NO316468B1 - Clutchanordning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en clutchanordning for et kjøretøy, omfattende

- en mekanisk fjæranordning som stadig søker å presse en fnksjonsplate i en første retning for innkobling av clutchen og overføring av et dreiemoment via denne, - en pneumatikkaktuator som har en sylinder og et i denne bevegelig stempel, som inndeler sylinderen i et hovedkammer og et hjelpekammer, - et utløserlager med en roterende del, som er forbundet med fhksjonsplaten og en rotasjonsmessig stasjonær del, som er forbundet med stempelet, og - en trykkluftkilde, som via en styrbar ventil anordning er innrettet til kommunikasjon med hovedkammeret for bevegelse av utløserlageret og dermed fhksjonsplaten i en annen, motsatt retning for utkobling av clutchen, idet en kraft som kan bh skaffet av trykket på luften i hovedkammeret og bh utøvet mot utløserlageret mot den av fjæranordningen utøvede kraft for bevegelse av fhksjonsplaten den annen retning, øker til en maksimal verdi etter at utløserlageret har blitt beveget over et første veistrekmngsområde, regnet fra det sted hvor aktuatoren ikke utøver noen kraft mot utløserlageret til det sted hvor clutchen først blir utkoblet I GB 2314137 er det vist en aktivenngsanordning for en friksjonsclutch omfattende blant annet et utløserlager som er koblet til en pneumatikksyhnder, og en styringsventil med ett innløp som er tilkoblet hovedsyhnderen Ved hjelp av fønngssignaler, styres bevegelsen av utløserlagerets posisjon Annen kjent teknikk som ligger til grunn for oppfinnelsen vil i det følgende bh beskrevet under henvisning til figurene 1-5 Fig 1 og 2 viser lengdesnitt gjennom en skyvende clutch respektive en trekkende clutch, hvor bestanddeler har blitt fjernet Fig 3 er en graf hvor det er vist en kraft F som av en fjæranordning blir utøvet mot et utløserlager under en operasjon av clutchen, som en funksjon av utløserlagerets bevegelsesstrekning Fig 4 viser et tverrsnitt gjennom en pneumatisk kobhngsaktuator for en trekkende clutch Fig 5 er et koblingsdiagram for en ventil anordning til styring av den kobhngsaktuator som er vist på fig 4

Clutcher av den ovennevnte type kan prinsipielt være av en skyvende type som er vist på fig 1 eller av en trekkende type som er vist på fig 2, idet en lengderetning dvs aksial retning for clutchen løper mellom den venstre og den høyre kant av tegningsbladet i forhold til leseren Tilsvarende bestanddeler av clutchene er for enkelhets skyld angitt med samme henvisningstall

Begge clutchtyper omfatter et clutchdeksel 1 som er forbundet med et drivende svinghjul 2 av en motor (ikke vist) En fnksjonsplate 3 er aksialt bevegelig og rotasjonsmessig fast forbundet med en drevet aksel (ikke vist) som kan være forbundet med en girboks av kjøretøyet Fnksjonsplaten 3 er via en trykkplate 3' påvirket av en solfjær 4 som stadig søker å presse fnksjonsplaten 3 til anlegg mot svinghjulet 2 for rotasjonsmessig fast forbindelse av svinghjulet 2 med den drevne aksel slik at det fra svinghjulet kan bh overført et dreiemoment til den drevne aksel

Solfjæren har et radialt ytre parti 6, et midtparti 7 og et radialt indre parti 5, som står i inngrep med en roterende lagerbane 19a av et utløserlager 19 (fig 4), som er forbundet med en aktuator 10 For den skyvende clutch er aktuatoren 10 innrettet til å utøve en skyvekraft F mot utløserlageret 19, dvs en kraft som utøves mot venstre på fig 1, og for den trekkende clutch er aktuatoren 10 innrettet til å utøve en trekkraft mot utløserlageret 19, dvs en kraft som utøves mot høyre på fig 2

Av fig 1 fremgår det at det radialt ytre parti 6 av solfjæren 4 for den skyvende clutch ligger an mot trykkplaten 3', og at solfjæren ved sitt midtparti 7 er vippbart forbundet med clutchdekselet 1 i likhet med en tallerkenfjær Herunder er solfjæren 4 forspent på en slik måte at den stadig søker å bevege fnksjonsplaten til inngrep med svinghjulet 2

