DE102012205454B4

DE102012205454B4 - Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung

Info

Publication number: DE102012205454B4
Application number: DE201210205454
Authority: DE
Inventors: Martin Vornehm; Thomas Eckenfels
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2012-04-03
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2032-04-04
Also published as: DE102012205454A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung mit einer Statoreinrichtung, einer bezüglich der Statoreinrichtung verdrehbaren Rotoreinrichtung und einer bezüglich der Rotoreinrichtung in axialer Richtung begrenzt verlagerbaren Schlitteneinrichtung, wobei zwischen der Rotoreinrichtung und der Schlitteneinrichtung ein Wälzkörpergewindetrieb mit zumindest drei Windungen und einem Wälzkörperumlauf mit Wälzkörpern vorgesehen ist, wobei der Wälzkörperumlauf einen derart ausgebildeten Spurwechselbereich aufweist, dass Wälzkörper in Umfangsrichtung vor dem Spurwechselbereich in einem ersten Tragbereich zwischen einer ersten und einer zweiten Windung laufen, und Wälzkörper in Umfangsrichtung nach dem Spurwechselbereich in einem zweiten Tragbereich zwischen der zweiten und einer dritten Windung laufen, wobei der Wälzkörperumlauf einen in Umfangsrichtung zwischen den Tragbereichen angeordneten Entlastungsbereich mit gegenüber dem Spurwechselbereich und/oder den Tragbereichen verringertem Traganteil der Wälzkörper aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung, insbesondere für eine Kraftfahrzeugkupplung.
Aus der älteren, aber nicht vorveröffentlichten DE 10 2012 207 325 A1 ist eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung mit einer Statoreinrichtung, eine bezüglich der Statoreinrichtung verdrehbaren Rotoreinrichtung und einer bezüglich der Rotoreinrichtung in axialer Richtung begrenzt verlagerbaren Schlitteneinrichtung bekannt. Zwischen der Rotoreinrichtung und der Schlitteneinrichtung ist ein Wälzkörpergewindetrieb mit einer Mehrzahl von Windungen und einem Wälzkörperumlauf mit Wälzkörpern vorgesehen. Der Wälzkörperumlauf weist einen derart ausgebildeten Spurwechselbereich auf, dass Wälzkörper in Umfangsrichtung vor dem Spurwechselbereich in einem ersten Tragbereich zwischen einer ersten und einer zweiten Windung laufen, und Wälzkörper in Umfangsrichtung nach dem Spurwechselbereich in einem zweiten Tragbereich zwischen der zweiten und einer dritten Windung laufen.
Da die durch die Betätigungsvorrichtung betätigte Kupplung nicht kippsteif ausgebildet ist bzw. keine definierte Führung besitzt, und da der Spurwechselbereich des Wälzkörperumlaufs als Freiformfläche innerhalb enger Toleranzen nur schwierig in Serie herstellbar ist, kommt es im Spurwechselbereich zu einem erhöhten Verschleiß des Wälzkörperumlaufs und der Wälzkörper.
Aus der DE 100 33 649 A1 und der DE 100 63 440 A1 ist ferner eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung mit einem Wälzkörpertrieb bekannt, dessen tonnenförmige Wälzkörper sich bei Drehung eines die Wälzkörper tragenden Trägerbauteils in axialer Richtung durch ein gewundenes Federband arbeiten. Die DE 103 16 448 A1 offenbart ein Schneckengetrieb zur Betätigung einer Kupplung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung anzugeben, bei der der Verschleiß der beteiligten Bauteile verringert werden kann.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung gemäß Patentanspruch 1 mit einer Statoreinrichtung, einer bezüglich der Statoreinrichtung verdrehbaren Rotoreinrichtung und einer bezüglich der Rotoreinrichtung in axialer Richtung begrenzt verlagerbaren Schlitteneinrichtung, wobei zwischen der Rotoreinrichtung und der Schlitteneinrichtung ein Wälzkörpergewindetrieb mit zumindest drei Windungen und einem Wälzkörperumlauf mit Wälzkörpern vorgesehen ist, wobei der Wälzkörperumlauf einen derart ausgebildeten Spurwechselbereich aufweist, dass Wälzkörper in Umfangsrichtung vor dem Spurwechselbereich in einem ersten Tragbereich zwischen einer ersten und einer zweiten Windung laufen, und Wälzkörper in Umfangsrichtung nach dem Spurwechselbereich in einem zweiten Tragbereich zwischen der zweiten und einer dritten Windung laufen.
Da der Wälzkörperumlauf einen in Umfangsrichtung zwischen den Tragbereichen angeordneten Entlastungsbereich mit gegenüber dem Spurwechselbereich und/oder den Tragbereichen verringertem Traganteil der Wälzkörper aufweist, kann im Betrieb die kippelastische Kupplung die toleranzbedingt begrenzt verkippbare Schlitteneinrichtung der Betätigungsvorrichtung in Richtung des Entlastungsbereichs zurückkippen, wodurch sowohl im Spurwechselbereich des Wälzkörperumlaufs als auch bei den Wälzkörpern selbst, der Verschleiß verringert werden kann.
Insbesondere ist die Betätigungsvorrichtung für die Kupplung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Bei der Kupplung handelt es sich insbesondere um eine Reibungskupplung, wie sie für den Gangwechsel zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Die Kupplung kann einerseits als Einzelkupplung ausgebildet sein, kann jedoch auch als Mehrfachkupplung, insbesondere als Doppelkupplung, ausgebildet sein. Bei einer Doppelkupplung sind vorzugsweise zwei Betätigungsvorrichtungen der vorgenannten Art vorzusehen.
