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Die Erfindung betrifft einen Kupplungsantrieb. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kupplungsantrieb, welcher die Betätigungskraft ändert, die von einem mittels eines Motors gedrehten Schneckenrad auf eine Kupplung aufgebracht wird.
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Im Allgemeinen wird bei einem Kupplungsantrieb für Schaltgetriebe Hydraulikdruck verwendet, um das Einkuppeln und Auskuppeln einer Kupplung zu steuern. Ein herkömmlicher Kupplungsantrieb weist im Allgemeinen eine Kupplungsscheibe, einen Kupplungsdeckel, eine Kupplungsgabel, einen Arbeitszylinder, einen Hauptzylinder und ein Kupplungspedal auf.
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Eine Kupplungsgabel kuppelt oder löst einen Kupplungsdeckel und eine Kupplungsscheibe durch Kontaktieren oder Lösen des Deckels und der Scheibe. Der Kupplungsdeckel und die Kupplungsscheibe sind derart reibschlüssig verbunden, dass das auf den Kupplungsdeckel aufgebrachte Drehmoment auf die Kupplungsscheibe übertragen wird. Das heißt, dass im Falle, dass die Kupplungsscheibe und der Kupplungsdeckel einen engen Kontakt aufweisen, das Drehmoment des Kupplungsdeckels aufgrund der Reibungskraft auf die Kupplungsscheibe übertragen wird. Wenn die Kupplungsscheibe von dem Kupplungsdeckel getrennt ist, drehen sich die Kupplungsscheibe und der Kupplungsdeckel getrennt voneinander.
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Die Kupplungsgabel verbringt den Kupplungsdeckel in engen Kontakt mit der Kupplungsscheibe oder trennt den Kupplungsdeckel von der Kupplungsscheibe, so dass die Kupplung einrückt oder ausgerückt ist. Die Kupplungsgabel wird von dem Arbeitszylinder betätigt. Der Hauptzylinder, der zwischen dem Kupplungspedal und dem Arbeitszylinder angeordnet ist, erzeugt einen Hydraulikdruck, der an den Arbeitszylinder geliefert wird. Wenn der Fahrer das Kupplungspedal drückt, erzeugt der Hauptzylinder Hydraulikdruck, der an den Arbeitszylinder geliefert wird, so dass die Scheibe und der Deckel in Eingriff gebracht werden.
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Solche Antriebe werden hauptsächlich für Handschaltgetriebe verwendet. Jedoch ist die Verwendung von Handschaltgetrieben wegen deren schwieriger Steuerung rückläufig. Demgegenüber nimmt die Verwendung von Doppelkupplungsgetrieben (DCTs) oder automatisierten Handschaltgetrieben (AMTs) zu. Bei Doppelkupplungsgetrieben und automatisierten Handschaltgetrieben wird die Kupplung mittels eines elektrischen Signals gesteuert. Deshalb ist ein druckbetriebener Kupplungsantrieb in diesem Falle schwer einsetzbar.
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Die
DE 197 233 94 A1 offenbart einen Kupplungsantrieb mit einem Motor, einem Schneckenrad, einer Betätigungsstange und einer drehbaren Betätigungseinrichtung, die über eine Rolle eine Federkraft auf das Schneckenrad aufbringt.
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Die
DE 199 504 54 A1 beschreibt einen Kupplungsantrieb mit einem Motor, einem Schneckenrad, einer Betätigungsstange und einer drehbaren Betätigungseinrichtung, die über einen Stützstab eine Federkraft auf das Schneckenrad aufbringt.
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Die vorgenannten Informationen sollen lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrundes der Erfindung dienen und sollen nicht als Stand der Technik verstanden werden, der einem Fachmann bereits bekannt ist.
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Mit der Erfindung wird ein Kupplungsantrieb geschaffen, der die auf eine Kupplung aufgebrachte Betätigungskraft durch eine sicher geführte Betätigungseinrichtung ändert.
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Dies wird gemäß der Erfindung durch einen Kupplungsantrieb nach den Merkmalen aus dem Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
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1 eine perspektivische Ansicht des Inneren eines beispielhaften Kupplungsantriebes, der keine Ausführungsform der Erfindung darstellt;
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2 eine perspektivische Ansicht einer Betätigungseinrichtung, die in dem Kupplungsantrieb gemäß 1 verwendet wird;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Schneckenrades, das in dem Kupplungsantrieb gemäß 1 verwendet wird;
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4 eine perspektivische Ansicht des Inneren eines beispielhaften Kupplungsantriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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5 eine perspektivische Ansicht eines Schneckenrades, das in dem Kupplungsantrieb gemäß 4 verwendet wird;
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6 eine perspektivische Ansicht einer Betätigungseinrichtung, die in dem Kupplungsantrieb gemäß 4 verwendet wird;
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7 eine schematische Darstellung, in der die Betätigung des Kupplungsantriebes gemäß der 1 und 4 dargestellt ist.
