DE102014208689A1

DE102014208689A1 - Selbstnachstellende Kupplung ohne Sensorfeder mit gezielter Nachstellung im zweiten Regelpunkt

Info

Publication number: DE102014208689A1
Application number: DE201410208689
Authority: DE
Inventors: Tim Schmid; Christoph Raber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2014-12-11
Also published as: DE112014002699A5; WO2014194902A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstnachstellende Kupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Reibbeläge aufweisenden Kupplungsscheibe und einer Anpressplatte, die zum Kraftaufbringen auf die Kupplungsscheibe ausgelegt und angeordnet ist, mit einer Blattfeder, die mit der Anpressplatte zusammenwirkt, mit einer durch die Reibbeläge ausbildbaren Belagsfederung, mit einer ebenfalls mit der Anpressplatte zusammenwirkenden Tellerfeder, sowie mit einem Verstellring, an dem sich die Tellerfeder bei einem die Anpressplatte auslenkenden Verschieben eines ihrer Enden abstützt, wobei der Verstellring seine Relativposition zur Tellerfeder an einem bestimmten Regelpunkt entlang des Verschiebeweges des besagten Endes nachstellt, wobei die Kraft-Weg-Kennlinien der Tellerfeder, der Blattfeder und der Belagsfederung so aufeinander abgestimmt sind, dass der Regelpunkt in dem Verschiebeweg nach Durchfahren eines Minimums der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie erreicht ist; sowie einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einer solchen Kupplung.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstnachstellende Kupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wie einem Pkw oder Lkw, mit einer Reibbeläge aufweisenden Kupplungsscheibe und einer Anpressplatte, die zum Kraft aufbringen auf die Kupplungsscheibe ausgelegt und angeordnet ist, mit einer Blattfeder, die mit der Anpressplatte zusammenwirkt, mit einer durch die Reibbeläge ausbildbaren Belagsfederung, mit einer ebenfalls mit der Anpressplatte zusammenwirkenden Tellerfeder, sowie mit einem Verstellring, an dem sich die Tellerfeder bei einem die Anpressplatte auslenkenden Verschieben eines ihrer Enden abstützt, wobei der Verstellring seine Relativposition zur Tellerfeder in einem bestimmten Regelpunkt entlang des Verschiebeweges des besagten Endes nachstellt.
Nachstellbare Kupplungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und bereits in verschiedenen Varianten ausgeführt. Beispielsweise offenbart die DE 10 2013 203 325 – eine Anmeldung, die sich noch in der Geheimhaltungsphase befindet – eine nachstellbare Kupplung sowie eine mit dieser Kupplung zusammenwirkende Betätigungseinrichtung. Die Betätigungseinrichtung ist nach Art eines elektrischen Zentralausrückers ausgeführt und, zum Öffnen und Schließen einer Kupplung, an einem Hybridmodul eines Kraftfahrzeuges einsetzbar. Sie umfasst ein Druckstück oder ein Schubelement, das an einer Push-Hülse angebunden ist und zum Druck ausüben auf Zungen eines Hebelelementes angeordnet und ausgelegt ist, sowie ein Zugelement, das zum Zug ausüben auf die Zungen angeordnet und ausgelegt ist. Das Zugelement ist über einen bajonettartigen Verschluss an der Push-Hülse festgelegt. Eine in Richtung des Zugelementes federvorgespannte Drehverhinderungseinrichtung ist so auf das Schubelement und das Zugelement wirkend angeordnet, dass eine Rotation des Schubelementes relativ zum Zugelement ausgeschlossen ist. Im Weiteren umfasst diese Kupplung auch zumindest eine Sensorfeder, die zusätzlich an der Tellerfeder, an einer dem Verstellring gegenüberliegenden Seite der Tellerfeder anliegt und dazu dient, den Verschleißzustand der Reibbeläge der Kupplungsscheibe zu sensieren.
In solchen selbstnachstellenden Kupplungen, die auch als SAC-Kupplungen (Self-Adjusting Clutches) ausgeführt sein können, sind die verschiedenen Federelemente vorhanden, die unmittelbar die für die Ein- oder Ausrückverschiebung von dre Betätigungsrichtung aufzuwendende Kraft beeinflussen. Die Blattfederkraft (F_Blatt), die durch ein oder mehrere zwischen der Anpressplatte und einem Gehäuse angeordnete Blattfedern erzeugt wird, spannt die Anpressplatte relativ zum Gehäuse vor. Die Belagsfederkraft (F_Belag), die bspw. durch eine gewellt ausgestaltete Reibbelagsfläche erzeugt wird, wirkt die im eingekuppelten Zustand gegen die Anpressplatte, in einer Richtung weg von der Kupplungsscheibe. Die Tellerfeder selbst wirkt im belasteten Zustand, d.h. jenem Zustand, in dem sie von der Betätigungseinrichtung bewegt wird, mit einer Federkraft (F_TF) auf die Anpressplatte, wobei die Tellerfederkraft F_TF an der Anpressplatte in einer Richtung entgegen den Kräften F_Blatt und F_Belag wirkt. Weiterhin ist bisher eine Sensorfederkraft (F_SF) an die Tellerfeder übertragende Sensorfeder vorhanden, die die Tellerfeder gegen den Verstellring drückt. Üblicherweise ist die Summe der Kräfte F_SF + F_Belag + F_Blatt als Summensensorkraft (F_Sensor) bezeichnet. Jede der eingesetzten Federelemente, d.h. die Belagsfeder, die Blattfeder, die Sensorfeder und die Tellerfeder, weisen eine charakteristische Kraft-Weg-Kennlinie auf. Der Kontaktbereich zwischen Tellerfeder und Anpressplatte ist zumeist in einem in radialer Richtung weiter äußer befindlichen Bereich (auf Drehachse der Kupplung bezogen) als der Kontaktbereich zwischen Sensorfeder und Tellerfeder.
