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Die Erfindung betrifft ein Hebelsystem zum Betätigen mindestens einer Kupplung, mit mindestens einem schwenkbar angeordneten Hebel, der eine Biegesteifigkeit aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen mindestens einer Kupplung mit einem derartigen Hebelsystem. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kupplungseinrichtung mit mindestens einer Kupplung, die ein degressives Kennfeld aufweist und die mit einem derartigen Hebelsystem betätigt wird.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2004 009 832 A1 ist ein Hebelsystem zum Betätigen von Kupplungen mit einem Hebel bekannt, der eine erste und eine zweite Seite sowie mindestens einen Auflagepunkt aufweist, der gleichzeitig einen Drehpunkt darstellen kann. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 043 330 A1 ist ein Hebelsystem zum Betätigen einer Kupplung mit einem Hebel bekannt, der an einer Seite um ein Gelenk drehbar gelagert ist und mit der anderen Seite in Wirkverbindung mit einem Andrückmittel ist, wobei sich der Hebel mit einem auf einer Kurvenbahn gelegenen Auflagerpunkt an einem in radialer Richtung verschiebbaren Schlitten abstützt, der mittels einer motorisch angetriebenen Spindel verschiebbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Ansteuerung von Kupplungen mit einem degressiven Kennfeld zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Hebelsystem zum Betätigen mindestens einer Kupplung, mit mindestens einem schwenkbar angeordneten Hebel, der eine Biegesteifigkeit aufweist, dadurch gelöst, dass der Hebel mindestens einen biegeelastischen Bereich aufweist, der so ausgeführt und/oder angeordnet ist, dass die Biegesteifigkeit des Hebels in Abhängigkeit von einem Betätigungsweg der Kupplung variiert. Dadurch können Kennfeldlinien eines Kennfeldes, in denen die Betätigungskraft über dem Betätigungsweg der Kupplung aufgetragen ist, in vorteilhafter Art und Weise gespreizt werden. Das erfindungsgemäße Hebelsystem wird vorzugsweise als Kupplungsaktor in automatisierten Getrieben, insbesondere Doppelkupplungsgetrieben, eingesetzt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hebelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel einen über den Betätigungsweg der Kupplung negativen Steifigkeitsgradienten aufweist. Die Steifigkeit des Hebels verringert sich mit zunehmendem Betätigungsweg der Kupplung.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hebelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Betätigungskontaktbereich zwischen einem Gelenkpunkt zur schwenkbaren Anordnung des Hebels und einem Auflagebereich für eine Rolle angeordnet ist. In dem Betätigungskontaktbereich kommt der Hebel in Kontakt mit einem Betätigungselement der Kupplung. Bei dem Betätigungselement handelt es sich zum Beispiel um ein Axiallager. Mit dem Auflagebereich stützt sich der Hebel an einem in radialer Richtung verschiebbaren Schlitten oder Traversewagen ab, der mittels einer motorisch angetriebenen Spindel verschiebbar ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hebelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Auflagebereich für die Rolle an dem Hebel eine Kurvenbahn so ausgebildet ist, dass der Betätigungsweg der Kupplung mit zunehmendem Abstand der Rolle von einer Kupplungsachse zunimmt. Als Kupplungsachse wird zum Beispiel eine Drehachse der Kupplung bezeichnet. Die interne Steifigkeit des Hebels führt dazu, dass die effektive Betätigungssteifigkeit des Hebels mit zunehmendem Abstand des Auflagebereichs der Rolle von der Kupplungsachse abnimmt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hebelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der biegeelastische Bereich zwischen dem Betätigungskontaktbereich und dem Gelenkpunkt zur schwenkbaren Anordnung des Hebels angeordnet ist. Die Biegeelastizität kann in dem biegeelastischen Bereich zum Beispiel durch die Verwendung von weniger oder einem anderen Material dargestellt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hebelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der biegeelastische Bereich von dem Gelenkpunkt zur schwenkbaren Anordnung des Hebels über den Betätigungskontaktbereich hinaus erstreckt. Dadurch kann auf einfache Art und Weise ausreichend Verformung aufgebaut werden, ohne die Spannungsgrenzen des Materials zu überschreiten.