Ferner kann die Kupplung sowohl als Trockenkupplung, als auch als Nasskupplung ausgebildet sein. Bei der Kupplung kann es sich einerseits um eine im betätigungsfreien Zustand eingerückte, das heißt normal-eingerückte Kupplung, oder andererseits um eine im betätigungsfreien Zustand ausgerückte, das heißt normal-ausgerückte Kupplung handeln. Bei einer normal-eingerückten Kupplung ist das Hebelelement, auf das die Betätigungsvorrichtung wirkt, üblicherweise als Tellerfeder ausgebildet, während bei einer normal-ausgerückten Kupplung das Hebelelement, auf das die Betätigungsvorrichtung wirkt, üblicherweise als Hebelfeder ausgebildet ist. Ferner kann die Kupplung einerseits als gedrückte Kupplung, das heißt als Kupplung, bei der die Betätigungsvorrichtung eine drückende Kraft auf das Hebelelement ausübt, oder andererseits als gezogene Kupplung, das heißt als Kupplung, bei der die Betätigungsvorrichtung eine ziehende Kraft auf das Hebelelement ausübt, ausgebildet sein.
Vorzugsweise bilden die Statoreinrichtung und die bezüglich der Statoreinrichtung verdrehbare Rotoreinrichtung einen Elektromotor. Der Elektromotor ist vorzugsweise als Drehstrommotor ausgebildet, bei dem Magnete, genauer gesagt Permanentmagnete, rotorseitig und wechselweise bestrombare Windungen statorseitig vorgesehen sind. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor als Ausläufer ausgebildet, das heißt weist in seinem Inneren die Statoreinrichtung auf, die von der ringförmigen, drehbaren Rotoreinrichtung umgeben ist. Jedoch kann der Elektromotor auch als Innenläufer ausgebildet sein.
Die Betätigungsvorrichtung ist über eine Stromzufuhr bestrombar und vorzugsweise derart im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs gelagert, dass sie ausschließlich zum Einrücken und Ausrücken der Kupplung bestromt werden muss. Durch den Wälzkörpergewindetrieb, der im Wirkpfad zwischen der Rotoreinrichtung und der Schlitteneinrichtung angeordnet ist, wird eine rotatorische Bewegung der Rotoreinrichtung in eine translatorische Bewegung der Schlitteneinrichtung umgesetzt. Der Wälzkörpergewindetrieb ist vorzugsweise selbsthemmend ausgebildet. Über ein Ausrücklager, das beispielsweise als Schrägkugellager ausgebildet ist, aber auch als Kegelrollenlager, Nadellager oder Gleitlager ausgebildet sein kann, kann die Schlitteneinrichtung unmittelbar oder mittelbar auf das Hebelelement der Kupplung wirken.
Beispielsweise kann die Statoreinrichtung drehfest mit einem Trägerabschnitt, insbesondere mit einem Gehäuseträger, ausgebildet sein, so dass die Stromzufuhr der Statoreinrichtung mittels Kabel und ohne Drehdurchführung oder induktive Kopplung möglich ist. In radialer Richtung innerhalb der Statoreinrichtung verläuft die Eingangswelle der Kupplung bzw. die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors. Die Eingangswelle ist bezüglich der Statoreinrichtung bzw. des Trägerabschnitts drehbar gelagert.
Jedoch ist es auch möglich, dass die Statoreinrichtung drehfest auf der Eingangswelle der Kupplung angeordnet ist, das heißt sich mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors dreht. In diesem Fall ist eine Drehdurchführung oder eine induktive Kopplung zur Bestromung der Betätigungsvorrichtung erforderlich. Die Bestromung der Betätigungsvorrichtung in eine Richtung erzeugt im Vergleich zur Eingangsdrehzahl des Antriebsstrangs eine erhöhte Drehzahl der Rotoreinrichtung, wodurch die Kupplung ausgerückt wird. Die Bestromung der Betätigungsvorrichtung in die andere Richtung erzeugt eine im Vergleich zur Eingangsdrehzahl des Antriebsstrangs verringerte Drehzahl der Rotoreinrichtung, wodurch die Kupplung eingerückt wird. Daher kann der Ausrückvorgang der Kupplung über eine Beschleunigung der Rotoreinrichtung eingeleitet werden, während der Einrückvorgang der Kupplung über ein Abbremsen der Rotoreinrichtung eingeleitet wird. Ebenso ist es auch möglich, dass der Ausrückvorgang der Kupplung durch ein Abbremsen der Rotoreinrichtung eingeleitet wird, während der Einrückvorgang der Kupplung durch ein Beschleunigen der Rotoreinrichtung eingeleitet wird.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Wälzkörpergewindetrieb eine Außenhülse auf, in die eine Formfeder eingesetzt ist, die eine Mehrzahl von Windungen aufweist. Die Formfeder ist insbesondere aus einem schraubenförmig gewundenen Federdraht ausgebildet, wobei in einer bevorzugten Ausgestaltung der gewundene Federdraht konturiert ist, dass heißt in axialer Richtung auf beiden Seiten mit einer Anlagekontur versehen ist, die durch einen dazwischen liegenden Kamm getrennt ist. Die benachbarten Anlagekonturen zweier aufeinanderfolgender Windungen der Formfeder bilden einen Teil der Oberflächengeometrie des Wälzkörpers ab, so dass der jeweilige Wälzkörper in axialer Richtung in einer in Umfangsrichtung verlaufenden Spur zwischen zwei benachbarten Windungen der Formfeder geführt werden kann.
Die Außenhülse ist zur Lagerung der Formfeder mittels eines Deckels abgeschlossen, der mit der Außenhülse durch mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Schrauben verschraubt ist. Zwischen dem Deckel und der Außenhülse ist vorzugsweise eine Ausgleichsscheibe vorgesehen. Ausgleichsscheiben gibt es in unterschiedlicher Stärke, um im Betrieb der Betätigungsvorrichtung einerseits die weitestgehende Spielfreiheit des Wälzkörpergewindetriebs in axialer Richtung und andererseits die Leichtgängigkeit und insbesondere die Klemmfreiheit des Wälzkörpergewindetriebs sicherzustellen. Mittels der passenden Ausgleichsscheibe ist daher beim Zusammenbau der Betätigungsvorrichtung die axiale Länge des Raums, in dem die schraubenförmige Formfeder angeordnet ist, exakt einzustellen.