Die Betätigungseinrichtung, nachfolgend auch als Betätigungsvorrichtung bezeichnet, greift üblicherweise an einem der Drehachse zugewandten, radial inneren Ende der Tellerfeder, bspw. an den Tellerfederzungen, an und bringt die für das Einrücken oder das Ausrücken der Kupplung notwendige Kraft an der Tellerfeder auf. Kommt es bisher im Betrieb zu einem Verschleiß der verwendeten Reibbeläge, verrückt sich der Betriebspunkt der jeweiligen Kupplung (Betriebspunkt = Punkt, der im Kraft-Weg-Diagramm den Schnittpunkt zwischen dem F_Sensor-Verlauf und dem F_TF-Verlauf darstellt). Dieser Betriebspunkt verlagert sich nach einem bestimmten Verschleiß der Reibbeläge an der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie/ des F_TF-Verlaufs in Richtung eines höheren Kraftniveaus. Das heißt, dass nach einem bestimmten Verschleiß der Reibbeläge die Tellerfeder aus einer aufrechten Stellung verkippt ist, wodurch bei einem erneuten Ein- oder Ausrücken eine höhere Kraft aufzuwenden ist als noch im unverschlissenen, neuen Zustand der Kupplung. Die zum Ein- oder Ausrücken durch die Betätigungsvorrichtung aufzuwendende Kraft ist nachfolgend als F_Aus bezeichnet. Muss die Tellerfeder irgendwann so stark durch die Betätigungsvorrichtung (F_Aus) gedrückt werden, dass die Sensorfederkraft F_Sensor nicht mehr ausreicht um die Tellerfeder an den Verstellring anzudrücken, kommt es zu einem Abheben der Tellerfeder vom Verstellring.
Die Kennlinie F_Sensor, d.h. der Kraft-Weg-Verlauf der Summensensorkraft, und die Kennlinie der zum Ein- oder Ausrücken durch die Betätigungsvorrichtung aufzuwendende Kraft F_Aus sind bisher so durch die Ausgestaltung der Federelemente aufeinander abgestimmt, dass es theoretisch, nach einem bestimmten Verschleiß, an zwei Punkten im Verschiebeweg der Betätigungsvorrichtung – einem ersten und einem zweiten Regelpunkt – zum Abheben der Tellerfeder von dem Verstellring kommt. Grafisch betrachtet schneiden sich die F_Sensor-Kennlinie und die F_Aus-Kennlinie in diesen Regelpunkten. In der Praxis wird jedoch gegenwärtig nur der erste Regelpunkt für die Nachstellung des Verstellringes genutzt, wobei die Nachstellung in anderen Worten folgendermaßen stattfindet: An dem ersten Regelpunkt, der im Verschiebeweg als erstes erreicht wird, findet die Nachstellung des Verstellrings statt. Der zweite Regelpunkt wird bewusst vermieden und nicht angefahren, indem in dem Verschiebeweg über den ersten Regelpunkt hinaus ein Deckelanschlag vorhanden ist, an dem die Tellerfeder vor Erreichen des zweiten Regelpunktes in Anlage kommt und somit der weitere Verschiebeweg der Tellerfeder blockiert ist. In derzeitigen Systemen wird bewusst der erste Regelpunkt für eine Verstellringnachstellung genutzt, da für diesen Regelpunkt die Tellerfeder wesentlich weniger seitens der Betätigungseinrichtung verschoben werden muss. Dahingegen wird der zweite Regelpunkt gezielt vermieden, da der nur erst nach einem sehr weiten Verschieben der Tellerfeder erreicht wird.
Somit ist das Hauptmerkmal der kraftgesteuerten Verschleißnachstellung bisher die selbsttätige Nachstellung im ersten Regelpunkt, vorzugsweise in Abhängigkeit der Ausrückkraft, nahe des Ausrückkraft-Maximums der Kupplung. Steigt die Ausrückkraft über die Summensensorkraft an (Summensensorkraft = Blattfederkraft + Belagsfederkraft + Sensorfederkraft), so wird das Gleichgewicht in der Kupplung gestört, wodurch sich zwischen Tellerfeder und Verstellring Spiel ergibt und der Verstellring über die Rampen das Spiel ausgleicht und so die Winkellage der Tellerfeder korrigiert und die Ausrückkraft konstant hält.
In diesen bisher bekannten Ausführungen kann es jedoch aufgrund von Axialanregungen seitens der Kurbelwelle zu ungewollten Nachstellvorgängen kommen. Das heißt, dass in bestimmten Betriebszuständen sich den an der Tellerfeder anliegenden Kräften eine zusätzliche, durch den dynamischen Fahrbetrieb bedingte Kraft überlagert, welche Zusatzkraft insbesondere bei fortgeschrittenem Verschleißzustand, d.h. jedem Zustand, in dem sich die durch die Verstellung der Tellerfeder veränderten Federkennlinien der Summensensorkraft und der Ein-/Ausrückfederkraft bereits nahe beieinander befinden, sowie beim Einkuppeln und Auskuppeln, zu ungewollten Abhebungen der Tellerfeder vom Verstellring kommen kann. Wenn die Tellerfeder in diesem Zustand vom Verstellring beabstandet ist wird der Verstellring frühzeitig, automatisiert nachgestellt. Ein solches frühzeitiges Nachstellen verändert die Stellung der Tellerfeder in der Kupplung in einer nachteilhaften Art und Weise. Dieser Effekt wird weiter dadurch verstärkt, dass, wenn die Kupplung betätigt wird, sich aus Anpressplatte und Blattfedern eine Art Feder-Masse-System ergibt, das zu Schwingungen angeregt wird und so das Gleichgewicht der Kupplung weiter stören kann, wodurch der ungewollte Nachstellvorgang noch häufiger durchgeführt wird.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Pkw-Kupplung mit kraftgesteuerter Verschleißnachstellung zur Verfügung zu stellen, die eine ungewollte Nachstellung aufgrund von Dynamikeinflüssen eliminiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kraft-Weg-Kennlinien der Tellerfeder, der Blattfeder und der Belagsfederung so aufeinander abgestimmt sind, dass der Regelpunkt in dem Verschiebeweg nach Durchfahren eines Minimums der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie erreicht ist.
