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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Stellmechanismus zum Ein- und
Ausrücken einer Trennkupplung eines Einfach- oder Mehrfachkupplungsgetriebes,
welches ein Gehäuse aufweist, für ein Kraftfahrzeug.
Der Stellmechanismus wird vorzugsweise elektromechanisch angetrieben.
Die zum Halten der Kupplung im eingerückten Zustand erforderliche
Haltekraft wird von einem Motor des Stellmechanismus durch permanente
Energiebeaufschlagung geliefert.
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Es
sind verschiedene Konzepte zum Ein- und Ausrücken von Trennkupplungen
mittels Aktuatorik bekannt.
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Ein
erstes Konzept, welches auf Drehschiebern basiert, ist in der
WO 2007/096212 A1 offenbart. Problematisch
bei dieser Lösung ist ein großer Hysterese-Effekt
bzw. Reibung, die durch eine außermittige Krafteinleitung
und hohe Kraftanteile, die quer zu einer Einrücklagerwirkrichtung
wirken, verursacht werden.
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Ein
weiteres Problem ist z. B. darin zu sehen, dass herkömmliche
Stellantriebe deutlich aus einem Getriebegehäuse hervorragen,
so dass der Einsatz bei Inline-Anwendungen und Front-Quer-Getrieben erschwert
ist.
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Ein
weiteres Konzept wird in dem Artikel "Elektromotorische
Aktuatorik für Doppelkupplungsgetriebe – Bester
Wirkungsgrad aus eigenem Antrieb" (LuK KOLLOQUIUM 2006,
Seiten 136 bis 143) beschrieben. Dort ist ein radial von
einer Getriebeeingangswelle weg bauender Aktuator gezeigt, der mittels
einer Kugelumlaufmutter einen Einrückhebel der Kupplung
drückt, um diese zu schließen. Der Einrückhebel
verläuft dabei in einer schiefen Ebene. Um eine Selbstöffnung
der Kupplung zu ermöglichen, ist die Kupplung in Ausrückrichtung
vorgespannt. Ein Elektromotor muss ständig bestromt werden,
wenn die Kupplung geschlossen halten werden soll. Auch ragen die
Stellantriebe der Betätigungseinheiten deutlich aus dem
Getriebegehäuse hervor, was insbesondere bei Inline-Anwendungen
hinsichtlich des zur Verfügung stehenden Bauraums kritisch
ist.
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Eine
weitere Doppelkupplungsaktuatorik wird in dem Dokument
DE 10 2007 003 338 A1 beschrieben.
Die dort gezeigte Aktuatorik hat ebenfalls einen großen
Bauraumbedarf, so dass die Integration räumlich schwierig
ist.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen universell
für Einfachkupplungen und Doppelkupplungen einsetzbaren
Stellmechanismus vorzusehen, dessen Bauraumbedarf äußerst gering
ist. Insbesondere sollen geringe Reibungswerte vorgesehen werden.
Vorzugsweise soll der Stellmechanismus einen geringen Strom- bzw.
Energiebedarf aufweisen. Ferner wäre es wünschenswert,
möglichst wenige Komponenten einzusetzen, so dass sich
die Aktuatorik allgemein einfacher gestalten lässt.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Stellmechanismus zum Ein- und Ausrücken
einer Trennkupplung eines Einfach- oder Doppelkupplungsgetriebes, welches
ein Gehäuse aufweist und zum Einsatz in Kraftfahrzeug geeignet
ist, gelöst, wobei der Stellmechanismus aufweist: einen
Stellantrieb; ein Kurvensegment; eine Einrückgabel; und
einen mit der Einrückgabel verbundenen Kurvenfolger. Das
Kurvensegment weist eine kurvenförmige Ausnehmung auf. Es
ist um ein erstes gehäusefestes Lager drehbar und kann
vom Stellantrieb in einer Einrückdrehrichtung oder einer
Ausrückdrehrichtung gedreht werden. Die Einrückgabel
ist um ein zweites gehäusefestes Lager drehbar. Auf einer
Seite der Gabel erfolgt die Ankopplung derselben an das Kurvensegment über
den Kurvenfolger. Auf der gegenüberliegenden Seite der
Gabel erfolgt eine derartige Ankopplung an die Trennkupplung, so
dass die Trennkupplung bei einer Drehung des Kurvensegments in der
Einrückdrehrichtung geschlossen wird und bei einer Drehung
in der Ausrückdrehrichtung geöffnet wird. Der Kurvenfolger
greift in die kurvenförmige Ausnehmung ein. Der Kurvenfolger
wird von einer Kontur der kurvenförmigen Ausnehmung bei
einer Drehung des Kurvensegments geführt. Die Kontur ist
derart geformt, dass der Kurvenfolger bei einer Betätigung
des Stellantriebs in einer radialen Richtung des Kurvensegments
versetzt wird.
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Der
Stellmechanismus der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass
er einfach ausgestaltet ist. Es werden wenige Komponenten benötigt,
um die Kupplung einzurücken oder auszurücken.
Der Stellmechanismus lässt sich sowohl in Einfachkupplungen
als auch in Doppelkupplungen, dann aber in doppelter Ausführung,
einbauen. Der Stellmechanismus kann bei nassen und bei trockenen
Kupplungen eingesetzt werden.
