Fliehkraftkupplung mit reibungsminimiertem Koppelbolzen und
Antriebsstrang
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fliehkraftkupplung für einen Antriebsstrang ei- nes Kraftfahrzeugs, mit einer Fliehkraftmasse, die mit einem Winkelblech so gekoppelt ist, dass eine von einer Fliehkraft hervorgerufene Radialbewegung der Fliehkraftmasse eine Axialbewegung des Winkelblechs hervorruft, und mit einem Vorspannelement, das einem Koppelbolzen zugeordnet ist, der dazu vorbereitet ist, die Axialbewegung des Winkelblechs zumindest teilweise auf einen zum Halten von Lamellen ausgeleg- ten Innenkorb zu übertragen, und der in einem Langloch des Winkelblechs so steckt, dass in einer Zwischenbetriebsstellung eine Relativbewegung zwischen dem Winkelblech und dem Koppelbolzen bei einer Rotation des Innenkorbs relativ zum Winkelblech ermöglicht ist. Der Koppelbolzen kann zumindest teilweise von dem Vorspannelement umgebenen sein.
Weiterhin ist ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kraftmaschine, einer Fliehkraftkupplung sowie einem Getriebe, Gegenstand der Erfindung.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Fliehkraftkupplungen bekannt. So of- fenbart die internationale Patentanmeldung WO 2015/468871 A1 eine Fliehkraftkupplung mit einem motorfesten Eingangsteil, das mit Lamellen verbunden ist, die über eine Fliehkraftmasse derart in Kontakt mit einem Ausgangsteil gelangen, dass ein Drehmoment von einer Motorausgangswelle auf eine Getriebeeingangswelle übertragbar ist.
In gattungsgemäßen Fliehkraftkupplungen ist eine Kopplung abhängig von einer Drehzahl hervorgerufen. Eine erste Fliehmasse ist hierbei derart mit einem motorfesten Bauteil gekoppelt, dass eine Fliehkraft eine Axialbewegung eines ersten Winkelblechs bewirkt. Zwischen dem ersten Winkelblech und einem getriebefesten Bauteil ist ein Axiallager angeordnet, das bewirkt, dass zwischen dem ersten Winkelblech und dem getriebefesten Bauteil keine Rotationsbewegung übertragen wird. Die von der ersten Fliehmasse hervorgerufene Axialbewegung des ersten Winkelblechs hingegen wird auf das getriebefeste Bauteil übertragen. Das getriebefeste Bauteil ist starr mit
einem zweiten Winkelblech gekoppelt. Von diesem wird die Axialbewegung über einen Koppelbolzen auf einen Innenkorb übertragen, an dem Lamellen angeordnet sind, sodass die Innenkorblamellen mit Außenkorblamellen, die drehstarr mit dem motorfesten Bauteil verbunden sind, kraftschlüssig Drehmoment übertragen. Das Drehmoment des Innenkorbs wird über Blattfedern an eine Nabe weitergeleitet, die die Drehzahl der Getriebeeingangswelle bereitstellt.
Der Koppelbolzen ist von einem Vorspannelement umgeben, sodass eine von einer zweiten Fliehmasse, die analog zur ersten Fliehmasse eine Axialbewegung des zwei- ten Winkelblechs bewirkt, hervorgerufene zusätzliche Axialbewegung, die den Kraft- schluss zwischen den Lamellen verstärkt, in einem solchen Fall von dem Vorspannelement abgefangen wird, wenn die Kraft in den Lamellen zu hoch würde. Die zweite Fliehmasse bewirkt aufgrund ihrer Trägheit, dass ein Auskoppeln der Fliehkraftkupplung verzögert wird, während ein Einkoppeln bereits bei geringem Drehmoment und hohen Drehzahlen möglich ist.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Fliehkraftkupplungen weisen den Nachteil auf, dass in einem instationären Zustand der Kupplung, beispielsweise in einem An- fahrprozess, aufgrund von Relativbewegungen von einzelnen Komponenten uner- wünschte Reibungskräfte auftreten.