Durch diese Lösung kann zur Nachstellung des Verstellringes/ der Tellerfederlage statt des ersten Regelpunktes nun auch der zweite Regelpunkt verwendet werden, der bisher durch den Deckelanschlag nicht erreicht werden konnte aber auch aufgrund des großen, aufzuwendenden Verschiebeweges nicht erreicht werden wollte, was insbesondere Vorteile bei automatisierten, nachstellbaren Kupplungen hat. Gleichzeitig kann die Summensensorkraft im Bereich des Ausrückkraftmaximums angehoben werden, wobei die verwendeten Federkräfte so ausgebildet sind, dass es im Verschiebebereich des bisherigen ersten Regelpunktes nicht mehr zu einem Nachstellen der Kupplung kommt. Ungewollte Nachstellungen auf Verschiebehöhe des bisherigen ersten Regelpunktes werden vermieden. Zudem ist es bei Kupplungen, deren Mechanismus zur Kompensation des Belagverschleißes kraftgesteuert ausgeführt ist, von Vorteil, dass bei einer Senkung der Ausrückkraft auch die Kräfte der Summensensorkraft reduziert werden, was wiederum den Vorteil mit sich bringt, dass die Sensorfeder entfallen kann und die Blattfederkräfte angehoben werden können. Gegenüber konventionellen nachstellbaren Kupplungen (SACs) ergeben sich im Weiteren Verbesserungen hinsichtlich des Dynamikeinflusses durch die Kurbelwelle sowie hinsichtlich der Bauteilanzahl.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind nun auch in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine zum Ein- und/oder Ausrücken der Kupplung am Ende der Tellerfeder einwirkende Betätigungsvorrichtung entlang einer Verrückkraft-Weg-Kennlinie verschiebbar, wobei die Verrückkraft-Weg-Kennlinie aus einer Überlagerung der Kraft-Weg-Kennlinien der Tellerfeder, der Blattfeder und der Belagsfederung resultiert. Durch eine solche Betätigungsvorrichtung ist ein besonders direktes Ansteuern der Kupplung und somit direktes Bedienen/Betätigen der Kupplung möglich.
Auch ist es von Vorteil, wenn eine Summenkraft-Weg-Kennlinie aus der Überlagerung der Kraft-Weg-Kennlinien der Blattfeder und der Belagsfederung zusammengesetzt ist, wobei der Regelpunkt ein Schnittpunkt zwischen der Verrückkraft-Weg-Kennlinie und der Summenkraft-Weg-Kennlinie ist. Nur so ist eine kraftgesteuerte Verschleißnachstellung besonders einfach auszugestalten.
Zweckmäßig ist es auch, wenn ein Betriebspunkt, der ein Schnittpunkt zwischen der Summenkraft-Weg-Kennlinie und der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie ist und durch die Lage der Tellerfeder in der Kupplung verschiebbar ist, in dem Verschiebeweg vor dem Durchfahren des Minimums der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie befindlich ist. So ist eine einfache Trennung des Regelpunktes, der den Verstellpunkt darstellt, und einem Betriebspunkt, welcher jener Punkt ist, in dessen Umgebung der Ausrückvorgang beginnt, erzielbar. Diese Punkte sind dann über einen ausreichend weiten Verschiebeweg der Tellerfeder voneinander beabstandet, wodurch unbeabsichtigte Nachstellungen weiter vermieden werden.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Tellerfeder als Schnappfeder ausgebildet ist, wobei diese vorzugsweise bei Erreichen eines bestimmten Verschiebeweges von einer positiven Federkraft zu einer negativen Federkraft umschnappt, wobei sich die Tellerfeder von einer Druckzu einer Zugfeder umwandelt. Dadurch kann der erfinderische Gegenstand einfach erreicht werden, ohne zusätzliche Komponenten in das Kupplungssystem einzubringen.
Von Vorteil ist es auch gemäß einer weiteren Ausführungsform, wenn an der Tellerfeder keine zusätzliche Feder unmittelbar anliegt und/oder die Kupplungssensorfeder frei ausgeführt ist. So kann da die gesamte Sensorfeder eingespart werden und dadurch zumindest ein weiteres Bauteil eingespart werden. Auch kann dann die Aufnahme dieser Sensorfeder, die bisher nötig war, umgangen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Betätigungsvorrichtung vorteilhafterweise einen elektromechanischen Kupplungsaktor, der automatisch den Regelpunkt ansteuert. Vorzugsweise ist dieser Kupplungsaktor bidirektional betätigbar. Durch die Verwendung eines solchen elektromechanischen Aktors (bspw. eines EZA, d.h. eines elektrischen Zentralausrückers) besteht nun die Möglichkeit zur Nachstellung der Kupplung nicht mehr den bisherigen ersten Regelpunkt der nachstellbaren Kupplung / SAC zu verwenden, sondern den zweiten Regelpunkt, im Überweg der Kupplung, zu verwenden (Überweg bedeutet der Weg / Verschiebeweg über den zweiten Regelpunkt hinaus, wodurch eine Nachstellung erfolgt), welcher Überweg bisher durch den Deckelanschlag blockiert war. Vorzugsweise ist der elektromechanische Aktor als Clutch-by-Wire-System ausgeführt.
