Die Erfindung betrifft eine Reibflächenkupplung sowie ein Verfahren zur Betätigung einer Reibflächenkupplung zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Schalten eines Luftkompressors oder dergleichen, wobei die Reibflächenkupplung ein erstes Kegelelement mit einer ersten Reibfläche und ein zweites Kegelelement mit einer zweiten Reibfläche umfasst, wobei die Reibflächenkupplung eine Betätigungsvorrichtung mit einem Betätigungselement zum kraftschlüssigen Verbinden und Lösen der Kegelelemente aufweist, wobei die Kegelelemente in einem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung kraftschlüssig verbunden sind.

Vorstehende Reibflächenkupplungen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden regelmäßig in Kraftfahrzeugen, insbesondere zum An- und Abschalten eines Luftkompressors oder dergleichen, eingesetzt.

Beispielsweise ist aus der DE 102007021 791 A1 eine Reibflächenkupplung, insbesondere für die Anwendung in Kraftfahrzeugen, z. B. zum Schalten eines Luftkompressors, bekannt, bei welcher wenigstens zwei Reibflächen in Reibschluss bringbar sind, wobei zwei konusförmige Reibflächenpaare vorgesehen sind.

Derartige Reibflächenkupplungen, welche auch als Kegelreibflächenkupplungen bezeichnet werden, weisen stets ein erstes Kegelelement mit einer ersten Reibfläche und ein zweites Kegelelement mit einer zweiten Reibfläche auf, wobei die Kegelelemente bzw. die Reibflächen kraftschlüssig verbunden und gelöst werden können. Gegenüber herkömmlichen Mehrflächenreibscheibkupplungen besitzen Kegelreibflächenkupplungen insoweit einen Vorteil, als diese bei einem vergleichsweise geringeren Bauvolumen der Kupplung ein höheres Drehmoment übertragen können. Weiter umfassen derartige Reibflächenkupplungen regelmäßig eine Betätigungsvorrichtung mit einem Betätigungselement zum kraftschlüssigen Verbinden und Lösen der Kegelelemente. Das Betätigungselement kann dabei beispielsweise als ein durch Druckluft betätigter Kolben ausgebildet sein, welcher derart auf das erste Kegelelement drücken kann, dass dieses mit dem zweiten Kegelelement kraftschlüssig verbunden bzw. von diesem gelöst werden kann. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Kegelelemente in einem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung kraftschlüssig verbunden sind. Dies ist insbesondere für den Fall eines Defekts der Betätigungsvorrichtung vorteilhaft, weil die Reibflächenkupplung so trotz des Defekts einen Betrieb aufrechterhalten kann. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Betätigungsvorrichtung elektromagnetisch betätigbar ist. Wird die Betätigungsvorrichtung nun aufgrund irgendeines Defekts nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt, so ist diese nicht mehr betätigbar. Trotzdem bleiben die Kegelelemente kraftschlüssig verbunden, so dass die Reibflächenkupplung bzw. ein mittels der Reibflächenkupplung geschalteter Luftkompressor oder ein sonstiges Nebenaggregat einen Betrieb aufrechterhalten kann (Fail-Safe-Eigenschaft).

Bei dem Verbinden und Lösen der Kegelelemente bzw. der Reibflächen unterliegen insbesondere die Reibflächen einem fortschreitenden Verschleiß, so dass die Kegelelemente bei einem Erreichen einer Verschleißgrenze der Reibflächen in dem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung nicht mehr kraftschlüssig verbunden sind. Dies führt unweigerlich zu einem Abschalten eines mittels der Reibflächenkupplung geschalteten Nebenaggregates wie eines Luftkompressors. Ist der Luftkompressor nun beispielsweise zur Versorgung eines pneumatischen Bremssystems eines Lastkraftfahrzeugs mit Druckluft vorgesehen, so kann dies zu einem Ausfall des Bremssystems führen, was nicht zuletzt schwerwiegende Folgen für einen Fahrer des Lastkraftfahrzeugs haben kann. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, eine Reibflächenkupplung der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, bei der insbesondere das Lösen der Kegelelemente bei dem Erreichen der Verschleißgrenze der Reibflächen sicher vermieden wird.

Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, einen Verschleiß der Reibflächen beispielsweise mittels eines Sensors zu überwachen und kurz vor einem Erreichen einer Verschleißgrenze der Reibflächen die Betätigungsvorrichtung zu deaktivieren, so dass die kraftschlüssige Verbindung nicht mehr lösbar ist. Dadurch wird sichergestellt, dass ein weiterer Verschleiß der Reibflächen unterbunden wird und die Kegelelemente bzw. die Reibflächen bis zu einem Austausch der Reibflächenkupplung kraftschlüssig verbunden bleiben. Jedoch lässt sich eine Reibflächenkupplung dieser Art nur sehr aufwendig hersteilen und betreiben, insbesondere ist, um eine verlässliche Überwachung der Reibflächen mittels eines Sensors garantieren zu können, eine zusätzliche Wartung einer derartigen Reibflächenkupplung erforderlich. Nicht zuletzt gestalten sich eine Herstellung und ein Betrieb einer derartigen Reibflächenkupplung als kostenintensiv.

