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Die Erfindung betrifft einen Hebelaktor in einer zugedrückten Reibungskupplung und ein Verfahren zu dessen Auslegung auf Reibungskupplungen mit unterschiedlichen Kennlinien der Einrückkraft über den Einrückweg.
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Zugedrückte Reibungskupplungen werden insbesondere in Antriebssträngen mit einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilantriebssträngen eingesetzt, bei denen jeder Teilantriebsstrang mittels einer Reibungskupplung mit einer Brennkraftmaschine koppelbar ist. Um eine Verblockung des Antriebsstrangs im Notfall zu verhindern, ist zumindest eine Reibungskupplung zugedrückt und selbstöffnend ausgebildet. Dies bedeutet, dass in einem stromlosen Zustand des die Reibungskupplung betätigenden Kupplungsaktors – hier ein Hebelaktor – die Reibungskupplung selbsttätig in einen offenen Zustand, bei dem kein Moment übertragen wird, wechselt, und damit im Störfall keine zu hohen Momente über beide Reibungskupplungen auf das Doppelkupplungsgetriebe übertragen werden. Eine zugedrückte Reibungskupplung ist im nicht betätigten Zustand offen und überträgt kein Moment und wird von dem Hebelaktor geschlossen, indem ein Hebelelement, beispielsweise eine Hebelfeder oder ein Drucktopf von dem Hebelaktor entlang eines Einrückweges axial verlagert wird. Hierbei tritt die wiederum von dem Hebelelement axial direkt oder um einen Hebelpunkt wirksam gegen eine Gegendruckplatte verlagerte, drehfest mit der Gegendruckplatte verbundene Anpressplatte in Wirkeingriff mit Reibbelägen einer Kupplungsscheibe, so dass abhängig vom Einrückweg ein vorgegebenes Moment über die Reibungskupplung übertragen wird. Zur Einstellung des Moments muss über den Einrückweg vom Hebelaktor eine entsprechende Einrückkraft aufgewendet werden, wobei diese abhängig von Serienstreuungen von Kupplungskennlinien des übertragbaren Moments der Reibungskupplung über den Einrückweg nicht konstant ist. Vielmehr muss der Hebelaktor so ausgelegt werden, dass er über den Streubereich der Kupplungskennlinien über den vorzusehenden Einrückweg das geforderte maximale Kupplungsmoment einstellen kann.
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Ein gattungsgemäßer Hebelaktor und Verfahren zu dessen Betrieb sind beispielsweise aus den Dokumenten
DE 10 2004 009 832 A1 ,
DE 10 2008 026 994 A1 ,
DE 2009 010 136 A1 ,
DE 10 2009 019 581 A1 und
DE 10 2009 048 725 A1 bekannt. Ein gattungsgemäßer Hebelaktor enthält beispielsweise einen das Hebelelement der Reibungskupplung beaufschlagenden Einrückhebel, eine Grundplatte, auf der ein von einem Elektromotor angetriebener Spindeltrieb befestigt und ein Hebelende des Einrückhebels vorgespannt aufgenommen ist. Der Spindeltrieb treibt eine in Bezug auf die Drehachse der Reibungskupplung radial eine verlagerbare Rolleneinrichtung an, welche zwischen der Grundplatte und dem Einrückhebel abwälzt. Ein bevorzugt an dem Einrückhebel vorgesehenes Abrollprofil in Form einer Wippkurve legt dabei die abhängig von der Spindelkraft des Spindeltriebs und der Vorspannung des Einrückhebels die über den Rollenweg der Rolleneinrichtung und damit die sich entlang des abhängig von diesem einstellenden Einrückweg wirksame Einrückkraft fest. Dabei erfolgt die Auslegung des Hebelaktors auf eine Kupplungskennlinie, bei der die maximal zur Verfügung stehende Spindelkraft bei den geringsten Einrückwegen zur Übertragung des maximal übertragbaren Kupplungsmoments eingestellt wird. Hierbei ergeben sich an diesem Rollenweg für die übrigen Reibungskupplungen mit sogenannten längeren Kennlinien, also sich bei größeren Einrückwegen das maximal übertragbare Kupplungsmoment einstellender Einrückkraft, geringere Spindelkräfte. Hierbei wird der Rollenweg auf die längste Kupplungskennlinie ausgelegt. Es hat sich hierbei gezeigt, dass bei starker Streuung der Kupplungskennlinien eine durch die Wippkurve bereitzustellende Übersetzung in der kürzesten Kennlinie sehr hoch ist, so dass bei großen Rollenwegen die Reibungskupplung überlastet werden kann. Bei langen Kennlinien kann hingegen der erforderliche Rollenweg nicht ausreichend sein, um das maximal übertragbare Moment einzustellen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Hebelaktor entsprechend auszulegen, dass er für eine möglichst große Anzahl von zugedrückten Reibungskupplungen mit einer Serienstreuung deren Kupplungskennlinien einsetzbar ist. Desweiteren soll ein verbessertes Verfahren zu dessen Auslegung vorgeschlagen werden. Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist die Spindelkraft des Spindeltriebs zu verringern, um beispielsweise kleinere Elektromotoren einsetzen zu können.