Weiterhin ist es auch von Vorteil, wenn im Steuergerät eine Betätigungsroutine hinterlegt ist, mittels der sich der Kupplungsaktor entlang des Verschiebeweges an den Regelpunkt herantastet. Dadurch ist es möglich, eine vollautomatisierte Kupplung umzusetzen und die Nachstellung der Kupplung erst zu einem Zeitpunkt durchzuführen, wenn der Fahrer nicht durch den Nachstellvorgang gestört wird (bspw. nach Abstellen des Fahrzeuges).
Auch ist es von Vorteil, wenn der Verstellring entlang mechanisch vorgegebener Unterteilungseinheiten, die durch Zähne bestimmt sind, nachstellbar ist. Diese konstruktive Lösung hat den Vorteil, dass der Verstellring lediglich zur Verdrehung jeweils um einen Zahn freigegeben werden kann und so ein Durchfahren der gesamten Rampe des Verstellrings, was unbedingt zu vermeiden ist, umgangen werden kann.
Umfasst gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug, wie einem Pkw oder einem Lkw, eine Kupplung nach einem der zuvor bezeichneten Ausführungsformen, so ist eine besonders effiziente Ausgestaltung eines Antriebsstranges möglich.
Somit ist eine Kupplungsanordnung mit Verschleißnachstelleinrichtung und Betätigungseinrichtung vorgeschlagen, bei der die Verschleißnachstelleinrichtung ähnlich einer kraftbasierten selbstnachstellenden SAC (self adjusting clutch) ausgebildet ist, jedoch keine Sensorfeder aufweist. Wie bei der SAC ist der Verstellring in Umfangsrichtung federvorbelastet und Rampen des Verstellrings sind gleitbeweglich an deckelseitigen Gegenrampen gelagert. Wenn die Tellerfeder vom Verstellring abhebt, dreht der Verstellring unter Federvorspannung in Umfangsrichtung nach, bis der Verstellring wieder an der Tellerfeder zur Anlage kommt, d. h. der Kupplungsverschleiß nachgestellt ist. Im Unterschied zu SAC’s des bisherigen Standes der Technik wird auf die Sensorfeder verzichtet. Die oben beschriebene Verschleißnachstellung erfolgt daher erst in dem Regelpunkt, der bei bisherigen SAC’s dem zweiten Regelpunkt entsprechen würde, d.h. dem Regelpunkt in dem bei der SAC eine ungewollte Verschleißnachstellung im Überweg der Kupplung (bspw., wenn die Tellerfeder nicht rechtzeitig gegen einen Deckelanschlag stößt) erfolgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann für die erforderliche Verschleißnachstellung zum einen die Tellerfeder als Schnappfeder ausgebildet sein, d.h. im Bereich ihres Minimums eine negative Kraft aufweisen, bzw. die Ausrückkraft-Kennlinie im Bereich ihres Minimums negativ sein. Zum anderen kann die Betätigungseinrichtung in der Lage sein, sowohl drückende Kräfte als auch ziehende Kräfte auf die Tellerfederzungen aufzubringen, da andernfalls der negative Kraftbereiche der Ausrückkraft-Weg-Kennlinie nicht verlassen werden könnte. Beispielsweise kann die Bewegungseinrichtung als elektrischer Zentralausrücker (EZA) ausgebildet sein. Die Sensierung des Kupplungsverschleißes kann bspw. durch Strom- oder Leistungsanstieg der Betätigungseinrichtung erfolgen, wobei der Strom- oder Leistungsanstieg auf eine sich stärker aufstellende Feder / Tellerfeder hinweist. Wenn der Kupplungsverschleiß sensiert worden ist, durchfährt die Bewegungseinrichtung beim Ausrücken (oder Einrücken) der Kupplung den negativen Kraftbereich der Ausrückkraftkennlinie vollständig und gelangt im Überweg an den („zweiten“) Regelpunkt, an dem die Tellerfeder vom Verstellring abhebt, und die Verschleißnachstellung erfolgt.
In anderen Worten ist festzustellen, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine Pkw-Kupplung mit kraftgesteuerter Verschleißnachstellung und bidirektionaler Betätigung zur Verfügung gestellt wird, wobei die Problematik, die aus dem Stand der Technik bekannt ist und das ungewollte Nachstellen aufgrund von Dynamikeinflüssen umfasst, außen vorgelassen werden kann. Die Verwendung der Tellerfeder als Schnappfeder zur Erzeugung der Anpresskraft, sowie einem elektromechanischen Aktor mit bidirektionaler Betätigungskraft lassen sich nach ersten Berechnungen die Ausrückkräfte um ca. 50 % gegenüber derzeitigen Serienlösungen senken. Um den Betriebspunkt der Kupplung konstant zu halten, ist ein Mechanismus zur Kompensierung des Kupplungsverschleißes erforderlich. Dieser kann sowohl nach dem bekannten Prinzip der selbstnachstellenden Kupplung (SAC) wie auch der TAC-Kupplung (Travel-Adjusted Clutch) umgesetzt werden. Weiterhin gibt es verschiedene Möglichkeiten, beide Systeme auf eine gezogen-gedrückte Kupplung anzupassen (Wahl der Regelpunkte, Richtung der Betätigungskraft während des Nachstellvorgangs, Ort der Verschleißsensierung). Werden beide Prinzipien in ihrer Wirkart mit Hilfe der aufgeführten Attribute variiert, so ergeben sich neue Potenziale hinsichtlich Dynamikeinflüsse und Bauteilanzahl. Die Erfindung bezieht sich in diesem Zusammenhang auf das Prinzip der selbstnachstellenden Kupplung, in Kombination mit einem niedrigen Niveau der Summensensorkraft, sowie einer Nachstellung im zweiten Regelpunkt der Kupplung. Wird zur Kompensierung des Kupplungsverschleißes das Prinzip der nachstellenden/selbstnachstellenden Kupplung (SAC) verwendet, so muss die Summensensorkraft zur Realisierung des ersten Regelpunktes an die Ausrückkraft angepasst werden. Bei einem Kupplungssystem mit einer Ausrückkraft, die um ca. 50 % gegenüber der Basiskupplung gesenkt wurde, kann dies durch Anhebung der Blattfederkraft und Senkung der Sensorfederkraft bis hin zum kompletten Entfall der Sensorkraft geschehen.
