professor Dr.-Ing. K. Kollmann, Karlsruhe, herausgegebenen und vom
Springer-Verlag 1961 veröffentlichten Reihe "Konstruktionsbücher" erschien, ist dieses System
auf den Seiten 129 bis 132 für
den DKW der Auto-Union beschrieben, der einen Zweitaktmotor aufwies.
Dieser Motor war nur bedingt zum Bremsen mit dem Motor unter Leerlaufbedingungen
geeignet und war deshalb von dem Freilaufmechanismus entkoppelt.
Prinzipiell wurde es dadurch möglich,
in den synchronisierten Gängen
zu schalten, ohne auf die Kupplung treten zu müssen.
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Dagegen
lautet ein spezielles Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass der
Innenring der Kupplungsanordnung mit dem Freilaufmechanismus direkt
auf der Getriebeeingangswelle sitzt. Das heißt, dass der Freilaufmechanismus
in den Innenring der Kupplung integriert ist. Durch diese Konfiguration kann
die Konstruktion des Antriebsstrangs, die weithin bei der internationalen
Fahrzeugherstellung verwendet wird, aufrechterhalten und die Kupplungsanordnung
als Zusatzbestandteil modifiziert werden, ohne eine zusätzliche
Axialkonstruktionslänge
zu benötigen,
was dazu führt,
dass die Kupplung als Anfahrkupplung verwendet wird, jedoch nicht
zum Gangschalten erforderlich ist.
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Damit
unter bestimmten Fahrbedingungen, beispielsweise bei längerem Abwärtsfahren,
mit dem Motor gebremst werden kann, ist der zweite Kupplungsmechanismus
eine spezielle Leerlaufkupplung für eine ein Drehmoment übertragender
Verknüpfung mit
der Getriebeeingangswelle.
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Gemäß der obigen
Fachliteraturangabe könnte
der Freilaufmechanismus des DKW-Systems der Auto-Union bei einem
synchronisierten Drehmoment von Motor und Getriebe blockiert werden,
um unter Leerlaufbedingungen mit dem Motor bremsen zu können. Dagegen
ist die bevorzugte Spezialkupplung gemäß der Erfindung durch verbesserte
Betätigbarkeit
und glattere Wirkungsweise gekennzeichnet.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung besitzt die Leerlaufkupplung Kupplungslamellen (eine
Reibungsscheibe oder Kupplungsscheibe), die an dem Außenring
der Kupplungsanordnung und an einem Innenring der Leerlaufkupplung
angeordnet sind. Der Innenring der Kupplungsanordnung ist auf der
Getriebeingangswelle mit einem Leerlaufmechanismus positioniert,
der sich unter Eingriffsbedingungen des Motors öffnet und sich unter Leerlaufbedingungen
des Motors schließt.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung besitzt die Leerlaufkupplung Reibungsscheiben, die
an einer Reibkupplungsscheibe oder Kupplungsscheibe der Leerlaufkupplung
positioniert sind und den Leerlaufmechanismus der Kupplungsanordnung überbrücken.
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Die
Betätigung
der Leerlaufkupplung leitet sich von derjenigen der Kupplungsanordnung
in einer solchen Weise ab, dass ein Ausrücken der Kupplung zum Einrücken der
Leerlaufkupplung führt,
und dass ein Einrücken
der Kupplung zum Ausrücken
der Leerlaufkupplung führt.
Dieser Art einer Betätigung ist
durch eine einfache Technologie des Betätigungselementes gekennzeichnet.
Das Einrücken
der Leerlaufkupplung erfolgt vorzugsweise zu Beginn des Verschiebehubs
zum Ausrücken
der Kupplungsanordnung.
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Auf
Grund der komplizierten Funktion des Ausrückmechanismus ist auch für dessen
Funktion als Anfahrkupplung eine vollständige Automatisierung der Kupplung
zu bevorzugen.
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Die
Kupplungsanordnung kann entweder trocken laufen oder nass laufen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer Hälfte
einer ersten Kupplungsanordnung;
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2 stellt
ein Diagramm einer der Kupplungsanordnung gemäß 1 zugeordneten
Drehmomentkapazität
dar;
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer Hälfte
einer zweiten Kupplungsanordnung;
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4 zeigt
ein Diagramm einer der in 3 gezeigten
Kupplungsanordnung zugeordneten Drehmomentkapazität.
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Der
Antriebsmotor weist eine drehend angetriebene Schwungscheibe 10 auf.
Das Antriebsdrehmoment des Motors wird über die Kupplungsanordnung 8 auf
die Getriebeeingangswelle 12 eines Geschwindigkeitswechselgetriebes übertragen.