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Ein Aspekt der Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Auslegung eines eine Einrückkraft über einen Einrückweg auf ein Hebelelement zugedrückter Reibungskupplungen mit toleranzbehafteten Kupplungskennlinien eines übertragbaren Kupplungsmoments über den Einrückweg bereitstellenden Hebelaktors mit einem von einem Spindeltrieb entlang eines Rollenwegs axial verlagerten, das Hebelelement beaufschlagenden, an einem dem Hebelelement abgewandten Hebelende vorgespannten Einrückhebel, wobei eine Wippkurve des Einrückhebels für eine von dem Spindeltrieb entlang des Rollenwegs angetriebenen, zwischen einer Grundplatte des Hebelaktors und der Wippkurve abwälzenden Rolleneinrichtung abhängig von einer zur Übertragung eines maximal zu übertragenden Kupplungsmoments für alle im Rahmen der Toleranz auftretenden Kupplungskennlinien notwendige Einrückkraft ausgelegt wird, gelöst, wobei eine Auslegung der Wippkurve anhand einer über eine Varianz der Kupplungskennlinien der tatsächlich notwendigen Einrückkraft über den Einrückweg nachgebildeten Eckkennlinie erfolgt. Die Auslegung des Hebelaktors mittels einer derartigen Eckkennlinie folgt nicht mehr einer realen Kupplungskennlinie. Vielmehr ist eine derartige Eckkennlinie synthetisch an den erforderlichen Arbeitsbereich des Hebelaktors bei unterschiedlichen Kupplungskennlinien angepasst. Hierbei wird vorteilhafterweise die Eckkennlinie aus einer Einrückkraft entlang einer Kupplungskennlinie mit kleinstem Einrückweg bis zur Einrückkraft bei maximal übertragbarem Kupplungsmoment folgenden Teilkennlinie und einer anschließend an deren Einrückweg bei vorgegebener Einrückkraft über einen Verlauf der zur Übertragung des maximalen Kupplungsmoments notwendigen Einrückkraft einer Toleranzbreite der Kupplungskennlinien zugeordneten Einrückwege folgenden Teilkennlinie gebildet. Im Detail wird der erfindungsgemäße Hebelaktor vorteilhafterweise auch nur derart angesteuert, dass das Eckkennfeld nicht verlassen wird, um so die mechanischen Belastungen gering zu halten. Bei einem derartigen Ansteuerungsverfahren wird der tatsächlich erforderliche Betätigungsweg identifiziert und als Begrenzung in einem Steuergerät verwendet. Die Identifikation kann im Fahrbetrieb durch Adaptionen, oder bei der Herstellung erfolgen und das Ergebnis gespeichert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Aufgabe wird durch einen Hebelaktor mit einem an einem Hebelende gegenüber einer Grundplatte vorgespannten, ein Hebelelement einer Reibungskupplung an dem anderen Hebelende axial beaufschlagenden Betätigungshebel und einer, einen Hebelpunkt des Betätigungshebels bildende, von einem Spindeltrieb radial entlang eines Rollenwegs verlagerten Rolleneinheit mit auf der Grundplatte und einer Wippkurve des Betätigungshebels abrollenden Rollen gelöst, wobei über den Rollenweg ein Tangentialwinkel zwischen Rolle und Wippkurve an einem vorgegebenen Wegpunkt sprunghaft ansteigt. An diesem Wegpunkt ist bevorzugt eine Steigung der Wippkurve von einem mittleren Rollenweg bis zu einem vorgegebenen Wegpunkt kleiner als eine Steigung von dem Wegpunkt bis zum maximalen Rollenweg.
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Weiterhin kann ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Hebelaktors vorteilhaft sein, um eine Reibungskupplung zu betätigen. Hierbei wird ein maximal erforderlicher Betätigungsweg zur vollständigen Betätigung der Reibungskupplung ermittelt und eine Betätigung von größeren Betätigungswegen von einem Steuergerät verhindert. Auf diese Weise kann insbesondere bei kurzen Kennlinien einer Reibungskupplung innerhalb einer vorgegebenen Serienstreuung eine Überlastung des Hebelaktors verhindert werden. Der maximale Betätigungsweg kann beispielsweise während einer Adaption und/oder Inbetriebnahme ermittelt werden, indem beispielsweise die Betätigungskräfte über den Betätigungsweg ermittelt und bei einer vorgegebenen Betätigungskraft ein maximaler Betätigungsweg zugeordnet und abgespeichert wird.