Weiter ist aus der zum Prioritätstag der vorliegenden Patentanmeldung noch nicht offengelegten deutschen Patentanmeldung 10 2019 101 760.2 derselben Anmelderin eine Reibflächenkupplung der eingang bezeichneten Art bekannt, bei der eine Betätigungsvorrichtung einen mit einem Betätigungselement gekoppelten Druckring und drei mit einem ersten Kegelelement verbundene Ausrückhebel aufweist, wobei der Druckring in einem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung relativ zu den Ausrückhebeln bewegbar ist, wobei der Druckring in einem betätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung derart auf die Ausrückhebel drückbar ist, dass eine kraftschlüssige Verbindung lösbar ist, wobei der Druckring und die Ausrückhebel bei einer Betätigung der Reibflächenkupplung fortlaufend derart durch Abrieb verkürzbar sind, dass bei einem Erreichen einer Verschleißgrenze des Druckrings und der Ausrückhebel der Druckring und die Ausrückhebel nicht mehr kontaktierbar sind, so dass die kraftschlüssige Verbindung nicht mehr lösbar ist. Als nachteilhaft erweist sich hier jedoch, dass die drei Ausrückhebel nicht notwendigerweise gleichzeitig derart verkürzt sind, dass der Druckring und die Ausrückhebel nicht mehr konhtaktierbar sind. Daher ist es nicht unwahrscheinlich, dass sich der Druckring mit den Ausrückhebeln verklemmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Reibflächenkupplung, ein Kraftfahrzeug mit einer Reibflächenkupplung sowie ein Verfahren zur Betätigung einer Reibflächenkupplung zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Schalten eines Luftkompressors oder dergleichen, vorzuschlagen, die bzw. das einen noch sichereren Betrieb der Reibflächenkupplung bzw. des Luftkompressors ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Reibflächenkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , ein Kraftfahrzeug mit einer Reibflächenkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 19 und ein Verfahren zur Betätigung einer Reibflächenkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.

Die erfindungsgemäße Reibflächenkupplung zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Schalten eines Luftkompressors oder dergleichen, umfasst ein erstes Kegelelement mit einer ersten Reibfläche und ein zweites Kegelelement mit einer zweiten Reibfläche, wobei die Reibflächenkupplung eine Betätigungsvorrichtung mit einem Betätigungselement zum kraftschlüssigen Verbinden und Lösen der Kegelelemente aufweist, wobei die Kegelelemente in einem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung kraftschlüssig verbunden sind, wobei die Betätigungsvorrichtung ein mit dem Betätigungselement gekoppeltes Druckelement und eine mit dem ersten Kegelelement zusammenwirkende Hebeleinrichtung aufweist, wobei das Druckelement in einem betätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung derart mit der Hebeleinrichtung in Eingriff bringbar ist, dass die kraftschlüssige Verbindung lösbar ist, wobei das erste Kegelelement eine Führung aufweist, in welcher das Druckelement vor einem Erreichen einer Verschleißgrenze der Reibflächen bezogen auf das erste Kegelelement verdrehsicher eingerastet führbar und zum Lösen der kraftschlüssigen Verbindung mit der Hebeleinrichtung in Eingriff bringbar ist, wobei das Druckelement bei dem Erreichen der Verschleißgrenze der Reibflächen derart die Führung verlassend aus der Führung ausrastbar ist, dass das Druckelement nach einem Verlassen der Führung nicht mehr mit der Hebeleinrichtung in Eingriff bringbar ist, so dass die kraftschlüssige Verbindung nicht mehr lösbar ist.

Demnach drückt das Betätigungselement bei der Betätigung der Reibflächenkupplung nicht unmittelbar auf das erste Kegelelement, sondern die Betätigungsvorrichtung weist ein mit dem Betätigungselement gekoppeltes Druckelement und eine mit dem ersten Kegelelement zusammenwirkende Hebeleinrichtung auf, wobei das Druckelement bei einer Betätigung der Reibflächenkupplung bzw. in einem betätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung derart mit der Hebeleinrichtung in Eingriff bringbar ist, dass die kraftschlüssige Verbindung lösbar ist. In dem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung sind die Kegelelemente bzw. die Reibflächen kraftschlüssig verbunden. Wird nun mittels der Reibflächenkupplung ein Drehmoment übertragen, so führen die Kegelelemente eine Rotationsbewegung aus. Dabei kann die Hebeleinrichtung mit dem ersten Kegelelement verbunden sein, so dass die Hebeleinrichtung an der Rotationsbewegung teilhaben kann. Weiter kann das Druckelement, beispielsweise über eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Druckelement und dem ersten Kegelelement, mit dem ersten Kegelelement rotatorisch synchronisiert sein. Dadurch kann auch das Druckelement an der Rotationsbewegung teilhaben. Das Betätigungselement hingegen kann derart ausgebildet bzw. angeordnet sein, dass dieses nicht an der Rotationsbewegung teilnimmt. Wird die Reibflächenkupplung nun betätigt, so wird das Druckelement mit der Hebeleinrichtung in Eingriff gebracht bzw. auf die Hebeleinrichtung gedrückt. Dies bewirkt eine Verschiebung bzw. Verkippung der Hebeleinrichtung und des mit dieser zusammenwirkenden ersten Kegelelements, wodurch die kraftschlüssige Verbindung gelöst wird.