Der Raum, in dem die Formfeder angeordnet ist, ist in axialer Richtung auf beiden Seiten durch jeweils eine Dichtung nach außen hin abgegrenzt. Jede der beiden Dichtungen, von denen die eine außenhülsenseitig und die andere deckelseitig vorgesehen ist, ist gleitbeweglich mit jeweils einer Innenhülse in Anlage, um die translatorische Bewegung der Schlitteneinrichtung zu ermöglichen. Der Raum zwischen den beiden Dichtungen ist vorzugsweise mit Fett gefüllt, das heißt als Fettraum ausgebildet, um die Reibung des Wälzkörpergewindetriebs zu minimieren und ein Verklemmen der Wälzkörper zu verhindern.
Der mit Wälzkörpern gefüllte Wälzkörperumlauf des Wälzkörpergewindetriebs ist vorzugsweise einteilig mit der Rotoreinrichtung, genauer gesagt einteilig mit einem Joch der Rotoreinrichtung, ausgebildet. Das Joch der Rotoreinrichtung ist drehbar über ein Stützlager, insbesondere ein Radiallager, mittelbar oder unmittelbar an der Statoreinrichtung abgestützt.
Der Wälzkörperumlauf weist einen ersten und einen zweiten Tragbereich auf, die einerseits in Umfangsrichtung voneinander durch den Spurwechselbereich und andererseits in Umfangsrichtung voneinander durch den Entlastungsbereich getrennt sind. Im Spurwechselbereich werden im Betrieb der Betätigungsvorrichtung, das heißt bei Drehung der Rotoreinrichtung, die umlaufenden Wälzkörper von einer Spur der Formfeder in eine benachbarte Spur der Formfeder verlagert. Genauer gesagt sind die Wälzkörper in Umfangsrichtung vor dem Spurwechselbereich im ersten Tragbereich des Wälzkörperumlaufs in der Spur zwischen einer ersten und einer zweiten Windung der Formfeder angeordnet, während die Wälzkörper in Umfangsrichtung nach dem Spurwechselbereich im zweiten Tragbereich des Wälzkörperumlaufs in der Spur zwischen der zweiten und einer dritten Windung der Formfeder angeordnet sind.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist bei einem als Außenläufer ausgebildeten Elektromotor der Wälzkörperumlauf im Außenumfang der Rotoreinrichtung angeordnet, während dementsprechend die Formfeder, zwischen deren Windungen die Wälzkörper laufen, radial außerhalb angeordnet und als innenkonturierte Formfeder ausgebildet ist, wobei sowohl der Kamm, als auch die Anlagekonturen für die Wälzkörper in radialer Richtung nach innen weisen. Jedoch ist es auch möglich, beispielsweise bei der Ausbildung des Elektromotors als Innenläufer, den Wälzkörperumlauf im Innenumfang einer Rotoreinrichtung vorzusehen, und dementsprechend die Formfeder, radial innerhalb anzuordnen und als außenkonturierte Formfeder auszubilden.
Vorzugsweise ist der Entlastungsbereich bezogen auf eine Drehachse der Betätigungsvorrichtung dem Spurwechselbereich gegenüberliegend angeordnet. Anders ausgedrückt sind der Entlastungsbereich und der Spurwechselbereich in Umfangsrichtung der Betätigungsvorrichtung um ca. 180° versetzt zueinander. Während bei einer Betätigungsvorrichtung ohne Entlastungsbereich die Schlitteneinrichtung bei Betätigung der Kupplung dazu tendiert, in Richtung des Spurwechselbereichs zu kippen, ermöglicht der gegenüber dem Spurwechselbereich angeordnete Entlastungsbereich ein Zurückkippen der Schlitteneinrichtung, und damit einhergehend eine Entlastung der Wälzkörper, insbesondere im Spurwechselbereich.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Entlastungsbereich eine größere Tiefe in radialer Richtung als der erste und/oder der zweite Tragbereich auf. Alternativ oder zusätzlich weist der Entlastungsbereich eine größere Breite in axialer Richtung als der erste und/oder der zweite Tragbereich auf. Durch beide Maßnahmen ist es möglich, die Belastung der Wälzkörper im Spurwechselbereich durch Zurückkippen des Schlittens in Richtung des Entlastungsbereichs zu verringern.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Entlastungsbereich einen S-Schlag auf. Auch der gegebenenfalls nur sehr leicht ausgeprägte S-Schlag ist dazu geeignet, die Belastung der Wälzkörper im Spurwechselbereich durch Zurückkippen des Schlittens in Richtung des Entlastungsbereichs zu verringern.
Vorzugsweise sind die beiden Tragbereiche Gewindebereichen einer Schraube entsprechend ausgebildet. Im Wesentlichen folgt die Steigung der Tragbereiche der Steigung der Windungen, zwischen denen die Wälzkörper laufen, bzw. der Steigung der Spuren.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Spurwechselbereich eine größere Tiefe in radialer Richtung als der Entlastungsbereich aufweist. Während der Spurwechselbereich den Wälzkörpern den Wechsel von der einen Spur, die in axialer Richtung der Betätigungsvorrichtung zwischen der ersten und zweiten Windung läuft, zur anderen Spur, die in axialer Richtung zwischen der zweiten und der dritten Windung läuft, ermöglicht, folgen auch im Entlastungsbereich, ähnlich wie in den beiden Tragbereichen, die Wälzkörper im Wesentlichen der Steigung der zwischen den Windungen angeordneten Spuren, in denen die Wälzkörper laufen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel geht der erste Tragbereich über einen Einlaufabschnitt in den Spurwechselbereich über. Der Spurwechselbereich geht über einen Auslaufabschnitt in den zweiten Tragbereich über. Die Wälzkörper im Einlaufabschnitt und im Auslaufabschnitt weisen durch den im Spurwechselbereich gegenüber angeordneten Entlastungsbereich eine geringere Pressung als in den beiden Tragbereichen auf. Dadurch wird im Betrieb der Betätigungsvorrichtung der Wälzkörperumlauf im Spurwechselbereich weniger beansprucht, was zu einem geringeren Verschleiß des Wälzkörperumlaufs führt.
