Bezeichnung der Erfindung
Betätigungssystem für eine Kupplung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Betätigungssystem für eine Kupplung. Im Besonderen findet das erfindungsgemäße Betätigungssystem bei Kraftfahrzeugen Anwendung. Das Betätigungssystem umfasst ein Betätigungselement, das zur Betätigung der Kupplung um einer in Z-Koordinatenrichtung ausgerichteten Achse schwenkbar ist. Das Betätigungselement wirkt mit einem Kupplungsausrückla- ger zusammen, wobei hierzu das Betätigungselement eine erste Kontaktfläche und das Kupplungsausrücklager eine zweite Kontaktfläche ausgebildet haben. Das Kupplungsausrücklager ist entlang einer Welle in X-Koordinatenrichtung verschiebbar ausgerichtet.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Betätigungssysteme finden bei Getrieben von Kraftfahrzeugen Verwendung, um insbesondere die Betätigung einer Reibungskupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
Bei Betätigungssystemen gemäß dem Stand der Technik ist entweder das Betätigungselement oder das Kupplungsausrücklager derart ausgebildet, dass eines der beiden Elemente ein flaches Profil als Kontaktfläche ausgebildet hat. Für den Fall, dass die Kontaktfläche des Kupplungsausrücklagers flach ausgebildet ist, ist die Kontaktfläche des Betätigungselements gewölbt ausgebildet. Die gewölbte Kontaktfläche wird dabei durch einen einfachen Radius gebildet. Der Nachteil dieses Designs ist, dass eine starke Abnutzung im Bereich der Kontaktflächen auftritt.
Die deutsche Patentschrift DE 195 35 722 C2 offenbart eine Betätigungsvorrichtung für eine Reibungskupplung eines Kraftfahrzeugs. Der schwenkbare Ausrückhebel, welcher mit dem axial beweglichen Ausrücklager zusammenwirkt, hat eine kurvig geformte Kontaktfläche ausgebildet. Die Kontaktfläche des Ausrücklagers ist flach ausgebildet.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 22 54 081 offenbart eine Reibungskupplung. Hier hat der Betätigungshebel eine plane Abwälzfläche, da die Abwälzfläche an dem Ausrücklager gewölbt ausgebildet ist.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 19 731 612 A1 offenbart ein Betätigungs- System für Reibungskupplungen. Im Getriebegehäuse ist ein axial verschiebbares Ausrücklager angeordnet. Mit dem Ausrücklager ist ein Ausrücker verbunden, der mit einem entsprechenden Ausrückhebel zusammenwirkt. Der Ausrückhebel ist an seinem Ende im Getriebegehäuse gelagert und kontaktiert mit seinem mittleren Bereich den Ausrücker. Dabei ist die Kontaktfläche an einem Bauteil ballig und am anderen Bauteil gerade ausgebildet.
Die Übersetzung der europäischen Patentschrift EP 06 373 62 B1 offenbart einen durch Druck betätigbaren Kupplungsmechanismus für Kraftfahrzeuge. Der Hebel wird durch Druck von einem Ausrückelement betätigt. Die Kontaktfläche des Ausrücklagers ist gerade ausgebildet und die Kontaktfläche der Ausrückgabel hierzu ist entsprechend ballig ausgebildet.
Die deutsche Offenlegungsschrift 24 26 758 offenbart eine Reibungskupplung für Kraftfahrzeuge. Dabei ist eine Ausrückgabel auf einer festen Achse im Kupplungsgehäuse schwenkbar angeordnet. Durch die Ausrückgabel wird ein axial verschiebbares Ausrücklager betätigt. Im Kontaktbereich zwischen der Ausrückgabel und dem Ausrücklager sind Wälzkörper frei drehbar angeordnet.
Das britische Patent 15 88 081 offenbart ebenfalls einen Kupplungsausrückmechanismus. Dabei sind ebenfalls zwischen dem Betätigungshebel und dem Ausrücklager Wälzkörper angeordnet, um die Reibung zwischen den beiden Bauteilen zu vermindern.