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hebelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der biegeelastische Bereich durch eine Gegenfedersteifigkeit dargestellt ist, die dem Gelenkpunkt zur schwenkbaren Anordnung des Hebels zugeordnet ist. Der Gelenkpunkt kann zum Beispiel mit Hilfe einer Federeinrichtung federnd gelagert sein. Durch die Federeinrichtung, die eine definierte Steifigkeit aufweist, kann der Gelenkpunkt parallel zu einer Wirkungslinie der Betätigungskraft der Kupplung begrenzt verlagert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hebelsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel zum Betätigen von zwei Teilkupplungen einer Doppelkupplung mit einem Hebelaktor kombiniert ist. Der Hebelaktor ist vorzugsweise senkrecht zu dem erfindungsgemäßen Hebel angeordnet. Der Hebelaktor ist zum Beispiel als Hebeleinrücker ausgeführt, wie er in der internationalen Veröffentlichung
WO 2008/154896 A1 offenbart ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Betätigungseinrichtung zum Betätigen mindestens einer Kupplung mit einem vorab beschriebenen Hebelsystem. Je nach Bauweise der Kupplung wird die Betätigungseinrichtung auch als Einrückeinrichtung bezeichnet.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kupplungseinrichtung mit mindestens einer Kupplung, die ein degressives Kennfeld aufweist und die mit einem vorab beschriebenen Hebelsystem betätigt wird. Das Betätigen der Kupplung wird, je nach Bauweise der Kupplung, auch als Einrücken der Kupplung bezeichnet. Durch das erfindungsgemäße Hebelsystem kann auf einfache Art und Weise ein Kennfeld realisiert werden, das bei kleinen Einrückwegen der Kupplung relativ steif ist und zu größeren Einrückwegen hin weicher wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hebelsystems mit einem elastischen Bereich;
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2 ein ähnliches Hebelsystem wie in 1 mit einer Gegenfedersteifigkeit, die einem Gelenkpunkt des Hebelsystems zugeordnet ist;
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3 ein ähnliches Hebelsystem wie in 1 mit einem größeren biegeelastischen Bereich;
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4 eine Ausführungsform des vereinfacht in 3 dargestellten Hebelsystems;
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5 das Hebelsystem aus 4 mit einem zusätzlichen Hebelaktor;
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6 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einem Kennfeld zu dem Hebelsystem aus 4 und
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7 ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einem Kennfeld, in das zusätzlich eine Gegenfeder eingerechnet ist.
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In den 1 bis 3 ist eine Hebelsystem 1; 21; 31 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung vereinfacht dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Zunächst werden die Gemeinsamkeiten der Hebelsysteme 1; 21; 31 beschrieben. Danach wird auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsbeispielen eingegangen.
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Das Hebelsystem 1; 21; 31 umfasst einen Hebel 4, der, wie durch einen Gelenkpunkt 5 angedeutet ist, schwenkbar beziehungsweise scharnierartig an einer (nicht dargestellten) Tragstruktur angebracht ist. Aufgrund seiner schwenkbaren beziehungsweise scharnierartigen Annbringung beziehungsweise Lagerung wird der Hebel 4 auch als Scharnierhebel bezeichnet.
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Der Gelenkpunkt 5 ist an einem Ende des Hebels 4 ausgebildet. Mit seinem entgegengesetzten Ende liegt der Hebel 4 auf einem Schlitten 8 auf. Der Schlitten 8 ist, wie durch einen Doppelpfeil 10 angedeutet ist, in horizontaler Richtung hin und her bewegbar. Zu diesem Zweck weist der Schlitten 8 unten Rollen auf, die auf einer entsprechenden Bahn in horizontaler Richtung verfahrbar sind.
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Auf einer oberen Rolle des Schlittens 8 liegt der Hebel 4 mit einer entsprechenden Kurvelbahn auf. Die Kurvenbahn an dem Hebel 4 ist so gestaltet, dass sich der Hebel 4, wie durch einen Doppelpfeil 12 angedeutet ist, mit einem Betätigungskontaktbereich nach oben bewegt, wenn sich der Schlitten 8 von dem Gelenkpunkt 5 weg bewegt.
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Der Doppelpfeil 12 liegt auf einer Wirkungslinie 13 der Betätigungskraft der Kupplung. Wenn sich der Schlitten 8 auf den Gelenkpunkt 5 zu bewegt, dann verlagert sich der Hebel 4 mit dem Betätigungskontaktbereich nach unten.