Es ist von Vorteil, wenn sich im Einlaufabschnitt eine Tiefe des Wälzkörperumlaufs in radialer Richtung vom ersten Tragbereich zum Spurwechselbereich kontinuierlich vergrößert. Im Auslaufabschnitt verringert sich eine Tiefe des Wälzkörperumlaufs in radialer Richtung vom Spurwechselbereichs zum Tragbereich kontinuierlich. Hierdurch wird eine gleichmäßige Zuführung der Wälzkörper zum und Abführung der Wälzkörper vom Spurwechselbereich ermöglicht.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Wälzkörper als Kugeln ausgebildet sind. Weiterhin ist es dabei von Vorteil, wenn der Wälzkörperumlauf als umlaufende Kugelrinne ausgebildet ist. In den Tragbereichen und im Entlastungsbereich ist die Kugelrinne vorzugsweise im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei die Kugel im Wesentlichen mit der Hälfte ihres Durchmessers in radialer Richtung der Betätigungsvorrichtung in die Kugelrinne eintaucht. Im Entlastungsbereich können die Kugeln geringfügig tiefer eintauchen, während in den Tragbereichen die Kugeln weniger tief eintauchen.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Tiefe des Spurwechselbereichs im Wesentlichen gleich dem, vorzugsweise größer als der, Durchmesser der Kugeln ist. Dies bedeutet, dass im Spurwechselbereich die Kugeln in radialer Richtung der Betätigungsvorrichtung zumindest nahezu vollständig in die Kugelrinne eintauchen können. Die Eintauchtiefe muss mindestens so groß sein, dass die Kugeln von der zwischen der in axialer Richtung der Betätigungsvorrichtung zwischen der ersten und zweiten Windung angeordneten Spur zu der in axialer Richtung zwischen der zweiten und dritten Windung angeordneten Spur wechseln können, ohne dabei die zweite Windung, insbesondere den Kamm der Formfeder im Bereich der zweiten Windung, zu berühren. Dies sollte auch sichergestellt sein, wenn die Schlitteneinrichtung während des Betriebs der Betätigungsvorrichtung verkippt, so dass es insbesondere von Vorteil ist, wenn die Kugeln im Spurwechselbereich vollständig in die Kugelrinne eintauchen können, das heißt, wenn der Durchmesser der Kugeln zumindest der Tiefe des Spurwechselbereichs in radialer Richtung der Betätigungsvorrichtung entspricht. Vorzugsweise ist der Durchmesser kleiner als die Tiefe des Spurwechselbereichs.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung in einer Schnittansicht,
2 einen Wälzkörpergewindetrieb der Betätigungsvorrichtung aus 1 in einer Seitenansicht,
3 eine Detailansicht eines Wälzkörperumlaufs der Betätigungsvorrichtung aus 1 in einem Tragbereich,
4 eine perspektivische Ansicht des Wälzkörperumlaufs der Betätigungsvorrichtung aus 1, und
5 eine kombinierte Schnittansicht durch den Wälzkörperumlauf im Tragbereich, im Entlastungsbereich und im Spurwechselbereich, wobei lediglich im Tragbereich ein Wälzkörper dargestellt ist.
Die 1 bis 5 betreffen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Betätigungsvorrichtung 1 für eine Kupplung 2, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Merkmale, die in der vorliegenden Beschreibung nicht als erfindungswesentlich gekennzeichnet sind, sind als optional zu verstehen. Daher betrifft die nachfolgende Beschreibung auch weitere Ausführungsbeispiele der Betätigungsvorrichtung 1, die Teilkombinationen der im Folgenden zu erläuternden Merkmale aufweisen. Ebenso betrifft die nachfolgende Beschreibung die Kombination bzw. den Zusammenbau der Betätigungsvorrichtung 1 mit der Kupplung 2, insbesondere im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs.
Die Kupplung 2 ist drehbar um eine Drehachse Z gelagert und weist zumindest eine nicht dargestellte Anpressplatte, zumindest eine nicht dargestellte Gegendruckplatte und zumindest eine in axialer Richtung A der Kupplung 2 zwischen der Anpressplatte und der Gegendruckplatte angeordnete, nicht dargestellte Kupplungsscheibe auf. Die Gegendruckplatte ist mit einem Gehäusebauteil der Kupplung 2, insbesondere einem Kupplungsdeckel, fest verbunden, insbesondere verschraubt. Die Anpressplatte ist im Kupplungsgehäuse, insbesondere innerhalb des Kupplungsdeckels, drehfest gelagert und in axialer Richtung A begrenzt verlagerbar. Insbesondere ist die Anpressplatte mittels mehrer nicht dargestellter Blattfedern drehfest im Kupplungsgehäuse befestigt und von der Gegendruckplatte weg vorgespannt.
Darüber hinaus weist die Kupplung 2 ein Hebelelement 3 auf, das für eine normal-eingerückte Kupplung 2 als Tellerfeder und für eine normal-ausgerückte Kupplung 2 als Hebelfeder ausgebildet sein kann. Das Hebelelement 3 ist gehäuseseitig abgestützt und durch die Betätigungsvorrichtung 1 betätigbar. Die gehäuseseitige Abstützung kann beispielsweise durch eine am Kupplungsdeckel befestigte, nicht dargestellte Lagereinheit erfolgen, durch die das Hebelelement 3 verkippbar aufgehängt ist. Hierzu weist die Lagereinheit beispielsweise zwei in axialer Richtung A beabstandete Drahtringe auf, zwischen denen das Hebelelement 3 sich in radialer Richtung R der Kupplung 2 erstreckt. Über Hebelspitzen, die in radialer Richtung R auf der Innenseite des vorzugsweise im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Hebelelements 3 angeordnet sind, ist das Hebelelement 3 durch die Betätigungsvorrichtung 1 betätigbar.