Weiterhin sind im Stand der Technik die Vorspannelemente derart mit einem Winkelblech gekoppelt, dass die gesamte Vorspannkraft des Vorspannelements in einem Zustand der Relativbewegung des Innenkorbs zum Winkelblech auf den Koppelbe- reich zwischen Vorspannelement und Winkelblech wirken.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben und eine Vorrichtung bereitzustellen, die unerwünschte Reibkräfte in einem Anfahrzustand / einer Zwischenbetriebsstellung beseitigt bzw. minimiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Zwischenbetriebsstellung ein zum Kraftweitergeben an das Vorspannelement vorgesehener Belastungsabschnitt des Winkelblechs, ein koppelbolzenfester Anschlag und ein Vorspann-
elementfester Anschlag so aufeinander abgestimmt sind, dass das Winkelblech am Belastungsabschnitt maximal an einer Seite einen Kontaktbereich zum Kraftweitergeben aufweist. Auf diese Weise wirkt das Vorspannelement, das vorzugsweise als Druckfeder ausgestaltet ist, einseitig auf das Winkelblech, was die auftretenden Rei- bungskräfte minimiert.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert. So ist es vorteilhaft, wenn der Kontaktbereich auf der vorspannelementzugewandten Seite des Winkelblechs ausgebildet ist. Auf diese Weise entstehen Bauraumvorteile, da das Vorspannelement in kürzester Distanz zum Winkelblech angeordnet ist. Die vorspannelementabgewandte Seite des Winkelblechs erfährt auf diese Weise keine Druckkraft von Seiten des Vorspannelements, was die angestrebte Reibungsminimie- rung weiter begünstigt.
Sobald das Vorspannelement und der Koppelbolzen derart ausgestaltet sind, dass die Relativbewegung des Koppelbolzens zum Winkelblech frei von einer Vorspannung des Vorspannelements durchführbar ist, übt lediglich eine zwischen dem Innenkorb und einer Nabe angeordnete Blattfeder eine Druckkraft auf das Winkelblech aus, wenn eine Relativbewegung zwischen dem Innenkorb und dem Winkelblech stattfindet.
Die von der Blattfeder ausgeübte Vorspannkraft ist um ein Vielfaches geringer als die von dem Vorspannelement ausgeübte. Auf diese Weise kann mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Koppelbolzens und des Vorspannelements die bei der Relativrotation auftretende Reibung drastisch gesenkt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der kop- pelbolzenfeste Anschlag von einem Stützblech ausgebildet ist, dass von einem Befestigungsmittel, wie einer Schraube, starr an dem Koppelbolzen befestigt ist. Auf diese Weise ist ein herkömmlicher Koppelbolzen einsetzbar. Eine Nachbearbeitung, die aus
dem Anbringen des zusätzlichen Stützbleches besteht, genügt, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu entfalten.
Sobald der vorspannelementfeste Anschlag von einer Zwischenscheibe ausgebildet ist, die auf das Vorspannelement aufsetzbar ist, ist eine zeitlich effiziente sowie wirtschaftliche Montage des erfindungsgemäßen Koppelbolzens mit dem Vorspannelement ermöglicht. Weiterhin ist die Zwischenscheibe derart auszugestalten, dass sie hinsichtlich ihrer Geometrie sowie ihrer Materialbeschaffenheit so ausgestaltet ist, dass sie die Kräfte, die zwischen dem Vorspannelement, dem Koppelbolzen und den Winkelblech wirken, kraftflussoptimiert aufnehmen kann.
Vorteilhaft ist es ebenso, wenn eine von dem Vorspannelemente hervorgerufene Krafteinleitung einseitig auf das Winkelblech wirkt. Eine einseitige Krafteinleitung zieht den Vorteil nach sich, dass keine gegenläufig wirkende Kraft induzierbar ist. Eine ent- sprechende Relativrotation, die von einer einseitigen Krafteinleitung ermöglicht wird, ist demnach deutlich reibungsärmer als eine zweiseitige Krafteinleitung. Ein Einklemmen des Winkelblechs zwischen zwei Abschnitten, die jeweils von dem Vorspannelement vorgespannt sind, ist somit vermieden. Neben einem geringeren Energieeintrag, den die Relativrotation bewirkt, ist somit der Vorteil der erhöhten Lebensdauer reali- siert. Die verringerte Reibung impliziert weniger Abrieb des Winkelblechs, was zum einen dessen Lebensdauer erhöht, zum anderen weniger Partikel/Späne in der Kupplung hervorruft. Damit ist auch die Laufruhe der erfindungsgemäßen Fliehkraftkupplung erhöht. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Winkelblech und der Koppelbolzen derart miteinander gekoppelt, dass der Koppelbolzen eine Bewegung des Winkelblechs in eine koppelbolzenentfernte Richtung zulässt. Die Axialbewegung des Winkelblechs in die koppelbolzenentfernte Richtung wird demnach von anderen Komponenten der Fliehkraftkupplung begrenzt.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn der koppelbolzenfeste Anschlag von einem Befestigungsmittel ausgebildet ist, das starr mit dem Koppelbolzen verbunden ist. Jene starre
Verbindung hält auch bei hohen Vibrationen die Relativreibung gering, was sich positiv auf die Lebensdauer der Fliehkraftkupplung auswirkt.
