-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Betätigen
einer automatischen Anfahrkupplung eines Kraftfahrzeugs nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Eine solche Vorrichtung nach dem
Stand der Technik ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 28 830 A1 oder
DE 43 20 204 A1 bekannt.
Der dort jeweils beschriebene Stellantrieb für eine Fahrzeugkupplung weist
einen Spindeltrieb zum Umsetzen der rotatorischen Eingangsbewegung
in eine translatorische Ausgangsbewegung eines Geberkolbens zum
mittel- oder unmittelbaren Ausrücken
der Fahrzeugkupplung auf.
-
Dieser bekannte Stellantrieb weist
jedoch den Nachteil auf, dass Spiel zwischen feststehenden und rotierenden
Teilen der Fahrzeugkupplung auftritt, was Verschleiss zur Folge
hat.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zum Betätigen
einer automatischen Anfahrkupplung eines Kraftfahrzeugs so zu gestalten,
dass Spiel und/oder Verschleiss im Bereich des Ausrücklagers
zwischen feststehenden und rotierenden Teilen verhindert wird.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch
eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
-
Beim Gegenstand des Anspruchs 1 sind
ein um einen Gesamtweg bewegbares Betätigungselement, beispielsweise
die Spindel eines Spindeltriebs, und ein Übertragungselement, das mit
dem Betätigungselement
in Wirkverbindung steht und mittelbar oder unmittelbar auf die Anfahrkupplung
einwirkt, vorhanden. Dadurch, dass in einem ersten Teilweg die Bewegung
des Betätigungselements
mit der Bewegung des Übertragungselements
gekoppelt und in einem zweiten Teilweg die Bewegung des Betätigungselements
von der Bewegung des Übertragungselements
entkoppelt ist, ist eine Vorlasteinrichtung geschaffen, die in die
Vorrichtung zum Betätigen einer
automatischen Anfahrkupplung integrierbar ist.
-
Der erste Teilweg korrespondiert
hierbei insbesondere mit einer Betätigung der Kupplung, d.h. die
Kräfteverhältnisse
an der Kupplung verändern sich
nach Maßgabe
der Bewegung des Betätigungselementes.
Im Bereich des zweiten Teilweges sind die Kräfteverhältnisse nicht unmittelbar vom
Betätigungselement
vorgegeben. Dieses hat zur Folge, dass eine ungenaue Ansteuerung
der Position des Betätigungselementes
für die
Kräfteverhältnisse
an der Kupplung verringerte oder keine Veränderungen bewirkt. Demgemäß brauchen
im zweiten Teilweg, insbesondere für die Endlage des Betätigungselementes,
an eine Steuerung weniger hohe Anforderungen gestellt werden.
-
Wird mit dem Übergang vom ersten in den zweiten
Teilweg ein vorhandenes Kraftniveau ungefähr aufrecht erhalten, beispielsweise
mit einem im zweiten Teilweg zur Wirkung kommenden Federelement,
so können
kraftfreie Zustände
zwischen Übertragungselement
und Kupplung und damit Spiel zwischen feststehenden und rotierenden
Teilen vermieden werden. Dies hat eine Verringerung des Verschleisses
zur Folge.
-
Zudem ist von Vorteil, dass die integrierte Vorlasteinrichtung
die Geometrie und den Bauraumbedarf der Vorrichtung zum Betätigen einer
automatischen Anfahrkupplung nicht merklich erhöht.
-
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung
der Vorrichtung wird eine Kopplung bzw. Entkopplung des Übertragungselements
mit dem Betätigungselement
dadurch erreicht, dass das Übertragungselement über ein
Federelement gegenüber
dem Betätigungselement
federnd gelagert ist. Das Federelement stellt für eine Entkoppelung im Bereich
des zweiten Teilweges einen einfachen und kostengünstigen
Kraftspeicher zur Bereitstellung einer Vorlast dar.