Bei einer normal-eingerückten Kupplung 2 überwiegt die wirksame Kraft des als Tellerfeder ausgebildeten Hebelelements 3 die Gegenkraft der Blattfedern, während bei einer normal-ausgerückten Kupplung 2 die Gegenkraft der Blattfedern die wirksame Kraft des als Hebelfeder ausgebildeten Hebelelements 3 überwiegt. Dem entsprechend führt eine Betätigung der Tellerfeder der normal-eingerückten Kupplung 2 durch die Betätigungsvorrichtung 1 zum Ausrücken der Kupplung 2 durch Verkippen bzw. Umschnappen der Tellerfeder, das heißt zum Abhub der Anpressplatte und zur Entfernung der Anpressplatte von der Gegendruckplatte, während eine Betätigung der Hebelfeder bei einer normal-ausgerückten Kupplung 2 durch die Betätigungsvorrichtung 1 zum Einrücken der Kupplung 2 durch Verkippen der Hebelfeder führt.
Bei eingerückter Kupplung 2 wird ein Drehmoment von der Eingangsseite der Kupplung 2, beispielsweise von einem Zweimassenschwungrad, über das Kupplungsgehäuse und sowohl die Gegendruckplatte als auch die Anpressplatte, die beide mit dem Kupplungsgehäuse, insbesondere dem Kupplungsdeckel, drehfest verbunden sind, reibschlüssig auf die Kupplungsscheibe übertragen. Von der Kupplungsscheibe, die reibschlüssig zwischen der Gegendruckplatte und der Anpressplatte geklemmt ist, wird das Drehmoment zur Ausgangsseite der Kupplung 2 übertragen, beispielsweise zu einer Eingangswelle eines Getriebes.
Da aufgrund des Reibschlusses sowohl die Reibbeläge der Kupplungsscheibe, als auch in geringerem Maße die Reibflächen der Gegendruckplatte und der Anpressplatte einem Verschleiß unterworfen sind, muss über die Lebensdauer der Kupplung 2 die Anpressplatte immer näher an die Gegendruckplatte heranbewegt werden, um die Abnahme der Dicke der Reibbeläge und der Stärke der Reibflächen in axialer Richtung A zu kompensieren und den Reibschluss herstellen bzw. die Kupplung 2 einrücken zu können. Hierzu ist in der Kupplung 2 beispielsweise eine nicht dargestellte, kraftbasierte oder wegbasierte Verschleißnachstelleinrichtung vorgesehen.
Die Betätigungsvorrichtung 1, die auf das Hebelelement 3 der Kupplung 2 wirkt, weist eine Statoreinrichtung 4 und eine bezüglich der Statoreinrichtung 4 verdrehbare Rotoreinrichtung 6 auf. Beispielsweise kann die Statoreinrichtung 4 drehfest mit einem Trägerabschnitt, insbesondere mit einem Gehäuseträger, ausgebildet sein. Vorzugsweise bilden die Statoreinrichtung 4 und die Rotoreinrichtung 6 einen Elektromotor, insbesondere einen Drehstrommotor. Hierzu ist die Statoreinrichtung 4 mit einer Stromzufuhr 5 versehen, um in nicht dargestellten, statorseitigen Spulen ein wechselndes elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Die Rotoreinrichtung 6 weist zur magnetischen Wechselwirkung mit den statorseitigen Elektromagneten Magnete 7, genauer gesagt Permanentmagnete, auf.
Vorzugsweise ist der Elektromotor als sogenannter Außenläufer ausgebildet, das heißt die Statoreinrichtung 4 ist in radialer Richtung R der Betätigungsvorrichtung 1 bzw. der Kupplung 2 innerhalb der Rotoreinrichtung 6 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, den Elektromotor als Innenläufer auszubilden, das heißt die Statoreinrichtung 4 in radialer Richtung R außerhalb der Rotoreinrichtung 6 anzuordnen.
Die in 1 dargestellte Rotoreinrichtung 6 weist ein Joch 8 auf, das auf Seiten der Kupplung 2, das heißt mit Bezug auf 1 auf der rechten Seite, in radialer Richtung R durch ein Stützlager 9 abgestützt ist. Somit ist im dargestellten Ausführungsbeispiel das Stützlager 9 in axialer Richtung A der Betätigungsvorrichtung 1 bzw. der Kupplung 2 auf der entgegengesetzten Seite der Stromzufuhr 5 für die Statoreinrichtung 4 angeordnet. Das Stützlager 9 kann mittelbar oder unmittelbar mit der Statoreinrichtung 4 verbunden sein. Das Stützlager 9 ist vorzugsweise als Wälzlager, insbesondere als Kugellager, vorzugsweise wie dargestellt als Doppelkugellager, ausgebildet. Jedoch ist auch ein Nadellager oder ein Gleitlager möglich.
Zusätzlich zur Statoreinrichtung 4 und zur Rotoreinrichtung 6 weist die Betätigungsvorrichtung 1 eine bezüglich der Rotoreinrichtung 6 in axialer Richtung A begrenzt verlagerbare Schlitteneinrichtung 10 auf. Die Schlitteneinrichtung 10 ist in radialer Richtung R außerhalb der Rotoreinrichtung 6 angeordnet. Die Schlitteneinrichtung 10 weist eine Außenhülse 11 auf, die auf Seiten der Stromzufuhr 5 für die Statoreinrichtung 4, das heißt mit Bezug auf 1 auf der linken Seite, durch einen Deckel 12 abgeschlossen ist. In axialer Richtung A zwischen der Außenhülse 11 und dem Deckel 12 ist eine Ausgleichsscheibe 13 angeordnet, um die axiale Länge des durch die Außenhülse 11 und den Deckel 12 begrenzten Raums für eine Formfeder 23 eines Wälzkörpergewindetriebs 20, auf den nachfolgend noch eingegangen wird, zu definieren und einzustellen. Mittels mehrerer in Umfangsrichtung U der Betätigungsvorrichtung 1 bzw. der Kupplung 2 angeordneter Schrauben 14 ist der Deckel 12 durch die Ausgleichsscheibe 13 hindurch mit der Außenhülse 11 verschraubt.