Dersom utløserlageret 19 blir beveget en strekning s, blir solfjæren 4 vippet i urviserretningen om midtpartiet 7, slik det er angitt med stiplet strek, og slik at det radialt ytre parti blir beveget bort fra svinghjulet 2 og clutchen kan bh utkoblet Av fig 2 fremgår det at midtpartiet 7 av solfjæren 4 for den trekkende clutch ligger an mot trykkplaten 3', og at solfjærens radialt ytre parti 6 ligger an mot clutchdekselet på en slik måte at solfjæren kan vippe om dette ytre parti 6

Dersom den sistnevnte solfjær 4 blir påvirket av en trekkraft F, blir den utbøyd en strekning s bort fra svinghjulet 2 og vipper motsatt urviserretningen om det ytre parti 6, slik at midtpartiet 7 blir beveget bort fra svinghjulet 2 og clutchen blir utkoblet

Av disse figurer fremgår det at radialt løpende partier av solfjæren for den skyvende clutch kan sammenliknes med en toarmet hevarm, mens tilsvarende partier for solfjæren for den trekkende clutch kan sammenliknes med en enarmet hevarm

For en aktuator som utøver den samme kraft F mot utløserlageret, fås det en kraft K mot fhksjonsplaten for begge typer clutcher

K = F x B/A, hvor B er avstanden fra utløserlageret til vippestedet, og A er avstanden fra vippestedet til det sted hvor solfjæren ligger an mot fnksjonsplaten, idet det vil forstås at denne likning viser en forbindelsen mellom K og F for det tilfelle at solfjæren omfatter bare innbyrdes uavhengige f eks sektorformede hevarmer En slik forenkling viser imidlertid virkemåten pnnsipielt Da imidlertid forholdet B/A for den trekkende clutch er større enn for den skyvende clutch, kan det for en trekkende clutch bli overført et større dreiemoment fra svinghjulet 2 til den drevne aksel enn for en skyvende clutch under den forutsetning at det for begge clutcher er behov for den samme kraft mot utløserlageret for utkobling av clutchen

For kjøretøyer hvor det blir overført store dreiemomenter mellom svinghjulet og den drevne aksel, er det derfor fordelaktig å benytte en trekkende clutch, hvorved aktuatoren og den kraft som må utøves for operasjon av clutchen kan være relativt Uten

I tillegg til solfjæren kan en fjæranordning som påvirker fnksjonsplaten omfatte også andre fjærer (ikke vist), hvis fjærkraft utløserlageret også må overvinne under en utkobling av clutchen En typisk fjærkaraktenstikk for en slik fjæranordning, dvs den kraft som utøves av fjæren mot utløserlageret, som en funksjon av utløserlagerets bevegelsesstrekning s, er angitt på fig 3 Denne karakteristikk kan kalles en første funksjon Da denne kraft er like stor som den motsatt rettede kraft som utøves av utløserlageret, skal disse krefter i det følgende angis med F

Som det fremgår av fig 3 hvor denne fjærkaraktenstikk er angitt med tykk, heltrukne linje Cl, øker innledningsvis kraften F under en første veistrekning sl inntil den når en maksimal verdi, hvoretter kraften F avtar litt umiddelbart før utløserlageret når en posisjon hvon trykkplaten 3 ikke lenger ligger an mot svinghjulet Under denne strekning sl er clutchen således innkoblet Dette parti sl er etterfulgt av et annet kurveområde s2 og et tredje kurveområde s3 hvor clutchen er utkoblet, idet den den verte av den første funksjon, dvs fjærkaraktenstikken, er negativ på området s2 men på ny kan bh positiv på området s3 Over store partier av det annet område s2 er den deriverte av den første funksjon tallmessig forholdsvis stor, dvs at det for en Uten bevegelsesstrekning for utløserlageret fås en stor endnng av kraften F

Dersom aktuatoren er en hydrauhkkaktuator, kan det ved hjelp av en proporsjonalventil fås en god og stabil stynng av aktuatoren under en innkobling av clutchen til tross for den store, negative denverte av den første funksjon eller fjærkaraktenstikken under en innkobling av clutchen, idet hydrauhkkvæsken er tilnærmet inkompressibel