Zudem ist es von Vorteil, wenn der Koppelbolzen als Stufenniet ausgestaltet ist. Stu- fenniete sind zum einem Standardkomponenten und preislich günstig herstellbar, zum anderen weisen sie Schultern auf, die sich in der Fliehkraftkupplung als zuverlässiger Anschlag auszeichnen.
Erfindungsgemäß ist ebenfalls ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs Gegenstand der Erfindung. Der Antriebsstrang weist eine Kraftmaschine, eine Kupplung sowie ein Getriebe auf, wobei die Kupplung nach der zuvor vorgestellten Ausführung einer Fliehkraftkupplung hergestellt ist.
Der Gegenstand der Erfindung kann in anderen Worten so beschrieben werden, dass ein Winkelblech, das in Axialrichtung getriebeseitig von einer ersten Fliehmasse angeordnet ist, durch eine erste und/oder zweite Fliehmasse axial in Richtung des Getriebes bewegt wird. Die Fliehmassen sind hierbei derart ausgelegt, dass sie bei einer niedrigen Drehzahl bereits eine Kopplung zwischen Motorausgangs- und Getriebeeingangswelle bewirken. Somit erzeugen sie schon bei geringen Drehzahlen ein Motord- rehmoment, das ausreicht, um ein Kraftfahrzeug anzutreiben. Dadurch, dass bereits bei geringen Drehzahlen eine Kopplung stattfindet, folgt, dass bei sehr hohen Drehzahlen die von den Fliehkraftmassen induzierte axiale Kraft höher ist, als benötigt. Um den überhöhten Krafteintrag auszugleichen, wird ein Vorspannelement eingesetzt, um die Anpresskraft und/oder die Ausrückkraft zu begrenzen. Das Vorspannelement ist vorzugsweise als Druckfeder ausgestaltet, die auf die maximale Anpresskraft vorgespannt ist. Wird von Seiten der Fliehmassen eine Kraft induziert, die größer ist als die Vorspannung der Druckfeder, wird die Druckfeder zusammengedrückt. Die Fliehkraftmassen können durch einen Anschlag begrenzt werden. Der Innenkorb der Fliehkraftkupplung ist weiterhin über Blattfedern an einer Nabe angebunden, was eine zu- sätzliche Verstärkung der Anpresskraft bewirkt. Je größer die Axialbewegung einer Blattfeder, desto höher ist die Rotation des Innenkorbs.
Erfindungsgemäß ist der Wirkbereich zwischen dem Winkelblech, dem Vorspannelement und dem Koppelbolzen derart ausgestaltet, dass diese an einer Reibstelle Kraft übertragen. An dem Reibkontakt zwischen dem Winkelblech und dem vorspannele- mentfesten Bauteil, vorzugsweise einer Unterlegscheibe, liegt somit bevorzugt nur noch die Blattfedersteifigkeit als Kraft an.
Die erfindungsgemäße Fliehkraftkupplung ist als Mehrscheibenkupplung ausbildbar. Sie bietet sich vor allem für den Einsatz in Motorrädern, PKWs, Doppelkupplungen und/oder Hybridkupplungen an. Hierbei ist ein trockener Kupplungslauf bevorzugt, während eine nasslaufende Kupplung ebenfalls denkbar ist.
Erfindungsgemäß kann der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs gesenkt werden. Die erfindungsgemäße Aufteilung der Fliehmassen / Fliehkraftmassen in eine Motor- und eine Getriebeseite ermöglicht weiterhin eine frühere Synchronisation der Kupplung, was ein Fahren/Anfahren bei niedrigen Drehzahlen ermöglicht. Dies bewirkt, dass die Kohlenstoffdioxidemissionen für Anwendungen mit Fliehkraftkupplungen erfindungsgemäß erheblich reduziert sind.