-
Als Federelement ist besonders eine Schraubenfeder
geeignet, die beispielsweise so dimensioniert ist, dass der erste
Teilweg der eingerückten
oder teilweise ausgerückten
Anfahrkupplung und der zweite Teilweg der vollständig ausgerückten Anfahrkupplung entspricht.
-
Eine optimale Kraftübertragung
wird gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung dadurch ermöglicht, dass im ersten Teilweg,
d.h. bei eingerückter oder
teilweise ausgerückter
Anfahrkupplung, das Betätigungselement
unmittelbar am Übertragungselement
anliegt. Die Kraftübertragung
vom Kupplungsaktor zur Kupplung kann durch einen in den Kraftfluss zwischen
dem Übertragungselement
und der Kupplung zwischengeschalten Hebel optimiert werden.
-
Das Übertragungselement und das
Betätigungselement
stehen vorteilhaft über
eine Nut und einer in dieser Nut geführten Nase miteinander in Wirkverbindung.
Diese Wirkverbindung beeinflusst die Übertragung von Betätigungskräften der
Kupplung nicht und ermöglicht
eine besonders einfache und verliersichere Montage des Kupplungsaktors. Der
Kupplungsaktor ergibt so eine kompakte Baueinheit, die sowohl bei
der Erstmontage angeliefert als auch im Reparaturfall ohne großen Aufwand
getauscht werden kann. Darüber
hinaus kann die Wirkverbindung beim Betrieb der Vorrichtung im Bereich des
zweiten Teilweges eine Sicherung der Verbindung zwischen Betätigungselement
und Übertragungselement
darstellen.
-
Nach einem weiteren Vorschlag der
Erfindung handelt es sich bei dem Betätigungselement um einen aus
Gewindespindel und Spindelmutter bestehenden Spindeltrieb. Ein Spindeltrieb
stellt eine besonders einfache Möglichkeit
der Umsetzung einer rotatorischen Bewegung des Elektromotors in
die erforderliche translatorische Bewegung eines Kupplungsausrückers bzw.
der Druckplatte dar. Spindeltriebe eignen sich darüber hinaus
für hohe
Drehzahlen. Mittels eines Spindeltriebes ist eine in weiten Grenzen
frei wählbare Übersetzung
konstruktiv vorgebbar. Bei Auswahl einer so ermöglichten großen Übersetzung
ins Langsame kann erfindungsgemäß ein kleiner,
schnell drehender Elektromotor mit vergleichsweise geringer Leistungsaufnahme
eingesetzt werden, dessen Abtriebswelle die Gewindespindel antreibt.
Wahlweise kann zur weiteren Reduzierung der Übersetzung zwischen Motor und
Spindel ein zusätzliches
Zwischengetriebe geschaltet werden.
-
Bei einer bevorzugten Vorrichtung
verlaufen die Abtriebswelle des Elektromotors und der Gewindespindel
koaxial. Hierdurch ergibt sich eine zu einem Standardgetriebe passende
Bauform, so dass der Kupplungsaktor in unmittelbarer Nähe der Fahrzeugkupplung
angeordnet werden kann und keine hydraulische Strecke zwischengeschaltet
werden muss.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen, der Beschreibung und
den Zeichnungen angegeben.
-
Die Erfindung wird nun anhand eines
Ausführungsbeispiels
unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert.
-
Dabei zeigen
-
1a eine
schnittbildliche schematische Darstellung einer Vorrichtung zum
Betätigen
einer automatischen Anfahrkupplung im Längsschnitt im ausgefahrenen
Zustand,
-
1b eine
schnittbildliche schematische Darstellung der Vorrichtung zum Betätigen einer
automatischen Anfahrkupplung im Längsschnitt im teilweise eingefahrenen
Zustand,
-
2a–c jeweils
eine detaillierte Ansicht des Betätigungselements mit dem Federelement,
dem Übertragungselement
und dem Kugelkopf,
-
3a eine
Detailansicht nach 1a und
-
3b eine
Detailansicht nach 1b.