In axialer Richtung A auf beiden Seiten der Schlitteneinrichtung 10 ist jeweils eine Dichtung 15, 16 vorgesehen, die den Raum, in dem die Formfeder 23 des Wälzkörpergewindetriebs 20 angeordnet ist, nach außen hin abdichtet. Die ersten und zweiten Dichtungen 15, 16 sind beispielsweise als Lippendichtungen aus einem Elastomer oder einem gummi- bzw. kautschukhaltigen Material ausgebildet. In radialer Richtung R innerhalb ist die erste Dichtung 15 in gleitbeweglicher Anlage an einer ersten Innenhülse 17, während die zweite Dichtung 16 in gleitbeweglicher Anlage an einer zweiten Innenhülse 18 ist. Beide Innenhülsen 17, 18 sind mittelbar oder unmittelbar, vorzugsweise drehfest, mit der Statoreinrichtung 4 bzw. dem Trägerabschnitt, insbesondere dem Gehäuseträger, verbunden. Durch die Innenhülsen 17, 18, die Dichtungen 15, 16, den Deckel 12 und die Außenhülse 11 wird ein Fettraum 27 gebildet, in dem die Formfeder 23 des Wälzkörpergewindetriebs 20 angeordnet ist.
In radialer Richtung R außerhalb der Außenhülse 11 ist ein Ausrücklager 19 vorgesehen. Das Ausrücklager 19 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Schrägkugellager ausgebildet, kann beispielsweise jedoch auch als Kegelrollenlager, Nadellager oder Gleitlager ausgebildet sein. Über das Ausrücklager 16 und/oder die Außenhülse 11 wirkt die Schlitteneinrichtung 10 mittelbar oder unmittelbar auf die in radialer Richtung R innenliegenden Zungen des Hebelelements 3, um die Kupplung 2 auszurücken bzw. einzurücken.
Der Wälzkörpergewindetrieb 20 ist vorzugsweise in radialer Richtung R zwischen der Rotoreinrichtung 6 und der Schlitteneinrichtung 10 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Formfeder 23 des Wälzkörpergewindetriebs 20 zwölf Windungen, wobei prinzipiell jede Windungszahl größer/gleich 3 möglich ist.
Zusätzlich zur Formfeder 23 weist der Wälzkörpergewindetrieb 20 einen Wälzkörperumlauf 21 auf, in dem, vorzugsweise über den gesamten Umfang verteilt, Wälzkörper 22 in einer Reihe, oder gegebenenfalls auch in mehreren, in axialer Richtung A voneinander beabstandeten Reihen, angeordnet sind. Der Wälzkörperumlauf 21 ist insbesondere rinnen- oder rillenförmig ausgebildet, und kann einerseits als separates Bauteil mit der Rotoreinrichtung 6, insbesondere mit dem Joch 8, verbunden sein, kann aber auch einteilig mit der Rotoreinrichtung 6 bzw. mit dem Joch 8 ausgebildet sein, wie dies in 1 dargestellt ist. Insbesondere ist der Wälzkörperumlauf 21 im Außenumfang der Rotoreinrichtung 6 bzw. des Jochs 8 ausgebildet, während der Antrieb der Betätigungsvorrichtung 1 mittels eines Außenläufers erfolgt. Wenn der Antrieb der Betätigungsvorrichtung 1 mittels eines Innenläufers erfolgt, ist es umgekehrt von Vorteil, wenn der Wälzkörperumlauf 21 im Innenumfang der Rotoreinrichtung 6 bzw. des Jochs 8 angeordnet ist.
Die Wälzkörper 22 laufen im Fettraum, der durch die Dichtungen 15, 16 in axialer Richtung A abgedichtet ist, und sind vorzugsweise als Kugeln ausgebildet. Jedoch ist es auch möglich, dass die Wälzkörper 22 als Nadeln ausgebildet sind, bzw. eine Tonnen- oder Fassform aufweisen. Der Außenkontur der Wälzkörper 22 entsprechend weist die Formfeder 23 eine Anlagekontur 25 auf, an der Oberflächenbereiche der Wälzkörper 22 anliegen. Dabei entspricht die besagte Anlagekontur 25 im Wesentlichen dem entsprechenden Oberflächenbereich des bzw. der Wälzkörper 22. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Windungen der Formfeder 23 zwei in axialer Richtung A voneinander beabstandete Anlagekonturen 25 auf, die durch einen dazwischen liegenden Kamm 26 voneinander getrennt sind. Die Formfeder 23 ist als innenkonturierte Formfeder 23 ausgebildet, da die Wälzkörper 22 in radialer Richtung R innerhalb der Formfeder 23 laufen. Umgekehrt ist es jedoch auch möglich, dass die Formfeder 23 bei Verwendung eines Innenläufers als außenkonturierte Formfeder 23 ausgebildet ist.
Der Wälzkörperumlauf 21 weist einen derart ausgebildeten Spurwechselbereich 28 auf, dass die Wälzkörper 22 in Umfangsrichtung U vor dem Spurwechselbereich 28 in einem ersten Tragbereich 29 des Wälzkörperumlaufs 21 in axialer Richtung A zwischen einer ersten und einer zweiten Windung 24a, 24b der Formfeder 23 laufen, und die Wälzkörper 22 in Umfangsrichtung U nach dem Spurwechselbereich 28 in einem zweiten Tragbereich 30 des Wälzkörperumlaufs 21 in axialer Richtung A zwischen der zweiten und der dritten Windung 24b, 24c der Formfeder 23 laufen. Zwischen der ersten und zweiten Windung 24a, 24b der Formfeder 23 ist somit eine erste Spur für die Wälzkörper 22 in Umfangsrichtung U definiert, während zwischen der zweiten und einer dritten Windung 24b, 24c der Formfeder 23 eine zweite Spur für die Wälzkörper 22 in Umfangsrichtung U definiert ist. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die erste Windung 24a, die zweite Windung 24b und die dritte Windung 24c drei aufeinander folgende Windungen der Formfeder 23 darstellen, die in axialer Richtung A an beliebiger Stelle der Formfeder 23 ausgebildet sein können.