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Der Schlitten
8 mit den Rollen stellt zusammen mit der Kurvenbahn an dem Hebel
4 ein Kurvengetriebe dar, das in das Hebelsystem
1;
21;
31 integriert ist. Die gegenüberliegende Anordnung des Gelenkpunkts
5 und des Schlittens
8 beziehungsweise des Kurvengetriebes führt dazu, dass sich eine Betätigungskraft der Kupplung, die auch als Einrückkraft bezeichnet wird, auf den Schlitten
8 und den Gelenkpunkt
5 verteilt. Dadurch kann das allgemeine Kraftniveau beim Betätigen der Kupplung geringer als bei einem Hebelaktor gehalten werden, wie er zum Beispiel in der internationalen Veröffentlichung
WO 2008/154896 A1 offenbart ist.
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Bei dem in 1 dargestellten Hebelsystem 1 ist durch einen Doppelpfeil 16 ein Abstand RR zwischen dem Schlitten 8 und der Wirkungslinie 13 der Betätigungskraft angedeutet. Durch einen Doppelpfeil 17 ist ein Abstand L1 zwischen der Wirkungslinie 13 und dem biegeelastischen Bereich 14 angedeutet. Durch einen weiteren Doppelpfeil 18 ist ein Abstand L0 zwischen der Wirkungslinie 13 und dem Gelenkpunkt 5 angedeutet.
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Der biegeelastische Bereich
14 hat eine Biegesteifigkeit c
T in Newtonmeter pro rad. Aus der Biegesteifigkeit c
T berechnet sich die effektive Betätigungssteifigkeit oder Einrücksteifigkeit des Hebels
4 wie folgt:
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Die Spreizung der effektiven Steifigkeit nimmt dabei zu, je näher der biegeelastische Bereich
14 zu dem Schlitten
8 angeordnet ist. Für L
1 gleich null, das heißt, wenn der biegeelastische Bereich
14 im Bereich des Schnittpunkts zwischen der Wirkungslinie
13 und dem Hebel
4, also direkt unter dem Einrücksystem, angeordnet wird, ergibt sich:
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Variiert die Position des Schlittens 8 (RR) beispielsweise zwischen 40 und 80 Millimeter, ergibt sich für L1 gleich null eine Veränderung der effektiven Steifigkeit um einen Faktor neun zu vier.
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Die interne Steifigkeit oder Elastizität des Hebels 4 führt dazu, dass die effektive Einrücksteifigkeit des Hebels 4 mit zunehmendem Abstand des Auflagepunktes auf der oberen Rolle des Schlittens 8 abnimmt. Mit zunehmendem Achsabstand der oberen Rolle des Schlittens 8 von dem Gelenkpunkt 5 ergibt sich so eine mit zunehmendem Einrückweg beziehungsweise Betätigungsweg abnehmende Steifigkeit des Hebelsystems 1.
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Bei dem in 2 dargestellten Hebelsystem 21 ist ein biegeelastischer Bereich 24 des Hebels 4 durch eine Gegenfeder 25 dargestellt, die eine definierte Steifigkeit aufweist, die auch als Gegenfedersteifigkeit bezeichnet wird. Die Gegenfeder 25 ist direkt unter dem Gelenkpunkt 5 angeordnet.
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Durch einen Doppelpfeil
26 ist ein Abstand R
R zwischen dem Schlitten
8 und der Wirkungslinie
13 angedeutet. Durch einen Doppelpfeil
27 ist die Summe aus R
R plus L
0 angedeutet. Für das in
2 dargestellte Hebelsystem
21 ergibt sich die effektive Einrücksteifigkeit des Hebels
4 durch die Übersetzung der Gegenfedersteifigkeit an dem auf der oberen Rolle als fixen Punkt gelagerten Hebel
4 wie folgt:
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Die effektive Steifigkeit am Betätigungsbereich, das heißt dem Schnittpunkt der Wirkungslinie
13 mit dem Hebel
4, berechnet sich damit wie folgt:
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Mit einer Länge L0 des Gegenarms des Hebels 4 von 80 Millimetern und den Rollenweggrenzen des Schlittens 8 von oben von zum Beispiel 40 bis 80 Millimeter ergibt so ebenfalls eine Variation der effektiven Steifigkeit um einen Faktor neun zu vier.
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Bei dem in 3 dargestellten Hebelsystem 31 umfasst der Hebel 4 einen biegeelastischen Bereich 34, der deutlich größer als der biegeelastische Bereich 14 des in 1 dargestellten Hebelsystems 1 ist. Der biegeelastische Bereich 34 erstreckt sich an dem Hebel 4 ausgehend von dem Gelenkpunkt 5 über den Betätigungskontaktbereich des Hebels 4 hinaus. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine ausreichende Verformung des Hebels 4 ermöglicht, ohne die Spannungsgrenzen des Materials zu überschreiten, aus dem der Hebel 4 gebildet ist.