-
Die vorgeschlagene Vorrichtung zum
Betätigen
einer automatischen Anfahrkupplung eignet sich insbesondere zum
Einsatz in manuellen oder automatisierten Schaltgetrieben.
-
Die 1a zeigt
eine schnittbildliche schematische Darstellung eines Kupplungsaktors 1 als Vorrichtung
zum Betätigen
einer automatischen Anfahrkupplung im Längsschnitt, hier im ausgefahrenen Zustand.
Der Kupplungsaktor 1 weist einen Elektromotor 2 mit
einer Abtriebswelle 3, einen Spindeltrieb 4 und
ein Gehäuse 10 für den Spindeltrieb 4 auf.
Der Elektromotor 2 wird von einer geeigneten Steuer- oder
Regeleinrichtung 5 angesteuert, der Betriebsgrößen, wie
z.B. die der Kupplung, zugeführt
werden. Gemäß des dargestellten
Ausführungsbeispiels
ist eine Steuer- oder Regeleinrichtung 5 in den Elektromotor 2 integriert.
-
Der Spindeltrieb 4 weist
die Gewindespindel 6 und eine zur Gewindespindel 6 passende
Spindelmutter 7 auf und setzt die rotatorische Bewegung
der Abtriebswelle 3 des Elektromotors 2 in eine
translatorische Bewegung, den sogenannten Axialhub, um, wozu die
Gewindespindel 6 mit der Abtriebswelle 3 drehfest
verbunden ist und die Spindelmutter 7 durch Abstützungen 8 unter
Gewährleistung
einer translatorischen Verschiebung am Rotieren gehindert wird. Zwischen
dem Elektromotor 2 und der Gewindespindel 6 kann
ein weiteres Getriebe geschaltet sein. Die Abtriebswelle 3 des
Elektromotors 2 und die Gewindespindel 6 verlaufen
koaxial. Der Spindeltrieb 4 kann freilaufend oder selbsthemmend
ausgelegt sein.
-
Innerhalb des Gehäuses 10 ist die Spindelmutter 7 um
einen Gesamtweg lges 26 bewegbar.
Im ausgefahrenen Zustand, wie hier dargestellt, liegt die Spindelmutter 7 an
einem ersten, vorderen Anschlag 19 an. Der Gesamtweg lges 26 erstreckt sich vom ersten,
vorderen Anschlag 19 bis zu einem zweiten, hinteren Anschlag 20.
-
Mit der Spindelmutter 7 ist
ein Betätigungselement 9,
beispielsweise eine längliche
Hülse mit
einem kreisförmigen
Querschnitt, derart verbunden, dass das Betätigungselement 9 die
gleiche Bewegung ausführt
wie die Spindelmutter 7 und somit das Betätigungselement 9 ebenfalls
wie die Spindelmutter 7 eine translatorische Bewegung bzw.
einen Axialhub um den Gesamtweg lges 26 ausführt. Mit
der Hülse,
d.h. dem Betätigungselement 9,
wiederum. steht ein Übertragungselement 11 in
Wirkverbindung, das wie die Hülse 9 einen
runden Querschnitt aufweist und als verschieblicher hutförmiger Deckel über die
oder in der Hülse 9 gleitet.
In 3a ist das Zusammenwirken
zwischen der Hülse 9,
dem Deckel 11, der Schraubenfeder 13 und dem Hebelausrücker 16 bei
ausgefahrenem Kupplungsaktor 1 detailliert dargestellt.
-
Eine Abdichtung mittels eines Faltenbalges 12 ist
einerseits am Gehäuse 10 und
andererseits am Übertragungselement
bzw. Deckel 11 befestigt. Ein auf Druck belastetes Federelement 13,
vorzugsweise eine Schraubenfeder, deren Funktion später erläutert wird,
ist zwischen den gehäusefesten
Abstützungen 8 und
dem Übertragungselement
bzw. Deckel 11 angeordnet.
