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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines
reibschlüssigen Schaltelementes gemäß der
im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten
Art.
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Aus
der
DE 10 2006
028 645 A1 ist eine Vorrichtung zum Betätigen
eines reibschlüssigen Schaltelementes zum drehfesten Verbinden
von zwei drehbaren Bauteilen bekannt. Dem reibschlüssigen Schaltelement
ist eine elektromagnetisch betätigbare Vorsteuerkupplung
zugeordnet, welche mit einer als Kugel-Rampe-System ausgeführten
Antriebswandlereinrichtung gekoppelt ist. Zum Betätigen
des reibschlüssigen Schaltelementes wird die elektromagnetische
Vorsteuerkupplung über einen Elektromagneten mit einer
in Schließrichtung der Vorsteuerkupplung wirkenden Betätigungskraft
beaufschlagt. Dies führt dazu, dass die Übertragungsfähigkeit
der Vorsteuerkupplung ansteigt. Bei Vorliegen einer Drehzahldifferenz
zwischen den Schaltelementhälften der Vorsteuerkupplung
und steigender Übertragungsfähigkeit der Vorsteuerkupplung
wird die aus der Differenzdrehzahl der Schaltelementhälften
der Vorsteuerkupplung resultierende rotatorische Antriebsenergie
im Bereich der Antriebswandlereinrichtung in eine axiale Betätigungsbewegung
für das zu schließende reibschlüssige
Schaltelement umgewandelt.
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Bei
dem vorbeschriebenen System wird die im Bereich der Vorsteuerkupplung über
den Elektromagneten aufgebrachte Schließkraft im Bereich
der Antriebswandlereinrichtung in eine axiale Betätigungsbewegung
des reibschlüssigen Schaltelementes umgewandelt und zusätzlich
verstärkt, wobei die bekannte Vorrichtung auslegungsbedingt
einen bestimmten Verstärkungsfaktor zwischen der Betätigungskraft
der Vorsteuerkupplung und der Betätigungskraft des reibschlüssigen
Schaltelementes aufweist, der in Abhängigkeit des jeweils
vorliegenden Anwendungsfalles variierbar ist.
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Nachteilig
dabei ist jedoch, dass im Bereich der Vorsteuerkupplung zwischen
den Schaltelementhälften der Vorsteuerkupplung zur Betätigung
des reibschlüssigen Schaltelementes immer eine Differenzdrehzahl
vorliegen muss und das reibschlüssige Schaltelement im
Synchronpunkt der Vorsteuerkupplung über die Vorrichtung
nicht betätigbar ist. Darüber hinaus weist die
bekannte Lösung einen komplizierten konstruktiven Ausbau
auf.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Betätigen eines reibschlüssigen Schaltelementes
mit Selbstverstärkung zur Verfügung zu stellen,
welche konstruktiv einfach ausgeführt ist und mittels der
ein reibschlüssiges Schaltelement über den gesamten
Betriebsbereich des Schaltelementes betätigbar ist.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäß Vorrichtung zum Betätigen
eines reibschlüssigen Schaltelementes zum drehfesten Verbinden
von zwei drehbaren Bauteilen ist mit einem Aktor ausgeführt,
mittels dem miteinander in Reibeingriff bringbare und mit den Bauteilen verbindbare
Schaltelementhälften des Schaltelementes mit einer in Schließrichtung
des Schaltelementes wirkenden Betätigungskraft beaufschlagbar
sind.
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Erfindungsgemäß ist
zur Betätigung des reibschlüssigen Schaltelementes
zusätzlich eine zwischen die Schaltelementhälften
zuschaltbare Antriebswandlereinrichtung vorgesehen, in deren Bereich
eine rotatorische Antriebsenergie in eine translatorische Betätigungsbewegung
des Schaltelementes umwandelbar ist. Die rotatorische Antriebsenergie
für die Antriebswandlereinrichtung steht in Abhängigkeit
einer Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften
und der in Schließrichtung des Schaltelementes wirkenden
Betätigungskraft.
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Im
Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen
wird das reibschlüssige Schaltelement der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auch im Synchronpunkt mit einer in Schließrichtung
des reibschlüssigen Schaltelementes wirkenden Betätigungskraft
beaufschlagt, womit über das reibschlüssige Schaltelement
Drehmoment führbar ist.