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Der
Stellmechanismus der vorliegenden Erfindung baut sehr klein. Der
Stellantrieb kann tangential in das Getriebegehäuse integriert
werden und steht somit, wenn überhaupt, nur unwesentlich
in radialer Richtung bezüglich der Trennkupplungsachse aus
dem Gehäuse vor. Dies ist insbesondere bei Inline-Anwendungen
und Front-Quer-Getrieben von Vorteil, wo der zur Verfügung
stehende Bauraum, insbesondere in radialer Richtung, äußerst
knapp ist. Insbesorndere Getriebe für Inline-Anwendungen werden
häufig in spärlich bemessene Getriebetunnel integriert,
was mit dem Stellmechanismus gemäß der Erfindung
ohne Probleme möglich ist.
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Ferner
ist es von Vorteil, wenn die Ausnehmung im Wesentlichen in einer
Umfangsrichtung des Kurvensegments verläuft und einen sich ändernden Radius
aufweist.
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Durch
diese Maßnahme ist gewährleistet, dass bei einer
Drehung des Kurvensegments um sein Lager die Einrückgabel
um ihr Lager gedreht wird, um die Kupplung einzurücken
oder auszurücken.
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Die
Ausnehmung weist insbesondere eine Kontaktfläche auf, die
der Kurvenfolger, wenn der Stellmechanismus in ein Getriebe eingebaut
ist, aufgrund einer Vorspannung der Trennkupplung, die entlang einer
Ausrückrichtung der Trennkupplung wirkt, berührt.
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Diese
Maßnahme bewirkt, dass der Kurvenfolger im Wesentlichen
immer an der Kontaktflanke des Kurvensegments anliegt. Wählt
man die Form der Kontaktflanke geschickt, so kann das zum Drehen
des Kurvensegments benötigte Stellmoment zu bestimmten
Zeitpunkten des Bewegungsablaufes, z. B. beim Erreichen der eingerückten
Stellung, willkürlich beeinflusst werden, wobei sich z.
B. das Stellmoment kurz vor dem Erreichen des Einrückpunktes (zusätzlich)
erhöht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist die Kontaktflanke im
Wesentlichen einen Querschnitt in Form eines Abschnittes einer,
insbesondere archimedischen, Spirale auf.
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Die
Ableitung der mathematischen Funktion für eine Spirale
in Zylinderkoordinaten nach einem Drehwinkel Phi resultiert dann
in einer Konstanten. Dies bedeutet, dass die auf die Trennkupplung
ausgeübte Kraft konstant ausgeübt wird. Es gibt
somit einen linearen Zusammenhang zwischen dem Drehwinkel des Kurvensegments
und der zum Kurvensegment radialen Translationsbewegung, welcher der
Kurvenfolger annähernd folgt. Es versteht sich, dass auch
andere Spiralformen, wie z. B. eine logarithmische Spirale oder Ähnliches,
verwendet werden könnten, um eine Vorlage für
die Form der Kontaktflanke zu geben.
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Bei
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Kontaktflanke
einen kontinuierlichen Betriebsabschnitt auf, wobei der Betriebsabschnitt
im Bereich seines einen Endes einen Einrückpunkt und im
Bereich seines anderen Endes einen Ausrückpunkt aufweist.
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Ferner
ist es von Vorteil, wenn die Kontaktflanke im Bereich des Einrückpunktes
eine Ausbuchtung aufweist, die vorzugsweise einen konstanten Radius
(im Bezugssystem des Kurvensegments) hat.
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Wenn
das Kurvensegment in der Einrückdrehrichtung überdreht
wird, d. h. der Einrückpunkt vom Kurvenfolger überschritten
wird, kann die auf die Trennkupplung auszuübende Kraft
reduziert werden, um die Trennkupplung im eingerückten
Zustand zu halten. Somit wird der Energiebedarf, um die Haltekraft
aufzuwenden, reduziert. Der Stellmechanismus ist generell einer
geringeren Belastung ausgesetzt, was einen geringeren Verschleiß bedeutet.
Insbesondere der Motor des Stellantriebs wird weniger stark als
bisher beansprucht. Es wird weniger Energie verbraucht.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung schließt sich in der Eindrehdrehrichtung
ein Flankenabschnitt mit einer Erhebung an den Betriebsabschnitt
an, wobei der Flankenabschnitt mit Erhebung anschließend
in einen Verriegelungsabschnitt übergeht.
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Mit
einer entsprechend ausgebildeten Kontaktflanke lässt sich
eine Parksperrfunktion, insbesondere bei einem Doppelkupplungsgetriebe,
realisieren. Der Kurvenfolger wird im Bereich des Einrückpunktes ”überdruckt”,
indem er die Erhebung in der Flanke überwinden muss, um
anschließend in einer Art zusätzlichen Ausbuchtung
einzurasten. In diesem Fall werden bei einem Doppelkupplungsgetriebe
zwei Gänge eingelegt, was im Ruhezustand des Getriebes
möglich ist. Wird das Getriebe dann mit einem Drehmoment
beaufschlagt, so verspannt sich das gesamte Getriebe. Eine Bewegung
des Getriebes und des Antriebstrangs ist somit nicht möglich.