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Wie in der 1 dargestellt ist, weist ein Kupplungsantrieb, der keine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung darstellt, ein Gehäuse 10 und einen Motor 20 auf. In dem Gehäuse 10 sind ein Schneckenrad 30, eine Betätigungsstange 70 und eine Betätigungseinrichtung 50 angeordnet.
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Der Motor 20 empfängt ein elektrisches Signal von einer Steuereinheit 22 und dreht eine Schneckenwelle 40. Ein Schraubengewinde 42 (z. B. in 4 dargestellt) ist entlang dem Außenumfang der Schneckenwelle 40 ausgebildet. Die Steuereinheit 22 erzeugt ein elektrisches Signal zum Steuern der Betätigung einer Kupplung, das auf Fahrgegebenheiten, wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehzahl, basiert. Die Steuereinheit 22 sendet das elektrische Signal an den Motor 20 als ein Steuersignal für den Motor 20. Der Motor kann ein Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor sein. Außerdem kann der Motor 20 im Gehäuse 10 oder an einer Außenseite des Gehäuses 10 installiert sein. Wenn der Motor 20 an der Außenseite des Gehäuses 10 montiert ist, durchdringt die Schneckenwelle 40 das Gehäuse 10. Die Schneckenwelle 40 steht mit dem Schneckenrad 30 in Eingriff.
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Wie aus 3 ersichtlich, weist das segmentförmige Schneckenrad 30 eine Fächerform auf und ist mittels einer Achse 38 in dem Gehäuse 10 drehbar befestigt. Entlang dem Außenumfang des Schneckenrades 30 ist eine Schneckenzahnung 36 vorgesehen, die mit dem Schraubengewinde 42 der Schneckenwelle 40 in Eingriff steht (4). Wenn der Motor 20 dreht, wird das Schneckenrad 30 um die Achse 38 gedreht, welche im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Schneckenwelle 40 sein kann. Außerdem ist an einer der Schneckenzahnung 36 jenseits der Achse 38 gegenüberliegenden Seite ein Aufnahmeansatz 32 ausgebildet, in den die Betätigungsstange 70 einmontiert ist. Ferner weist das Schneckenrad 30 eine Kurvenausnehmung 34 auf, die sich radial in das Schneckenrad 30 erstreckt. Die Form der Kurvenausnehmung 34 wird nachfolgend ausführlich beschrieben.
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Die Betätigunasstange 70 ist in den Aufnahmeansatz 32 des Schneckenrades 30 eingebaut, wobei ein Endabschnitt der Betätigungsstange 70 das Gehäuse 10 durchdringt und mit einem ansonsten herkömmlichen Kupplungsdeckel 72 entweder direkt oder über eine Kupplungsgabel 74 verbunden ist.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, weist die dort gezeigte Betätigungseinrichtung 50 Stützstäbe 56, Federelemente 54, einen querverlaufenden Verbindungsabschnitt 60, Auflager 52 und eine erste Rolle 58 auf.
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Es können wenigstens zwei Stützstäbe 56 zur Montage der ersten Rolle 58 vorgesehen sein, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die erste Rolle 58 ist zwischen den zwei parallelen Stützstäben 56 angeordnet. Jeder Stützstab 56 kann als ein Doppel- oder Teleskopzylinder ausgebildet sein, so dass seine Länge verändert werden kann. Jeder Stab 56 kann einen Innenzylinder aufweisen, welcher in einen Außenzylinder verschiebbar eingesetzt ist, in den Außenzylinder eindringt und sich in dessen Längsrichtung bewegen kann, so dass die Länge des Stützstabes 56 veränderbar ist.
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Von dem Federelement 54 wird eine Federkraft in eine vorbestimmte Richtung aufgebracht, z. B. in eine Richtung parallel zur Längsrichtung oder Längsachse des Stützstabes 56. Das Federelement 54 kann eine Schraubenfeder sein, und die Schraubenfeder kann um den Stützstab 56 gewunden sein.