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In 4 ist eine Ausführungsform eines Hebelsystems 41 mit einem Hebel 44 perspektivisch dargestellt. Der Hebel 44 weist zur Darstellung eines Gelenkpunkts 45 an einem Ende einen muldenartig gekrümmten Bereich auf. Dem entgegengesetzten Ende des Hebels 44 ist ein Schlitten 48 zugeordnet. Der Schlitten 48 ist auf einer Grundplatte 50 verfahrbar. Eine Rolle 51 ist drehbar an dem Schlitten 48 gelagert. Der Hebel 44 liegt mit einer Kurvenbahn auf der Rolle 51 auf. Mit Hilfe von zwei weiteren Rollen 52, 53 ist der Schlitten 48 auf der Grundplatte 50 verfahrbar.
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Etwa in der Mitte weist der Hebel 44 an seiner Oberseite einen Betätigungskontaktbereich 55 auf. Der Betätigungskontaktbereich 55 umfasst zwei Kontaktflächen 56, 57, die im eingebauten Zustand des Hebelsystems 41 an einem (nicht dargestellten) Betätigungslager oder Einrücklager der Kupplung zur Anlage kommen. Zwischen den Kontaktflächen 56, 57 umfasst der Hebel 44 ein Durchgangsloch, das zum Durchführen beispielsweise einer Getriebewelle dient.
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In 5 ist perspektivisch dargestellt, wie das Hebelsystem 41 mit dem Hebel 44 aus 4 vorteilhaft mit einem Hebelaktor 58 kombiniert werden kann. Durch die dargestellte Kombination wird die Betätigung von zwei Teilkupplungen einer speziellen Doppelkupplung erheblich vereinfacht.
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In den 6 und 7 sind zwei kartesische Koordinatendiagramme mit jeweils einer x-Achse 61 und einer y-Achse 62 dargestellt. Auf der y-Achse 62 ist die Einrückkraft oder Betätigungskraft einer Kupplung, die mit Hilfe eines vorab beschriebenen Hebelsystems betätigt wird, aufgetragen. Auf der x-Achse 61 ist der zugehörige Betätigungsweg beziehungsweise Einrückweg aufgetragen.
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In dem kartesischen Koordinatendiagramm sind Nennkupplungskennlinien 65; 75 dargestellt. Oberhalb und unterhalb der Nennkupplungskennlinien 65; 75 sind gepunktet beziehungsweise gestrichelt maximale und minimale Kupplungskennlinien angedeutet.
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Das in 6 dargestellte Koordinatendiagramm umfasst ein Kennfeld 68 des in 4 dargestellten Hebelsystems. Das in 7 dargestellte Koordinatendiagramm umfasst ein Kennfeld 78 mit zusätzlich eingerechneter Gegenfeder, die in 2 mit 25 bezeichnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hebelsystem
- 4
- Hebel
- 5
- Gelenkpunkt
- 8
- Schlitten
- 10
- Doppelpfeil
- 12
- Doppelpfeil
- 13
- Wirkungslinie
- 14
- biegeelastischer Bereich
- 16
- Doppelpfeil
- 17
- Doppelpfeil
- 18
- Doppelpfeil
- 21
- Hebelsystem
- 24
- biegeelastischer Bereich
- 25
- Gegenfeder
- 26
- Doppelpfeil
- 27
- Doppelpfeil
- 31
- Hebelsystem
- 34
- biegeelastischer Bereich
- 41
- Hebelsystem
- 44
- Hebel
- 45
- Gelenkpunkt
- 48
- Schlitten
- 50
- Grundplatte
- 51
- Rolle
- 52
- Rolle
- 53
- Rolle
- 55
- Betätigungskontaktbereich
- 56
- Kontaktfläche
- 57
- Kontaktfläche
- 58
- Hebelaktor
- 61
- x-Achse
- 62
- y-Achse
- 65
- Kennlinie
- 68
- Kennfeld
- 75
- Kennlinie
- 78
- Kennfeld
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004009832 A1 [0002]
- DE 102006043330 A1 [0002]
- WO 2008/154896 A1 [0011, 0027]
