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Die Erfindung betrifft ein Kupplungsbetätigungssystem zum Betätigen mindestens einer Kupplung mit einer Antriebseinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betätigen einer Kupplung mit einer Antriebseinrichtung mit einem derartigen Kupplungsbetätigungssystem.
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Aus der internationalen Veröffentlichung
WO 2006/136140 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer mittels einer Kupplungsaktorik auf Grundlage von Bestromung betätigbaren nicht selbsthaltenden Kupplung zwischen einer Antriebseinheit und einem Getriebe mit einer Steuereinrichtung bekannt, mittels derer eine Steuerung in der Kupplungsaktorik und einer Erfassung von Messdaten eines Sensors zur Ermittlung einer Kupplungsposition erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Komfort beim Betätigen mindestens einer Kupplung mit einer Antriebseinrichtung zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Kupplungsbetätigungssystem zum Betätigen mindestens einer Kupplung mit einer Antriebseinrichtung, dadurch gelöst, dass der Kupplung mindestens eine zusätzliche Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Speziell bei automatisierten Kupplungssystemen, bei denen die Kupplung mit einem automatisierten Betätigungssystem angesteuert wird, gehen die Anforderungen an das Kupplungsbetätigungssystem mittlerweile über das reine Öffnen und Schließen der Kupplung hinaus. Das Thema Komfort gewinnt bei automatisierten Systemen zunehmend an Bedeutung. Dabei kann es erforderlich sein, dass die Kupplungsaktorik das Ausführen von kleinen und sehr schnellen Bewegungen ermöglicht, die von der zugehörigen Kupplungssteuereinheit sehr gut modellierbar und steuerbar sein müssen. Die kleinen und schnellen Bewegungen können auch als Mikrobewegungen bezeichnet werden. In herkömmlichen Kupplungsbetätigungssystemen dient die Kupplungsaktorik, insbesondere die zum Betätigen der Kupplung verwendete Antriebseinrichtung, hauptsächlich zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung. Herkömmliche Antriebseinrichtungen sind für das Ausführen der vorab beschriebenen Mikrobewegungen zu langsam oder lassen sich nicht schnell und präzise genug ansteuern. Die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene zusätzliche Antriebseinrichtung ermöglicht die Darstellung der Mikrobewegungen. Dabei ist die zusätzliche Antriebseinrichtung vorteilhaft so ausgeführt und angeordnet, dass die Mikrobewegungen zum einen separat ausgeführt werden können, das heißt unabhängig von der Antriebseinrichtung, die normalerweise zum Öffnen und Schließen der Kupplung verwendet und auch als Hauptantriebseinrichtung bezeichnet wird. Demzufolge werden die Bewegungen, die zum Öffnen und Schließen von der Hauptantriebseinrichtung bereitgestellt werden, auch als Hauptbewegungen bezeichnet. Die zusätzliche Antriebseinrichtung ist vorteilhaft so ausgeführt und angeordnet, dass die Mikrobewegungen den Hauptbewegungen der Hauptantriebseinrichtung überlagert werden können.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebseinrichtung so ausgeführt und angeordnet ist, dass sie Betätigungsbewegungen der Kupplung ermöglicht, die deutlich kleiner und/oder schneller als Betätigungsbewegungen sind, die von einer Hauptantriebseinrichtung ermöglicht werden. Die zusätzliche Antriebseinrichtung ermöglicht insbesondere die Darstellung von Mikrobewegungen, die größer als fünf Hundertstel und kleiner als ein Millimeter sind. Die Mikrobewegungen können zusätzlich zu den normalen Betätigungsbewegungen, die auch als Hauptbewegungen bezeichnet werden, aufgebracht werden. Darüber hinaus können die Mikrobewegungen in einem höheren Frequenzbereich dargestellt werden als bei herkömmlichen Kupplungsbetätigungssystemen. Mit der zusätzlichen Antriebseinrichtung können insbesondere Mikrobewegungen in einem Frequenzbereich zwischen einem und hundert Hertz aufgebracht werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsbetätigungssystem als Hebelaktorsystem oder Hebelbetätigungssystem mit mindestens einem Betätigungshebel ausgeführt ist, dem die zusätzliche Antriebseinrichtung so zugeordnet ist, dass dem Betätigungshebel schnell und/oder hochfrequent kleine Wege gezielt aufgeprägt werden können. Durch die zusätzliche Antriebseinrichtung wird auf einfache Art und Weise eine aktive Hebelabstützung ermöglicht. Dabei kann die zusätzliche Antriebseinrichtung an einer beliebigen Stelle des Betätigungshebels angreifen. Die zusätzliche Antriebseinrichtung kann an der gleichen Stelle wie die Hauptantriebseinrichtung