Das U. S. -Patent 4,997,075 offenbart ebenfalls ein Kupplungsausrücklager und einen dafür vorgesehenen Haltemechanismus. Die Kontaktfläche zwischen dem Ausrückhebel und dem Ausrücklager kann durch eine Ausformung gebildet werden. Die Ausformung ist dabei ebenfalls ballig ausgebildet.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 198 27 365 A1 offenbart einen Kupplungsausrückhebel mit Rollen. Zu einem Kupplungsausrückmechanismus für schwere Anwendung gehören eine Kupplungsausrückhülse, ein Kupplungsausrücklager, sowie ein gegabelter Kupplungsausrückhebel. Die Kupplungsausrückhülse ist an einem Ende mit Mitteln versehen, mit denen sie mit einem He- bei in Eingriff steht. Das Kupplungsausrücklager steht mit einem zweiten Ende der Kupplungsausrückhülse in Eingriff und es weist einen inneren Laufring auf, der drehfest mit einem zweiten Ende der Kupplungsausrückhülse verbunden ist. An jedem der beiden Arme des gegabelten Kupplungsausrückhebels sind Rollen angeordnet, die mit einem Außenlaufring des Kupplungsausrücklagers in Eingriff zu bringen sind.
Die Europäische Patentanmeldung EP 0474 546 A1 offenbart ebenfalls ein Kupplungsausrücklager. Der Kupplungsausrückhebel ist ballig ausgeformt und wirkt mit einer entsprechend gleich geformten völligen Ausformung des Kupplungsausrücklagers zusammen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betätigungssystem für einen Kupplungsmechanismus zu schaffen, wobei die Kontaktflächen zwischen dem Betätigungselement und dem Kupplungsausrücklager derart gestaltet sind, dass der Schlupf und die Reibung zwischen den Bauteilen minimiert ist.
Die Aufgabe wird durch ein Betätigungssystem für eine Kupplung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Ein Betätigungssystem für eine Kupplung findet insbesondere bei Kraftfahrzeugen Anwendung. Das Betätigungssystem besitzt ein Betätigungselement, das zur Betätigung der Kupplung um eine in Z-Koordinatenrichtung ausgerichtete Achse schwenkbar ist. Das Betätigungselement wirkt mit einem Kupp- lungsausrücklager zusammen, wobei hierzu das Betätigungselement eine erste
Kontaktfläche und das Kupplungsausrücklager eine zweite Kontaktfläche ausgebildet haben. Durch das Betätigungselement ist das Kupplungsausrücklager entlang einer Welle verschiebbar angeordnet, die Welle selbst ist dabei in X- Koordinatenrichtung ausgerichtet. Die erste Kontaktfläche und die zweite Kon- taktfläche sind dabei derart ausgeformt, dass bei der Betätigung der Kupplung ein Kontaktpunkt zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche entlang einer in Y-Koordinatenrichtung ausgerichteten Linie bewegbar ist.
Der durch die Berührung der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktflä- che gebildete Kontaktpunkt besitzt bei der Betätigung der Kupplung eine gleiche Momentgeschwindigkeit auf beiden Kontaktflächen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das Betätigungselement als Hebel ausgebildet. Der Hebel ist an einem ersten freien Ende um die Achse schwenkbar gelagert. An einem zweiten freien Ende des Hebels ist eine Angriffsposition für eine Betätigung ausgebildet. Die Kontaktfläche ist auf dem Hebel zwischen dem ersten freien Ende und dem zweiten freien Ende angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Betätigungselement als eine Gabel ausgebildet. Die Gabel besitzt zwei auf einer Betätigungswelle angebrachte Schenkel, die somit um die Achse schwenkbar sind. Jedes der freien Enden der Schenkel trägt die erste Kontaktfläche, die mit der zweiten Kontaktfläche des Ausrücklagers in Kontakt bringbar ist.
Erfindungsgemäß ist die erste Kontaktfläche des Betätigungselements spiralförmig ausgebildet. Die Kontaktfläche besitzt eine Umfangslänge, die einer Bewegungslänge des Kontaktpunktes zwischen der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche entspricht, wenn sich dieser bei der Betätigung der Kupplung entlang der Höhe des Kupplungsausrücklagers bewegt.
Die zweite Kontaktfläche am Kupplungsausrücklager ist konkav ausgeformt.