Durch die Verwendung des elektromechanischen Aktors kann sich der Nachstellpunkt / Regelpunkt durch die Kräfte der Blattfedern einstellen. Die Summensensorkraft kann nun derart angepasst werden, dass sich im Bereich des Ausrückkraft-Maximums bei Verschleiß der Kupplung kein Regelpunkt ergibt und somit das System eine deutlich höhere dynamische Stabilität aufweist. Die Nachstellung erfolgt bei Sensierung des Ausrückkraftanstiegs durch den elektromechanischen Aktor, bspw. durch einen zu sensierenden Leistungs- bzw. Stromanstieg. Wird dieser Ausrückkraftanstieg durch den Aktor sensiert, so fährt der Aktor im Rahmen einer Kupplungsbewegung gezielt in den Überweg, wo sich der Regelpunkt als Schnittpunkt der Summensensorkraft und Ausrückkraft befindet. Damit der Rampenring, der üblicherweise neben dem Verstellring anliegt, lediglich um ein Verschleißinkrement in diesem Punkt nachstellt, sind zwei Möglichkeiten denkbar; einerseits kann dem Steuergerät des Kupplungsaktors eine Betätigungsroutine hinterlegt werden, mit Hilfe derer sich der Aktor anhand mehrerer Betätigungen an den Regelpunkt herantastet und bei erfolgter Nachstellung die Überwegfahrten abschließt, andererseits kann dies auch konstruktiv gelöst werden, wobei der Verstellring lediglich zur Verdrehung um einen Zahn freigegeben und so ein Durchfahren der gesamten Rampe des Verstellrings verhindert wird.
Somit ist die Konstruktion dadurch gelöst, dass die selbstnachstellende Kupplung (SAC) mit Ausrückkraftsenkung um 50 % durch Verwendung einer Schnappfeder und einem bidirektionalen Aktor (Pull/Push) ausgeführt ist, eine reduzierte Summensensorkraft durch Anpassung der Blattfederkraft und der Sensorfederkraft erzeugt wird, die Sensorfederkraft gar entfallen kann, der erste Regelpunkt durch Anhebung der Summensensorkraft im Bereich des Ausrückkraft-Maximums entfällt und dadurch eine Nachstellung im zweiten Regelpunkt, im eigentlichen, bisherigen Überweg der Kupplung durch gezieltes Anfahren durch den Aktor bei Betätigungskraftanstieg erfolgen kann. Durch die erfinderischen Lösungen sind Einscheiben-, Doppel- und Hybridkupplungen mit bidirektionaler Betätigungskraft, vorzugsweise als Clutch-by-Wire-Systeme ausführbar. Als Abwandlung der bisherigen konventionellen nachstellbaren Kupplung (SAC) mit reduzierter Betätigungskraft und elektromechanischer Betätigung lassen sich die systembedingten Nachteile dieser SAC eliminieren. Gleichzeitig können sämtliche Bauteile, die an der Kupplungsbetätigung beteiligt sind, kleiner dimensioniert werden. Sofern diese Kostenersparnis die Zusatzkosten für einen elektromechanischen Aktor für Zug- und Druckbetätigung kompensiert, wäre eine Verwendung besonders vorteilhaft.
Nachfolgend wird nun die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert.
Es zeigen:
1 eine Darstellung eines durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kupplung Längsschnittes, wobei die Schnittebene eine Ebene darstellt, in der auch die Drehachse der Kupplung liegt,
2 ein Kraft-Weg-Diagramm enthaltend die Kraft-Weg-Kennlinien der in der Kupplung nach 1 eingesetzten Blattfeder, Belagsfederung und Tellerfeder,
3 ein Kraft-Weg-Diagramm ähnlich zu dem in 2 ausgeführten Diagramm, das das Verhalten der erfindungsgemäßen Kupplung nach 1 grafisch darstellt, wobei auf die Darstellung der Belagsfederungs- und der Tellerfeder-Kennlinie verzichtet ist und stattdessen der Abhub der Anpressplatte dargestellt ist, und
4 eine erfindungsgemäße Kupplung nach 1 in einer isometrischen Darstellung, wobei lediglich eine Hälfte der Kupplung dargestellt ist.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine selbstnachstellende Kupplung 1 der erfindungsgemäßen Art dargestellt. Diese selbstnachstellende Kupplung ist als SAC-Kupplung (Self Adjusting Clutch) oder als TAC-Kupplung (Travel Adjusted Clutch) ausführbar. Sie ist in einem hier nicht weiter dargestellten Antriebsstrang eines Fahrzeuges, vorzugsweise einem Kraftfahrzeug wie einem Pkw oder Lkw eingesetzt. Die selbstnachstellende Kupplung 1 ist weiterhin gemäß ihren Bestandteilen im Wesentlichen wie eine aus dem Stand der Technik bekannte selbstnachstellende Kupplung aufgebaut. So können bspw. die mit der am 28.02.2013 eingereichten Anmeldung DE 10 2013 203 325 offenbarten Kupplungsbestandteile auf die selbstnachstellende Kupplung 1 der erfindungsgemäßen Art übernommen werden.
