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Die Erfindung betrifft eine Kupplung, wie eine kraftverstärkte Reibungskupplung, insbesondere für den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen.
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Im Stand der Technik bekannte Kupplungen, wie insbesondere Reibungskupplungen oder selbstnachstellende verschleißnachstellende Reibungskupplungen, werden mittels eines Seilzugs oder mittels einer Betätigungshydraulik betätigt, wobei die Kraft zur Kupplungsbetätigung durch eine Pedalbetätigung per Fuß erfolgt. Bei pedalgesteuerten Kupplungssystemen muss die Kraft zur Betätigung der Kupplung vom Fahrer aufgebracht werden. Dies ist bei häufigen Kuppelvorgängen beispielsweise im Stau oder Stadtverkehr usw. gegebenenfalls lästig.
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Die benötigten Seilzüge oder Hydraulikleitungen beeinträchtigen auch die Gestaltungsfreiheit im Motor- bzw. Getrieberaum durch die Verlegung der für die Kraftübertragung notwendigen Hydraulikleitung oder des Seilzugs. Darüber hinaus ist die vom Fahrer aufzubringende Kraft entsprechend der Pedalkraftkennlinie in Verlauf und Kraft abhängig vom verwendeten Kupplungssystem. Die Art der Betätigung und der Kraftübertragung hat nur wenig Einfluss auf die Pedalkraftkennlinie.
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Alternativ zu den pedalbetätigten Kupplungssystemen gibt es auch elektrische Kupplungssysteme, bei welchen die Zugkraft am Seil oder die Druckkraft in der Hydraulikleitung durch einen Elektromotor erzeugt werden. Der Elektromotor ist dabei am Getriebe angebracht und weist Übertragungsmittel auf, um die Drehung der Motorwelle in eine ziehende oder drückende Bewegung umzusetzen. Elektrisch betätigte Kupplungssysteme, bei welchen ein Elektromotor als Aktuator verwendet wird, haben den Nachteil, dass der Elektromotor empfindlich ist und üblicher Weise außerhalb der Getriebeglocke bzw. des Getriebes angeordnet werden muss.
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Ein weiterer Nachteil ist, dass die elektrische Energie zunächst in eine andere Energieform umgewandelt werden muss, wie in eine kinetische Energie der Motorwelle, welche dann die Energie zum Betätigen der Kupplung aufbringt. Dies bewirkt zusätzliche Verluste.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Kupplung zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist und im Wesentlichen in einen vorgebbaren Bauraum einfügbar ist und hinsichtlich der Leistungsanforderung im Wesentlichen den gleichen Anforderungen genügt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Kupplung mit einem Kupplungsdeckel und einer Druckplatte zur Beaufschlagung eines Reibbelags gegen eine Gegendruckplatte, mit einer Rampeneinrichtung mit zwei sich gegenüberstehenden Rampenelementen, welche sich bei Relativverlagerung der Rampenelemente in axialer Richtung relativ zu einander verlagern, wobei die Rampeneinrichtung zwischen dem Kupplungsdeckel und der Druckplatte angeordnet ist zur axialen Beaufschlagung der Druckplatte, wobei eine Betätigungsvorrichtung vorgesehen ist, welche die Verlagerung eines Rampenelements gegenüber dem weiteren Rampenelement bewirkt, so dass eine axiale Verlagerung der Druckplatte bewirkt wird, wobei die Betätigungsvorrichtung ein mit einem Rampenelement verbundenes Element aufweist, welches Teil einer magnetischen Kupplungsvorrichtung ist, so dass die Rampenelemente gegeneinander verlagerbar sind. Durch die Gestaltung der Kupplung mittels der magnetischen Kupplungsvorrichtung kann eine einfache Ansteuerung der Kupplung gewährleistet werden. Diese Ausgestaltung kann relativ einfach und kostengünstig gestaltet werden, wobei die üblichen manuellen Betätigungselemente entfallen können, was die Kosten reduziert.