-
Der Axialhub des Übertragungselements bzw. Deckels 11 wird über einen
Kugelkopf 14 an ein zum Kugelkopf 14 korrespondierendes Lager 15 eines
Hebelausrückers 16 weitergegeben,
wobei der Hebelausrücker 16 eine
bestimmte Übersetzung
aufweist und ein Teil eines nur teilweise dargestellten Ausrückmechanismus 17 beispielsweise
zur Betätigung
einer gedrückt
betätigten
Trockenkupplung mit einer Kupplungseinrückfeder, meistens einer Membran-
oder Tellerfeder, ist. Teile der Kupplung und des Ausrückmechanismus 17 rotieren
bei laufendem Motor um eine Achse 18-18. Der Hebelausrücker 16 wird
durch die Kraft einer Feder, beispielsweise der Kupplungseinrückfeder,
gegen den Kugelkopf 14 gedrückt.
-
1b zeigt
den Kupplungsaktor 1 in einer schnittbildlichen schematischen
Darstellung als Vorrichtung zum Betätigen einer automatischen Anfahrkupplung
im Längsschnitt,
im Unterschied zu 1a hier
im teilweise eingefahrenen Zustand. Im ganz oder teilweise eingefahrenen
Zustand ist die Spindelmutter 7, wie hier dargestellt,
in Richtung der 1b nach
rechts verschoben. Im ganz eingefahrenen Zustand liegt die Spindelmutter 7 am
zweiten, hinteren Anschlag 20 an. Der Hebelausrücker 16 ist,
da er mittels Federkraft gegen den Kugelkopf 14 gedrückt wird,
ebenfalls in Richtung der 1b nach
rechts verschwenkt.
-
Wie bereits erwähnt, rotieren Teile der (nicht dargestellten)
Kupplung und des.Ausrückmechanismus 17 bei
laufendem Motor um die Achse 18-18. Der Hebelausrücker 16 ist
jedoch derart gelagert, dass er nicht um die Achse 18-18 rotieren
kann. Wenn sich Spiel zwischen dem nicht rotierenden Hebelausrücker 16 und
den rotierenden Teilen des Ausrückmechanismus 17 einstellt,
entsteht an der Berührungsstelle
zwischen beiden Teilen Verschleiss, da die rotierenden Teile des
Ausrückmechanismus 17 aufgrund
von Lagerreibung zu rotieren beginnen und bei ausfahrendem Kupplungsaktor 1 vom
nicht rotierenden Hebelausrücker 16 abgebremst
werden. Spiel kann sich beispielsweise dann einstellen, wenn der
Kupplungsaktor 1 eingefahren wird und die Spindelmutter 7 sich
in der Nähe
des oder am zweiten, hinteren Anschlag 20 befindet, oft
in Verbindung mit Temperaturunterschieden und/oder Witterungseinflüssen.
-
Der Verschleiss zwischen dem Hebelausrücker 16 und
den rotierenden Teilen des Ausrückmechanismus 17 lässt sich
dadurch vermeiden, dass eine Vorlast aufgebaut und auf den Hebelausrücker 16 weitergeleitet
wird. Diese Vorlast wird erfindungsgemäß von der in der Hülse 9 oder
um die Hülse 9 angeordneten
Schraubenfeder 13 in Verbindung mit dem gegenüber der
Hülse 9 verschieblichen
Deckel 11 erbracht und über
den Kugelkopf 14 und über
das korrespondierende Lager 15 an den Hebelausrücker 16 weitergeleitet.
-
Die Spindelmutter 7 und
das mit ihr verbundene Betätigungselement 9 (Hülse) des
Kupplungsaktors 1 können
beim Einfahren maximal den Gesamtweg lges 26 zurücklegen
(1a). In einem ersten
Teilweg lges – l1 liegt
das Betätigungselement 9 zur Kraftübertragung
unmittelbar am Übertragungselement 11 an
und vollführt
somit die gleiche Verschiebebewegung wie das Übertragungselement 9.