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Der Verbindungsabschnitt 60 ist an dem einen Endabschnitt des Stützstabes 56 angeordnet, wie beispielsweise am Außenzylinder, und ist an dem Gehäuse 10 drehbar abgestützt.
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Das Auflager 52 ist an dem anderen Endabschnitt des Stützstabes 56 angeordnet, wie beispielsweise am Innenzylinder. Das Federelement 54, das zwischen dem Auflager 52 und dem Verbindungsabschnitt 60 angeordnet ist, bringt auf das Auflager 52 eine Federkraft auf. Da der Durchmesser des Auflagers 52 größer als der des Federelementes 54 ist, bringt das Federelement 54 Federkraft auf das Auflager 52 auf, so dass das Auflager 52 aufgrund der Federkraft in Längsrichtung des Stützstabes 56 bewegt oder geschoben werden kann.
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Von der ersten Rolle 58 werden die zumindest zwei Auflager 52 miteinander verbunden. Die erste Rolle 58 ist mittels eines Druckstiftes 59 drehbar abgestützt, wobei die jeweiligen Enden des Druckstiftes 59 mit den Auflagern 52 verbunden sind. Somit wird die Federkraft der Federelemente 54 über die Auflager 52 auf die erste Rolle 58 übertragen.
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Darüber hinaus ist die erste Rolle 58 in der Kurvenausnehmung 34 angeordnet und wird von der Kurvenausnehmung 34 geführt. Das heißt, dass, wenn sich das Schneckenrad 30 dreht, die Betätigungseinrichtung 50 um den Verbindungsabschnitt 60 geschwenkt wird. Die erste Rolle 58 wird von der Kurvenausnehmung 34 geführt und bringt die Federkraft des Federelementes 54 auf das Schneckenrad 30 auf. Die Länge der Federelemente 54 und der Kurvenausnehmung 34 können derart gewählt werden, dass eine Federkraft mit einem vorbestimmten Wert, das heißt mit einer gewünschten ausgewählten Kraft, auf das Schneckenrad 30 aufgebracht wird, wenn sich das Schneckenrad 30 dreht und je nach Drehstellung von Kurvenausnehmung und Betätigungsvorrichtung ein Drehmoment auf das Schneckenrad ausgeübt wird. Wenn das Federelement 54 eine Schraubenfeder ist, kann die Kurvenausnehmung 34 so gestaltet sein, dass die Länge der Schraubenfeder in einem bestimmten Längenbereich verbleibt, wenn sich das Schneckenrad dreht. Wenn die Länge der Schraubenfeder in dem bestimmten Längenbereich ist, kann eine Kupplung aufgrund der Federkraft der Schraubenfeder eingerückt sein. Es versteht sich, dass der bestimmte Längenbereich auf der Grundlage von verschiedenen Parametern leicht festgelegt werden kann.
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Mit Bezug auf die 4 bis 6 wird nachfolgend ein Kupplungsantrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Der Aufbau des Kupplungsantriebes gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist ähnlich dem oben beschriebenen Kupplungsantrieb, wobei mehrere Komponenten identisch zu jenen des Kupplungsantriebes gemäß den 1 bis 3 sein können. Deshalb werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Bestandteile verwendet, auf deren ausführliche Beschreibungen verzichtet wird.
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Wie in den 4 bis 6 dargestellt, weist ein beispielhafter Kupplungsantrieb gemäß der Erfindung ein Gehäuse 10, einen Motor 20, ein segmentförmiges Schneckenrad 30', eine Betätigungsstange 70 und eine Betätigungseinrichtung 50' auf. Da das Gehäuse 10, der Motor 20 und die Betätigungsstange 70 dieses Ausführungsbeispiels dem Gehäuse 10, dem Motor 20 und der Betätigungsstange 70 des oben beschriebenen Kupplungsantriebs ähnlich sind, wird auf deren ausführliche Beschreibung verzichtet.
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Das segmentförmige Schneckenrad 30' weist eine Fächerform auf und ist in dem Gehäuse 10 um eine Achse 38 drehbar angebracht. Entlang einem Außenumfangsabschnitt des Schneckenrades 30' ist eine Schneckenzahnung 36 ausgebildet, die mit dem Schraubengewinde 42 einer Schneckenwelle 40 in Eingriff ist. Darüber hinaus ist an einer der Schneckenzahnung 36 jenseits der Achse 38 gegenüberliegenden Seite ein Aufnahmeansatz 32 angeordnet, in den die Betätigungsstange 70 einmontiert ist. Ferner weist das Schneckenrad 30' eine Kurvenausnehmung 34' auf, die sich radial in das Schneckenrad 30' erstreckt, wobei eine zweite Rolle 33 an einer der die Kurvenausnehmung 34' begrenzenden Seiten angeordnet. Die zweite Rolle 33 ist in dem Gehäuse 10 drehbar abgestützt.