Bei der Betätigung der Reibflächenkupplung werden die Reibflächen fortlaufend derart abgerieben, dass das Druckelement bei einem Erreichen einer Verschleißgrenze der Reibflächen derart eine Führung des ersten Kegelelements, in welcher das Druckelement vor dem Erreichen der Verschleißgrenze der Reibflächen bezogen auf das erste Kegelelement verdrehsicher eingerastet führbar und zum Lösen der kraftschlüssigen Verbindung mit der Hebeleinrichtung in Eingriff bringbar ist, verlassend aus der Führung ausrastbar ist, dass das Druckelement nach einem Verlassen der Führung nicht mehr mit der Hebeleinrichtung in Eingriff bringbar ist. Somit ist die kraftschlüssige Verbindung bei dem Erreichen der Verschleißgrenze nicht mehr lösbar. Wesentlich ist nun, dass diese Verschleißgrenze eher erreicht wird, als eine kritische Verschleißgrenze der Reibflächen, bei welcher die Reibflächen derart abgerieben sind, so dass die Reibflächen auch in dem unbetätigten Betriebszustand nicht mehr kraftschlüssig verbunden sind. Dadurch kann ein Ausfall der Reibflächenkupplung aufgrund eines Verschleißes der Reibflächen sicher vermieden werden. Somit kann insbesondere ein mittels der Reibflächenkupplung geschalteter Luftkompressor, der zur Versorgung eines pneumatischen Bremssystems eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein kann, einen Betrieb aufrechterhalten, so dass das Kraftfahrzeug bis zu einem Austausch der Reibflächenkupplung weiterhin sicher unterwegs sein kann. Nicht zuletzt erweisen sich eine Herstellung und ein Betrieb der erfindungsgemäßen Reibflächenkupplung als äußerst kostengünstig.

Vorteilhafterweise kann als Druckelement ein Druckring vorgesehen sein und die Hebeleinrichtung kann zumindest zwei, vorzugsweise drei, Ausrückhebel umfassen, wobei das Druckelement einen Grundkörper und eine einer Anzahl an Ausrückhebeln entsprechende Anzahl an Drucksegmenten umfassen kann, welche als kreissegmentförmige, in einer axialen Richtung von dem Grundkörper abragende Vorsprünge ausgebildet sein können, wobei das Druckelement über die Drucksegmente mit den Ausrückhebeln in Eingriff bringbar sein kann. In diesem Fall kann der Druckring gleichmäßig mit der Hebeleinrichtung in Eingriff gebracht werden bzw. gegen die Hebeleinrichtung gedrückt werden. Die Ausrückhebel können bevorzugt in gleichmäßigen Abständen um eine Rotationsachse des ersten Kegelelements herum angeordnet und mit einer radialen Innenseite der Ausrückhebel formschlüssig mit dem ersten Kegelelement verbunden sein. Der Druckring kann dann axial zu einer Rotationsachse des ersten Kegelelements verschiebbar sein und über die Drucksegmente so weit wie möglich radial außen auf eine Axialseite der Ausrückhebel drücken, so dass die Ausrückhebel eine Kippbewegung ausführen können. Dabei kann die Axialseite radial innen entgegen einer Bewegungsrichtung des Druckrings derart verkippt werden, dass das erste Kegelelement entgegen der Bewegungsrichtung des Druckrings verschoben werden kann, wodurch die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Kegelelementen gelöst werden kann. Zweckmäßigerweise kann das Druckelement bzw. der Grundkörper die Drucksegmente ausbilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Reibflächenkupplung kann das erste Kegelelement eine der Anzahl an Drucksegmenten entsprechende Anzahl an die Führung zumindest mitausbildenden Durchgängen aufweisen, in welche die Drucksegmente in dem unbetätigten Betriebszustand vor dem Erreichen der Verschleißgrenze der Reibflächen zumindest teilweise eingreifen können, so dass die Drucksegmente bezogen auf das erste Kegelelement verdrehsicher in den Durchgängen halterbar sein können, wobei die Durchgänge von den Drucksegmenten in dem betätigten Betriebszustand derart durchgreifbar sein können, dass die Drucksegmente mit den, in der axialen Richtung betrachtet, hinter den Durchgängen angeordneten Ausrückhebeln in Eingriff bringbar sein können.

In einer konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das erste Kegelelement bei einem fortlaufenden Verschleiß der Reibflächen in der axialen Richtung von dem Druckelement hinweg bewegbar sein, so dass die Drucksegmente in dem unbetätigten Betriebszustand bei dem Erreichen der Verschleißgrenze der Reibflächen nicht mehr in die Durchgänge eingreifen können, wodurch die Drucksegmente die Führung verlassend aus der Führung ausrastbar sein können.

Weiterbildungsgemäß können die Drucksegmente nach dem Verlassen der Führung relativ zu dem ersten Kegelelement um einen Drehwinkel verdrehbar sein, so dass die Drucksegmente nun nicht mehr mit den Durchgängen fluchtend in dem betätigten Betriebszustand zumindest teilweise an einer Innenfläche des ersten Kegelelements anliegend auf die Innenfläche drückbar sein können. Insbesondere bedingt durch Drehbeschleunigungen, welche insbesondere bei einer Betätigung der Reibflächenkupplung auf das Druckelement einwirken können, können sich die Drucksegmente bezogen auf die Durchgänge dann so weit verdrehen, dass die Drucksegmente nicht mehr mit den Durchgängen fluchten, die Drucksegmente bei einer Betätigung der Reibflächenkupplung also nicht mehr in die Durchgänge eingreifen bzw. diese durchgreifen können, sondern vielmehr zumindest teilweise auf eine Innenfläche des ersten Kegelelements drücken bzw. an dieser zur Anlage kommen. Dadurch dass die Drucksegmente nicht mehr auf die Hebeleinrichtung, sondern auf die Innenfläche drücken, ist die kraftschlüssige Verbindung nicht mehr lösbar. Vielmehr wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Kegelelementen und damit ein zwischen den Kegelelementen übertragenes Drehmoment bei einem erneuten Betätigen der Reibflächenkupplung bei dem Erreichen der Verschleißgrenze verstärkt, da die Kegelelemente während dieser Betätigung aufeinander gedrückt werden. Der Drehwinkel kann auf eine Rotationsachse des ersten Kegelelements als Drehachse bezogen werden.

