DE19718232C1 - Bestätigungsvorrichtung mit federkraftunterstütztem Ausrücker für Reibungskupplungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine innerhalb eines Getriebegehäuses angeordnete Reibungskupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem in axialer Richtung verschiebbaren Ausrücklager und zwei koaxial angeordneten, rela­ tiv zueinander verdrehbaren Ringen, von denen mindestens einer mit mindestens einer axial wirkenden Steigung versehen ist, deren gemeinsame axiale Ausdehnung sich bei Verdrehen eines Ringes von einer minimalen im eingerückten Zustand zu einer maximalen im ausgerückten Zustand der Kupplung ändert.

Eine solche Betätigungseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 44 31 641 A1 oder der DE 195 47 081 A1 bekannt. Von den bei­ den Ringen der Betätigungsvorrichtung stützt sich der eine am Ausrücklager und der andere am Getriebegehäuse ab. Die in Axi­ alrichtung wirkenden Steigungen oder Rampen der Ringe sind ein­ ander zugekehrt und im eingerückten Zustand der Kupplung so zueinander versetzt, daß die beiden Ringe die geringste axiale Ausdehnung einnehmen. Zum Auskuppeln wird einer der Ringe ver­ dreht, so daß die Steigungen aufeinander auflaufen und die axia­ le Ausdehnung der beiden Ringe sich hierdurch vergrößert. Da­ durch wird das Ausrücklager gegen die Zungen der Membranfeder gedrückt und die Druckplatte hebt von den Reibbelägen ab. Die Einleitung der Drehbewegung erfolgt über die Betätigung des Kupplungspedales. Um die erforderliche Betätigungskraft zu redu­ zieren, können zwischen den sich axial gegenüberliegenden Stei­ gungen Wälzkörper, beispielsweise in der Form von Kugeln, vor­ gesehen sein. Der Steigungswinkel der Rampen liegt in einer Größenordnung zwischen 15° und 50°. Über eine Federvorspannung ist es möglich, während der Lebensdauer der Kupplung an den Reibbelägen auftretenden Verschleiß durch Verlagerung der Ringe in axialer Richtung auszugleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs be­ schriebene Kupplung so fortzubilden, daß die notwendige Betäti­ gungskraft zum Ausrücken der Kupplung reduziert wird.

Zur Lösung der Aufgabe ist die Betätigungsvorrichtung der Rei­ bungskupplung gekennzeichnet durch eine Grundplatte mit zu den Ringen koaxialer Erstreckung, die die Ringe axial mit radialem Freiraum überdeckt, und mindestens zwei im Freiraum radial an­ geordnete Federn, die sich einerseits an der Grundplatte und andererseits an einem der Ringe abstützen, wobei die Federn beim Verdrehen des einen Ringes aus der Stellung der minimalen Aus­ dehnung heraus auf diesen ein zusätzliches Drehmoment in Dreh­ richtung ausübt.

Durch diese Ausbildung unterstützen die Federn die von außen eingeleitete Drehbewegung auf den Ring. Durch die in Axialrich­ tung wirkenden Steigungen der Ringe erhalten die an sich radia­ len Kräfte der Federn eine axiale Komponente, die in dieselbe Richtung wie die Betätigungskraft wirkt, so daß die Ausrückkraft um die von den Federn aufgebrachte Kraft verringert ist.

Es können auch beide Ringe mit einer identischen Steigung ver­ sehen sein, die um 180° zueinander verdreht liegen. Werden meh­ rere Steigungen an nur einem Ring ausgebildet, kann über dazwi­ schenliegende Kugeln die Verbreiterung in axialer Richtung bei Verdrehen des mit der Steigung versehenen Ringes erreicht wer­ den, ohne daß die gegenüberliegende Seite des anderen Ringes Steigungen aufweisen müßte. Die Kugeln ruhen dann vorzugsweise in Kuhlen, die am Grund der Steigungen vorgesehen sind.

Vorzugsweise sind weitere Federn vorgesehen und über den Umfang regelmäßig verteilt angeordnet. Die Krafteinleitung wird dadurch vergleichmäßigt und die Unterstützungskraft entsprechend der Anzahl der Federn erhöht.

Die Federn sind vorzugsweise Druckfedern oder Tellerfederpakte.