Ved store kjøretøyer såsom lastebiler og busser blir det for nærværende benyttet trykkluft til operasjon av aktuatorer for andre systemer av kjøretøyet, f eks bremsesystemet, noe som er fordelaktig fordi det bl a ikke er behov for noen returlednmg som leder benyttet fluid tilbake til et reservoar

Bruken av en pneumatikkaktuator og en proporsjonal ventil for operasjon av clutchen byr imidlertid på vanskeligheter, idet mnkoblingen av clutchen kan bli upresis på grunn av den store, negative deriverte av den første funksjon på det annet område s2

Denne vanskelighet har blitt forsøkt eliminert ved bruk av en tilleggsfjær eller Uneansenngsfjær som skaffer en mer lineær, total karaktenstikk sammen med solfjæren Denne lineansenngsfjær bidrar imidlertid til en økning av den totale kraft og må tilpasses for hver enkelt solfjærs karakteristikk

Videre er det fordelaktig at det for slike store kjøretøyer blir benyttet en trekkende clutch, idet de krefter som må bli utøvet av clutchaktuatoren via utløserlageret kan være relative små

Fra WO 94/13972 er det kjent en pneumatisk, trekkende clutchaktuator, hvor hjelpekammeret blir benyttet bare til fullstendig utskyvmng av stempelet under en montasje eller demontasje av clutchanordningen, nærmere bestemt under en forbindelse av clutchaktuatoren med solfjæren respektive frigjøring av clutchaktuatoren fra solfjæren Bortsett fra denne anvendelse av hjelpekammeret, har dette ingen funksjon og bidrar til at clutchanordningen blir komplisert og dyr En aktuator som kan være oppbygget på denne måte er vist på fig 4 Aktuatoren 10 omfatter en ringformet sylinder 11 med en radialt indre sylindervegg 12 og en radialt ytre sylindervegg 13 som ved sine første ender er fast innbyrdes forbundet via en første, sirkulær endevegg 14 Ved sylinderveggenes andre ender er det til den ytre sylindervegg tettende festet en annen, sirkulær endevegg 15 Mellom endeveggene 14,15 er det i sylinderen 11 anordnet et stempel 16 med en rørformet stempelstang 17 som løper tettende og glidbart mellom den indre sylindervegg 12 og den radialt indre ende av den annen endevegg 15 Stempelstangen er fast forbundet med en ytre lagerbane 19b av et utløserlager 19, hvis indre lagerbane 19a er innrettet til forbindelse med en solfjær 4 som kan rotere i forhold til aktuatoren 10 Aktuatoren har således en gjennomgående, sentral passasje hvorigjennom det kan bh trædd en drevet aksel som kan bh forbundet med fnksjonsplaten 3, f eks via langsgående tenner av fnksjonsplaten respektive den drevne aksel Stempelet 16 avgrenser sammen med den annen endevegg 15 og den første endevegg 14 et første syhnderkammer eller hovedkammer 20 respektive et annet syhnderkammer eller hjelpekammer 21

For operasjon av denne aktuator kan det bh benyttet en ventilanordning 30 som er vist på fig 5, hvor det også skjematisk er inntegnet en aktuator 10

Ventilanordningen 30 omfatter en trykkluftkilde 31, en første ventil 32 via hvilken trykkluft kan bh tilført hovedkammeret 20 for bevegelse av stempelet 15 i retningen for pilen A For fjerning av trykkluft fra hovedkammeret 20 er det anordnet en annen ventil 33 En sensor 22 er anordnet for fastslåelse av posisjonen av stempelet 15 og dermed utløserlageret 19 i forhold til sylinderen 11 Ventilene 32 og 33 blir benyttet til normal operasjon av clutchen under drift av kjøretøyet I tillegg omfatter ventilanordningen en tredje ventil 34, via hvilken trykkluft kan bh innført i hjelpekammeret 21 for bevegelse av stempelet mot retningen for pilen A, slik at aktuatoren 10 kan bh tilkoblet eller frakoblet solfjæren 4 Videre er det anordnet en fjerde ventil 35 for fjerning av trykkluft fra hjelpekammeret 21 Det kan også være anordnet en trykkmåler 23 til måling av trykket på luften i hjelpekammeret 21