Wie dies in 2 dargestellt ist, überkreuzt sich die zweite Windung 24b mit dem Spurwechselbereich 28, wenn man die Betätigungsvorrichtung 1 von der Seite betrachtet.
Der Wälzkörperumlauf 21 weist einen in Umfangsrichtung U zwischen den Tragbereichen 29, 30 angeordneten Entlastungsbereich 31 mit gegenüber dem Spurwechselbereich 28 und/oder den Tragbereichen 29, 30 verringerten Traganteil der Wälzkörper 22 auf. Der Entlastungsbereich 31 ist bezogen auf eine Drehachse Z der Betätigungsvorrichtung 1 bzw. der Kupplung 2 dem Spurwechselbereich 28 gegenüberliegend angeordnet. Vorzugsweise umfasst jeder der Tragbereiche 29, 30 in Umfangsrichtung U einen Winkelbereich von mindestens 90°, während der Winkelbereich des Spurwechselbereichs 28 und des Entlastungsbereichs 31 in Umfangsrichtung U vorzugsweise jeweils geringer als 90° ist.
Wie dies in 5 dargestellt ist, weist der Spurwechselbereich 28 in radialer Richtung R eine größere Tiefe als der Entlastungsbereich 31 und eine größere Tiefe als die Tragbereiche 29, 30 auf. Der Entlastungsbereich 31 weist in radialer Richtung R eine größere Tiefe als die Tragbereiche 29, 30 auf. Ferner weist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Entlastungsbereich 31 eine größere Breite in axialer Richtung A als die Tragbereiche 29, 30 auf. Es ist jedoch auch möglich, dass der Entlastungsbereich 31 lediglich eine größere Tiefe als die beiden Tragbereiche 29, 30 aufweist, während die Breite gleich bleibt. Ebenso ist es möglich, dass der Entlastungsbereich 31 lediglich eine größere Breite als die beiden Tragbereiche 29, 30 aufweist, während die Tiefe gleich bleibt.
Die beiden Tragbereiche 29, 30 sind Gewindebereichen einer Schraube entsprechend ausgebildet. Die Steigung der Tragbereiche 29, 30 entspricht im Wesentlichen der Steigung der Formfeder 23 in diesem Bereich, genauer gesagt der Steigung der Spuren zwischen der ersten und zweiten Windung 24a, 24b und zwischen der zweiten und dritten Windung 24b, 24c. In Umfangsrichtung U zwischen den beiden Tragbereichen 29, 30 weist der Entlastungsbereich 31 vorzugsweise einen, wenn auch nur gering ausgeprägten, S-Schlag auf.
Der erste Tragbereich 29 geht über einen Einlaufabschnitt 32 in den Spurwechselbereich 28 über, während der Spurwechselbereich 28 über einen Auslaufabschnitt 33 in den zweiten Tragbereich 30 übergeht. Durch den Entlastungsbereich 31 kann die Pressung der Wälzkörper 22 im Einlaufabschnitt 32 und im Auslaufabschnitt 33 so weit verringert werden, dass die Wälzkörper 22 im Einlaufabschnitt 32 und im Auslaufabschnitt 33 eine geringere Pressung als in den beiden Tragbereichen 29, 30 aufweisen. Die Tiefe des Wälzkörperumlaufs 21 in radialer Richtung R vergrößert sich im Einlaufabschnitt 32 vom ersten Tragbereich 29 zum Spurwechselbereich 28 kontinuierlich. Die Tiefe des Wälzkörperumlaufs 21 in radialer Richtung R verringert sich im Auslaufabschnitt 33 vom Spurwechselbereich 28 zum zweiten Tragbereich 30 kontinuierlich.
Wie bereits zuvor erwähnt, sind die Wälzkörper 22 vorzugsweise als Kugeln ausgebildet. Der Wälzkörperumlauf 21 ist als umlaufende Kugelrinne ausgebildet, wie dies beispielsweise in 4 dargestellt ist. Im Spurwechselbereich 28 ist dabei sicherzustellen, dass die Wälzkörper 22, das heißt die Kugeln, in radialer Richtung R unter dem Kamm 26 der zweiten Windung 24b der Formfeder 23 hindurchtauchen können, um den Spurwechsel von der einen Spur zwischen der ersten und zweiten Windung 24a, 24b zur anderen Spur zwischen der zweiten und dritten Windung 24b, 24c zu vollziehen. Hierzu ist es von Vorteil, wenn die Tiefe des Spurwechselbereichs 28 im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der Kugeln ist. Vorzugsweise ist die Tiefe des Spurwechselbereichs 28 größer als der Durchmesser der Kugeln, damit diese vollständig in der Kugelrinne eintauchen können und den Kamm 26 der zweiten Windung 24b der Formfeder 23 mit Sicherheit nicht berühren.
Im Betrieb der Betätigungsvorrichtung 1 führt eine Drehung der Rotoreinrichtung 6 durch entsprechende Bestromung der Statoreinrichtung 4 zu einer Drehung des Wälzkörperumlaufs 21. Die Wälzkörper 22 durchlaufen innerhalb des Wälzkörpergewindetriebs 20 die Spuren zwischen der ersten und zweiten Windung 24a, 24b der Formfeder 23 und zwischen der zweiten und dritten Windung 24b, 24c der Formfeder 23, wodurch sich die Spuren in axialer Richtung A bewegen, und die rotatorische Bewegung der Rotoreinrichtung 6 in eine translatorische Bewegung der Schlitteneinrichtung 10, in der die Formfeder 23 axial fest gelagert ist, umgesetzt wird. Die translatorische Bewegung der Schlitteneinrichtung 10 kann zur mittelbaren oder unmittelbaren Betätigung der Kupplung 2 verwendet werden.