Wenn die Reibbeläge im Laufe des Betriebes der Kupplung ver­ schleißen, wandert die Druckplatte weiter in Richtung des Schwungrades, was zu einer Verlagerung der Membranfeder und des Ausrücklagers im eingekuppelten Zustand führt. Um einen solchen Verschleiß auszugleichen, ist die Grundplatte vorzugsweise zwi­ schen dem Getriebegehäuse und dem dem Ausrücklager abgewandten Ring angeordnet und zwischen dem Getriebegehäuse und der Grund­ platte stützt sich eine Druckfeder ab. Dadurch wird die Grund­ platte permanent vorgespannt und schiebt die Betätigungsvorrich­ tung bzw. das Ausrücklager entsprechend dem Verschleißweg in Richtung des Schwungrades vor.

Wenn die Grundplatte exzentrisch auf einem vom Getriebegehäuse axial hervorstehenden Zapfen sitzt, kann sie bei einer Verdre­ hung der Ringe nicht axial in Richtung des Getriebegehäuses zurückgeschoben werden, sondern sie verkantet auf dem Zapfen und blockiert in ihrer Lage, so daß der eingestellte Verschleißaus­ gleich beibehalten wird, und der Verdrehwinkel (Weg) bleibt unabhängig vom eingetretenen Verschleiß konstant.

Das Verdrehen des einen Ringes kann über einen Seilzug oder auch einen Hydraulikzylinder eingeleitet werden, wobei ein Seilzug eine wesentlich einfachere und kostengünstigere Ausbildung dar­ stellt.

Vorzugsweise läuft der Seilzug in einer mit einem keilförmigen Ende versehenen Hülle und das keilförmige Ende ist in entspre­ chend geformten Ausnehmungen in dem Ring und der Grundplatte angeordnet. Diese Ausbildung bewirkt auf besonders einfache Art und Weise, daß sich die Grundplatte auf dem Zapfen festsetzt, indem bei Betätigung des Seiles das keilförmige Ende der Hülle weiter in seinen Sitz hineingezogen wird und sich dabei auf­ spreizt, so daß einseitig eine axiale, die Kippbewegung ein­ leitende Kraft auf die Grundplatte ausgeübt wird.

Eine andere Möglichkeit, einen Verschleißausgleich zur Verfügung zu stellen, wird dadurch gegeben, daß die Grundplatte zwischen dem Getriebegehäuse und dem dem Ausrücklager abgewandten Ring angeordnet ist und zwischen dem Getriebegehäuse und der Grund­ platte zwei mit im Selbsthemmungsbereich liegenden axialen Schrägen versehene Ringe vorgesehen sind, die von einer Tor­ ionsfeder vorgespannt werden. Die Torsionsfeder verdreht die Ringe gegeneinander und bringt das System an die Membranfeder­ zungen zur Anlage. Durch die Selbsthemmung ist eine Rückdrehung bei der Kupplungsbetätigung ausgeschlossen, so daß der notwendi­ ge Ausrückweg konstant bleibt. Bei Belagverschleiß bewegen sich die Membranfederzungen in Richtung Ausrücker (dieser Vorgang geschieht über einen sehr langen Zeitraum). Durch Vibration und das ständige Überrollen des Ausrückers durch die Membranfeder­ zungen, wird die Selbsthemmung im Mikrobereich überwunden, so daß sich das System der Federzungenlage anpaßt. Um eine exakte axiale Führung der Grundplatte für diese Ausgleichsvorrichtung zu schaffen, können vorzugsweise mindestens zwei diametral an­ geordnete, axial vom Getriebegehäuse hervorstehende Zapfen vor­ gesehen sein, auf denen die Grundplatte geführt wird.

Mit Hilfe einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung und vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu erläutert wer­ den. Es zeigt:

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Betätigungsvor­ richtung mit Reibungskupplung in teilweise vereinfachter Darstellung;

Fig. 1a den Schnitt entlang der Linie Ia-Ia nach Fig. 1;

Fig. 2 den Schnitt entlang der Linie II-II nach Fig. 1;

Fig. 3 die Darstellung der Kupplung gemäß Fig. 1 im ausgerückten Zustand;

Fig. 3a die Fig. 1a entsprechende Darstellung im ausgerückten Zustand der Kupplung;

Fig. 4 die Fig. 2 entsprechende Darstellung im ausgerückten Zustand der Kupplung;

Fig. 5 eine vergrößerte und weiter vereinfachte Darstellung der Reibungskupplung im Schnitt mit einer Variante des Verschleißausgleichs;

Fig. 6a den Kraftkomponentenverlauf in axialer Rich­ tung der Federn;

Fig. 6b die Ausrückkraft-Kennlinie der Reibungskupp­ lung;

Fig. 6c die notwendige Betätigungskraft für die Rei­ bungskupplung.