Diese Funktionsweise kann ausgenützt werden, um ein Kraftfahrzeug
im Ruhezustand, also insbesondere, wenn es geparkt werden soll,
sicher abzustellen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist der Stellmechanismus ferner
eine Kraftkompensationseinrichtung auf, die auf eine oder mehrere Komponenten
des Mechanismus eine unterstützende Kraft bzw. ein unterstützendes
Moment bewirkt. Insbesondere kann auf das Kurvensegment ein unterstützendes
Moment eingeleitet werden, das sich im Idealfall mit zunehmender
Einrückrichtung erhöht, um die zunehmende Kraft
zur Kupplungsbetätigung zu kompensieren.
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Durch
diese Maßnahme wird die Kraft verringert, die aufgewendet
werden muss, um die Kupplung einzurücken. Diese Kraft wird üblicherweise
allein vom Motor des Stellantriebs geleistet. Mit einer entsprechenden
Kraftkompensation verringert sich die vom Motor zu leistende Kraft.
Beim Ausrücken der Kupplung muss entsprechend eine Kraft
gegen die Kraftkompensationseinrichtung aufgewendet werden, die
jedoch im Wesentlichen von der Kupplung, insbesondere deren Tellerfedern,
selbst geleistet wird, da die Kupplung vorzugsweise in der Ausrückrichtung
vorgespannt ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Kraftkompensationseinrichtung
ein Federelement auf, das gegen die Ausrückdrehrichtung vorgespannt
ist und das an seinem einen Ende an das Gehäuse und an
seinem gegenüberliegenden Ende an das Kurvensegment oder
die Gabel koppelbar ist.
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Die
Feder dient als Kraftspeicher, um die unterstützende Kraft
beim Einrücken abrufen zu können. Beim Ausrücken
wird die unterstützende Kraft erneut in der Feder gespeichert.
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Ferner
ist es von Vorteil, wenn eine ansteigende Erhöhung in einer
Außenfläche des Kurvensegments vorgesehen ist,
um eine möglichst große Kraft im Bereich des Einrückpunktes
auf das Kurvensegment bei einer Drehung in die Einrückdrehrichtung
auszuüben.
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Die
unterstützende Kraft nimmt also insbesondere im Bereich
des Einrückpunktes, wo die größten Kräfte
aufgewendet werden müssen, um die Kupplung einzurücken,
nochmals zu und unterstützt somit den Motor des Stellantriebs,
der dadurch entlastet wird.
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Ferner
ist es von Vorteil, wenn der Kurvenfolger eine Gabelrolle ist, die
vorzugsweise zwischen zwei Zinken der Gabel drehbar fixiert ist
und deren Durchmesser so gewählt ist, dass die Gabelrolle
mit einem vorgegebenen Spiel entlang der Kontaktflanke in der kurvenförmigen
Ausnehmung bewegt werden kann.
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Auch
ist es von Vorteil, wenn der Stellantrieb einen Motor, insbesondere
einen Elektromotor, und eine Bremse aufweist.
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Sobald
die Kupplung eingerückt ist, ist üblicherweise
der Motor zum Bereitstellen der erforderlichen Haltekraft verantwortlich.
Wenn man nun eine Bremse vorsieht, kann die vom Motor aufzuwendende
Haltekraft erheblich reduziert werden. Versuche haben gezeigt, dass
zum Aufbringen der Haltekraft mit dem Motor Ströme in der
Größenordnung von maximal 40 A erforderlich sind.
Eine dazwischen geschaltete Bremse benötigt dagegen bei
gleicher applizierter Haltekraft einen um bis zu einer Zehnerpotenz
geringeren Strom, so dass sich der Energieverbrauch durch das Vorsehen
der Bremse weiter erheblich reduzieren lässt.
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Ein
weiterer Vorteil ist darin zu sehen, wenn der Stellantrieb ferner
ein Zwischengetriebe, insbesondere ein Planeten- oder Stirnradgetriebe,
und einen Ritzel aufweist.
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Die
Verwendung eines Planetengetriebes erlaubt einen kompakten Aufbau
des Stellantriebs. Dies liegt darin begründet, dass innerhalb
eines geringen Bauraums große Untersetzungen realisierbar sind.
Dazu trägt auch bei, dass für die internen Elemente
des Zwischengetriebes (Planetengetriebe) keine zusätzlichen
Lagerstellen am Getriebegehäuse vorgesehen werden müssen.
Weiterhin kann der Stellantrieb als schlanke, zylindrische Einheit
ausgeführt werden. Die beiden letztgenannten Gründe
ermöglichen auch eine vorteilhafte, einfache Montage des
Stellantriebs am Getriebegehäuse.
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Die
Verwendung eines Stirnradgetriebes erlaubt eine Reduzierung des
axialen Bauraums, da die Untersetzungsstufen parallel angeordnet
werden können. Hierdurch benötigt der Stellantrieb
jedoch tendenziell mehr radialen Bauraum, d. h. er wird breiter.
Steht im radialen Bereich jedoch mehr Bauraum zur Verfügung
als im axialen Bereich, kann dies jedoch von Vorteil sein.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Bremse parallel
zum Zwischengetriebe über eine Stirnverzahnung angeordnet.
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Auch
hier durch kann der axiale Bauraum des Stellantriebs verringert
werden, was je nach Einsatzsituation im Getriebe von Vorteil sein
kann.