Der erste Teilweg lges – l1 entspricht
der eingerückten
oder teilweise ausgerückten
Anfahrkupplung, der zweite Teilweg l1 28 (3a) der vollständig ausgerückten Anfahrkupplung.
-
Im zweiten Teilweg l1 28 ist
die Bewegung des Betätigungselements 9 von
der Bewegung des Übertragungselements 11 entkoppelt,
wie dies detailliert in 3b dargestellt
ist. Um diese Entkopplung zu realisieren, ist das Übertragungselement 11 zum einen
verschieblich gegenüber
dem Betätigungselement 9 gelagert.
Zum anderen ist das Übertragungselement 11 mittels
der Schraubenfeder 13 gegenüber dem Betätigungselements 9 federnd
gelagert.
-
Die 2a–c zeigen
detailliert das Betätigungselement
(Hülse) 9 mit
dem Federelement (Schraubenfeder) 13, dem Übertragungselement (Deckel) 11 und
dem Kugelkopf 14. Die Hülse 9 weist über ihre
gesamte Länge
oder einen Teil davon eine Geradführungsnut 21 auf.
Das hier nicht dargestellte Ende der Hülse 9 ist mit der
Spindelmutter 7 (1a, 1b) verbunden, auf das dargestellte
andere Ende wird der hutförmige
Deckel 11 aufgeschoben. Am dargestellten Ende der Hülse 9 ist
eine T-förmige Verschlussnut 22 mit
einem ersten Abschnitt 23 und einem zweiten Abschnitt 24 eingearbeitet,
wobei der zweite Abschnitt 24 mit einer Länge l2 27 parallel zur Geradführungsnut 21 verläuft und
der erste Abschnitt 23 senkrecht zur Geradführungsnut 21 verläuft und den
zweiten Abschnitt 24 mit der Geradführungsnut 21 verbindet.
-
Die Hülse 9 weist einen
Außendurchmesser D1 auf und verjüngt sich an der Stelle, wo
der Deckel 11 aufgeschoben ist, vorzugsweise auf einen
kleineren Außendurchmesser
D2, damit auch bei aufgeschobenem Deckel 11 eine
schlanke Bauform erhalten bleibt. Der Deckel 11 weist einen
Innendurchmesser d3 auf, der geringfügig größer ist
als der kleinere Außendurchmesser
D2 der Hülse 9,
so dass der Deckel 11 auf der Hülse 9 gleiten kann.
-
Das Federelement 13 ist
so dimensioniert, dass es bei ausgefahrenem Kupplungsaktor 1 (gedrückte Kupplung
und Kupplung geöffnet)
gemäß 1a entspannt ist und der
hutförmige
Deckel 11 mit der Hülse 9 ein
steifes, auf den Hebelausrücker 16 wirkendes
Ausrücksystem
bildet. Bei vollständig – oder teilweise
gemäß 1b – eingefahrenem Kupplungsaktor 1 (gedrückte Kupplung
und Kupplung teilweise oder vollständig geöffnet) fährt die Hülse 9 weit in das
Gehäuse 10 ein;
das Federelement 13 wird zusammengepresst.
-
Um zu verhindern, dass unter bestimmten Bedingungen
bei vollständig
eingefahrenem Kupplungsaktor 1 der Hebelausrücker 16 lastlos
wird, drückt
erfindungsgemäß beim Unterschreiten
einer bestimmten Betätigungskraft
(abhängig
von der gewählten Übersetzung
des Hebelausrückers 16)
das gespannte Federelement 13 den Deckel 11 mit
einer Abdrückkraft
von der Hülse 9 ab.