Die Reibungskupplung besteht im wesentlichen aus dem Kupplungs­ gehäuse 31, das in seinem Inneren auf einer gemeinsamen Dreh­ achse 18 die durch die Membranfeder 4 auf die hier nicht näher dargestellte Kupplungsplatte gepreßte Druckplatte 15 aufweist. Hinter der Reibungskupplung ist etwa in Höhe des Kupplungsgehäu­ ses 31 das Ausrücklager 3 angeordnet, das über die Betätigungs­ einrichtung 30 gegen die Zungen 4a der Membranfeder 4 gedrückt werden kann, um die Druckplatte 15 zu entlasten und die Kupplung auszurücken.

Die Betätigungsvorrichtung 30 wird gebildet durch die beiden koaxial zueinander angeordneten Ringe 1, 2, die, wie Fig. Ia zeigt, auf den einander zugewandten Seiten mit axialen Steigun­ gen (Rampen) versehen sind. Die Ringe 1, 2 wirken unter Zwischenschaltung von Kugeln 16 zusammen, die in Kuhlen 19 lie­ gen, durch die die Flächenpressung zwischen Kugel 16 und Ring 1, 2 minimiert wird und ein Ausweichen der Kugel 16 nach außen verhindert werden soll. Die Kuhlen 19 entsprechen der Ausbildung eines Kugellagers. Die zwischen dem Getriebegehäuse 8 und dem Ring 2 angeordnete Grundplatte 9 ist topfförmig ausgebildet und überragt die Ringe 1, 2 in axialer Richtung mit ihrer Wandung 9b, wobei, wie die Fig. 1 deutlich zeigt, zwischen der Wandung 9b und den Ringen 1, 2 ein radialer Freiraum 21 bleibt. In dem Freiraum 21 sind vier als Übertotpunktfedern wirkende Druckfe­ dern 20 vorgesehen. Die Druckfedern 20 sind mit ihrem einen Ende in der Wandung 9b der Grundplatte 9 und mit ihrem anderen Ende im Ring 1 gelagert. Sie sind, wie Fig. 2 zeigt, so radial an­ geordnet, daß ihre Kraftlinie im eingekuppelten Zustand im wesentlichen durch den Drehpunkt der Ringe 1, 2 (Drehachse 18) läuft, und sich die Kraftwirkungen gegenseitig aufheben. Ein Seilzug 5 ist mit seinem freien Ende 5a in den Ring 1 einge­ hängt. Die Hülle 5b des Seilzuges 5 ist mit einem keilförmigen Ende versehen und stützt sich in einem an dem Ring 2 ausgebilde­ ten, nach radial außen geführten Hebel 2a und der Grundplatte 9 ab, die hierzu entsprechend ausgebildete keilförmige Gegenflä­ chen 2a, 9a aufweisen. Der Ring 1 ist mit sich in radialer Rich­ tung erstreckenden Ansätzen 17 versehen, die als Kraftanschläge für die Druckfedern 20 dienen und in Ausrückrichtung (Drehrich­ tung P) wirken.

Die Grundplatte 9 ist mit einer in Höhe des Freiraumes 21 vor­ gesehenen Bohrung 22 versehen, und sitzt hierüber auf einem sich axial vom Getriebegehäuse 8 nach innen erstreckenden Zapfen 7. Zwischen der Grundplatte 9 und dem Getriebegehäuse 8 ist eine Druckfeder 6 vorgesehen, die die Grundplatte 9 in Richtung des Ausrücklagers 3 vorspannt.