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Außerdem
ist es von Vorteil, wenn das Kurvensegment ein Kreissegment ist,
dessen Kreisbogen eine Verzahnung aufweist.
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Auf
diese Weise lässt sich das Kurvensegment mit einer entsprechend
verzahnten Spindel des Motors bzw. einem Zahnrad antreiben, das
an den Motor gekoppelt ist.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kurvensegment mit einem
Bowdenzug verbunden, der von außerhalb des Gehäuses mechanisch
betätigbar ist.
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Sollte
es zu einem Fehler beim Stellen des Kurvensegments kommen, so dass
der Stellantrieb nicht mehr in der Lage ist, diesen Fehler durch
Vor- oder Zurückdrehen des Kurvensegments wieder zu beheben,
so kann mittels des Bowdenzugs das Kurvensegment manuell, insbesondere
in die Ausrückposition, rückgestellt werden. Dies
ist insbesondere bei der Ausführungsform von Vorteil, wo
das Kurvensegment eine Parksperrfunktion integriert hat. Dieses Merkmal
stellt ein Sicherheitsmerkmal dar und dient zur Gewährleistung
einer Entsperrung im Notfall.
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Außerdem
ist es von Vorteil, wenn der Stellantrieb, im eingebauten Zustand
des Stellmechanismus, im Wesentlichen in einer radialen Richtung
relativ zu einer Betätigungsachse der Trennkupplung angeordnet
ist.
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Diese
Maßnahme erlaubt eine weitere Verringerung des erforderlichen
Bauraums.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es
zeigen:
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1 zeigt
eine Übersicht eines Teils eines exemplarischen Doppelkupplungsgetriebes,
in welches ein Stellmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung
eingebaut ist;
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2 zeigt
die Form eines Kurvensegments gemäß der vorliegenden
Erfindung in Zylinderkoordinaten;
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3 zeigt
eine Abwandlung des Kurvensegments der 2;
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4 zeigt
eine weitere Abwandlung der Kurvensegmente der 2 und 3;
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5 zeigt
eine Funktionsskizze für ein Doppelkupplungsgetriebe in
der Parksperrfunktion;
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6 zeigt
eine Abwandlung des Stellmechanismus der 1;
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7 zeigt
eine detaillierte Darstellung des Kurvensegments der 6;
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8 zeigt
eine isometrische Ansicht eines Stellmechanismus gemäß der
Erfindung, der mit einem Einrücklager eines Doppelkupplungsgetriebes verbunden
ist;
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9 zeigt
einen vertikalen Schnitt durch die 8, wobei
zusätzlich ein Getriebegehäuse dargestellt ist;
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10 zeigt
einen weiteren Schnitt durch den Stellmechanismus der 8,
wobei nur ein oberer Teil des Stellmechanismus unter Berücksichtigung
eines zusätzlichen Getriebegehäuses dargestellt
ist;
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11a–c zeigen drei erste Varianten
einer Kraftkompensationseinrichtung;
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12a und b zeigen zwei weitere Varianten einer
Kraftkompensationseinrichtung;
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13 zeigt
eine weitere Variation der Kraftkompensationseinrichtung, die an
einem Kurvensegment realisiert ist; und
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14 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer anderen Kraftkompensationseinrichtung.
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In
der nachfolgenden Beschreibung der Figuren werden ähnliche
Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen werden. Wenn es Unterschiede oder
Abwandlungen gibt, wird dies erläutert werden.
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1 zeigt
einen Teilansicht eines Doppelkupplungsgetriebes 10, in
welches die vorliegende Erfindung eingebaut ist. Das Doppelkupplungsgetriebe 10 weist
ein Gehäuse 12 auf. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht auf den Einbau in Doppelkupplungsgetriebe beschränkt.
Die vorliegende Erfindung lässt sich auch in Einfachgetriebe
bzw. -kupplungen einbauen. Ferner ist die vorliegende Erfindung
zur Verwendung sowohl in nassen als auch trockenen Kupplungen geeignet.
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Das
Doppelkupplungsgetriebe 10 der 1 weist
eine erste Kupplung 14 mit einer ersten Tellerfeder 16 auf.
Ferner ist eine zweite Kupplung 18 mit einer zweiten Tellerfeder 20 vorgesehen.
Die erste Kupplung 14 und die zweite Kupplung 18 stellen
jeweils eine Trennkupplung 11 dar.
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Mit
der ersten Kupplung 14 wird ein Kupplungseinrücklager 20 betätigt.
Das erste Kupplungseinrücklager 22 ist über
die Tellerfeder 16 mit der ersten Kupplung 14 verbunden
und wird durch die Tellerfeder 16 in einer Ausrückrichtung
vorgespannt. Das erste Kupplungseinrücklager 22 ist
koaxial zu einer ersten, inneren Antriebswelle 24 beweglich
gelagert, so dass eine Bewegung in axialer Richtung der Welle 24 erfolgt.
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Die
zweite Kupplung 18 ist über die zweite Tellerfeder 20 mit
einem zweiten Kupplungseinrücklager 26 verbunden,
das auf einer zweiten, äußeren Antriebswelle 28 beweglich
angeordnet ist. Die zweite Antriebswelle 28 ist koaxial
zur ersten inneren Antriebswelle 24 angeordnet.