Vorteilhafterweise kann das erste Kegelelement einen den Drehwinkel begrenzenden Anschlag und/oder zumindest eine Aufnahmetasche aufweisen, in welche zumindest eines der Drucksegmente nach einem vollständigen Verlassen der Führung einrastbar sein kann. Durch den Anschlag kann vermieden werden, dass sich die Drucksegmente, nachdem sie die Durchgänge verlassen haben, in zu diesen Durchgängen benachbarte Durchgänge einrasten können, wodurch die kraftschlüssige Verbindung möglicherweise wieder gelöst werden könnte. Die Aufnahmetasche garantiert, dass zumindest eines der Drucksegmente nach dem Einrasten in die Aufnahmetasche verdrehsicher in der Aufnahmetasche gehalten werden kann. Dadurch ist ein Lösen der kraftschlüssigen Verbindung dann nicht mehr möglich. Vorteilhafterweise ist jedem Drucksegment eine Aufnahmetasche zugeordnet. Die Aufnahmetasche kann den Anschlag ausbilden. Beispielsweise kann die Aufnahmetasche in Form einer Vertiefung ausgebildet sein.

Vorzugsweise kann das Betätigungselement pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch betätigbar sein. Besonders bevorzugt ist das Betätigungselement pneumatisch betätigbar. In dem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung wird das Betätigungselement dann gerade nicht von einem Druck beaufschlagt. Die zur Betätigung der Reibflächenkupplung erforderliche Druckluft kann dabei auch direkt von dem Luftkompressor erzeugt werden, wobei es denkbar ist, dass der Luftkompressor einen Vorratsbehälter mit Druckluft füllt, welcher zur Versorgung eines pneumatischen Bremssystems eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein kann.

Gemäß einer zweckmäßigen Konstruktion der Erfindung kann das Betätigungselement als ein Kolben ausgebildet sein. Der Kolben kann dann in einem Aufnahmeraum eines Gehäuses der Reibflächenkupplung relativ zu dem Gehäuse ruhend und parallel zu einer Rotationsachse der Kegelelemente verschiebbar gelagert sein. Außerdem kann das Druckelement relativ zu dem Kolben rotieren.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann das Betätigungselement federrückstellbar ausgestaltet sein. Demzufolge kann die Betätigungsvorrichtung eine Feder aufweisen, welche das Betätigungselement in dem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung in einer Ausgangsposition hält bzw. bei einem Wechsel von dem betätigten Betriebszustand in den unbetätigten Betriebszustand von einer Endposition in die Ausgangsposition zurückkehren lässt.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung kann die Betätigungsvorrichtung eine Federeinrichtung, bevorzugt eine Tellerfeder, besonders bevorzugt zwei wechselsinnig aufeinander geschichtete Tellerfedern, aufweisen, mittels derer die Kegelelemente in dem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung kraftschlüssig zusammendrückbar sind. Die Federeinrichtung kann mit dem ersten Kegelelement verbunden sein, so dass diese an einer Rotationsbewegung des ersten Kegelelements teilhaben kann. Bei der Betätigung der Reibflächenkupplung kann die mit dem ersten Kegelelement zusammenwirkende Hebeleinrichtung das erste Kegelelement gegen die Federeinrichtung drücken, wobei die kraftschlüssige Verbindung gelöst werden kann. Auch kann vorgesehen sein, dass die Hebeleinrichtung gegen die Federeinrichtung drückt. Optional kann dabei zwischen der Hebeleinrichtung und der Federeinrichtung ein Hebelelement angeordnet sein. Vorteilhaft können die Reibflächen dann derart ausgebildet sein, dass deren Verschleißgrenze vergleichsweise schneller erreicht wird als eine Verschleißgrenze der Federeinrichtung. Somit kann ein unerwünschtes Lösen der Kegelelemente in dem unbetätigten Betriebszustand aufgrund eines Verschleißes der Federeinrichtung vermieden werden.

Vorteilhafterweise kann das erste Kegelelement mittels einer Verzahnung formschlüssig mit einer Nabe der Reibflächenkupplung verbunden sein, wobei die Nabe auf einer Welle der Reibflächenkupplung angeordnet sein kann. So kann eine Rotationsbewegung des ersten Kegelelements auf die Welle übertragen werden. Die Welle kann dann als eine Abtriebswelle dienen, mittels welcher ein Drehmoment auf den Luftkompressor übertragen werden kann.

In diesem Zusammenhang kann es außerdem vorteilhaft sein, wenn das erste Kegelelement entlang einer Rotationsachse des ersten Kegelelements axial verschiebbar ist. Somit kann das kraftschlüssige Verbinden und Lösen der Kegelelemente auf eine einfache Weise mittels einer axialen Verschiebung des ersten Kegelelements erfolgen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann eine Außenseite eines Mantels des ersten Kegelelements die erste Reibfläche und eine Innenseite eines Mantels des zweiten Kegelelements die zweite Reibfläche ausbilden. Ferner kann das zweite Kegelelement mittels eines Wälzlagers der Reibflächenkupplung auf einer Welle der Reibflächenkupplung gelagert sein. Als Wälzkörper des Wälzlagers können dabei Kugeln, Zylinderrollen oder Nadelrollen vorgesehen sein, welche in einer Laufbuchse des Wälzlagers angeordnet sein können. Bedingt durch eine Kegelverbindung der Kegelelemente kann das Wälzlager in einer radialen Richtung entlastet werden, wodurch eine Anfälligkeit des Wälzlagers gegenüber Stillstandsmarkierungen (False Brinelling) reduziert werden kann.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann das zweite Kegelelement mit einem Antriebsrad der Reibflächenkupplung verbunden sein. Somit kann ein Drehmoment beispielsweise von einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs direkt auf das zweite Kegelelement übertragen werden.