Die erfindungsgemäße Aufteilung der Fliehmassen, nämlich Motor- und Getriebeseite, ermöglicht weiterhin ein Fahren, das in seinem Verhalten dem von konventionellen Antriebsstrengen sehr ähnlich ist. Insbesondere kann ein Motor im Volllastbetrieb bei niedrigen Drehzahlen betrieben werden, ohne in der Kupplung ein Rutschen zu verursachen. Kombiniert mit der Selbstverstärkung als Fliehkraftscheibe kann die erfinderische Lösung somit für alle herkömmlichen Anwendungen, also auch für Schaltgetrie- be ohne Fliehkraftkupplung, eingesetzt werden, ohne eine Anpassung der Fahrzeugarchitektur zu verursachen. Dies erhöht den Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Zusammenfassend gilt, dass die Rotation des Innenkorbs bzw. des Drucktopfes im Ausdrückverhalten verbessert wird, indem an dem innenkorb- bzw. drucktopfseitigen Bolzen Unterlegscheiben einzubringen sind, die in axialer Richtung zwischen den Schraubenfedern und dem Scheibenteil bzw. der Rampenplatte angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend mittels Figuren näher erläutert. Diese zeigen: einen perspektivischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Fliehkraft kupplung;
Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Fliehkraftkupplung;
Fig. 3 ein erfindungsgemäßer Koppelbolzen in vergrößerter Darstellung; und Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Winkelblech in einer Draufsicht.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
In Figur 1 ist eine Fliehkraftkupplung 1 dargestellt. Die Fliehkraftkupplung 1 weist eine Fliehkraftmasse 2 auf, die mit einem Winkelblech 3 in Wirkverbindung steht. Weiterhin weist die Fliehkraftkupplung 1 ein von einem Vorspannelement 4 umgebenen Koppel- bolzen 5 auf. Über ein Langloch 6 ist eine gewisse Relativrotation zwischen einem Innenkorb 7 und dem Winkelblech 3 möglich. Damit von dem Vorspannelement 4 auf das Winkelblech 3 Kraft übertragbar ist, weist das Winkelblech 3 einen Belastungsabschnitt 8 auf. Weiterhin ist für die Kraftübertragung zwischen dem Vorspannelement 4 und dem Winkelblech 3 ein koppelbolzenfester Anschlag 9 angeordnet, sowie ein vor- spannelementfester Anschlag 10.
Eine Krafteinleitung in die Fliehkraftkupplung 1 findet über einen Zahnkranz 1 1 statt. Dieser ist drehstarr mit einem Eingangsteil 12 verbunden. Zwischen dem Eingangsteil 12 und einer ersten Welle 13 ist ein Axiallager derart angeordnet, dass das Eingangs- teil 12 und die erste Welle 13 relativ zueinander rotierbar sind. Eine erste Fliehkraftmasse 14a ist in Umfangsrichtung fest und in Radialrichtung variabel mit dem Eingangsteil 13 gekoppelt. Eine zweite Fliehkraftmasse 14b ist getriebeseitig von der ersten Fliehkraftmasse 14a angeordnet. Aufgrund einer Schräge 15 eines ersten Winkel-
blechs 16, wird die von der Fliehkraft hervorgerufene Radialbewegung der ersten Fliehkraftmasse in eine Axialbewegung des ersten Winkelblechs 16 gewandelt. Ein Axiallager 17 verhindert eine Rotationsübertragung vom ersten Winkelblech 16 auf ein Fliehkraftmassenträgerteil 18.
Ein Verbindungsstück 19 sorgt dafür, dass die Axialbewegung des ersten Winkelblechs auf ein zweites Winkelblech 20 übertragen wird. Der Koppelbolzen 5 ist erfindungsgemäß derart mit dem zweiten Winkelblech 20 gekoppelt, dass in einem Zustand, in dem die von dem Vorspannelement vorgespannte maximale Anpresskraft nicht erreicht ist, die Axialbewegung des zweiten Winkelblechs in einer Axialbewegung des Innenkorbs 7 resultiert. Der Innenkorb setzt sich aus einem Mitnehmer 21 und einem Drucktopf 22 zusammen. Ein Anpressabschnitt 23 des Innenkorbs 7 bewirkt, dass Lamellen 24 derart aneinander gepresst werden, dass ein Drehmoment von Seiten des Motors auf das Getriebe übertragbar ist.