Im Gegensatz zum Stand der Technik weist die selbstnachstellende Kupplung 1 gemäß der Erfindung jedoch keine Sensorfeder auf. Vielmehr weist sie eine Reibbeläge 2 aufweisende Kupplungsscheibe 3 auf, welche Kupplungsscheibe 3 auf bekannte Weise kurbelwellenseitig verbindbar ist und eine mit der Kupplungsscheibe 3 verbundene Getriebeeingangswelle in einem eingekuppelten Zustand antreibt. Auch umfasst die Kupplung 1 gemäß der Erfindung eine Anpressplatte 4, die zum Kraft aufbringen auf die Kupplungsscheibe 3 ausgelegt und angeordnet ist. Die Anpressplatte 4, da die Kupplung in 1 in einem eingekuppelten Zustand dargestellt ist, liegt derart fest an der Kupplungsscheibe 3 an, dass diese reibkraftschlüssig mit einer Gegendruckplatte 5 verbunden ist und somit das Drehmoment, das an der Gegendruckplatte 5 anliegt, auf die Kupplungsscheibe 3 überträgt. Weiterhin ist auch eine Blattfeder 6 enthalten, die mit der Anpressplatte 4 zusammenwirkt. Auch ist eine durch die Reibbeläge 2 ausbildbare Belagsfederung 7 ausgeführt, die ebenfalls mit der Anpressplatte 4 zusammenwirkt, wobei diese Belagsfederung 7 vorzugsweise über eine gewellte Ausgestaltung der Reibbeläge 2 realisiert wird und somit zumindest im eingekuppelten Zustand eine Federkraft ausübt, die entgegen die Anpressplatte 4, in Richtung eines Kupplungsdeckels 11, wirkt. Ebenfalls mit der Anpressplatte 4 wirkt eine Tellerfeder 8 zusammen, die auf übliche Weise mit einem Verstellring 9 der Kupplung 1 zusammenwirkt, wobei sich die Tellerfeder 8 an dem Verstellring 9 bei einem die Anpressplatte 4 auslenkenden Verschieben eines ihrer Enden 10, welches Ende 10 vorzugsweise durch Tellerfederzungen ausgeführt ist, abstützt. Der Verstellring 9 stellt seine Relativposition zur Tellerfeder 8 an einem bestimmten Regelpunkt entlang des Verschiebeweges des besagten Endes 10 nach.
Die Kraft-Weg-Kennlinien der Tellerfeder 8, der Blattfeder 6 und der Belagsfederung 7 sind dabei erfindungsgemäß so aufeinander abgestimmt, dass der Regelpunkt in dem Verschiebeweg nach Durchfahren eines Minimums der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie erreicht ist.
In 1 ist das erfindungsgemäße Kupplungssystem als ein ausrückendes System dargestellt. Weiterhin bevorzugt, kann das Kupplungssystem aber auch als ein einrückendes System ausgeführt sein. Die Blattfeder 6 ist zwischen einem die Anpressplatte 4 mit einem Deckelelement / Kupplungsdeckel 11 verbindenden Bolzen 12 und der Anpressplatte 4 angeordnet. Die Anpressplatte 4 ist im dargestellten eingekuppelten Zustand, im Bereich der Blattfeder 6 gemäß des eingezeichneten Kraftpfeiles F_Blatt vorgespannt. Die Blattfeder 6 ist demgemäß so ausgeführt, dass die an der Anpressplatte 4 anliegende Blattfederkraft F_Blatt in axialer Richtung, zu einer der Kupplungsscheibe 3 abgewandten Seite der Anpressplatte 4 hin wirkt. Die axiale Richtung ist die Richtung entlang der Drehachse 13 um die die gesamte Kupplung 1 rotierbar ist. Ebenfalls in axialer Richtung, jedoch radial weiter zur Drehachse 13 hin verlagert, wirkt durch die Belagsfederung 7 Belagsfederkraft/ Belagsfederungskraft F_Belag auf die Anpressplatte 4 ein. Da sich an einem zweiten Ende 14 der Tellerfeder 8 die Anpressplatte 4 und die Tellerfeder 8 berühren, werden diese Federkräfte F_Blatt und F_Belag im eingekuppelten Zustand direkt auf die Tellerfeder 8 übertragen. Die Summensensorkraft F_Sensor ist in der Kupplung 1 der Erfindung die Summe der Kräfte F_Blatt und F_Belag, da die Sensorfeder fehlt.
Der Kontaktbereich, in dem sich die Anpressplatte 4 und die Tellerfeder 8 berühren, ist als erste Anlagefläche 15 bezeichnet. Die erste Anlagefläche 15 ist an der Tellerfeder 8 in radialer Richtung weiter zur Drehachse 13 hin als eine zweite an der Tellerfeder 8 ausgestaltet Anlagefläche 16 positioniert, in welcher zweiten Anlagefläche 16 die Tellerfeder 8 mit einer der Anpressplatte 4 abgewandten Seite an dem Verstellring 9 anliegt. Bei einem Verschieben des ersten Endes 10 in axialer Richtung rollt die Tellerfeder 8 im Bereich dieser zweiten Anlagefläche 16 an dem Verstellring 9 ab. Der Verstellring 9 ist auf übliche Weise ausgeführt und wird über mechanisch vorgegebene Unterteilungseinheiten, die durch Zähne ausgebildet sind, in axialer Richtung, im Verstellvorgang / Nachstellvorgang der Kupplung 1, in Richtung der Tellerfeder 8, axial verschoben. Diese Zähne sind vorzugsweise zwischen dem Verstellring und dem Kupplungsdeckel 11 angeordnet.