Insbesondere kann als Antriebsrad ein Zahnrad vorgesehen sein. Dabei kann eine Zähnezahl bzw. ein Durchmesser des Zahnrads an ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis angepasst werden.

Auch kann das zweite Kegelelement mit dem Antriebsrad verschraubt sein. In diesem Fall kann das Antriebsrad dann auf eine einfache Weise von dem zweiten Kegelelement gelöst und somit ausgetauscht werden.

Vorteilhaft können die Reibflächen aus Stahl ausgebildet sein. Dadurch kann ein Verschleiß der Reibflächen erheblich reduziert werden.

Weiterhin kann eine Neigung der Reibflächen zu einer Rotationsachse der Kegelelemente im Bereich von 5° bis 10° liegen. Dadurch kann mittels eines geringen axialen Kraftaufwandes eine hohe Flächenpressung der Reibflächen zueinander erzielt werden, so dass ein großes Drehmoment übertragen werden kann. Gemäß einer konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Kegelelemente in ein Gehäuse der Reibflächenkupplung integriert sein. Dadurch kann ein Eindringen von Schmutz bzw. Staub in die Reibflächenkupplung verhindert werden. Auch kann das Gehäuse einen Aufnahmeraum für das Betätigungselement ausbilden.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist einen Luftkompressor oder dergleichen und eine Reibflächenkupplung zum Schalten des Luftkompressors auf. Zu den vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs wird auf die Vorteilsbeschreibung der erfindungsgemäßen Reibflächenkupplung verwiesen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Kraftfahrzeugs ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Vorrichtungsanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Betätigung einer Reibflächenkupplung zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Schalten eines Luftkompressors oder dergleichen, wird mittels eines Betätigungselements einer Betätigungsvorrichtung der Reibflächenkupplung ein erstes Kegelelement der Reibflächenkupplung mit einer ersten Reibfläche mit/von einem zweiten Kegelelement der Reibflächenkupplung mit einer zweiten Reibfläche kraftschlüssig verbunden/gelöst, wobei die Kegelelemente in einem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung kraftschlüssig verbunden werden, wobei ein mit dem Betätigungselement gekoppeltes Druckelement der Betätigungsvorrichtung in einem betätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung derart mit einer mit dem ersten Kegelelement zusammenwirkenden Hebeleinrichtung der Betätigungsvorrichtung in Eingriff gebracht wird, dass die kraftschlüssige Verbindung gelöst wird, wobei das Druckelement vor einem Erreichen einer Verschleißgrenze der Reibflächen in einer Führung des ersten Kegelelements bezogen auf das erste Kegelelement verdrehsicher eingerastet geführt und zum Lösen der kraftschlüssigen Verbindung mit der Hebeleinrichtung in Eingriff gebracht wird, wobei das Druckelement bei dem Erreichen der Verschleißgrenze der Reibflächen derart die Führung verlassend aus der Führung ausgerastet wird, dass das Druckelement nach einem Verlassen der Führung nicht mehr mit der Hebeleinrichtung in Eingriff gebracht werden kann, so dass die kraftschlüssige Verbindung nicht mehr gelöst werden kann. Zu den vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Vorteilsbeschreibung der erfindungsgemäßen Reibflächenkupplung verwiesen.

Weiter vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Vorrichtungsanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.

Die erfinderische Idee ist nicht auf Kegelkupplungen beschränkt, sondern kann selbstverständlich insbesondere auch auf Lamellenkupplungen bzw. Reiblamellenkupplungen übertragen werden.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teilschnittansicht einer Reibflächenkupplung in einem unbetätigten Betriebszustand;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht eines aus einer Führung ausgerasteten Druckelements; Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht eines in einer Führung eingerasteten Druckelements entgegen einer axialen Richtung betrachtet; Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht des aus der Führung ausgerasteten Druckelements entgegen der axialen Richtung betrachtet;

Fig. 5 eine perspektivische Teilansicht des aus der Führung ausgerasteten und relativ zu einem ersten Kegelelement verdrehten Druckelements entgegen der axialen Richtung betrachtet;

Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht des ersten Kegelelements in der axialen Richtung betrachtet;

Fig. 7 eine perspektivische Teilansicht des aus der Führung ausgerasteten Druckelements in der axialen Richtung betrachtet; Fig. 8 eine perspektivische Teilansicht des aus der Führung ausgerasteten und relativ zu dem ersten Kegelelement verdrehten Druckelements in der axialen Richtung betrachtet;

Fig. 9 eine perspektivische Teilansicht des in eine Aufnahmetasche eingerasteten Druckelements in der axialen Richtung betrachtet;

Fig. 10 eine perspektivische Teilansicht des in die Aufnahmetasche eingerasteten Druckelements in der axialen Richtung betrachtet; Fig. 11 eine perspektivische Teilschnittansicht einer Reibflächenkupplung in einem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung vor einem Erreichen einer Verschleißgrenze von Reibflächen;

Fig. 12 eine perspektivische Teilschnittansicht der Reibflächenkupplung in einem betätigten Betriebszustand der

Reibflächenkupplung vor einem Erreichen einer Verschleißgrenze von Reibflächen;

Fig. 13 eine perspektivische Teilschnittansicht der Reibflächenkupplung mit einem aus einer Führung ausgerasteten Druckelement;

Fig. 14 eine perspektivische Teilschnittansicht der Reibflächenkupplung mit dem aus der Führung ausgerasteten und relativ zu einem ersten Kegelelement verdrehten Druckelement;

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht des Druckelements.