Die Funktionsweise der Betätigungsvorrichtung 30 wird anhand der Fig. 2 und 4 leicht deutlich. Wird über das hier nicht näher dargestellte Kupplungspedal die Ausrückkraft eingeleitet, ver­ dreht der Seilzug 5 den Ring 1 in Pfeilrichtung P. Die Druckfe­ dern 20 werden dabei aus ihrer Ruhelage ausgelenkt und ihre bisher durch den Drehpunkt 18 laufende Kraftkomponente F_d wird um den Radius des Ringes 1 nach außen versetzt und übt in Drehrich­ tung P ein zusätzliches, die Betätigungskraft unterstützendes Drehmoment auf den Ring 1 aus. Über die Schrägen 1', 2' wird eine in Axialrichtung gerichtete Kraftkomponente erzeugt, die die Betätigungskraft unterstützt. Gleichzeitig zieht sich das keilförmige Ende der Seilhülle 5b in die keilförmig ausgestalte­ ten Flächen 2a, 9a von Ring 2 und Druckplatte 9 ein und spreizt dieses auseinander, so daß in diesem Sitz eine Kraftkomponente F_x in axialer Richtung erzeugt wird, die die Grundplatte 9 ein­ seitig in Richtung des Getriebegehäuses 8 drückt, wodurch diese verkantet, und sich auf dem Zapfen 7 festsetzt. Durch dieses Verklemmen wird eine Bewegung der Grundplatte 9 in Richtung des Getriebegehäuses 8 ausgeschlossen, so daß die Verdrehung der Ringe 1, 2 zueinander ausschließlich eine Bewegung des Ausrück­ lagers 3 in Richtung der Druckplatte 15 bewirkt. Beim Einkuppeln wird das Ausrücklager 3 durch die Zungen 4a der Membranfeder 4 zurückgedrückt, wodurch der Ring 1 ebenfalls zurückgedreht wird und über die Ansätze 17 die Druckfedern 20 in ihre Ausgangsstel­ lung zurückbewegt werden. Die Klemmwirkung zwischen der Grund­ platte 9 und dem Zapfen 7 wird aufgehoben und die Druckfeder 6 schiebt die Druckplatte 15 (sofern durch Verschleiß notwendig) auf das Ausrücklager 3 zurück.

Die Rampenwinkel der Ringe 1, 2 müssen nicht identisch sein. Für die Funktionsweise ist wichtig, daß der Ring 1 mit einer Rampe versehen ist, der Rampenwinkel des Ringes 2 kann 0 sein.

Anstatt eine Druckfeder und eine Möglichkeit zum ?estklemmen der Grundplatte 9 vorzusehen, können, wie Fig. 5 zeigt, als Ein­ richtung für den Verschleißausgleich auch zwei Ringe 10, 11 zwischen Grundplatte 9 und Getriebegehäuse 8 eingesetzt sein, die auf den einander zugewandten Seiten mit in axialer Richtung wirkenden Schrägen versehen sind, die bei Verdrehen der Ringe 10, 11 zueinander deren axiale Ausdehnung verändern. Über eine Drehfeder 12, die mit ihrem einen Ende in dem an der Grundplatte 9 anliegenden Ring 10 und mit ihrem anderen Ende in das Getrie­ begehäuse 8 eingreift, kann eine Relativverdrehung der Ringe 10, 11 zueinander bewirkt werden. Eine exakte axiale Führung der Grundplatte 9 wird über zwei diametral angeordnete Zapfen 13, 13a bewirkt, die sich axial vom Getriebegehäuse 8 nach innen erstrecken. Die Schrägen der Ringe 10, 11 liegen im Selbsthem­ mungsbereich, was nur eine Verdrehung in einer Richtung, zur Vergrößerung der axialen Ausdehnung zuläßt, und eine Rückdrehung bei Kraftentlastung verhindert. Tritt Verschleiß auf, dreht die Drehfeder 12 den Ring 10 um den Ring 11, die gemeinsam die Grundplatte 9 und damit auch die Ringe 1, 2 in Richtung des Ausrücklagers 3 verschieben. Bei Verschleiß der hier nicht dar­ gestellten Kupplungsscheibe bewegen sich die Membranfederzungen 4a sehr langsam in Richtung des Getriebegehäuses 8. Dadurch steigt auch die Vorlastkraft der Drehfeder 12 langsam an. Durch Vibration infolge der Motor- und Kupplungsdrehung dreht sich der Ring 10 ähnlich dem Lockern einer ungesicherten, nicht genügend vorgespannten Verschraubung, zurück, bis das Kräftegleichgewicht zwischen der Drehfeder 12 und der Membranfeder 4 an den Zungen 4a wieder hergestellt ist.

Aus Fig. 6 geht qualitativ hervor, wie weit die notwendige Betätigungskraft reduziert werden kann, um die Kupplung aus zu­ rücken. Fig. 6a zeigt den Kraftkomponentenverlauf in axialer Richtung, der durch die Druckfedern 20 bei einer Verdrehung des Ringes 1 hervorgerufen wird. Fig. 6b gibt die Kennlinie der notwendigen Ausrückkraft für die Kupplung an. Die notwendige Betätigungskraft ist die Differenz zwischen der Kurve nach Fig. 6b und nach 6a, die in Fig. 6c dargestellt ist. Es ist deut­ lich, daß die Kennlinie für die tatsächliche Betätigungskraft wesentlich flacher verläuft als die Ausrückkraft-Kennlinie.