Die Tellerfeder 8 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schnappfeder ausgeführt. Dies ist besonders gut in 2 zu erkennen, wo deren Kraft-Weg-Kennlinie, die mit F_TF bezeichnet ist, dargestellt ist. Die Tellerfeder 8 ist so ausgestaltet, dass sie das dargestellte Kennlinieverhalten F_TF aufweist. Die Kennlinie F_TF weist ein Tellerfeder-Kennlinien-Maximum 17 auf, wonach diese Kennlinie halb parabelförmig abfällt und von dem Tellerfeder-Kennlinien-Maximum 17 zu einem Tellerfeder-Kennlinien-Minimum 18, in einen negativen Kraftbereich, abfällt. In einem Verschiebeweg, bei einem Ein- oder Ausrücken der Kupplung – in dieser Ausführungsform für den Ausrückvorgang veranschaulicht, jedoch auch für den Einrückvorgang umsetzbar – schnappt die Tellerfeder 8 somit bei einer bestimmten Stellung um. Die Tellerfeder ist im negativen Kraftbereich nicht mehr von einer, hier nicht weiter dargestellten Betätigungsvorrichtung gedrückt, sondern übt selbst eine Zugkraft auf die Betätigungsvorrichtung in Richtung der Kupplungsscheibe 3 aus. Auch ist in 2 die Federkraft-Weg-Kennlinie der Belagsfederung 7 dargestellt, die mit F_Belag bezeichnet ist. Die Federkraft-Weg-Kennlinie der Blattfeder 6 ist mit F_Blatt bezeichnet. Die Belagsfederung 7 ist dabei so ausgestaltet, dass ihre Kraft-Weg-Kennlinie / Belagsfederungskraft-Weg-Kennlinie F_Belag im Wesentlichen in Form einer logarithmischen Kurve verläuft und somit mit zunehmendem Verschiebeweg in positiver Richtung, d.h. in Richtung des in 1 dargestellten Richtungspfeiles F_Aus stark abfällt. Die Blattfederkraft F_Blatt bleibt über den Verschiebeweg hin im Wesentlichen gleich groß oder verläuft leicht degressiv. Die Summe aus den beiden Kräften F_Blatt und F_Belag ist hier als zusätzliche Kraft-Weg-Kennlinie F_Sensor dargestellt. F_Sensor weist den logarithmischen Verlauf gemäß F_Belag auf, ist jedoch um den Betrag von F_Blatt, oberhalb der Nulllinie verlaufend. Die Kraft-Weg-Kennlinie F_Sensor ist auch als Summenkraft-Weg-Kennlinie bezeichnet und ist aus der Überlagerung der Kraft-Weg-Kennlinien der Blattfeder 6 und der Belagsfederung 7 gebildet.
Wird nun die in 1 dargestellte Kupplung 1 ausgerückt, indem die Betätigungsvorrichtung in Richtung des Pfeiles F_Aus bewegt wird, muss die Betätigungsvorrichtung den am ersten Ende 10 aus den Federkraft-Weg-Verläufen F_Blatt, F_Belag und F_TF abhängige Ausrückkraft gemäß des Kraft-Weg-Verlaufs F_Aus (2) zurücklegen. Die Kennlinie F_Aus ist auch als Verrückkraft-Weg-Kennlinie bezeichnet und wirkt am ersten Ende 10 der Tellerfeder 8 ein. Demgemäß ist die Verrückkraft-Weg-Kennlinie eine Überlagerung der Kraft-Weg-Kennlinien der Tellerfeder 8, der Blattfeder 6 und der Belagsfederung 2. Der für das Ausrücken zurückzulegende Verschiebeweg entspricht in 1 der Richtung des Pfeiles F_Aus, in den Diagrammen nach 2 und 3 der positiven Richtung der X-Achse. Die in der erfindungsgemäßen Kupplung 1 eingesetzte Tellerfeder 8, Belagsfederung 2 sowie Blattfeder 6 sind derart ausgestaltet, dass die an dem ersten Ende 10 anliegende Ausrückkraft F_Aus erst in einem, bzgl. des Verschiebeweges weit von einem Betriebspunkt BP beabstandeten Regelpunkt RP die Tellerfeder 8 von dem Verstellring 9 beabstandet. Dieser Regelpunkt RP liegt im Verschiebeweg (Verschiebeweg auf der x-Achse dargestellt) rechts von dem Tellerfeder-Kennlinien-Minimum 18 und somit auch von einem Minimum 19 der Ausrückkraft-Kennlinie F_Aus entfernt. Der Regelpunkt RP kann erst erreicht werden, wenn das Minimum 19 bzw. das Tellerfeder-Kennlinien-Minimum 18 durchfahren ist.
Wie im Kraft-Weg-Kennlinien-Diagramm der 2 gut zu erkennen ist, ist der Betriebspunkt BP, der einen Schnittpunkt zwischen der Summensensorkraft-Weg-Kennlinie F_Sensor und der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie F_TF darstellt, in Abhängigkeit der Lage der Tellerfeder 8 in der Kupplung 1 verschiebbar. Der Betriebspunkt BP ist an der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie F_TF im Verschiebeweg links, d.h. vor Durchfahren des Tellerfeder-Kennlinien-Minimums 18, befindlich.