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Das
Doppelkupplungsgetriebe 10 der 1 weist
ferner einen Stellmechanismus 30 gemäß der vorliegenden
Erfindung auf. Der Stellmechanismus 30 umfasst einen Stellantrieb 32,
ein Kurvensegment 36 und eine Kupplungselement, insbesondere
eine Einrückgabel 42.
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Der
Stellantrieb 32 ist gehäusefest montiert und kann
einen Motor 33, insbesondere einen Elektromotor, aufweisen.
Eine Abtriebswelle des Motors 33 koppelt mit einem Ritzel 34.
Das Ritzel 34 koppelt an das Kurvensegment 36,
insbesondere über eine kämmende Verzahnung. Das
Kurvensegment 36 ist drehbar an ein gehäusefestes
erstes Lager 38 angelenkt. Die Drehachse des ersten Lagers 38 steht senkrecht
auf der Zeichnungsebene der 1. Das Kurvensegment 36 weist
eine kurvenförmige Ausnehmung 40 auf, die durchgehend
dargestellt ist. Es versteht sich, dass alternativ auch eine Nut
vorgesehen werden kann, je nach Ausgestaltung der Gabel 42 und
deren Kurvenfolger 46. Auch eine invertierte Anordnung
ist möglich. Die Einrückgabel 42 ist
drehbar an einem gehäusefesten zweiten Lager bzw. Gegenlager 44 angelenkt
und weist an einem ersten Ende den Kurvenfolger 46 auf.
An einem gegenüberliegenden Ende berührt die Einrückgabel 42 im
eingebauten Zustand einen Krafteinwirkungspunkt 48 des
ersten Kupplungseinrücklagers 20.
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Mit
dem in der 1 gezeigten Stellmechanismus 30 wird
die erste Kupplung 14 betätigt. Um die zweite
Kupplung 18 zu betätigen, wird ein weiterer Stellmechanismus
vorgesehen, der in der Darstellung der 1 nicht
gezeigt ist.
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Der
gezeigte Stellmechanismus 30 befindet sich in einer Neutralstellung.
Um die Einrücklager 22, 24 einzurücken,
werden diese axial in Richtung (Einrückrichtung) eines
Pfeils 52, in der 1 nach rechts,
versetzt, indem das Kurvensegment 36 mittels des Stellantriebs 32 in
einer Einrückdrehrichtung 50, hier im Uhrzeigersinn,
gedreht wird. Der Kurvenfolger 46 folgt dann der Ausnehmung 40.
Der Kurvenfolger bewegt sich bei einem Einrücken der Kupplung bezüglich
des Kurvensegments 36 radial nach innen, d. h. der oberhalb
des Gegenlagers 44 gelegene Teil der Gabel 42 bewegt
sich in Richtung des Pfeils 53, wohin sich der unterhalb
des Gegenlagers 44 gelegene Teil der Gabel 42 in
Richtung des Pfeils 52 bewegt.
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Bei
umgekehrter Bewegungsrichtung wird die Kupplung ausgerückt.
Dazu wird das Kurvensegment 36 in einer Ausrückdrehrichtung 54,
hier gegen den Uhrzeigersinn, gedreht. Der untere Teil der Gabel 42 bewegt
sich dann in einer Ausrückrichtung 56, hier nach
links. Der obere Teil der Gabel 42 bewegt sich dann in
Richtung des Pfeils 57, hier nach rechts. Diese Bewegung
wird wiederum durch den Kurvenfolger 46 hervorgerufen,
der sich in Bezug auf das Kurvensegment 36 radial nach
außen bewegt, indem er der entsprechend geformten Ausnehmung 40 folgt.
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In 2 ist
das Kurvensegment 36 der 1 isoliert
gezeigt. Die Darstellung erfolgt in Zylinderkoordinaten, weshalb
um die Kontur des Kurvensegments 36 ein Vollkreis gezeigt
ist, der mit den Winkeln von 0 bis 330° beschriftet ist.
Die Ausnehmung 40 ist im Vergleich zur Ausnehmung 40 der 1 derart
verkippt, was sich darin äußert, dass die Einrückdrehrichtung 50 gegen
den Uhrzeigersinn orientiert ist und dass die Ausrückdrehrichtung 54 im Uhrzeigersinn
orientiert ist.
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Die
in der 2 rechts liegende Innenfläche der Ausnehmung 40 stellt
eine sogenannte Kontaktflanke 60 dar. Der mit einer Strichlinie
dargestellte Kurvenfolger 46 steht aufgrund der o. g. Vorspannung
der Kupplungen durch die Tellerfedern 16, 20 mit
der Kontaktflanke 60 in Berührung. Es versteht sich,
dass bei umgekehrter Vorspannung, d. h. bei einer umgekehrten Orientierung
der Einrückrichtung 52 und der Ausrückrichtung 56 aufgrund
der Vorspannung der Tellerfedern 16, 20 die Kontaktfläche 60 auf
der hier nicht näher bezeichneten gegenüberliegenden
Flanke der Ausnehmung 40 liegen würde, die in
der 2 radial innen liegt.
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Die
geometrische Größe der Ausnehmung 40 wird
vorzugsweise so gewählt, dass sich der Kurvenfolger 46 mit
einem vorgegebenen Spiel nicht in der Ausnehmung verhakt. Die Gabelrolle
lässt sich nahezu reibungsfrei innerhalb der Ausnehmung 40 bewegen.