Die Fig. 1 zeigt eine Reibflächenkupplung 10 in einem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung 10, wobei die Reibflächenkupplung 10 ein erstes Kegelelement 11 mit einer ersten Reibfläche 12 und ein zweites Kegelelement 13 mit einer zweiten

Reibfläche 14 umfasst. In dem unbetätigten Betriebszustand der

Reibflächenkupplung 10 sind die Kegelelemente 11 und 13 bzw. die Reibflächen 12 und 14 kraftschlüssig verbunden. Weiter weist die Reibflächenkupplung 10 eine Betätigungsvorrichtung 15 mit einem Betätigungselement 16, welches hier durch einen pneumatisch betätigbaren Kolben ausgebildet ist, auf, mittels derer sich die

Kegelelemente 11 und 13 lösen bzw. kraftschlüssig verbinden lassen. Das Betätigungselement 16 ist in einem Aufnahmeraum 17 eines Gehäuses 18 der Reibflächenkupplung 10 über Wälzlager 19 und 20 der Betätigungsvorrichtung 15 axial zu einer hier nicht gezeigten

Rotationsachse des ersten Kegelelements 11 verschiebbar gelagert. Das Betätigungselement 16 ist von einer Anfangsposition in eine Endposition axial verschiebbar. Außerdem weist die Betätigungsvorrichtung 15 eine hier nicht gezeigte Feder auf, welche das Betätigungselement 16 bei einem Überführen der Reibflächenkupplung 10 von dem betätigten Betriebszustand in den unbetätigten Betriebszustand bzw. in dem Fall, da das Betätigungselement 16 nicht mehr von einem Druck beaufschlagt wird, von der Endposition in die Anfangsposition verbringt. Das erste Kegelelement 11 ist mittels einer hier nicht gezeigten Verzahnung formschlüssig mit einer hier ebenfalls nicht gezeigten Nabe der Reibflächenkupplung 10 verbunden, wobei die Nabe auf einer hier ebenfalls nicht gezeigten Welle der Reibflächenkupplung 10 angeordnet ist. Dabei ist das erste Kegelelement 11 entlang der Rotationsachse axial verschiebbar. Die Welle ihrerseits ist mittels eines hier nicht gezeigten Wälzlagers in dem Gehäuse 18 der Reibflächenkupplung 10 gelagert. Das zweite Kegelelement 13 ist über ein hier nicht gezeigtes Wälzlager der Reibflächenkupplung 10 rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse auf der Welle gelagert und ist mittels hier nicht gezeigten Schrauben mit einem als ein Zahnrad ausgebildeten hier nicht gezeigten Antriebsrad verbunden. Eine hier nicht gezeigte mit der Welle formschlüssig verbundene Scheibe sichert das zweite Kegelelement 13 gegen eine axiale Verschiebung. Wird das Antriebsrad nun von einer hier nicht gezeigten Antriebsvorrichtung, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine, angetrieben, so wird ein von der Antriebsvorrichtung auf das Antriebsrad bzw. das zweite Kegelelement 13 aufgebrachtes Drehmoment in dem unbetätigten Betriebszustand auf das erste Kegelelement 11 übertragen.

Die Betätigungsvorrichtung 15 weist weiter ein mit dem Betätigungselement 16 gekoppeltes Druckelement 21 und eine mit dem ersten Kegelelement 11 zusammenwirkende Flebeleinrichtung 22 auf, wobei das Druckelement 21 bei einer Betätigung der Reibflächenkupplung 10 bzw. in einem betätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung 10 derart mit der Hebeleinrichtung 22 in Eingriff bringbar ist, dass die kraftschlüssige Verbindung lösbar ist. In dem unbetätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung 10 sind die Kegelelemente 11 und 13 bzw. die Reibflächen 12 und 14 kraftschlüssig verbunden. Wird nun mittels der Reibflächenkupplung 10 ein Drehmoment übertragen, so führen die Kegelelemente 11 und 13 eine Rotationsbewegung aus. Dabei ist die Hebeleinrichtung 22 mit dem ersten Kegelelement 11 verbunden, so dass die Hebeleinrichtung 22 an der Rotationsbewegung der Kegelelemente 11 und 13 teilhat. Weiter ist das Druckelement 21 über eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Druckelement 21 und dem ersten Kegelelement 11 mit dem ersten Kegelelement 11 rotatorisch synchronisiert. Dadurch hat auch das Druckelement 21 an der Rotationsbewegung der Kegelelemente 11 und 13 teil. Das Betätigungselement 16 hingegen ist derart ausgebildet bzw. angeordnet, dass dieses nicht an der Rotationsbewegung der Kegelelemente 11 und 13 teilnimmt. Wird die Reibflächenkupplung 10 nun betätigt, so wird das Druckelement 21 mit der Hebeleinrichtung 22 in Eingriff gebracht bzw. auf die Hebeleinrichtung 22 gedrückt. Dies bewirkt eine Verschiebung bzw. Verkippung der Hebeleinrichtung 22 und des mit dieser zusammenwirkenden ersten Kegelelements 11 , wodurch die kraftschlüssige Verbindung gelöst wird.