Det karakteristiske ved oppfinnelsen fremgår av de i kravene angitte, kjennetegnende trekk

Oppfinnelsen vil i det følgende bh beskrevet nærmere under henvisning til figurene 6-9 som skjematisk viser en utførelsesform for en clutchanordning ifølge oppfinnelsen

fig 6 viser et tverrsnitt gjennom en trekkende og en skyvende pneumatikkaktuator, idet en halvdel av den trekkende aktuator er vist over lengdeaksen 9 og en halvdel av den skyvende aktuator er vist under lengdeaksen 9

Fig 7 viser et skjematisk kobhngsdiagram for en ventilanordning for en skyvende clutch Fig 8 viser et skjematisk funksjonsdiagram for en ventilanordning ifølge oppfinnelsen Fig 9 er en graf som viser den kraft og dermed det moment som blir overført fra svinghjulet til fnksjonsplaten som en funksjon av utløserlagerets posisjon Oppfinnelsen beror for det første på den innsikt at en pneumatisk clutchaktuator av den kjente, trekkende type med et hjelpekammer 21 kan bh benyttet på en ny måte, idet hjelpekammeret 21 under dnft kan bh tilført trykkluft og bidra til en modifikasjon av fjærkaraktenstikken på en slik måte at en ustabilitet som nevnt ovenfor under innkoblingen av clutchen kan bh unngått

Nærmere bestemt oppnås dette ved at den på fig 3 viste kurve Cl som på denne figur er vist med tykk, heltrukken strek, i det annet område s2 kan bh modifisert ved innføringen av trykkluft i hjelpekammeret 21 Den kraft som blir utøvet av trykkluften i hjelpekammeret 21 er en annen funksjon av utløserlagerets bevegelsesvei, slik det fremgår av den stiplede kurve C2

Den kraft som utøves av trykkluften i hjelpekammeret 21 bevirker sammen med den kraft som utøves av fjæranordmngen at den i hovedkammeret av trykkluften utøvede kraft mot stempelet er en tredje funksjon av utløserlagerets bevegelsesvei slik det fremkommer ved tilføyelse den tynne, heltrukne kurve C3 på området s2 og eventuelt på området s3 for utløserlagerets bevegelsesstrekning, til den tykke, heltrukne linje Cl på området sl Den nye tredje funksjon er altså summen eller overlagnngen av kurvene Cl og C2 Som det fremgår av fig 3 har den den verte av den tredje funksjon i dette område blitt øket, hvorved en bevegelse av utløserlageret en viss strekning her ikke lenger forårsaker en så stor kraftendnng som ved den første funksjon Eventuelt kan denne denverte bli øket så meget at den er positiv Generelt kan det ved en egnet, annen funksjon fås et hvilket som helst, ønsket forløp for den tredje funksjon i dette område

For oppnåelse av den annen funksjon C2 og den tredje funksjon C3 er clutchanordningen tildannet slik det er angitt nedenfor

Som det skjematisk fremgår av fig 4, kan det til sylinderen 11 være festet en sensor 22, hvormed det kan bli fastslått den aksiale posisjon av utløserlageret 19 i forhold til sylinderen 11, dvs en posisjon langs s-aksen på fig 3 Videre kan det til sylinderen 11 være anordnet en sensor 23 til fastslåelse av trykket på luften i hjelpekammeret 21

Da det er fordelaktig at utløserlageret blir forspent, slik at den roterende lagerbane 19a alltid roterer under drift av kjøretøyet, kan det i hovedkammeret 20 være anordnet en svak fjær 24 som stadig søker å utkoble clutchen (fig 6)

Som det fremgår av fig 6, kan en clutchaktuator av denne type bh konstruert på en slik måte at den kan bh benyttet for trekkende clutcher såvel som for skyvende clutcher, idet fjæren 24 blir anbrakt i det kammer som for den aktuelle clutch danner hovedkammeret 20 Dette kan medføre en reduksjon av prisen på clutchaktuatorene og en reduksjon av en lagerbeholdning

På fig 7 er det vist en ventilanordning 40 ved en skyvende clutchanordmng ifølge oppfinnelsen