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Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die magnetische Kupplungsvorrichtung eine Reibungskupplung aufweist, welche durch einen magnetischen Aktuator betätigbar ist. Dadurch kann eine als Vorsteuerkupplung eingesetzte Reibungskupplung durch einen magnetischen Aktuator betätigt werden, um die Rampenelemente relativ zueinander zu verlagern.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der magnetische Aktuator ein erstes verlagerbares Magnetelement aufweist, welches zwischen zwei weiteren Magnetelementen gesteuert verlagerbar ist. Dadurch kann gezielt eine Position des verlagerbaren Elements zwischen zwei Extrempositionen eingestellt werden, so dass die Vorsteuerkupplung gezielt betätigbar ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das verlagerbare Magnetelement entgegen der Kraft eines Kraftspeichers verlagerbar ist. So kann erreicht werden, dass im unbetätigten Zustand eine der beiden Extrempositionen eingenommen wird und die Vorsteuerkupplung beispielsweise im unbetätigten Zustand eingerückt ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Planetengetriebe vorgesehen ist, welches den Kupplungsdeckel, ein Rampenelement und das Element der Betätigungsvorrichtung miteinander koppelt. Dadurch kann eine Verstärkung der Betätigungsbewegung bzw. Betätigungskraft erzielt werden, was die Anforderungen an die Betätigungsvorrichtung wiederum reduziert.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Element der Betätigungsvorrichtung als Sonnenrad ausgebildet ist oder mit diesem verbunden ist. So kann eine geeignete Ansteuerung bei gleichzeitiger räumlich kleinem benötigtem Bauraum realisiert werden.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Kupplungsdeckel als Planetenträger ausgebildet ist oder mit diesem verbunden ist und dieser die Planetenräder des Planetengetriebes trägt, welche zur Übertragung zwischen der Betätigungsvorrichtung als Sonnenrad und einem Rampenelement als Hohlrad dient.
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Dazu ist es vorteilhaft, wenn eines der Rampenelemente als Hohlrad ausgebildet ist oder mit diesem verbunden ist. Dadurch kann eine günstige Bauraumaufteilung erzielt werden.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn ein Rampenelement mit der Druckplatte einteilig ausgebildet ist. Dies bewirkt eine günstige Raumaufteilung und spart ein gesondertes Bauteil ein.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn das weitere Rampenelement ein ringförmiges Element ist, welches mit dem Element der Betätigungsvorrichtung verbunden ist. Diese Verbindung erfolgt dabei über das Planetengetriebe. Dadurch wird das eine Rampenelement gegenüber dem anderen Rampenelement verspannbar bzw. verschiebbar, wobei bei Vorliegen eines Planetengetriebes dieses die Verspannung bzw. Verschiebung unterstützt.
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Im nicht betätigten Zustand sind die beiden Rampenelemente verspannt und in einen vordefinierten geschlossenen Betätigungszustand eingestellt. Im unbetätigten Zustand der Betätigungsvorrichtung ist die Kupplung eingerückt. Wird die Kupplung betätigt, so wird die Kupplung aus diesem Betätigungszustand in einen anderen, geöffneten Betätigungszustand überführt.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
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Dabei zeigen:
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1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Kupplung,
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2 ein translatorisches Modell der erfindungsgemäßen Kupplung, und
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3 ein Diagramm.
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Die 1 zeigt eine Kupplung 1 mit einem Kupplungsdeckel 2, welcher an einer Gegendruckplatte 3, wie vorzugsweise an einem Schwungrad, drehfest befestigt ist. Der Kupplungsdeckel 2 umgreift eine Druckplatte 4, wobei zwischen Druckplatte 4 und Gegendruckplatte 3 zumindest ein Reibbelag 5 einer Kupplungsscheibe 6 angeordnet ist.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Kupplung 1 eine Mehrscheibenkupplung mit einer Kupplungsscheibe 6 mit mehreren radial außen angeordneten Lamellen 7 mit Reibbelägen 5. Dabei ist zwischen den Reibbelägen 5 jeweils eine Gegenlamelle 8 der Kupplung angeordnet. Die Lamellen 7 sind radial innen mittels eines Lamellenträgers 9 gehalten, der als ringförmiges Element mit axial sich erstreckendem Ring 10 ausgebildet ist, in welchen die Lamellen 7 radial innen eingehängt sind. Die Gegenlamellen 8 sind radial außen am Kupplungsdeckel 2 eingehängt und drehfest zu dem Kupplungsdeckel 2 angeordnet. Der Lamellenträger 9 ist radial innen über einen Dämpfer 11 mit der Nabe 12 verbunden, wobei der Lamellenträger 9 gegenüber der Nabe 12 in einem vorgebbaren Verdrehwinkel verdrehbar ausgebildet ist, wobei die Verdrehung entgegen der Rückstellkraft eines Kraftspeichers 13 erfolgt.
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Die Kupplung 1 ist somit vorteilhaft als Reibungskupplung mit zumindest einer einfachen Kupplungsscheibe oder als Mehrscheibenlamellenkupplung ausgebildet.
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Zwischen dem Kupplungsdeckel 2 und der Druckplatte 4 ist eine Rampeneinrichtung 14 angeordnet, welche Rampenelemente 15, 16 aufweist, die gegenseitig geneigt sind, so dass bei einer Relativverschiebung der Rampenelemente diese sich in axialer Richtung verschieben. Zwischen den Rampenelementgen 15, 16 sind Wälzkörper 17 vorgesehen, um die Verschiebung der Rampenelemente 15, 16 im Wesentlichen reibungsfrei zu gestalten.