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Die Betätigungseinrichtung 50' weist Stützstäbe 56 (z. B. in 2 dargestellt), Federelemente 54, einen Verbindungsabschnitt 60', Auflager 52', eine erste Rolle 58 und eine Führungsschiene 62 auf. Die Stützstäbe 56 und Federelemente 54 können ähnlich oder identisch zu den oben beschriebenen sein.
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Der Verbindungsabschnitt 60' kann an einem Endabschnitt, wie beispielsweise am Außenzylinder, der Stützstäbe 56 angeordnet und an dem Gehäuse 10 drehbar abgestützt sein.
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Die Stützstäbe 56 können im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein, und können als Doppel- oder Teleskopzylinder derart ausgebildet sein, dass ihre Länge verändert werden kann.
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Von dem Federelement 54 wird eine Federkraft in einer vorbestimmten Richtung aufgebracht, wie beispielsweise in einer Richtung parallel zur Längsrichtung oder Längsachse des Stützstabes 56. Das Federelement 54 kann eine Schraubenfeder sein, und die Schraubenfeder kann um den Stützstab 56 gewunden sein.
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Der Verbindungsabschnitt 60' ist an einem Endabschnitt des Stützstabes 56 angeordnet, wie beispielsweise am Außenzylinder, und ist an dem Gehäuse 10 drehbar abgestützt.
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Das Auflager 52' ist an dem anderen Endabschnitt des Stützstabes 56 angeordnet, wie beispielsweise am Innenzylinder, wobei das Auflager 52' aufgrund der Federkraft des Federelements in Längsrichtung des Stützstabes 56 bewegt oder geschoben werden kann. Das Auflager 52' kann verschiedenartig gestaltet sein und beispielsweise eine kugelförmige oder eine zylindrische Form aufweisen.
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Von der ersten Rolle 58 werden die zumindest zwei Auflager 52' miteinander verbunden. Die erste Rolle 58 ist mittels eines Druckstiftes 59 drehbar abgestützt, wobei die jeweiligen Enden des Druckstiftes 59 mit den Auflagern 52' verbunden sind.
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Darüber hinaus ist die erste Rolle 58 in der Kurvenausnehmung 34' angeordnet und wird von der Kurvenausnehmung 34' geführt. Wenn sich das Schneckenrad 30' dreht, wird die Betätigungseinrichtung 50' um den Verbindungsabschnitt 60' geschwenkt. Gleichzeitig wird die erste Rolle 58 von der Kurvenausnehmung 34' geführt und bringt die Federkraft des Federelementes 54 auf das Schneckenrad 30' auf. Bei dieser Ausgestaltung ist die Kurvenausnehmung 34' derart ausgebildet, dass die auf das Schneckenrad 30' aufgebrachte Federkraft in einem bestimmten Wertebereich liegt, wenn sich das Schneckenrad 30' dreht. Falls das Federelement 54 eine Schraubenfeder ist, ist die Kurvenausnehmung 34' so gestaltet, dass die Länge der Schraubenfeder in einem bestimmten Längenbereich verbleibt, wenn sich das Schneckenrad 30' dreht. In der Kurvenausnehmung 34' ist die zweite Rolle 33' der Betätigungseinrichtung 50' gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angeordnet. Die der zweiten Rolle 33 gegenüberliegende Oberfläche der Kurvenausnehmung 34' ist bogenförmig gestaltet und mit der ersten Rolle 58 in Kontakt. Somit kann die Schraubenfeder eine konstante Länge beibehalten, selbst wenn die Betätigungseinrichtung 50' geschwenkt wird.
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Die Führungsschiene 62 erstreckt sich von dem Verbindungsabschnitt 60' bis zu der ersten Rolle 58. Wenn die Betätigungseinrichtung 50' in die Kurvenausnehmung 34' einmontiert ist, gleitet bzw. rollt die zweite Rolle 33 an der Führungsschiene 62 und führt die Betätigungseinrichtung 50'.