Das Betätigungselement und ein Gehäuse für das Kupplungsausrücklager, welches in der Regel auch die zweite Kontaktfläche trägt, können aus Metall
oder aus einem Polymär gefertigt sein. Dabei ist es ebenfalls möglich, wahlweise das Betätigungselement oder das Gehäuse des Kupplungsausrücklagers aus Metall oder aus Polymär herzustellen.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile an- hand der beigefügten Figuren näher erläutern.
Figur 1 zeigt das erfindungsgemäße Betätigungselement, welches in dieser Ausführungsform als Hebel ausgebildet ist.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht eines Schenkels des Betätigungselements, wobei das Betätigungselement in dieser Ausführungsform als Gabel ausgebildet ist.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform des Betätigungselements, welches als Gabel ausgebildet ist.
Figur 4 zeigt eine Seitenansicht des Kupplungsausrücklagers mit der am
Gehäuse des Kupplungsausrücklagers ausgebildeten zweiten Kontaktfläche.
Figur 5 zeigt die zusammengebaute Einheit aus Betätigungselement, welches hier ein Hebel ist und dem Ausrücklager.
Figur 6a zeigt das erfindungsgemäße Betätigungselement und deren Ausrichtung in Bezug auf das kartesische Koordinatensystem.
Figur 6b zeigt das Kupplungsausrücklager in Bezug auf das Betätigungselement aus Figur 6a.
Figur 7 zeigt schematisch den Verlauf des Kontaktpunktes P während der
Betätigung der Kupplung.
Figur 8 zeigt das erfindungsgemäße Betätigungselement und die Ausfor- mung der ersten Kontaktfläche.
Figur 9 zeigt die Zuordnung der Berührungspunkte zwischen der ersten
Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche.
Figur 10 zeigt eine schematische Ansicht des Gehäuses des Kupplungsausrücklagers, wobei hier der Unterschied zwischen dem Kupp- lungsausrücklager des Standes der Technik und der Erfindung dargestellt ist.
Obwohl sich die nachfolgende Beschreibung des Betätigungssystems auf die Verwendung eines Hebels als Betätigungselement beschränkt, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Ferner sei darauf hingewiesen, dass in den verschiedenen Figuren für gleiche Elemente, bzw. gleich wirkende Elemente, die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betätigungselements 2. Das Betätigungselement 2 ist in der hier gezeigten Ausführungsform als Hebel 14 ausge- bildet. Der Hebel 14 weist ein erstes freies Ende 15 und ein zweites freies Ende 16 auf. Im Bereich des ersten freien Endes 15 ist eine Achse 4 angeordnet, um die der Hebel 14 schwenkbar ist. Im Bereich des zweiten freien Endes 16 ist eine Angriffsposition 17 ausgebildet, an der ein Betätigungselement angreifen kann, über das der Hebel 14 die Schwenkbewegung um die Achse 4 aus- führen kann. Zwischen dem ersten freien Ende 15 und dem zweiten freien Ende 16 ist die erste Kontaktfläche 10 ausgebildet. Diese erste Kontaktfläche 10 tritt bei Betätigung des Hebels 14 mit einer zweiten Kontaktfläche 20 in Kontakt, die auf dem Kupplungsausrücklager 6 ausgebildet ist.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht eines Schenkels 24 des Betätigungselements 2. In der in Figur 3 gezeigten Darstellung ist das Betätigungselement 2 in Form einer Gabel 22 ausgebildet. Die Gabel 22 besteht dabei aus zwei Schenkeln
24, die auf einer Betätigungswelle 23 angeordnet sind. Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, ist die Gabel 22 um die Achse 4 schwenkbar ausgebildet.
Entsprechend schwenken somit auch die Schenkel 24 des Betätigungsele- ments 2. Jeder der Schenkel 24 hat ein freies Ende 25 ausgebildet. Im Bereich
des freien Endes 25 eines jeden Schenkels 24 ist die erste Kontaktfläche 10 ausgebildet. Die erste Kontaktfläche 10 tritt bei Betätigung der Gabel 22 mit einer entsprechend auf dem Kupplungsausrücklager 6 ausgebildeten zweiten Kontaktfläche 20 in Kontakt, um somit das Kupplungsausrücklager 6 zu betäti- gen.