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Die Rampenelemente 15, 16 sind im Ausführungsbeispiel der 1 nicht mittels eines Kraftspeichers gegeneinander verspannt.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die Rampenelemente jedoch auch mit Hilfe eines Kraftspeichers, wie eines Federelements oder einer Bogenfeder, mit einem Moment beaufschlagt sein, so dass die beiden Rampenelemente miteinander vorgespannt sind und im unbetätigten Zustand in dem geöffneten oder in dem ungeöffneten Zustand vorgespannt sind. Das Moment des Kraftspeichers könnte dabei auch durch ein Planetengetriebe zusätzlich verstärkt sein, wenn der Kraftspeicher nicht direkt an dem Rampenelement angreifen würde, sondern über ein Planetengetriebe zwischen den Rampenelementen verschaltet wäre.
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Dabei ist das Rampenelement 16 radial innen mit einer Verzahnung 18 versehen, welches das Hohlrad bildet. Diese Verzahnung 18 wird von zumindest einem Planetenrad 19 gekämmt, welches an dem Kupplungsdeckel 2 gelagert ist. Dabei ist der Kupplungsdeckel 2 als Planetenträger ausgebildet. Dazu weist der Kupplungsdeckel 2 Vorsprünge 20 auf, welche die Planetenräder 19 lagern. Radial innen ist das Sonnenrad 21 vorgesehen, welches die Verzahnung der Planetenräder 19 kämmt und eine axial abstehende Hülse 22 aufweist, welche mit einem Element einer Betätigungsvorrichtung 24 verbunden ist.
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Die Betätigungsvorrichtung 24 ist als magnetische Kupplungsvorrichtung ausgebildet, welche eine Reibungskupplung 23 aufweist, die mittels eines magnetischen Aktuators 25 betätigbar ist. Der magnetische Aktuator 25 weist ein erstes verlagerbares Magnetelement 26 auf, welches zwischen zwei weiteren Magnetelementen 27, 28 gesteuert verlagerbar ist.
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Das verlagerbare Magnetelement 26 ist mit der Reibungskupplung 23 verbunden und beaufschlagt diese entgegen der Kraft eines Kraftspeichers, so dass das verlagerbare Magnetelement 26 entgegen der Kraft des Kraftspeichers ebenso verlagerbar ist.
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Die Magnetelemente 26, 27, 28 sind bevorzug Elektromagnete, deren Magnetisierung steuerbar ist.
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Zur Steuerung der Rampenelemente 15, 16 wird die Anpresskraft der als Vorsteuerkupplung ausgebildeten Reibungskupplung 23 über die Magnetelemente 26, 27, 28 gesteuert.
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Das Sonnenrad 21 ist mit einer Reibfläche der Reibungskupplung 23 verbunden. Die Anpressplatte der Reibungskupplung 23 ist an die Getriebedrehzahl gekoppelt.
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Die Kupplung ist im unbestätigten Zustand geschlossen. Hierbei wird die Reibungskupplung durch einen Kraftspeicher 29, wie eine Tellerfeder, zugedrückt. Eine Differenzdrehzahl zwischen Getriebewelle 30 und Motor 33 würde zu einer Verdrehung des Planetensatz und somit zur Verdrehung der Rampenelemente 15, 16 führen. Die Kupplung 1 wird geschlossen und der Rampenvorrichtung 14 ist verspannt.
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Zum Öffnen der Kupplung 1 werden die Magnetelemente 26, 27, 28, die bevorzugt als Elektromagnete ausgebildet sind, bestromt. Dadurch wird die Reibungskupplung 23 geöffnet und der Kraftspeicher 29 stärker gespannt, da das Element 26 weiter von dem Element 28 abgestoßen wird.
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Durch das Unterbrechen der Kraftübertragung der Reibungskupplung 23 wird die Rampenvorrichtung 14 durch die Federkraft bzw. Rückstellkraft der Rampenvorrichtung 14 verdreht. Die Kupplung 1 wird geöffnet und die Kraftübertragung zwischen Motor 33 und Getriebe 34 unterbrochen. Zum Schließen der Kupplung 1 wird der Strom an den Magnetelementen 26, 27, 28 verringert wodurch die Reibungskupplung 23 durch den Kraftspeicher 29 wieder geschlossen wird.
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Die als Elektromagnete ausgebildete Magnetelemente 26, 27, 28 sind als Ringe koaxial zur Getriebewelle 30 angeordnet. Hierbei werden die zwei äußeren Magnete 27, 28 festgesetzt und der innere dritte Magnet 26, zwischen den zwei Magneten 27, 28, ist axial verschiebbar gelagert.