Zudem weist die Betätigungsvorrichtung 15 eine Federeinrichtung 23 auf, welche hier durch zwei wechselsinnig aufeinandergeschichtete Tellerfedern 24 und 25 ausgebildet ist, mittels derer die Kegelelemente 11 und 13 in dem unbetätigten Betriebszustand kraftschlüssig zusammendrückbar sind. In dem unbetätigten Betriebszustand wird das relativ zu dem Betätigungselement 16 rotierbare Druckelement 21 nicht von dem Betätigungselement 16 kontaktiert. Bei der Betätigung der Reibflächenkupplung 10 wird das Betätigungselement 16 axial zu der Rotationsachse, in einer axialen Richtung A, in Richtung des Druckelements 21 verschoben. Im Zuge einer axialen Verschiebung des Betätigungselements 16 kontaktiert das Betätigungselement 16 das Druckelement 21 derart, dass ein sich radial nach innen erstreckender Abschnitt 26 einer Axialseite 27 des Druckelements 21 passgenau in einer Ausnehmung 28 des Betätigungselements 16 anliegt. Das mit dem Betätigungselement 16 mechanisch gekoppelte Druckelement 21 wird im Zuge einer weiteren axialen Verschiebung des Betätigungselements 16 dann gleichermaßen mitbewegt, bis das Betätigungselement 16 die Endposition erreicht hat. In der Endposition drückt das Druckelement 21 auf die mit dem ersten Kegelelement 11 verbundene Hebeleinrichtung 22, welche mit der Federeinrichtung 23 in Eingriff steht. Dies führt zu einer Verkippung der Hebeleinrichtung 22, wodurch das erste Kegelelement 11 axial zu der Rotationsachse, entgegen der axialen Richtung A, in Richtung des Betätigungselements 16 verschoben wird. Dadurch wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Kegelelementen 11 und 13 gelöst, so dass ein an dem zweiten Kegelelement 13 anliegendes Drehmoment nicht mehr auf das erste Kegelelement 11 übertragen werden kann.

Als Druckelement 21 ist ein Druckring vorgesehen und die Hebeleinrichtung 22 umfasst drei Ausrückhebel 29, von denen in der Fig. 1 lediglich einer ersichtlich ist. Die Ausrückhebel 29 sind in gleichmäßigen Abständen um die Rotationsachse des ersten Kegelelements 11 herum angeordnet. Das Druckelement 21 umfasst einen hier nicht gezeigten Grundkörper und drei hier ebenfalls nicht gezeigte Drucksegmente, welche als kreissegmentförmige, in der axialen Richtung A von dem Grundkörper abragende hier ebenfalls nicht gezeigte Vorsprünge ausgebildet sind, wobei das Druckelement 21 über die Drucksegmente mit den Ausrückhebeln 29 in Eingriff bringbar sind.

Bei der Betätigung der Reibflächenkupplung 10 werden die Reibflächen 12 und 14 fortlaufend derart abgerieben, dass das Druckelement 21 bei einem Erreichen einer Verschleißgrenze der Reibflächen 12 und 14 derart eine Führung 30 des ersten Kegelelements 11 , in welcher das Druckelement 21 vor dem Erreichen der Verschleißgrenze der Reibflächen 12 und 14 bezogen auf das erste Kegelelement 11 verdrehsicher eingerastet führbar und zum Lösen der kraftschlüssigen Verbindung mit der Hebeleinrichtung 22 in Eingriff bringbar ist, verlassend aus der Führung 30 ausrastbar ist, dass das Druckelement 21 nach einem Verlassen der Führung 30 nicht mehr mit der Hebeleinrichtung 22 in Eingriff bringbar ist. Somit ist die kraftschlüssige Verbindung bei dem Erreichen der Verschleißgrenze nicht mehr lösbar. Die ist in der Fig. 2 dargestellt. Insbesondere ist hier zu sehen, dass das Druckelement 21 aus der Führung 30 ausgerastet ist. Infolgedessen kann sich das Druckelement 21 bedingt durch Drehbeschleunigungen relativ zu dem ersten Kegelelement 11 verdrehen.

Eine Zusammenschau der Fig. 3 bis 10 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform eines ersten Kegelelements 31 und eines Druckelements 32. Die in der Fig. 1 gezeigte Reibflächenkupplung 10 kann das erste Kegelelement 31 und/oder das Druckelement 32 umfassen.

Als Druckelement 32 ist ein Druckring vorgesehen, wobei das Druckelement 32 einen Grundkörper 33 und drei Drucksegmente 34 umfasst, von denen hier lediglich eines gezeigt ist, wobei die Drucksegmente 34 als kreissegmentförmige, in der axialen Richtung A von dem Grundkörper 33 abragende Vorsprünge ausgebildet sind, wobei das Druckelement 32 über die Drucksegmente 34 mit hier nicht gezeigten Ausrückhebeln in Eingriff bringbar ist. Dabei bildet das Druckelement 32 die Drucksegmente 34 aus.

Weiter weist das erste Kegelelement 31 drei eine Führung 35 des ersten Kegelelements 31 zumindest mitausbildende Durchgänge 36 auf, in welche die Drucksegmente 34 in dem unbetätigten Betriebszustand vor dem Erreichen der Verschleißgrenze von hier nicht gezeigten Reibflächen zumindest teilweise eingreifen, so dass die Drucksegmente 34 bezogen auf das erste Kegelelement 31 verdrehsicher in den Durchgängen 36 halterbar sind, wobei die Durchgänge 36 von den Drucksegmenten 34 in dem betätigten Betriebszustand derart durchgreifbar sind, dass die Drucksegmente 34 mit den, in der axialen Richtung A betrachtet, hinter den Durchgängen 36 angeordneten hier nicht gezeigten Ausrückhebeln in Eingriff bringbar sind. Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, wie ein Drucksegment

34 in einen Durchgang 36 zumindest teilweise eingreift bzw. in die Führung

35 eingerastet ist.