Diese Abdrückkraft wird über den
Kugelkopf 14 und den Hebelausrücker 16 mit dessen Übersetzung
auf den Ausrückmechanismus 17 weitergeleitet,
so dass die nicht rotierenden Teile des Ausrückmechanismus 17 weiterhin
mit den rotierenden Teilen in Kontakt stehen und somit Verschleiss
vermieden wird.
-
Zur Montage wird der Deckel 11 derart
auf die Hülse 9 aufgeschoben,
dass eine in den Deckel 11 eingearbeitete Nase 25 in
die Geradführungsnut 21 eingreift.
Der Deckel 11 wird daraufhin gegenüber der Hülse 9 so verdreht,
dass die Nase 25 zum Herstellen einer (Renk-)Verbindung
erst in den ersten Abschnitt 23 eingeführt und dann in den zweiten
Abschnitt 24 der Verschlussnut 22 eingespurt wird.
Das Übertragungselement 11 und
das Betätigungselement 9 stehen
dadurch über
die Nut 22 und der in der Nut 22 geführten Nase 25 miteinander
in Wirkverbindung. Die Nase 25 und somit auch der Deckel 11 können zum Übertragen
der vom Federelement 13 erbrachten Vorlast um eine Länge l1 28 (3a)
innerhalb des zweiten Abschnitts 24 verschoben werden.
-
Somit ist im ersten Teilweg lges – l1 die Bewegung des Betätigungselements 9 mit
der Bewegung des Übertragungselements 11 gekoppelt
und im zweiten Teilweg l1 28 die
Bewegung des Betätigungselements 9 von
der Bewegung des Übertragungselements 11 entkoppelt.
-
3a zeigt
detailliert das Zusammenwirken zwischen der Hülse 9, dem Deckel 11,
der Schraubenfeder 13 und dem Hebelausrücker 16 bei ausgefahrenem
Kupplungsaktor 1, wie dies grob auch in 1a dargestellt ist. Die Spindelmutter 7 des
Kupplungsaktors 1 drückt über die
Hülse 9,
den Deckel 11 und den Kugelkopf 14 auf das Lager 15 des
Hebelausrückers 16.
In diesem Zustand kann kein Spiel zwischen rotierenden und nicht
rotierenden Teilen des Ausrückmechanismus 17 und
somit auch kein Verschleiss entstehen, weshalb die Schraubenfeder 13 auch
keine Vorlast aufzubringen braucht. Der hutförmige Deckel 11 ist
so weit als möglich
auf die Hülse 9 aufgeschoben,
die Schraubenfeder 13 hat in diesem Zustand keine Funktion
und der Deckel 11 bildet mit der Hülse 9 ein steifes,
auf den Hebelausrücker 16 wirkendes
Ausrücksystem.
-
In 3b ist
das Zusammenwirken zwischen der Hülse 9, dem Deckel 11,
der Schraubenfeder 13 und dem Hebelausrücker 16 bei teilweise
eingefahrenem Kupplungsaktor 1, wie dies grob auch 1b zeigt, nochmals detailliert
dargestellt. Im hier dargestellten Zustand ist die Bewegung des
Betätigungselements 9 von
der Bewegung des Übertragungselements 11 entkoppelt.
Die in der Hülse 9 angeordnete
Schraubenfeder 13 erbringt die Verschleiss vermeidende
Vorlast, indem sie den verschieblichen Deckel 11 von der
Hülse 9 weg
und über den
Kugelkopf 14 und das Lager 15 gegen den Hebelausrücker 16 drückt. Die
Nase 25 des Deckels 11 bewegt sich dabei auf das
in der Zeichnung linke Ende der Verschlussnut 22 zu.
-
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Bewegung des Kugelkopfes 14 mechanisch mit der
Kupplung gekoppelt. Alternativ ist es ebenfalls möglich, dass
das Übertragungselement 11 Teil
eines Geberzylinders als Bestandteil einer hydraulischen Kraftübertragung
ist.