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Zusätzlich
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung im Bereich
der zwischen die Schaltelementhälften zuschaltbaren Antriebswandlereinrichtung
mit einer Selbstverstärkung ausgeführt, da die
in Schließrichtung des reibschlüssigen Schaltelementes
an diesem angreifende Betätigungskraft in zugeschaltetem
Betriebszustand in Abhängigkeit der Differenzdrehzahl zwischen
den Schaltelementhälften und der in Schließrichtung
des Schaltelementes wirkenden Betätigungskraft steht.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung, die zum Beispiel
ohne die Vorsteuerkupplung ausgebildet ist, weist im Vergleich zu
der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung auch einen
konstruktiv einfacheren Aufbau auf, Bei einer konstruktiv ebenfalls
einfach ausgeführten und kostengünstig herstellbaren sowie
bauraumgünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist die Antriebswandlereinrichtung mit einem ersten
Bereich und einem relativ zum ersten Bereich verdrehbaren zweiten
Bereich ausgebildet, wobei der erste Bereich mit einer ersten Schaltelementhälfte
koppelbar ist und der zweite Bereich über den Aktor mit
den Schaltelementhälften des Schaltelementes in Wirkverbindung
bringbar ist.
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Der
zweite Bereich der Antriebswandlereinrichtung ist bei einer weiteren
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung drehbar gegenüber dem Schaltelement ausgeführt
und über ein vom Aktor betätigbares Koppelelement
mit dem Schaltelement verbindbar. Damit ist die Antriebswandlereinrichtung
im nicht betätigten Betriebszustand vom Schaltelement entkoppelt
und die Wirkungsweise der Antriebswandlereinrichtung deaktiviert.
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Bei
einer weiteren durch einen einfachen konstruktiven Aufbau gekennzeichneten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist das Koppelelement drehfest mit wenigstens einem Lamellenelement
eines Lamellenpaketes des reibschlüssigen Schaltelementes
verbunden.
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Um
die Wirkungsweise der Antriebswandlereinrichtung unabhängig
vom Betriebszustand des Aktors aktivieren oder deaktivieren zu können,
ist der erste Bereich der Antriebswandlereinrichtung bei einer vorteilhaften
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung über
eine schaltbare Verbindungseinrichtung mit der ersten Schaltelementhälfte
verbindbar, wobei die schaltbare Verbindungseinrichtung vorzugsweise
ein formschlüssiges Schaltelement, einen schaltbaren Freilauf
oder andere geeignete Einrichtungen umfasst, um eine schaltbare Wirkverbindung
zwischen dem ersten Bereich und der ersten Schaltelementhälfte
des reibschlüssigen Schaltelementes darstellen zu können.
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Bei
einer kostengünstig herstellbaren und baumraumgünstigen
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist die schaltbare Verbindungseinrichtung über den Aktor
betätigbar.
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In
die Wirkverbindung zwischen dem Aktor und dem reibschlüssigen
Schaltelement bzw. zwischen dem Aktor und dem Koppelelement mit
einer Drehzahlentkopplung ausgebildet ist, ist der Aktor auf einfache
Art und Weise beliebig positionierbar und beispielsweise gehäusefest
montierbar.
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Eine
einfach und kostengünstig herstellbare Ausführungsform
der Vorrichtung ist mit einer als Kugel-Rampe-System ausgeführten
Antriebswandlereinrichtung ausgebildet.
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Eine
mit kurzen Steuer- und Regelzeiten betätigbare Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Bereich
des Aktors mit einem Elektromagneten ausgebildet, über
den die Schaltelementhälften miteinander in Reibeingriff
bringbar sind und mit dem vorzugsweise das Koppelelement der Antriebswandlereinrichtung
betätigbar ist.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und
den nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen,
wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele
zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile
dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematisierte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles
der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zum
Betätigen eines reibschlüssigen Schaltelementes 2 gezeigt. Über
das reibschlüssige Schaltelement 2 sind zwei drehbare
Bauteile 3, 4 drehfest miteinander verbindbar.
Die Vorrichtung 1 ist mit einem vorliegend als Elektromagnet
ausgeführten Aktor 5 ausgebildet, mittels dem
miteinander in Reibeingriff bringbare und mit den Bauteilen 3, 4 verbundene
Schaltelementhälften 6, 7 des reibschlüssigen
Schaltelementes 2 mit einer in Schließrichtung
des Schaltelementes 2 wirkenden Betätigungskraft
F_ax beaufschlagbar sind.