Durch die Wahl der verschiedenen Federkraft-Weg-Kennlinien F_TF, F_Blatt und F_Belag der Tellerfeder 8, der Belagsfederung 7 und der Blattfeder 6, kann, wie oben erwähnt, auf eine zusätzliche Feder, die unmittelbar an der Tellerfeder 8 zusätzlich zu der Anpressplatte 4 und dem Verstellring 9 anliegt verzichtet werden. Die Kupplung 1 kann somit sensorfederfrei ausgeführt sein.
Die Betätigungsvorrichtung ist vorzugsweise als ein elektromechanischer Kupplungsaktor ausgestaltet, der automatisiert den Regelpunkt RP ansteuern kann. Da dieser Kupplungsaktor bidirektional mit der Tellerfeder 8 verbunden ist, findet fast keine Relativbewegung der Tellerfeder 8 zum elektromechanischen Kupplungsaktor beim Umschnappen der Tellerfeder 8 statt. Der Kupplungsaktor ist dabei mit einem Steuergerät gekoppelt, wobei im Steuergerät eine Betätigungsroutine hinterlegt ist, mittels der sich der Kupplungsaktor entlang des Verschiebewegs an den Regelpunkt RP heran tasten kann.
In der 3 ist weiterhin ein ähnliches Diagramm wie in 2 gezeigt, wobei auf die Darstellung der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie F_TF und der Belagsfederkraft-Weg-Kennlinie F_Belag verzichtet worden ist und stattdessen der Abhub der Anpressplatte 4 mit der Kennlinie s_ab dargestellt ist. Dieser Abhub s_ab nimmt mit zunehmendem Ausrück-/Verschiebeweg der Tellerfeder 8/ der Betätigungsvorrichtung kontinuierlich zu. Auch die ist der Übersichtlichkeit halber hier nicht dargestellt.
4 veranschaulicht weiterhin die erfindungsgemäße Kupplung 1 nochmals in einer isometrischen Darstellung, wobei das Fehlen einer Sensorfeder zu erkennen ist.
Bezugszeichenliste

1: selbstnachstellende Kupplung / Kupplung
2: Reibbelag
3: Kupplungsscheibe
4: Anpressplatte
5: Gegendruckplatte
6: Blattfeder
7: Belagsfederung
8: Tellerfeder
9: Verstellring
10: Ende / erstes Ende
11: Kupplungsdeckel
12: Bolzen
13: Drehachse
14: zweites Ende
15: erste Anlagefläche
16: zweite Anlagefläche
17: Tellerfeder-Kennlinien-Maximum
18: Tellerfeder-Kennlinien-Minimum
19: Minimum der Ausrückkraft-Kennlinie
RP: Regelpunkt
BP: Betriebspunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013203325 [0002, 0032]

Claims

Selbstnachstellende Kupplung (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Reibbeläge (2) aufweisenden Kupplungsscheibe (3) und einer Anpressplatte (4), die zum Kraftaufbringen auf die Kupplungsscheibe (3) ausgelegt und angeordnet ist, mit einer Blattfeder (6), die mit der Anpressplatte (4) zusammenwirkt, mit einer durch die Reibbeläge (2) ausbildbaren Belagsfederung (7), mit einer ebenfalls mit der Anpressplatte (4) zusammenwirkenden Tellerfeder (8), sowie mit einem Verstellring (9), an dem sich die Tellerfeder (8) bei einem die Anpressplatte (4) auslenkenden Verschieben eines ihrer Enden (10) abstützt, wobei der Verstellring (9) seine Relativposition zur Tellerfeder (8) an einem bestimmten Regelpunkt (RP) entlang des Verschiebeweges des besagten Endes (10) nachstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft-Weg-Kennlinien der Tellerfeder (8), der Blattfeder (6) und der Belagsfederung (7) so aufeinander abgestimmt sind, dass der Regelpunkt in dem Verschiebeweg nach Durchfahren eines Minimums der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie erreicht ist.
Kupplung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Ein- und/oder Ausrücken der Kupplung (1) am Ende der Tellerfeder (8) einwirkende Betätigungsvorrichtung entlang einer Verrückkraft-Weg-Kennlinie verschiebbar ist, wobei die Verrückkraft-Weg-Kennlinie aus einer Überlagerung der Kraft-Weg-Kennlinien der Tellerfeder (8), der Blattfeder (6) und der Belagsfederung (7) resultiert.
Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Summenkraft-Weg-Kennlinie aus der Überlagerung der Kraft-Weg-Kennlinien der Blattfeder (6) und der Belagsfederung (7) zusammengesetzt ist, wobei der Regelpunkt (RP) ein Schnittpunkt zwischen der Verrückkraft-Weg-Kennlinie und der Summenkraft-Weg-Kennlinie ist.
Kupplung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebspunkt (BP), der ein Schnittpunkt zwischen der Summenkraft-Weg-Kennlinie und der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie ist und durch die Lage der Tellerfeder (8) in der Kupplung (1) verschiebbar ist, in dem Verschiebeweg vor dem Durchfahren des Minimums (18) der Tellerfederkraft-Weg-Kennlinie befindlich ist.
Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (8) als eine Schnappfeder ausgebildet ist.
Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Tellerfeder (8) keine zusätzliche Feder unmittelbar anliegt und/ oder die Kupplung (1) sensorfederfrei ausgeführt ist.
Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung einen elektromechanischen Kupplungsaktor umfasst, der automatisiert den Regelpunkt (RP) ansteuert.
Kupplung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsaktor mit einem Steuergerät gekoppelt ist, wobei im Steuergerät eine Betätigungsroutine hinterlegt ist, mittels der sich der Kupplungsaktor entlang des Verschiebeweges an den Regelpunkt (RP) herantastet.
Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellring (9) entlang mechanisch vorgegebener Unterteilungseinheiten, die durch Zähne bestimmt sind, nachstellbar ist.
Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einer Kupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.