Som vist på denne figur er det anordnet en trykkluft kilde 31 hvorfra det til aktuatorens hovedkammer 20 kan bh tilført trykkluft via en første ventil 32 Luft fra hovedkammeret 20 kan bh fjernet via en annen ventil 33 Luft kan bh innført til hjelpekammeret 21 via en kombinert innløps- og utløpsventil 36 Også ved denne aktuatoranordning er det anordnet en sensor 22 til måling av utløserlagerets posisjon og en sensor 23 til måling av trykket på luften i hjelpekammeret 21 Returluft fra kamrene kan bli sluppet ut til omgivelsene

Som det fremgår av fig 8, kan ventilanordningen 30, 40 være styrt av en computer 50

Computeren 50 blir tilført et signal fra en sensor 51 som angir posisjonen av et clutchoperasjonsorgan, såsom en clutchpedal, idet dette signal angir en ønsket posisjon for clutchen, dvs posisjonen s av utløserlageret 19 Videre blir computeren 50 via en ledning 58 tilført et signal fra sensoren 22 til fastslåelse av den virkelige stilling av utløserlageret 19 Disse signaler blir tilført en komparator 52 som sammenlikner den ønskede stilling av utløserlageret med dettes virkelige stilling og avgir et differansesignal til en ventilstynngsenhet 53, som sender et styresignal til ventilanordningen 40 for tilførsel eller fjerning av trykkluft til respektive fra hovedkammeret 20 via ventilene 32 og 33

Computeren har et minne 54, hvon det er lagret clutchanordnmgens fjærkaraktenstikk Cl og en enhet 55 som via ledninger 56 og 57 blir tilført signaler vedrørende fjærkaraktenstikken og den virkelige utløserlagerposisjon, og som kan utregne et ønsket trykk på luften i hjelpekammeret 21 Dette ønskede trykk blir utregnet i en komparator 52' som formidler en informasjon om trykket til en ventilstynngsenhet 53' som via en ledning 59 sender et styresignal til ventilen 36 av ventilanordningen 40 som skaffer dette trykk i hjelpekammeret 21

Med henvismngstallet 60 er det på fig 8 symbolsk angitt at hovedkammeret 20 og hjelpekammeret 21 skaffer en resulterende kraft mot stempelet 16 for oppnåelse av den annen funksjon C2, slik at det sluttelig oppnås den tredje eller resulterende funksjon C3 for kraften mot utløserlageret 19 som en funksjon av dettes bevegelsesstrekning s

Fig 9 er en graf som angir den kraft og derved det dreiemoment som kan bh overført fra svinghjulet 2 til fnksjonsplaten 3 som en funksjon av bevegelsesstrekmngen s av utløserlageret 19 regnet fra dettes posisjon når clutchen er innkoblet

Som det fremgår av den kurve som er vist med heltrukken linje, er den maksimalt overførbare kraft eller dreiemoment, angitt ved det parti av kurven som løper parallelt med absissen Dette moment kan være mindre enn det maksimale dreiemoment som en motor av kjøretøyet kan utøve, f eks 90 % av dette For at clutchen likevel skal kunne overføre dette moment, kan det i clutchaktuatorens hjelpekammer 21 bh innført trykkluft, slik at utløserlageret presser fnksjonsplaten mot svinghjulet med en kraft som er angitt med den stiplede linje på figuren Da det bare relativt sjelden er behov for denne maksimale kraft, vil clutchen for det meste av sin driftstid funksjonere i det område av grafen som er angitt med heltrukken linje og uten at det er behov for noen tilleggskraft Derved kan clutchfjærene bh dimensjonert for et mindre dreiemoment og clutchen bh mindre og billigere

For dette formål kan det være anordnet en sensor som er innrettet til f eks å fastslå hvorvidt det er ønsket å overføre et maksimalt dreiemoment Sensoren kan være innrettet til f eks å fastslå et gasspådrag eller det dreiemoment som utøves av motorens dnvaksel Signaler fra sensoren med informasjon om utøvelsen av et slikt, maksimalt dreiemoment, kan bh overført til computeren, som basert på denne informasjon styrer ventilstyringsenheten 53' for å skaffe et øket trykk på luften i hjelpekammeret, hvorved trykkplaten 3' blir presset kraftigere mot fnksjonsplaten 3 og det maksimale dreiemoment kan bh overført