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Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Darstellung einer auf einen Arbeitsbereich eines Hebelaktors abgestimmte Eckkennlinie,
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2 ein über die Eckkennlinie und Kupplungskennlinien gelegtes Kennfeld des Hebelaktors,
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3 einen schematisch dargestellten Einrückhebel eines Hebelaktors mit anhand der Eckkennlinie der 1 und 2 ausgelegten Wippkurve,
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4 ein Diagramm der Wippkurve in einem kartesischen Koordinatensystem,
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5 ein Diagramm des Tangentenwinkels zwischen einer Rolle der Rolleneinrichtung und der Wippkurve entlang einer Längenachse und
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6 ein Diagramm des Tangentenwinkels bei reduzierter Spindelkraft.
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Das Diagramm 1 zeigt die Einrückkraft gegen den Einrückweg eines Hebelaktors und die Schar 2 von zu einer zugedrückten Reibungskupplung gehörigen Kupplungskennlinien 2a, 2b, ...2n, welche infolge deren Serienstreuung, beispielsweise Streuungen in den geometrischen Abmessungen, Reibwerte der Reibbeläge und dergleichen bei unterschiedlichen Einrückwegen ein entsprechendes Kupplungsmoment aufbauen, wobei durch die Symbole ☐ jeweils das maximal übertragbare Kupplungsmoment gekennzeichnet ist. Im Gegensatz zu Auslegungen der in 3 näher dargestellten Wippkurve des Hebelaktors bei gegebener Vorspannung dieser gegen die Grundplatte und vorgegebener maximaler Spindelkraft auf die Kennlinie 2a mit zur Einstellung deren maximal übertragbaren Kupplungsmoments bei geringstem Einrückweg, wird die Wippkurve anhand der synthetisch ermittelten Eckkennlinie 3 ausgelegt. Diese folgt in einer ersten Teilkennlinie 4 der sogenannten kürzesten Kupplungskennlinie 2a bis zu deren maximal übertragbarem beziehungsweise vorgesehenen Kupplungsmoment M(2a) und folgt in der zweiten Teilkennlinie 5 den maximal übertragbaren Momenten der übrigen Kennlinien 2b, ...2n. Hierdurch wird der wirkliche Arbeitsbereich des Hebelaktors umfasst.
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Die 2 zeigt das gegenüber dem Diagramm 1 mit der Schar 6 der Hebelkennlinien 6a, 6b, ...6n versehene Diagramm 1a. Die Hebelkennlinien 6a, geben dabei bei von unten nach oben ansteigenden Rollenwegen der Rolleneinrichtung die abhängig von der angelegten Spindelkraft über den Einrückweg zur Verfügung stehende Einrückkraft an. Hierbei ist zur Bereitstellung einer für ein vorgegebenes Kupplungsmoment und infolge der abhängig von der vorliegenden Kupplungskennlinie 2a, 2b, ...2n variierenden Einrückkraft ein sich ergebender, eindeutiger Einrückweg erforderlich, der durch entsprechende Einstellung eines Rollenwegs erfolgt. Abhängig von der Übersetzung des Einrückhebels an dieser Position des Einrückwegs wird zur Einstellung des Kupplungsmoments eine entsprechende Spindelkraft des Spindeltriebs notwendig. Infolgedessen schneiden die beispielhaft gezeigten Hebelkennlinien 6a, 6b, ...6n die Kupplungskennlinien 2a, 2b, ...2n bei dem entsprechend sich einstellenden Kupplungsmoment. Aufgrund der Auslegung der Hebelkennlinien 6a, 6b, ...6n anhand der Eckkennlinie 3 steht ein größerer Bereich des Einrückwegs bei großen Einrückwegen zur Verfügung wie ein Vergleich mit gestrichelt dargestellten Hebelkennlinien 6n‘, 6n-1‘, 6n-2‘, welche anhand der kürzesten Kupplungskennlinie 2a ausgelegt sind, zeigt. Mit der nach der Eckkennlinie ausgelegten Wippkurve des Hebelaktors kann damit eine höhere Streuung der Kupplungskennlinien 2a, 2b, ...2n abgedeckt werden. Alternativ können bei einer Auslegung der Wippkurve nach der Eckkennlinie 3 in die Grenzen der Hebelkennlinie 6n‘ geringere Spindelkräfte vorgesehen werden, so dass der zur Bereitstellung der Spindelkräfte notwendige Elektromotor geringer dimensioniert werden kann und damit in kleinere Bauräume eingebracht werden kann.