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Die
Kontaktflanke 60 weist im Querschnitt im Wesentlichen die
Form einer Spiralkurve 62, insbesondere einer archimedischen
Kurve, auf. Wenn die Kurve 62 eine archimedische Kurve
ist, so kann dies ausgedrückt werden durch r(phi) = a·phi.
Bildet man die Ableitung nach dem Winkel phi, so ergibt sich für die
archimedische Kurve die Konstante „a”, d. h. die Steigung
der Kontaktflanke 60 ist bei Drehung des Kurvensegments 36 konstant.
Die Einrückgabel 42, und somit auch die Einrücklager 22, 26,
werden dann in axialer Richtung der Wellen 24, 28 kontinuierlich bewegt.
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Das
Kurvensegment 36 wird um eine Achse 64, die senkrecht
auf der Zeichnungsebene der 2 steht,
des gehäusefesten Lagers 38 gedreht. Am radial
außen liegenden Rand des Kurvensegments 36 ist
eine Verzahnung 68 gezeigt, wobei eine radiale Richtung
durch eine Hilfslinie 66 angedeutet ist.
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Die 2 zeigt
eine Einrückstellung des Kurvensegments 36 bzw.
des Kurvenfolgers 46. Der Kurvenfolger 46 ist
aus seiner Normalstellung (vgl. 1) radial
nach innen gewandert. Wird die Kupplung ausgerückt, so
dreht man das Kurvensegment 36 ausgehend von der Stellung
der 2 in der Ausrückdrehrichtung 54,
d. h. mit dem Uhrzeigersinn, so dass der Kurvenfolger 46 radial
nach außen wandert.
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3 zeigt
eine Abwandlung des Kurvensegments 36 der 2,
wobei die Einrückstellung beibehalten wurde.
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Die
Ausnehmung 40 bzw. die Kontaktflanke 60 weist
im Bereich der eingerückten Stellung der Kupplung eine
Ausnehmung 70 auf. Die Ausnehmung 70 bzw. deren
Flanke folgt dabei einem Kreisbogen des Hilfskreises 72,
d. h. der Radius verändert sich im Bereich der weiteren
Ausnehmung 70 nicht.
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Der
Kurvenfolger 46, der hier noch immer in der Stellung der 2 gezeigt
ist, kann aufgrund der Vorspannung der Kupplung 11 radial
nach außen wandern, wie es durch einen Pfeil 74 angedeutet
ist. Der Kurvenfolger 46 drückt nun derart auf
die Kontaktflanke, so dass sich keine Reaktionskraft in tangentialer
Richtung ergibt. Dadurch verringert sich die durch den Motor 33 aufzubringende
Haltekraft, um die Kupplung 11 im eingerückten
Zustand zu halten. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Kupplung 11 in
den in den 2 und 3 gezeigten
Stellungen des Kurvenfolgers 46 bereits sicher eingerückt ist
und somit einen sogenannten Einrückpunkt der Kontaktflanke 60 bereits
sicher überschritten hat.
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Durch
die weitere Ausnehmung 70 wird also die Kraft verringert,
die üblicherweise vom Stellantrieb 32 geliefert
werden muss, um die Kupplung 11 im eingerückten
Zustand zu halten, da sich das Einrücklager 22 bei
der Ausgestaltung der Kontaktflanke 60 der 3 leicht
in Ausrückrichtung 56 (vgl. 1) bewegen
darf. Dies ermöglicht einen geringeren Energieverbrauch
und insbesondere einen geringeren Treibstoffverbrauch, wenn der
Stellantrieb 32 mittels Treibstoff des Kraftfahrzeugs mit
Energie versorgt wird.
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4 zeigt
eine weitere Ausgestaltung des Kurvensegments 36, wobei
die Ausnehmung 40 im Vergleich zur Ausnehmung der 3 nochmals
zusätzlich im Bereich des Einrückpunktes vergrößert wurde,
wie es durch eine noch größere Ausbuchtung 76 angedeutet
ist. Man erkennt deutlich im Vergleich zum Hilfskreis 72,
dass die Form der Kontaktflanke 60 nochmals gegenüber
dem Hilfskreis 72 radial nach außen versetzt wurde.
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Bei
einem Doppelkupplungsgetriebe, wie es exemplarisch in der 1 gezeigt
ist, kann und muss das Kurvensegment 36 doppelt vorgesehen
sein, um beide Kupplungen 14, 18 betätigen
zu können. Weisen beide Ausnehmungen 40 die größere
Auswölbung 76 auf, so ist es möglich,
beide Kupplungen in diesen Stellungen einzurücken, um eine
Parksperrfunktion realisieren zu können.
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Eine
Parksperrsituation ist in der 5 exemplarisch
gezeigt. Mit Rauten 80 sind geschlossene Kupplungs- und
Getriebeelemente verdeutlicht. Man erkennt in der 5 die
beiden Getriebestränge des Doppelkupplungsgetriebes mit
den entsprechend nummerierten Gängen 1 bis 6 und
einem Rückwärtsgang R. Die doppelt vorgesehenen
Kupplungen 14 und 18 sind jeweils geschlossen.