Selv om det ovenfor er angitt og vist på tegningen at clutchaktuatoren er konsentnsk med den drevne aksel, vil det forstås at clutchaktuatoren i stedet kan være anordnet ved siden av denne aksel, innenfor eller utenfor et clutchdeksel, idet aktuatorens stempel kan være forbundet med utløserlageret via en hevarm

Claims (4)

1 Clutchanordmng for et kjøretøy, omfattende - en mekanisk fjæranordning (4) som stadig søker å presse en fhksjonsplate (3) i en første retning for innkobling av clutchen og overføring av et dreiemoment via denne, - en pneumatikkaktuator (10) som har en sylinder (11) og et i denne bevegelig stempel (16), som inndeler sylinderen (11) i et hovedkammer (20) og et hjelpekammer (21), - et utløserlager (19) med en roterende del (19a), som er forbundet med fhksjonsplaten (3) og en rotasjonsmessig stasjonær del (19b), som er forbundet med stempelet (16), og - en trykkluftkilde (31), som via en styrbar ventilanordning (32,33) er innrettet til kommunikasjon med hovedkammeret (20) for bevegelse av utløserlageret og dermed fnksjonsplaten (3) i en annen, motsatt retning for utkobling av clutchen, idet en kraft som kan bh skaffet av trykket på luften i hovedkammeret og bli utøvet mot utløserlageret mot den av fjæranordningen utøvede kraft for bevegelse av fnksjonsplaten den annen retning, øker til en maksimal verdi etter at utløserlageret har blitt beveget over et første veistrekmngsområde (sl), regnet fra det sted hvor aktuatoren ikke utøver noen kraft mot utløserlageret til det sted hvor clutchen først blir utkoblet, karakterisert ved at clutchanordningen videre omfatter, - en computer (50) med et minne (54), hvon det er lagret verdier for et ønsket trykk på luften i hjelpekammeret (21) og dermed en mot utløserlageret (19) utøvet, ønsket hjelpekraft avhengig av utløserlagerets (19) posisjon på et annet, tilstøtende veistrekmngsområde (s2), - en sensor (22) som er innrettet til å fastslå utløserlagerets posisjon, - en sensor (23) som er innrettet til å fastslå trykket på luften i hjelpekammeret, idet ventilanordningen (36) er innrettet til å skaffe en kommunikasjon mellom trykkluftkilden (31) og hjelpekammeret (21), og computeren (50) er innrettet til å motta signaler fra sensorene (22,23), fastslå en eventuell differanse mellom det målte hjelpekammertrykk og det ønskede hjelpekammertrykk og å styre ventilanordningen (36) i overensstemmelse med differensen og derved skaffe hjelpekraften

2 Clutchanordmng ifølge krav 1, karakterisert ved at den kraft som kan bh skaffet av trykket på luften i hovedkammeret og dermed bh utøvet mot den samlede kraft fra fjæranordningen og trykket på luften i hjelpekammeret, øker når utløserlageret blir beveget i den annen retning på det annet veistrekmngsområde (s2)

3 Clutchanordmng ifølge et av de foregående krav, hvor fjæranordningen (4) omfatter en solfjær, karakterisert ved at clutchaktuatoren er i tverrsnitt ringformet og clutchaktuatorens stempel (16) er innrettet til påvirkning av et radialt indre parti (5) av solfjæren

4 Clutchanordmng ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det dreiemoment som kan bh overført via clutchen under påvirkning bare av fjæranordningen (4), er mindre enn et maksimalt dreiemoment, som skal kunne bh overført via clutchen, og computeren er innrettet til å sende et signal til den ventil (36) som styrer trykket på luften i hjelpekammeret (21), for økning av dette trykk og å bevirke utøvelse av en tilleggskraft via utløserlageret mot fhksjonsplaten (3) i tillegg til den kraft, som blir utøvet av fjæranordningen (4), når utløserlageret befinner seg ved det sted hvor clutchen blir innkoblet, hvorved det samlede dreiemoment, som kan bli overført via clutchen blir øket til det maksimale moment