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Unter Bezugnahme auf 7 wird nachstehend die Betätigung der oben beschriebenen Kupplungsantriebe beschrieben.
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In 7 ist eine schematische Darstellung gezeigt, anhand welcher die Betätigung der Kupplungsantriebe erläutert wird.
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Wie in 7 gezeigt, ist die Kraft L1 der Betätigungsstange wie in der Gleichung 1 dargestellt, wenn angenommen wird, dass der Abstand von der Achse 38 zu dem Auflager 52 von R1 repräsentiert wird, die Federkraft des Federelementes 54 von L2 repräsentiert wird, ein Winkel zwischen der Kraftrichtung L2 und der Verbindungslinie R1 von θ1 repräsentiert wird und ein Abstand von der Achse 38 zu der Betätigungsstange 70 in einem Ausgangszustand von x repräsentiert wird. Es wird angenommen, dass der Winkel zwischen den Richtungen L1 und x ein rechter Winkel ist. L1 = L2·R1·sinθ1/x Gleichung (1)
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Wenn, in diesem Zustand, der Motor 20 betätigt wird und sich das Schneckenrad 30, 30' dreht, dreht sich die Betätigungseinrichtung 50, 50' zusammen mit der Kurvenausnehmung 34, 34'. Darüber hinaus ist die Kurvenausnehmung 34, 34' derart gestaltet, dass die Federkraft L2 des Federelementes 54 innerhalb eines bestimmten Wertebereichs aufrechterhalten bleibt, wenn sich das Schneckenrad 30, 30' dreht. Wenn angenommen wird, dass in einem Zustand, in dem sich das Schneckenrad 30, 30' bis zur Grenze dreht, ein Abstand von der Achse 38 zu dem Auflager 52 von R2 repräsentiert wird und ein Winkel zwischen den Richtungen von L2 und R2 von θ2 repräsentiert wird, wird die Kraft L1 der Betätigungsstange von der Gleichung 2 repräsentiert. Dabei wird angenommen, dass θ2 gleich 90° ist. L1 = L2·R2·sinθ2/x = L2·R2/x Gleichung (2)
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Vergleicht man Gleichung 2 mit Gleichung 1, ist die Kraft L1, die von der Betätigungsstange 70 auf die Kupplungsgabel oder den Kupplungsdeckel aufgebracht wird, größer geworden, da R2 größer ist als R1·sinθ1. Demzufolge ist die Kupplung eingerückt.
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Wenn der Motor 20 in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, verringert sich die von der Betätigungsstange 70 auf die Kupplungsgabel oder den Kupplungsdeckel aufgebrachte Kraft L1, so dass folglich die Kupplung ausrückt.
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Indessen können Mittel zum Zuführen einer Federkraft in eine zur L1-Richtung entgegengesetzte Richtung am Kupplungsdeckel oder der Kupplungsgabel angeordnet sein.
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Da, wie oben beschrieben, die Betätigung einer Kupplung mittels eines Motors gesteuert wird, kann ein Kupplungsantrieb gemäß dieser Erfindung einfach bei einem Doppelkupplungsgetriebe oder einem automatisierten Handschaltgetriebe angewendet werden. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl in den oben genannten Gleichungen der Winkel zwischen den Richtungen L1 und x sowie θ2 um der Einfachheit willen etwas willkürlich mit 90° festgelegt wurde, der Umfang der Erfindung natürlich nicht auf einen speziellen Winkel begrenzt ist.
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Da, wie oben beschrieben, die Betätigung einer Kupplung mittels eines Motors gesteuert wird, kann der beispielhafte Kupplungsantrieb für eine Vielzahl von Getrieben verwendet werden, einschließlich Doppelkupplungsgetriebe und automatisierte Handschaltgetriebe.
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Da zum Drehen des Schneckenrades die Motorleistung verwendet wird und die Kupplung von einer Federkraft eines Federelementes betätigt wird, kann für einen Kupplungsantrieb dieser Erfindung ein Motor mit geringer Leistung verwendet werden.
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Der Einfachheit halber wurden für Erläuterungen und korrekte Definitionen in den beigefügten Ansprüchen die Begriffe „innen”, „längs”, usw. verwendet, um Merkmale aus dem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf deren Positionen in den Figuren zu beschreiben.
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Die Beschreibung des speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung dient lediglich dem Zweck, das Prinzip der Erfindung und deren praktischen Anwendbarkeit zu verdeutlichen.