Bei einem fortlaufenden Verschleiß der Reibflächen wird das erste Kegelelement 31 in der axialen Richtung A von dem Druckelement 32 hinweg bewegt, so dass die Drucksegmente 34 in dem unbetätigten Betriebszustand bei dem Erreichen der Verschleißgrenze der Reibflächen nicht mehr in die Durchgänge 36 eingreifen, wodurch die Drucksegmente 34 die Führung 35 verlassend aus der Führung 35 ausrasten, was in den Fig. 4 und 7 gezeigt ist.

Nach dem Verlassen der Führung 35 verdrehen sich die Drucksegmente 34, wie aus den Fig. 5 und 8 ersichtlich ist, relativ zu dem ersten Kegelelement 31 um einen hier nicht gezeigten Drehwinkel, so dass die Drucksegmente 34 nun nicht mehr mit den Durchgängen 36 fluchtend in dem betätigten Betriebszustand zumindest teilweise an einer Innenfläche 37 des ersten Kegelelements 31 anliegend auf die Innenfläche 37 drückbar sind. Insbesondere bedingt durch Drehbeschleunigungen, welche insbesondere bei einer Betätigung einer hier nicht gezeigten Reibflächenkupplung, welche das erste Kegelelement 31 und das Druckelement 32 umfassen kann, auf das Druckelement 32 einwirken, verdrehen sich die Drucksegmente 34 bezogen auf die Durchgänge 36 dann so weit, dass die Drucksegmente 34 nicht mehr mit den Durchgängen

36 fluchten, die Drucksegmente 34 bei einer Betätigung der Reibflächenkupplung also nicht mehr in die Durchgänge 36 eingreifen bzw. diese durchgreifen können, sondern vielmehr zumindest teilweise auf die Innenfläche 37 des ersten Kegelelements 31 drücken bzw. an dieser zur Anlage kommen. Dadurch dass die Drucksegmente 34 nicht mehr auf die Ausrückhebel, sondern auf die Innenfläche 37 drücken, ist die kraftschlüssige Verbindung nicht mehr lösbar.

Ferner weist das erste Kegelelement 31 , wie insbesondere aus den Fig. 6, 9 und 10 ersichtlich ist, den Drehwinkel begrenzende Anschläge 38 und Aufnahmetaschen 39 auf, in welche die Drucksegmente 34 nach einem vollständigen Verlassen der Führung 35 einrasten.

Ferner zeigen die Fig. 6 bis 10, dass das erste Kegelelement 31 eine Verzahnung 40 aufweist, mittels derer das erste Kegelelement 31 formschlüssig mit einer hier nicht gezeigten Nabe der Reibflächenkupplung verbunden werden kann, wobei die Nabe auf einer hier ebenfalls nicht gezeigten Welle der Reibflächenkupplung angeordnet werden kann.

Eine Zusammenschau der Fig. 11 bis 14 zeigt eine Reibflächenkupplung 41. Insbesondere sind aus den Fig. 11 bis 14 ein erstes Kegelelement 42, ein zweites Kegelelement 43, Ausrückhebel 44, eine Führung 45 und ein Druckelement 46 mit einem Drucksegment 47 ersichtlich.

Die Fig. 11 bzw. 12 zeigt die Reibflächenkupplung 41 in einem unbetätigten bzw. betätigten Betriebszustand der Reibflächenkupplung 41 vor einem Erreichen einer Verschleißgrenze von hier nicht gezeigten Reibflächen. In der Fig. 11 ist das Drucksegment 47 in die Führung 45 eingerastet.

Die Fig. 13 bzw. 14 zeigt die Reibflächenkupplung 41 nach dem Erreichen der Verschleißgrenze der Reibflächen. Das Drucksegment 47 ist aus der Führung 45 ausgerastet und relativ zu dem ersten Kegelelement 42 verdreht. In der Fig. 14 ist das Drucksegment 43 in eine Aufnahmetasche 48 eingerastet.

Letztlich geht aus der Fig. 15 das als Druckring ausgebildete Druckelement 46 hervor, welches einen Grundkörper 49 und drei Drucksegmente 47 aufweist.

Bezugszeichenliste

10 Reibflächenkupplung

11 erstes Kegelelement 12 erste Reibfläche

13 zweites Kegelelement

14 zweite Reibfläche

15 Betätigungsvorrichtung

16 Betätigungselement 17 Aufnahmeraum

18 Gehäuse

19 Wälzlager

20 Wälzlager 21 Druckelement 22 Hebeleinrichtung

23 Federeinrichtung

24 Tellerfeder

25 Tellerfeder

26 Abschnitt 27 Axialseite

28 Ausnehmung

29 Ausrückhebel

30 Führung

31 erstes Kegelelement 32 Druckelement

33 Grundkörper

34 Drucksegment

35 Führung

36 Durchgang 37 Innenfläche

38 Anschlag 39 Aufnahmetasche

40 Verzahnung

41 Reibflächenkupplung

42 erstes Kegelelement 43 zweites Kegelelement

44 Ausrückhebel

45 Führung

46 Druckelement

47 Drucksegment 48 Aufnahmetasche

49 Grundkörper A axiale Richtung