Bezugszeichenliste

1

Ring

1'

Schräge/Steigung

2

Ring

2'

Schräge/Steigung

2

a keilförmige Fläche

3

Ausrücklager

4

Membranfeder

4

a Membranfederzunge

5

Seilzug

5

a freies Ende

5

b Seilhülle

6

Druckfeder

7

Zapfen

8

Getriebegehäuse

9

Grundplatte

9

a keilförmige Fläche

10

Ring

11

Ring

12

Torsionsfeder

13

Zapfen

13

a Zapfen

14

Hebel

15

Druckplatte

16

Kugel

17

Ansatz

18

Drehachse

19

Kuhle

20

Druckfeder

21

radialer Freiraum

22

Bohrung

30

Betätigungsvorrichtung

31

Kupplungsgehäuse
P Drehrichtung zum Ausrücken
F_x

Kraftkomponente
F_d

Kraftkomponente

Claims (13)

1. Betätigungsvorrichtung für eine innerhalb eines Getriebege­ häuses (8) angeordnete Reibungskupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem in axialer Richtung verschieb­ baren Ausrücklager (3) und zwei koaxial angeordneten, rela­ tiv zueinander verdrehbaren Ringen (1, 2), von denen minde­ stens einer mit mindestens einer axial wirkenden Steigung (1', 2') versehen ist und deren gemeinsame axiale Ausdeh­ nung sich bei Verdrehen eines Ringes (1) von einer minima­ len im eingerückten Zustand zu einer maximalen im ausge­ rückten Zustand der Kupplung ändert, gekennzeichnet durch, eine Grundplatte (9) mit zu den Ringen (1, 2) koaxialer Er­ streckung (9b), die die Ringe (1, 2) axial mit radialem Freiraum (21) überdeckt, und mindestens zwei im Freiraum (21) radial angeordnete Federn (20), die sich einerseits an der Grundplatte (9) und andererseits an einem der Ringe (1) abstützen, wobei die Federn (20) beim Verdrehen des einen Ringes (1) aus der Stellung der minimalen Ausdehnung herauf auf diesen ein zusätzliches Drehmoment in Drehrichtung ausüben.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Ringen (1, 2) Kugeln (16) an­ geordnet sind.

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ringe (1, 2) mit mindestens einer Steigung (1', 2') versehen sind.

4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß weitere Federn (20) vorgesehen sind und die Anordnung über den Umfang regelmäßig verteilt ist.

5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (20) Druckfedern sind.

6. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (20) Tellerfederpakete sind.

7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ring (1) über einen Seilzug (5) verdreh­ bar ist, der sich am anderen Ring (2) und der Grundplatte (9) abstützt.

8. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Seilzug (5) in einer mit einem keilförmi­ gen Ende versehenen Hülle (5b) läuft und das keilförmige Ende in entsprechend geformten Ausnehmungen (2a, 9a) in dem Ring (2) und der Grundplatte (9) angeordnet ist.

9. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grundplatte (9) zwischen dem Getriebege­ häuse (8) und dem dem Ausrücklager (3) abgewandten Ring (2) angeordnet ist und sich zwischen dem Getriebegehäuse (8) und der Grundplatte (9) eine Druckfeder (6) abstützt.

10. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Grundplatte (9) exzentrisch auf einem vom Getriebegehäuse (8) axial hervorstehenden Zapfen (7) sitzt.

11. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grundplatte (9) zwischen dem Getriebege­ häuse (8) und dem dem Ausrücklager (3) abgewandten Ring (2) angeordnet ist und zwischen dem Getriebegehäuse (8) und der Grundplatte (9) zwei mit im Selbsthemmungsbereich liegen­ den, axialen Schrägen versehene Ringe (10, 11) vorgesehen sind, die von einer Torsionsfeder (12) vorgespannt werden.

12. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grundplatte (9) durch mindestens zwei diametral angeordnete, axial vom Getriebegehäuse (8) her­ vorstehende Zapfen (13, 13a) geführt wird.

13. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ring (1) über einen Hydraulikzylinder verdrehbar ist.