Der mit dem Pfeil 25a referenzierte Kraftschluss in Figur 1 stellt den Kraftfluss dar, der das Anpressen der Lamellen 24 nach sich zieht. Der mit dem Bezugszeichen 25b referenzierte Kraftschluss ist der, der die Rotation vom Innenkorb 7 auf das zweite Winkelblech 20 überträgt. Hierbei kann aufgrund der Geometrie des Langlochs 6 eine Re- lativrotation auftreten. Erfindungsgemäß tritt hierbei zwischen dem vorspannelement- festen Anschlag 10 und dem Belastungsabschnitt 8 Reibung auf. Diese ist erfindungsgemäß von der Vorspannung einer Blattfeder 26 bestimmt.
Bei einer Rotation des Innenkorbs 7 wird über die Blattfeder 26 eine Rotation auf die Nabe 27 übertragen. Die Nabe 27 treibt die Getriebeeingangswelle an. Über einen Bolzen 28 ist die Nabe 27 starr mit einem Gehäuseteil 29 verbunden.
Figur 2 stellt eine Schnittzeichnung des zuvor vorgestellten Bauteils dar. Hierbei ist die Verbindung zwischen der Blattfeder 26 und der Nabe 27 sowie dem Innenkorb 7 deut- lieh erkennbar. Ebenso ist das Verbindungsstück 19 dargestellt, das das erste Winkelblech 16 mit dem zweiten Winkelblech 20 axial starr koppelt. Die Axiallager 17 bewirken, dass keine Rotation von dem ersten Winkelblech 16 auf das zweite Winkelblech 20 übertragen wird.
Figur 3 stellt den erfindungsgemäßen Koppelbolzen 5 im eingebauten Zustand vergrößert dar. Das Vorspannelement 4 umgibt den Koppelbolzen 5. Der koppelbolzen- feste Anschlag 9 wird von einem Stützblech 30 ausgebildet. Das Stützblech 30 wiede- rum ist starr am Koppelbolzen 5 über ein Befestigungselement 31 angebracht. Zwischen dem Belastungsabschnitt 8 des Winkelblechs 3 und dem Stützblech 30 ist mittels des vorspannelementfesten Anschlags 10 eine Wirkverbindung hergestellt. Der vorspannelementfeste Anschlag 10 ist im vorliegenden Beispiel als Zwischenscheibe 32 ausgebildet.
In Figur 4 ist eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Winkelblech 3 dargestellt. Die Schräge 15 ist hierbei in Umfangsrichtung an drei Positionen angeordnet. Sie bewirkt eine axiale Bewegung des Winkelblechs 3, wenn eine Fliehkraftmasse 3 in radialer Richtung bewegt wird. Das Winkelblech 3 weist verschiedene Öffnungen auf. Ne- ben einer Zentralöffnung 33 sind erfindungsgemäß vor allem die Langlöcher 6 relevant. In diesen wird der Koppelbolzen 5 angeordnet. Die Draufsicht zeigt das Winkelblech 3 in seiner getriebezugewandten Seite 34.
Bezugszeichenliste Fliehkraftkupplung 18 Fliehkraftmassenträgerteil Fliehkraftmasse 19 Verbindungsstück
Winkelblech 20 zweites Winkelblech Vorspannelement 21 Mitnehmer
Koppelbolzen 22 Drucktopf
Langloch 23 Anpressabschnitt
Innenkorb 24 Lamellen
Belastungsabschnitt 25a erster Kraftfluss koppelbolzenfester Anschlag 25b zweiter Kraftflussvorspannelementfester Anschlag 26 Blattfeder
Zahnkranz 27 Nabe
Eingangsteil 28 Bolzen
Welle 29 Gehäuseteil
a erste Fliehkraftmasse 30 Stützblech
b zweite Fliehkraftmasse 31 Befestigungselement Schräge 32 Zwischenscheibe erstes Winkelblech 33 Zentralöffner
Axiallager 34 getriebezugewandte Seite