Ferner sind hier exemplarisch die Gänge 1 und 2,
d. h. jeweils ein Gang eines Getriebestrangs, eingelegt. In diesem Zustand können
sich die Antriebsräder nicht bewegen, da die Beaufschlagung
eines oder beider Getriebestränge mit einem Drehmoment
in einer Verspannung des Gesamtgetriebes resultieren würde.
Auf diese Weise lässt sich die Parksperrfunktion realisieren.
Entsprechendes gilt für Einfachkupplungen, wenn man lediglich
einen Gang einlegt.
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Die
in 4 gezeigte größere Auswölbung 76 der
Ausnehmung 40 des Kurvensegments 36 gewährleistet,
dass der in der 4 nicht dargestellte Kurvenfolger 46 nicht
ohne weiteres auf seiner Parksperrstellung herausgeführt
werden kann.
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Aus
Sicherheitsgründen kann es erforderlich sein, dass die
im Zusammenhang mit den 4 und 5 erläuterte
Parksperrfunktion auch manuell entriegelbar sein muss. Exemplarisch
denke man an eine Situation, wenn ein Kraftfahrzeug abgestellt,
d. h. geparkt, wurde und anschließend wegbewegt werden
muss, wobei der Stellantrieb die erforderliche Kraft nicht bzw.
nicht mehr liefert, z. B. wegen eines Stromausfalls bzw. eines Ausfall
des Bordnetzes.
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Zu
diesem Zweck kann ein in 6 vorgesehener Bowdenzug 82 eingesetzt
werden, der mit dem Kurvensegment 36 verbunden ist und
von außerhalb des Getriebegehäuses 12 betätigbar
ist. Es sei bemerkt, dass die 6 wiederum
das Kurvensegment 36 der 1 mit einer
weiteren Auswölbung 76 zeigt, wobei die Ausnehmung 40 wiederum
von links oben nach rechts unten und nicht wie im Zusammenhang mit
den 2 bis 4 von rechts oben nach links unten
verläuft. Ferner sei angemerkt, dass die Ausnehmung 40 im
Wesentlichen in Umfangsrichtung des Kurvensegments verläuft.
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Bezug
nehmend auf 7 ist das Kurvensegment 36 der 6 vergrößert
dargestellt.
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Die 7 dient
insbesondere zur Verdeutlichung verschiedener Abschnitte der Kontaktflanke 60.
Die Kontaktflanke 60 setzt sich aus einem Betriebsabschnitt 86,
hier einem Arretier- bzw. Verriegelungsbereich 76 und einer
dazwischen angeordneten Flanke 92 mit entsprechender Erhöhung
zusammen. Der Betriebsabschnitt 86 weist an seinem in der 7 oberen
Ende den Einrückpunkt 88 und an seinem unteren
Ende den Ausrückpunkt 90 auf. Wird das Kurvensegment 36 in
der Einrückdrehrichtung 50 überdreht,
so ist eine leichte radiale Erhöhung im Flankenabschnitt 92 zu überwinden,
um in den Arretierbereich 76 zu gelangen. Die Anpresskraft
ist dort größer als zum vollständigen
Schließen der Kupplung erforderlich. Es versteht sich,
dass sich die Kurvenformen der 2 bis 4 miteinander
kombinieren lassen, um mehrere Funktionen zu implementieren.
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Die 8 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Teils des in der 1 gezeigten
Doppelkupplungsgetriebes 10. Das doppelte Vorsehen des
Stellmechanismus 30, 30' gemäß der
vorliegenden Erfindung ist deutlich zu erkennen. Gleiches gilt für
die Kurvensegmente 36, 36', die Einrückgabeln 42, 42', die
ersten Lager 38, 38' sowie die zweiten Lager 44, 44'.
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In
der 8 ist die kompakte Bauweise des Stellmechanismus
bei der Doppelkupplungsanwendung 10 gut zu erkennen. Die
Stellantriebe 32, 32' bauen bezüglich
der hier nicht dargestellten Antriebswellen 24, 28 in
radialer bzw. tangentialer Richtung kurz. Die Achsen der Antriebe 32, 32' können
flexibel zueinander angeordnet werden und bilden in 8 einen
Winkel von ca. 160° zueinander. Winkel zwischen 150° und
160° sind bevorzugt.
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9 zeigt
eine perspektivische, geschnittene Ansicht durch die Mittelebene
der 8, wo die beiden Stellmechanismen 30, 30' aneinander
grenzen. Auch hier ist deutlich zu erkennen, dass der Stellantrieb 32 gut
in das zusätzlich dargestellte Gehäuse 12 integriert
ist. Der Stellmechanismus 30 gemäß der
vorliegenden Erfindung baut sehr kompakt, was einem Einsatz bei
Getrieben zugute kommt, die bei Inline-Anwendungen oder Front-Quer-Getrieben eingesetzt
werden. Ein derartig ausgestaltetes Getriebe lässt sich
gut und einfach in die meistens recht begrenzten Getriebetunnel
von Kraftfahrzeugen integrieren.
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10 zeigt
eine weitere Schnittdarstellung durch die Stellantriebe 32, 32' der 8,
wobei auch hier zusätzlich das Getriebegehäuse 12 dargestellt ist,
um die kompakte Bauweise zu verdeutlichen.