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Die
erste Schaltelementhälfte 6 des reibschlüssigen
Schaltelementes 2 umfasst vorliegend mehrere Innenlamellen 8,
während die zweite Schaltelementhälfte 7 mit
mehreren Außenlamellen 9 eines Lamellenpaketes 10 des
reibschlüssigen Schaltelementes 2 ausgeführt
ist. Bei entsprechender aktorseitiger Betätigung des Lamellenpaketes 10 mit der
in Schließrichtung des reib schlüssigen Schaltelementes 2 wirkenden
Betätigungskraft F_ax werden die Innenlamellen 8 und
die Außenlamellen 9 in an sich bekannter Art und
Weise miteinander in Reibeingriff geführt, wobei die Übertragungsfähigkeit
des reibschlüssigen Schaltelementes 2 in Abhängigkeit des
Verpressungsgrades des Lamellenpaketes 10 zwischen einem
vollständig geöffneten Betriebszustand und einem
vollständig geschlossenen Betriebszustand variiert.
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Die
Betätigungskraft F_ax des Aktors 5 wird vorliegend
im Bereich einer im Aktor 5 zugewandten ersten Innenlamelle 8A am
Lamellenpaket 10 angelegt. Dabei ist die erste Innenlamelle 8A fest
mit einem Koppelelement 11 einer über den Aktor 5 zuschaltbaren
und vorliegend als Kugel-Rampe-System ausgeführten Antriebswandlereinrichtung 12 verbunden.
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Die über
den Aktor 5 zwischen die Schaltelementhälften 6 und 7 des
reibschlüssigen Schaltelementes 2 zuschaltbare
Antriebswandlereinrichtung 12 ist zur zusätzlichen
Betätigung des reibschlüssigen Schaltelementes 2 vorgesehen.
Im Bereich der Antriebswandlereinrichtung 12 wird eine
rotatorische Antriebsenergie in eine translatorische Betätigungsbewegung
des reibschlüssigen Schaltelementes 2 umgewandelt,
wobei die rotatorische Antriebsenergie für die Antriebswandlereinrichtung 12 in
Abhängigkeit einer Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften 6 und 7 und
der in Schließrichtung des Schaltelementes wirkenden Betätigungskraft
F_ax steht.
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Dies
resultiert aus der Tatsache, dass die Antriebswandlereinrichtung 12 mit
einem ersten Bereich 12A bzw. einer ersten Kugelrampe und
einem relativ zum ersten Bereich 12A verdrehbaren zweiten
Bereich 12B bzw. einer zweiten Kugelrampe ausgebildet ist.
Der erste Bereich 12A ist mit der ersten Schaltelementhälfte 6 fest
verbunden, während der zweite Bereich 12B der
Antriebswandlereinrichtung 12 drehbar gegenüber
dem Schaltelement 2 ausgeführt ist und über
das vom Aktor 5 betätigbare Koppelelement 11 mit
dem reibschlüssigen Schaltelement 2 verbindbar
ist.
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Ausgehend
von einem vollständig geöffneten Betriebszustand
des reibschlüssigen Schaltelementes 2 und bei
Vorliegen einer Anforderung zum Schließen des reibschlüssigen
Schaltelementes 2 wird das reibschlüssige Schaltelement 2 über
den Aktor 5 mit der in Schließrichtung wirkenden
Betätigungskraft F_ax im Bereich einer Drehzahlabkopplung 13 zwischen
dem gehäusefest montierten Aktor 5 und dem zweiten
Bereich 12B der Antriebswandlereinrichtung 12 beaufschlagt.
Die Drehzahlabkopplung 13 ist vorliegend als Axialwälzlager
ausgeführt und ist in Abhängigkeit des jeweils
vorliegenden Anwendungsfalles auch als Gleitlager oder dergleichen ausführbar.
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Durch
die aktorseitige Betätigung des reibschlüssigen
Schaltelementes 2 werden die Schaltelementhälften 6 und 7 miteinander
in Reibeingriff gebracht. Bei Vorliegen einer Differenzdrehzahl
zwischen den Schaltelementhälften 6 und 7 wird
im Bereich der Antriebswandlereinrichtung 12 eine in Abhängigkeit
der Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften 6 und 7 und
der in Schließrichtung des reibschlüssigen Schaltelementes 2 wirkenden
Betätigungskraft F_ax stehende Umfangskraft F_u erzeugt
und der zweite Bereich 12B der Antriebswandlereinrichtung
relativ gegenüber dem ersten Bereich 12A der Antriebswandlereinrichtung 12 verdreht.
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Aus
der im Bereich der Antriebswandlereinrichtung 12 wirkenden
Umfangskraft F_u resultiert wiederum eine weitere Axialkraftkomponente F_ax12,
die ebenfalls in Schließrichtung des reibschlüssigen
Schaltelementes 2 wirkt und der Betätigungskraft
F_ax des Aktors 5 überlagert ist. Die zusätzliche
Axialkraftkomponente F_ax12 bewirkt, dass das Lamellenpaket 10 stärker
verpresst wird, wodurch sowohl die Umfangskraft F_u als auch die
Axialkraftkomponente F_ax12 ansteigt.