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Dies hat zur Folge, dass die Summe aus den beiden Luftspalten 31, 32 immer gleich groß ist. Unter Luftspalt 31, 32 ist der Abstand zwischen einem Magnetelement zum nächsten Magnetelement zu verstehen. Verschiebt sich das verlagerbare Magnetelement, so wird einer der beiden Luftspalte 31, 32 größer und der andere Luftspalt 32, 31 kleiner. Dadurch wird ein geringer Energieverbrauch an den Elektromagneten erreicht. Elektromagnete haben bei geringem Luftspalt eine große Kraft. Diese nimmt exponentiell mit dem vergrößern des Luftspalts ab.
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Beim Bewegen des verlagerbaren Magnetelements nimmt bei der Lösung die Kraft zwischen einem, bei welchem sich der Luftspalt vergrößert, der feststehenden Magnetelementen und dem verlagerbaren Magnetelement 26 ab. Durch die Verringerung des Luftspalts zwischen dem verlagerbaren Magnetelement und dem anderen feststehenden Magnetelement nimmt die Kraft jedoch zu. Durch diese Anordnung kann jeder beliebige Punkt zwischen den zwei feststehenden Magnetelementen durch die Polarität der Magnete und die Stromstärke, an den Wicklungen der Magnetelemente, eingestellt werden.
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Der Kraftverlauf kann durch die Auslegung der Magnetelemente 26, 27, 28 beeinflusst werden. Da die Magnetelemente 26, 27, 28 gegen den Kraftspeicher 29 arbeiten, ist die Kraftkennlinie der Feder zu berücksichtigen. Die 3 zeigt in einem Diagramm 50 eine Auslegung für eine erfindungsgemäße Reibungskupplung 23.
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Das Diagramm 50 zeigt den zum Überwinden der Kraft des Kraftspeichers 29 benötigten Strom. Dieser Strom ist an der einen Position, in welcher das verlagerbare Magnetelement an einem der feststehenden Magnetelemente ansteht (links), gering. Dies ist ebenso in der Endposition an dem anderen feststehenden Magnetelement (rechts). Das Maximum des Stroms für die Position zwischen den zwei feststehenden Magnetelementen ist durch deren Größenunterschied bzw. Unterschied in der Magnetkraft auszulegen. Die dargestellte Kennlinie ist für eine PKW-Anwendung mit einer Bordnetzspannung von 12 Volt gezeigt.
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Das Maximum kann angefahren werden indem die Polarität der Magnetelemente so eingestellt wird, dass diese sich gegenseitig abstoßen.
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Die 2 zeigt ein translatorisches Modell der erfindungsgemäßen Kupplung 1. Die Kupplung 1 weist einen Kupplungsdeckel 2 auf, welcher mit einem Verbrennungsmotor 33 verbunden ist. Zwischen dem Kupplungsdeckel 2 und einem Rampenelement 15 einer Rampeneinrichtung 14 ist eine Federanordnung 36, wie eine Blattfederanordnung, vorgesehen, welche das Rampenelement 15 im Wesentlichen drehfest an den Kupplungsdeckel 2 anbindet.
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Zwischen der Druckplatte 4, welche mit dem Rampenelement 15 einteilig ausgebildet ist, und der Getriebeeingangswelle 30 ist weiterhin eine Belagfeder 35 vorgesehen welche mit einem nicht dargestellten Reibbelag verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 2
- Kupplungsdeckel
- 3
- Gegendruckplatte
- 4
- Druckplatte
- 5
- Reibbelag
- 6
- Kupplungsscheibe
- 7
- Lamelle
- 8
- Gegenlamelle
- 9
- Lamellenträger
- 10
- Ring
- 11
- Dämpfer
- 12
- Nabe
- 13
- Kraftspeicher
- 14
- Rampeneinrichtung
- 15
- Rampenelement
- 16
- Rampenelement
- 17
- Wälzkörper
- 18
- Verzahnung
- 19
- Planetenrad
- 20
- Vorsprung
- 21
- Sonnenrad
- 22
- Hülse
- 23
- Reibungskupplung
- 24
- Betätigungsvorrichtung
- 25
- Magnetischer Aktuator
- 26
- Magnetelement
- 27
- Magnetelement
- 28
- Magnetelement
- 29
- Kraftspeicher
- 30
- Getriebeeingangswelle
- 31
- Luftspalt
- 32
- Luftspalt
- 33
- Verbrennungsmotor
- 34
- Getriebe
- 35
- Belagfeder
- 36
- Blattfeder
- 50
- Diagramm