Da der Wälzkörpergewindetrieb vorzugsweise selbsthemmend ausgebildet ist, ist eine Bestromung der Statoreinrichtung 4 vorzugsweise lediglich erforderlich, wenn der Betriebszustand der Kupplung 2 zu ändern ist. Die Bestromung kann in beide Drehrichtungen der Rotoreinrichtung 6 erfolgen, wobei in einer Drehrichtung die Kupplung 2 eingerückt wird, und in der entgegengesetzten Drehrichtung die Kupplung 2 ausgerückt wird. Bei einer mitdrehenden Statoreinrichtung 4 sind jedoch auch andere Arten der Bestromung möglich.
Die vorangegangenen Ausführungsbeispiele betreffen eine Betätigungsvorrichtung 1 für eine Kupplung 2 mit einer Statoreinrichtung 4, einer bezüglich der Statoreinrichtung 4 verdrehbaren Rotoreinrichtung 6 und einer bezüglich der Rotoreinrichtung 6 in axialer Richtung A begrenzt verlagerbaren Schlitteneinrichtung 10, wobei zwischen der Rotoreinrichtung 6 und der Schlitteneinrichtung 10 ein Wälzkörpergewindetrieb 20 mit zumindest drei Windungen 24a, 24b, 24c und einem Wälzkörperumlauf 21 mit Wälzkörpern 22 vorgesehen ist, wobei der Wälzkörperumlauf 21 einen derart ausgebildeten Spurwechselbereich 28 aufweist, dass Wälzkörper 22 in Umfangsrichtung U vor dem Spurwechselbereich 28 in einem ersten Tragbereich 29 zwischen einer ersten und einer zweiten Windung 24a, 24b laufen, und Wälzkörper 22 in Umfangsrichtung U nach dem Spurwechselbereich 28 in einem zweiten Tragbereich 30 zwischen der zweiten und einer dritten Windung 24b, 24c laufen, wobei der Wälzkörperumlauf 21 einen in Umfangsrichtung U zwischen den Tragbereichen 29, 30 angeordneten Entlastungsbereich 31 mit gegenüber dem Spurwechselbereich 28 und/oder den Tragbereichen 29, 30 verringertem Traganteil der Wälzkörper 22 aufweist.

Claims

Betätigungsvorrichtung (1) für eine Kupplung (2) mit einer Statoreinrichtung (4), einer bezüglich der Statoreinrichtung (4) verdrehbaren Rotoreinrichtung (6) und einer bezüglich der Rotoreinrichtung (6) in axialer Richtung (A) begrenzt verlagerbaren Schlitteneinrichtung (10), wobei zwischen der Rotoreinrichtung (6) und der Schlitteneinrichtung (10) ein Wälzkörpergewindetrieb (20) mit zumindest drei Windungen (24a, 24b, 24c) und einem Wälzkörperumlauf (21) mit Wälzkörpern (22) vorgesehen ist, wobei der Wälzkörperumlauf (21) einen derart ausgebildeten Spurwechselbereich (28) aufweist, dass Wälzkörper (22) in Umfangsrichtung (U) vor dem Spurwechselbereich (28) in einem ersten Tragbereich (29) zwischen einer ersten und einer zweiten Windung (24a, 24b) laufen, und Wälzkörper (22) in Umfangsrichtung (U) nach dem Spurwechselbereich (28) in einem zweiten Tragbereich (30) zwischen der zweiten und einer dritten Windung (24b, 24c) laufen, wobei der Wälzkörperumlauf (21) einen in Umfangsrichtung (U) zwischen den Tragbereichen (29, 30) angeordneten Entlastungsbereich (31) mit gegenüber dem Spurwechselbereich (28) und/oder den Tragbereichen (29, 30) verringertem Traganteil der Wälzkörper (22) aufweist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Entlastungsbereich (31) bezogen auf eine Drehachse (Z) der Betätigungsvorrichtung (1) dem Spurwechselbereich (28) gegenüberliegend angeordnet ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Entlastungsbereich (31) eine größere Tiefe in radialer Richtung (R) und/oder eine größere Breite in axialer Richtung (A) als der erste und/oder der zweite Tragbereich (29, 30) aufweist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Entlastungsbereich (31) einen S-Schlag aufweist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die beiden Tragbereiche (29, 30) Gewindebereichen einer Schraube entsprechend ausgebildet sind.
Betätigungsvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Spurwechselbereich (28) eine größere Tiefe in radialer Richtung (R) als der Entlastungsbereich (31) aufweist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Tragbereich (29) über einen Einlaufabschnitt (32) in den Spurwechselbereich (28) übergeht, und der Spurwechselbereich (28) über einen Auslaufabschnitt (33) in den zweiten Tragbereich (30) übergeht, und wobei die Wälzkörper (22) im Einlaufabschnitt (32) und im Auslaufabschnitt (33) eine geringere Pressung als in den beiden Tragbereichen (29, 30) aufweisen.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei sich im Einlaufabschnitt (32) eine Tiefe des Wälzkörperumlaufs (21) in radialer Richtung (R) vom ersten Tragbereich (29) zum Spurwechselbereich (28) kontinuierlich vergrößert, und wobei sich im Auslaufabschnitt (33) eine Tiefe des Wälzkörperumlaufs (21) in radialer Richtung (R) vom Spurwechselbereich (28) zum zweiten Tragbereich (30) kontinuierlich verringert.
Betätigungsvorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wälzkörper (22) als Kugeln ausgebildet sind, und wobei der Wälzkörperumlauf (21) als umlaufende Kugelrinne ausgebildet ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei die Tiefe des Spurwechselbereichs (28) im Wesentlichen gleich dem, vorzugsweise größer als der, Durchmesser der Kugeln ist.