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3 zeigt in schematischer Darstellung den Einrückhebel 7 von der Seite. An dem einen Hebelende 8 beaufschlagt der Einrückhebel 7 an der Drehachse d der Reibungskupplung einen Drucktopf oder eine Hebelfeder dieser. An dem anderen Hebelende 9 ist der Einrückhebel 7 mittels des lediglich angedeuteten Energiespeichers 10 gegen die Grundplatte 11 vorspannbar aufgenommen. Die einerseits mittels lediglich angedeuteten Rollen 12 auf der Grundplatte 11 und anderseits mittels der Rolle 13 unter Einschluss des Tangentialwinkels α auf der Wippkurve 14 abrollende Rolleneinrichtung 15 wird entlang des Rollenwegs s(r) von einem nicht dargestellten Spindeltrieb radial zur Drehachse d verlagert und bildet damit einen Hebelpunkt für den Einrückhebel 7. Über den zurückgelegten Rollenweg s(r) bildet sich abhängig von der Gestalt der Wippkurve 14 der axiale Einrückweg s(e) des Hebelaktors. Die Wippkurve 14 ist dabei anhand der Eckkennlinie 3 der 1 und 2 ausgelegt und weist gegenüber der ursprünglichen, anhand der kürzesten Kupplungskennlinie ausgelegten, gestrichelt dargestellten Wippkurve 14‘ ab dem Wegpunkt s(g) zu großen Rollenwegen s(r) hin eine vergrößerte Steigung auf. Hierdurch wird erzielt, dass in diesem Rollenwegbereich längere Einrückwege s(e) erzielt werden.
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4 zeigt die Projektion der Wippkurven 14, 14‘ der 3 in das kartesische Koordinatensystem 16 mit den einem Längenweg entsprechenden Koordinate x und einem Hub entsprechenden Koordinate y. Hieraus wird die tatsächliche maßstabsgetreue Änderung der Steigung der Wippkurve 14 gegenüber der Wippkurve 14‘ bei den Wegpunkt s(g) überschreitenden Rollenwegen deutlich.
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5 zeigt das Diagramm 17 mit dem entlang dem Rollenweg s(r) der 3 vorliegenden, auf die lineare Koordinate x projizierten Tangentialwinkel α zwischen der Rolle 13 und den Wippkurven 14, 14‘. Hieraus wird deutlich, dass gegenüber der stetigen Entwicklung des Tangentialwinkels α der Wippkurve 14‘ der Tangentialwinkel α der Wippkurve 14 im Bereich des Wegpunktes s(g), der im Wesentlichen dem Knickpunkt der Eckkennlinie 3 zwischen den Teilkennlinien 4, 5 (1) entspricht, eine Unstetigkeitsstelle aufweist.
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6 zeigt einen Spezialfall des Diagramms 17 der 5, bei dem die Wippkurve 14 lediglich auf einen größeren Einrückweg s(e) (3) ausgelegt ist. In dem Diagramm 18 der 6 ist die Wippkurve 14a gegenüber der Wippkurve 14‘ zusätzlich auf geringe Aktorkräfte optimiert, so dass insgesamt die Tangentialwinkel α an den entsprechenden Rollwegpositionen geringer sind als bei der Wippkurve 14‘.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Diagramm
- 1a
- Diagramm
- 2
- Schar
- 2a
- Kupplungskennlinie
- 2b
- Kupplungskennlinie
- 2n
- Kupplungskennlinie
- 3
- Eckkennlinie
- 4
- Teilkennlinie
- 5
- Teilkennlinie
- 6
- Schar
- 6a
- Hebelkennlinie
- 6b
- Hebelkennlinie
- 6n
- Hebelkennlinie
- 6n‘
- Hebelkennlinie
- 6n-1
- Hebelkennlinie
- 6n-2
- Hebelkennlinie
- 7
- Einrückhebel
- 8
- Hebelende
- 9
- Hebelende
- 10
- Energiespeicher
- 11
- Grundplatte
- 12
- Rolle
- 13
- Rolle
- 14
- Wippkurve
- 14‘
- Wippkurve
- 14a
- Wippkurve
- 15
- Rolleneinrichtung
- 16
- Koordinatensystem
- 17
- Diagramm
- 18
- Diagramm
- d
- Drehachse
- M(2a)
- Kupplungsmoment
- s(e)
- Einrückweg
- s(g)
- Wegpunkt
- s(r)
- Rollenweg
- x
- Koordinate
- y
- Koordinate
- α
- Tangentialwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004009832 A1 [0003]
- DE 102008026994 A1 [0003]
- DE 2009010136 A1 [0003]
- DE 102009019581 A1 [0003]
- DE 102009048725 A1 [0003]