Wie in Figur 4 gezeigt, ist das Kupplungsausrücklager 6 auf einer Welle 7 axial verschieblich angeordnet. Das Kupplungsausrücklager 6 kann ein Gehäuse 30 besitzen. Das Kupplungsausrücklager 6 oder das Gehäuse 30 haben die zweite Kontaktfläche 20 ausgebildet, die mit der ersten Kontaktfläche 10 des Betätigungselements 2 zusammenwirkt.
Figur 5 zeigt das Betätigungselement, welches in der hier dargestellten Ausführungsform als Hebel 14 ausgebildet ist im Zusammenspiel mit dem Kupplungsausrücklager 6. Wie bereits in der Beschreibung zu Figur 4 erwähnt, ist das Kupplungsausrücklager 6 axial verschieblich auf der Welle 7 angeordnet. Das Betätigungselement 2 ist ebenfalls derart angeordnet, dass die erste Kontaktfläche ebenfalls im Bereich der Welle 7 liegt. Durch die Betätigung des Betätigungselements 2 wirken die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche 20 derart zusammen, dass eine Verschiebung des Kupplungsausrücklagers 6 in axialer Richtung bewirkt wird.
Die Figuren 6a und 6b zeigen das Zusammenwirken des Betätigungselements 2 mit dem Kupplungsausrücklager 6. Wenn an der Angriffsposition 17 des Betätigungselements 2, welche am zweiten freien Ende 16 vorgesehen ist, eine Kraft ausgeübt wird, schwenkt das Betätigungselement 2 um die Achse 4. Die Achse 4 ist in Z-Koordinatenrichtung ausgerichtet. Das Betätigungselement 2 ist dabei im Wesentlichen entlang einer Linie 12 in Y-Koordinatenrichtung angeordnet. Durch das Schwenken des Betätigungselements 2 um die Achse 4 wirkt somit die erste Kontaktfläche des Betätigungselements 2 mit der zweiten Kontaktfläche des Kupplungsausrücklagers 6 zusammen. Dadurch wird das Kupplungsausrücklager 6 in Richtung der Welle 7 bewegt. Die Welle 7 ist da- bei entlang der X-Koordinatenrichtung ausgerichtet. Die Betätigung des Betätigungselements 2 kann durch die Betätigung des Kupplungspedals bewirkt wer-
den. Die Schwenkbewegung des Betätigungselements 2 wird durch das Kupplungsausrücklager 6 in eine lineare Bewegung in Richtung der X- Koordinatenrichtung übertragen. Dies ist möglich, da das Kupplungsausrücklager 6 auf der Welle 7 geführt ist. Das Kupplungsausrücklager 6 besitzt dabei immer eine Geschwindigkeit, welche parallel zur X-Koordinatenrichtung ist. Das Betätigungselement führt eine zirkuläre Bewegung aus, so dass die Geschwindigkeit eines jeden Punktes des Betätigungselements senkrecht zum Radius der Rotation ist. Somit besitzt das Betätigungselement 2 ebenfalls eine Geschwindigkeit, welche parallel zur X-Koordinatenrichtung ist. Der Radius der Rotation dieser Punkte muss senkrecht zur X-Koordinatenrichtung sein, so dass die Punkte immer auf einer Linie 12 in Y-Koordinatenrichtung liegen.
Dieser Sachverhalt ist schematisch in Figur 7 dargestellt. Damit die vorstehende Bedingung erfüllt werden kann, ist die Kontaktfläche 10 des Betätigungselements 2 als Spirale ausgebildet. Der Punkt Pθ(θ) beschreibt den Punkt des Kontakts zwischen der ersten Kontaktfläche 10 des Betätigungselements 2 und der zweiten Kontaktfläche 20 des Kupplungsausrücklagers 6, wenn das Betätigungselement 2 um einen bestimmten Winkel θ geschwenkt ist. Der Punkt Pθ(θ) liegt auf der Linie 12, welche in Y-Koordinatenrichtung ausgerichtet ist. Das Gleiche gilt auch für einen Punkt PΘ+ΔΘ(Θ+ΔΘ), nachdem das Betätigungs- element 2 um einen weiteren Winkelschritt Δθ geschwenkt worden ist. Somit gilt ebenfalls, dass der Punkt PΘ+ΔΘ(Θ+ΔΘ) auf der Linie 12 zu liegen kommt, welche in Y-Koordinatenrichtung ausgerichtet ist.