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Wie
in 1 gezeigt ist, besitzt die Schwungscheibe 10 der
Kupplungsanordnung 8 einen äußeren Kupplungsring mit einem äußeren Befestigungsflanschglied 14,
einem äußeren Mantelringglied 16,
einem Frontplattenglied 18 und einem inneren Mantelringglied 20,
das nach innen gebogen ist. Das äußere Mantelringglied 16 und
das innere Mantelringglied 20 weisen jeweils Stahllamellen
(Reibungsscheiben oder Kupplungsscheiben) 22, 24 auf, die
in Radialrichtung nach innen vorstehen.
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Auf
der Motorseite der Getriebeeingangswelle 12 mit einem Freilaufmechanismus 26 sitzt
ein inneres Kupplungsringglied 28. Das Ringglied 28 weist Kupplungsscheiben
(oder Scheibenlagen) 30 auf, die in Radialrichtung nach
außen
vorstehen und kammartig mit den aus Stahl bestehenden Kupplungsscheiben 22 des äußeren Mantelringgliedes 16 zusammenwirken.
Die Kupplungsscheiben 22, 30 sind mit Kupplungsfedern 32 vorgespannt,
um einen Reibeingriff zu erzeugen.
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Der
Freilaufmechanismus 26 der Kupplungsanordnung – der Hauptkupplung – ist derart
konstruiert, dass er unter Eingriffsbedingungen des Motors blockiert
und sich unter Leerlaufbedingungen des Motors öffnet.
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Auf
der Getriebeseite der Getriebeeingangswelle 12 mit einem
Freilaufmechanismus 34 sitzt ein inneres Leerlaufkupplungsringglied 36.
Das innere Ringglied 36 weist Kupplungsungsscheiben oder Scheibenlagen 38 auf,
die in Radialrichtung nach außen
vorstehen und kammartig mit den aus Stahl bestehenden Kupplungsscheiben
oder Scheibenlagen 24 des äußeren Mantelringgliedes 20 zusammenwirken.
Der Freilaufmechanismus 34 der Leerlaufkupplung ist derart
konstruiert, dass er sich unter Eingriffsbedingungen des Motors öffnet und
sich unter Leerlaufbedingungen des Motors schließt.
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Die
Hauptkupplung und die Leerlaufkupplung werden über ein auf der Getriebeseite
positioniertes Betätigungselement 40 betätigt, welches
sich in Axialrichtung in das Kupplungsgehäuse zurückzieht. Das Betätigungselement 40 wirkt
auf die Kupplungsscheiben 24, 38 der Leerlaufkupplung,
um diese in eine Reibeingriffsposition zu bewegen.
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Zwischen
den Kupplungsscheiben 22, 30, 24, 28 der
Hauptkupplung oder der Leerlaufkupplung sind jeweils zweiarmige
Ablenkhebel 42 positioniert, die um eine radiale Mittelachse 44 verschwenkt
werden. Das innere Ende 43 der Ablenkhebel 42 ist
auf der Rückseite
der von dem Betätigungselement 40 weg
weisenden Kupplungsscheiben 24, 38 der Leerlaufkupplung
gelagert. Das äußere Ende 45 der
Ablenkhebel 42 steht mit den Lamellen 22, 30 der Hauptkupplung
in Kontakt und wird von den Kupplungsfedern 32 betätigt.
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Auf
Grund der Ablenkhebel 42 führt das Einrücken der
Leerlaufkupplung dazu, dass die Hauptkupplung entgegen der Kraft
der Kupplungsfedern 32 ausgerückt wird.
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2 zeigt
die Drehmomentkapazität
der Hauptkupplung und der Leerlaufkupplung gemäß 1 in Abhängigkeit
von dem Betätigungsweg. Eine
hohe Drehmomentkapazität
heißt,
dass die Kupplung eingerückt
ist und über
die Kupplung ein Drehmoment übertragen
wird. Eine Drehmomentkapazität
von Null heißt,
dass die Kupplung ausgerückt ist
und über
die Kupplung kein Drehmoment übertragen
werden kann.
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Die
in 3 gezeigte Kupplungsanordnung 8' besitzt einen äußeren Leerlaufkupplungsring 48 mit
Stahllamellen oder Kupplungsscheibenlagen 46, die auf der
vordersten Kupplungsscheibe 50 der Hauptkupplung auf der
Getriebeseite aufliegen. Die Kupplungsscheiben 50 der Leerlaufkupplung
sitzen direkt auf der Getriebeeingangswelle 12. Gemäß dem zugehörigen Diagramm
der Drehmomentkapazität
in 4 überbrückt die
Leerlaufkupplung den Freilaufmechanismus 26 der Hauptkupplung
während
des Ausrückens
der Hauptkupplung über
einen Teil des Betätigungsweges.
Die Leerlaufkupplung überträgt höchstens
so viel Drehmoment wie die Hauptkupplung.