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Die
Stellantriebe 32 weisen hier jeweils einen Motor 33,
insbesondere einen Elektromotor, eine daran koppelnde Bremse 92 und
ein an die Bremse 92 koppelndes Zwischengetriebe 94 (z.
B. Planetengetriebe, Stirnradgetriebe, etc.) auf. Die Zwischengetriebe
treiben Ritzel 96 an, die vorzugsweise verzahnt ausgebildet
sind. Damit kämmt der Ritzel 96 mit dem Kurvensegment 36.
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Auch
in der Darstellung der 10 ist gut zu erkennen, dass
die Komponenten des erfindungsgemäßen Stellmechanismus
nur unwesentlich aus dem ansonsten herkömmlich ausgestalteten
Gehäuse 12 hervorstehen.
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Bezug
nehmend auf die 11a bis 11c sind drei Varianten einer zusätzlichen
Kraftkompensationseinrichtung 100, 100' und 100'' gezeigt,
die jeweils am Kurvensegment 36 ankoppeln.
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Jede
der Kraftkompensationseinrichtungen umfasst ein Federelement 102,
das mit einem seiner Enden an das Kurvensegment 36 koppelt.
Bei den Varianten der 11a und 11c ist das andere Ende des Federelements 102 am
Gehäuse 12 fixiert. Bei der Variante der 11b weist das Gehäuse 12 eine Öffnung
auf, so dass das andere Ende des Federelements 102 auch
außerhalb des Gehäuses 12 fixiert werden
kann.
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Die
Federelemente 102 sind bei den Varianten der 11a bis 11c derart
vorgespannt, dass eine Drehbewegung des Kurvensegments 36 in
der Einrückdrehrichtung 50 (hier gegen den Uhrzeigersinn)
unterstützt wird. Somit ist gewährleistet, dass die
von dem Motor 33 aufzuwendende Kraft, um eine Kupplung
einzurücken, kleiner als ohne Kraftkompensationseinrichtung 100 ist.
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Die 12a und 12b zeigen
zwei weitere Varianten einer Kraftkompensationseinrichtung 103' und 104'.
Die Kraftkompensationseinrichtungen 103' und 104' greifen
an die Einrückgabel 42, insbesondere an deren
unteren Teil, an.
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13 zeigt
eine weitere Ausgestaltung eines Kurvensegments 36 mit
integrierter Kraftkompensationskurve 106, die hier eine
radial außen liegende Flanke einer weiteren Ausnehmung 108 im verlängerten
Körper des Kurvensegments 36 darstellt. Das Kurvensegment 36 weist
einen zusätzlichen Flügel gegenüber den
bisher erläuterten Kurvensegmenten 36 auf, wobei
der zusätzliche Flügel, der die Ausnehmung 108 umfasst,
den Körper der bisherigen Kurvensegmente 36 gegenüberliegt.
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Die
Kraftkompensationseinrichtung ist hier mit 110 bezeichnet
und ähnlich zu der Kraftkompensationseinrichtung 100' der 11b ausgestaltet, d. h. durch eine Öffnung
im Gehäuse 12 geführt. Die Druckfeder 102 ist
zwischen einem Zuganker 112 und dem Gehäuse 102 vorgespannt.
Es sei jedoch bereits hier erwähnt, dass der Zuganker 112 nicht
unbedingt durch eine Öffnung im Gehäuse 12 geführt werden
muss, sondern z. B. auch mit Hilfe von Rollen fixiert werden kann,
die gehäusefest gelagert sind.
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Die
Kraftkompensationskurve 106 ist ähnlich der Kontaktflanke 60 gestaltet.
Sie lässt sich jedoch auch anders gestalten. Durch die
Linearführung des Zugankers ist eine Krafteinwirkungsrichtung
vorgegeben. Die auf die Kraftkompensationskurve 106 wirkende
Kraft lässt sich also in eine Radialkomponente 114 und
eine in Umfangsrichtung verlaufende Komponente 116 zerlegen.
Die Umfangskomponente 116 unterstützt den Stellantrieb
bei einer Drehbewegung des Kurvensegments 36 in der Einrückdrehrichtung 50.
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In 14 ist
eine weitere Ausgestaltung einer Kraftkompensationseinrichtung 118 gezeigt,
die mit einem Kurvensegment 36 ähnlich dem der 13 zusammenwirkt.
Das Kurvensegment 36 der 14 weist
ebenfalls eine zusätzliche Ausnehmung 108 mit
einer entsprechenden Kraftkompensationskurve 116 auf. Die
Kraftkompensati onseinrichtung 118 umfasst zwei Druckfedern 102,
die jeweils zwischen einer gehäusefesten Lagerstelle 120 und
einem Zughalter 122 eingespannt sind. Die Zughalter 122 sind
mit einem Zuganker 124 verbunden, der über eine
beidseits des Kurvensegments 36 vorgesehene Lagerrolle 126 abgestützt
wird, die auf einem gehäusefesten Bolzen 128 läuft.
Die Kraftkompensationseinrichtung 118 bewirkt eine im Wesentlichen
radial nach außen gerichtete Kraft 130.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2007/096212
A1 [0003]
- - DE 102007003338 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - ”Elektromotorische
Aktuatorik für Doppelkupplungsgetriebe – Bester
Wirkungsgrad aus eigenem Antrieb” (LuK KOLLOQUIUM 2006,
Seiten 136 bis 143) [0005]