Figur 8 zeigt das Betätigungselement 2 in der Form des Hebels 14, bei dem die spirale Form der ersten Kontaktfläche 10 dargestellt ist. Wie bereits er- wähnt, ist das Betätigungselement 2 um die Achse 4 schwenkbar ausgebildet, wobei die Achse 4 in Z-Koordinatenrichtung ausgerichtet ist.
Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens der ersten Kontaktfläche 10 mit der zweiten Kontaktfläche 20 des Kupplungsausrücklagers 6. H ist die Höhe, welche für den Kontakt zwischen der ersten Kontaktflä- che 10 und der zweiten Kontaktfläche 20 am Kupplungsausrücklager zur Verfügung steht. Um die Kupplung außer Eingriff zu bringen, muss das Kupp-
lungsausrücklager 6 um die Länge L verschoben werden. Die erste Kontaktfläche 10 hat eine spiralförmige Kontur 16 ausgebildet, die bei Betätigung des Betätigungselements in entsprechender Weise mit der zweiten Kontaktfläche 20 des Kupplungsausrücklagers 6 in Kontakt tritt. Dabei wandert der Punkt P1 während der Betätigung des Betätigungselements 2 entlang der zweiten Kontaktfläche 20 und bleibt dabei ständig auf der Linie 12 liegen, die entlang der Y-Koordinatenrichtung ausgerichtet ist. Durch die Betätigung des Betätigungselements 2 wird das Kupplungsausrücklager 6 um die Länge L in X- Koordinatenrichtung verschoben. Dies bewirkt letztendlich ein außer Eingriff bringen der Kupplung. Die spiralförmige Gestalt 16 der ersten Kontaktfläche 10 kann durch eine Wachstumsrate des Radius beschrieben werden. Die äußeren Parameter, welche die spiralförmige Gestalt 16 der ersten Kontaktfläche 10 beeinflussen, ist die zweite Kontaktfläche 20, welche auf dem Kupplungsausrücklager 6 ausgebildet ist. Wie bereits vorher beschrieben, muss die Um- fangslänge, welche der Kontaktpunkt P1 zwischen der ersten Kontaktfläche 10 und der zweiten Kontaktfläche 20 zurücklegt auf beiden Kontaktflächen 10 und 20 gleich sein. Das Zentrum der Spirale 16 liegt im Punkt P0, welcher mit dem Drehpunkt um die Z-Koordinatenachse zusammenfällt. Der erste Kontaktpunkt P1 der ersten Kontaktfläche 10 mit der zweiten Kontaktfläche 20 liegt auf der Linie 12, welche entlang der Y-Koordinatenrichtung ausgerichtet ist. Der Abstand D des Zentrums P0 der spiralförmigen Kontaktfläche 16 und dem Zentrum der Welle 7, auf der das Kupplungsausrücklager 6 verschoben wird, wird mit D bezeichnet. Das Zusammenwirken der ersten erfindungsgemäßen Kontaktfläche 10 und der zweiten erfindungsgemäßen Kontaktfläche 20 ermöglicht es, dass zwischen dem Betätigungselement 2 und dem Kupplungsausrücklager 6 kein Schlupf auftritt. Letztendlich liegt nach der vollständigen Schwenkbewegung des Betätigungselements 2 der letzte Kontaktpunkt P2 ebenfalls auf der Linie 12 entlang der Y-Koordinatenachse.
In Figur 10 ist das Kupplungsausrücklager 6 dargestellt, wobei die erfindungs- gemäße zweite Kontaktfläche 20 eingezeichnet ist. Im Vergleich dazu, ist die
Kontaktfläche gemäß dem Stand der Technik ebenfalls eingezeichnet. Es ist aus Figur 10 klar zu erkennen, dass die zweite erfindungsgemäße Kontaktflä-
che 20 konkav ausgebildet ist. Das Ausmaß der konkaven Ausbildung der zweiten Kontaktfläche 20 richtet sich danach, dass der Kontaktpunkt zwischen der ersten Kontaktfläche 10 und der zweiten Kontaktfläche 20 entlang einer Linie 12 verläuft, die in Y-Koordinatenrichtung ausgerichtet ist.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.