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Letztbeschriebener
Mechanismus im Bereich der Antriebswandlereinrichtung 12 stellt
bei Vorliegen einer Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften 6 und 7 eine
sogenannte Selbstverstärkung der Vorrichtung 1 dar,
die den durch das aktorseitige Anlegen der Betätigungskraft F_ax
ausgelösten Schließvorgang des reibschlüssigen
Schaltelementes 2 ohne zusätzlichen Energieaufwand
fortführt.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 ist
in 2 dargestellt, bei welchem der zweite Bereich 12B der
Antriebswandlereinrichtung 12 im Gegensatz zu der Ausführung
der Vorrichtung 1 gemäß 1 mit
zwei Innenlamellen 8A und 8B verbunden ist. Durch
das Anbinden mehrerer Innenlamellen 8A, 8B an
den zweiten Bereich 12B der Antriebswandlereinrichtung 12 und
durch Variation des Rampenwinkels der beiden Bereiche 12A und 12B der
Antriebswandlereinrichtung 12 besteht auf einfache Art
und Weise die Möglichkeit, den Selbstverstärkungsgrad
der Vorrichtung 1 anwendungsfallbezogen zu variieren. Dabei
ist besonders vorteilhaft, dass die zum Betätigen des reibschlüssigen
Schaltelementes 2 im Bereich des Aktors 5 aufzubringende Betätigungsenergie
mit steigendem Selbstverstärkungsgrad der Vorrichtung 1 entsprechend
reduzierbar ist.
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Zusätzlich
unterscheidet sich die Vorrichtung 1 gemäß 2 von
der ersten Ausführung der Vorrichtung 1 gemäß 1 im
Bereich der Antriebswandlereinrichtung 12, deren Bereich 12A bei
der Ausführung gemäß 2 über
eine schaltbare Verbindungseinrichtung 14 mit der ersten
Schaltelementhälfte 6 des reibschlüssigen
Schaltelementes 2 verbindbar oder von dieser trennbar ist.
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Die
in 2 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 1 ist
mit einer bezüglich der im Bereich des Aktors 5 aufzubringenden
Betätigungsenergie energetisch günstigen Konstruktion
ausgeführt, da das reibschlüssige Schaltelement 2 bei
einem Abschalten der aktorseitigen Betätigung des reibschlüssigen
Schaltelementes 2 durch eine in Öffnungsrichtung
an dem reibschlüssigen Schaltelement 2 angreifende
Rückstellfedereinrichtung 15 nicht offenbar ist.
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Um
das reibschlüssige Schaltelement 2 bei Vorleigen
einer entsprechenden Anforderung dennoch öffnen zu können,
ist die schaltbare Verbin dungseinrichtung 14 als geeigneter Öffnungsmechanismus
des reibschlüssigen Schaltelementes 2 bzw. zum
Deaktivieren der Wirkungsweise der Antriebswandlereinrichtung vorgesehen.
Das bedeutet, dass die im Bereich der Antriebswandlereinrichtung 12 in geschlossenem
Betriebszustand der schaltbaren Verbindungseinrichtung 14 das
Lamellenpaket 10 in Schließrichtung des reibschlüssigen
Schaltelementes 2 beaufschlagende Axialkraftkomponente F_ax12,
durch Öffnen der Verbindungseinrichtung 14 auf
Null abgesenkt wird und das Schaltelement 2 durch die Rückstellfedereinrichtung 15 geöffnet
wird.
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Die
schaltbare Verbindungseinrichtung 14 wird vorliegend ebenfalls über
den Aktor 5 betätigt und ist beispielsweise als
schaltbarer Freilauf oder als eine schaltbare formschlüssige
Kupplung oder dergleichen ausführbar.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- reibschlüssiges
Schaltelement
- 3,
4
- Bauteil
- 5
- Aktor
- 6,
7
- Schaltelementhälfte
- 8
- Innenlamelle
- 8A
- erste
Innenlamelle
- 8B
- weitere
Innenlamelle
- 9
- Außenlamelle
- 10
- Lamellenpaket
- 11
- Koppelelement
- 12
- Antriebswandlereinrichtung
- 12A,
12B
- Bereich
der Antriebswandlereinrichtung
- 13
- Drehzahlabkopplung
- 14
- schaltbare
Verbindungseinrichtung
- 15
- Rückstellfedereinrichtung
- F_ax
- Betätigungskraft
- F_ax12
- Axialkraftkomponente
- F_u
- Umfangskraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006028645
A1 [0002]