angreifen. Die zusätzliche Antriebseinrichtung kann aber auch an einer anderen Stelle als die Hauptantriebseinrichtung angreifen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebseinrichtung einem Festlager des Betätigungshebels zugeordnet ist. Das Festlager ist normalerweise feststehend angeordnet. Durch die dem Festlager zugeordnete zusätzliche Antriebseinrichtung kann das Festlager kleine Bewegungen, insbesondere Mikrobewegungen, ausführen, die auf den Betätigungshebel übertragen werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebseinrichtung einer Antriebsstelle oder einer Abtriebsstelle des Betätigungshebels zugeordnet ist. An der Antriebsstelle greift die Antriebseinrichtung an, die auch als Hauptantriebseinrichtung bezeichnet wird. An der Abtriebsstelle ist der Betätigungshebel, zum Beispiel mit Hilfe eines Betätigungslagers, mit der Kupplung gekoppelt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebseinrichtung mindestens einen Aktor umfasst, der schnelle Mikrobewegungen ausführen kann. Bei den Mikrobewegungen handelt es sich vorteilhaft um Wegstrecken zwischen fünf Hundertstel Millimeter und einem Millimeter. Die Mikrobewegungen werden vorteilhaft in einem Frequenzbereich zwischen einem Hertz und hundert Hertz ausgeführt. Je nach Ausführung kann der Aktor die Mikrobewegungen nur in einer Richtung erzeugen. Zum Rückstellen des Aktors kann zum Beispiel eine Federeinrichtung verwendet werden. Der Aktor wird vorteilhaft elektrisch angesteuert. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine schnelle und präzise Ansteuerung des Aktors ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor als Piezoaktor ausgeführt ist. Der Piezoaktor umfasst vorteilhaft eine Vielzahl von Piezoelementen, die zum Beispiel in einer Längsrichtung gestapelt sind. Mit einem derartigen Piezoaktor kann durch elektrische Bestromung eine Längenänderung dargestellt werden. Die Längenänderung dient zur Darstellung einer Mikrobewegung. Der Piezoaktor kann aber auch als Piezobiegeaktor, Piezoscheraktor und/oder als Piezobeulscheibe ausgeführt sein. Alternativ oder zusätzlich können Piezorohre verwendet werden, um den Piezoaktor darzustellen. Alternativ oder zusätzlich können andere Aktorkonzepte, wie beispielsweise magnetostriktive Aktoren, Elektromagnetaktoren und/oder Aktoren mit Formgedächtnismaterialien, genutzt werden, um die Mikrobewegungen zu erzeugen.
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Der Aktor ist vorteilhaft über eine hydraulische beziehungsweise hydrostatische Übersetzung mit dem Betätigungshebel gekoppelt. Die hydraulische Übersetzung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Aktor zwar hohe Kräfte erzeugen, aber nur geringe Verstellbewegungen ausführen kann. Die hydraulische Übersetzung ist vorteilhaft so gewählt, dass ein relativ geringer Aktorweg in einen ausreichend großen Betätigungsweg für den Betätigungshebel umgewandelt wird. Die Übersetzung zwischen dem Aktor und dem Hebel ist bei allen hier vorgestellten Ausführungsbeispielen als hydraulisches oder hydrostatisches Übersetzungselement realisiert, da dadurch sehr kleinbauende Elemente ermöglicht werden. Aber auch ohne zusätzliche Übersetzung oder mit einer anders realisierten Übersetzungsstufe ist der Einsatz einer zusätzlichen Antriebseinrichtung möglich und sinnvoll. Die Übersetzungsstufe kann beispielsweise auch pneumatisch oder mechanisch realisiert werden. Als mechanische Lösung bietet sich insbesondere ein zweiter Hebel als Übersetzungselement an.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebseinrichtung mit der Hauptantriebseinrichtung gekoppelt ist, insbesondere in Reihe geschaltet oder parallel zu der Hauptantriebseinrichtung geschaltet ist. Die Kopplung mit der Hauptantriebseinrichtung liefert den Vorteil, dass die Bewegungen, die mit Hauptantriebseinrichtung erzeugt werden, auf einfache Art und Weise mit den Mikrobewegungen überlagert werden können, die mit der zusätzlichen Antriebseinrichtung erzeugt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebseinrichtung mit der Haupteinrichtung oder mit dem Betätigungshebel kombiniert ist. Je nach Bauraum kann die zusätzliche Antriebseinrichtung, ganz oder teilweise, in die Hauptantriebseinrichtung oder in den Betätigungshebel integriert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die zusätzliche Antriebseinrichtung an den die Auflage bildenden Bauteilen, zum Beispiel das Kupplungs- oder Getriebegehäuse, anzubinden oder in diese ganz oder teilweise zu integrieren.
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Bei einem Verfahren zum Betätigen mindestens einer Kupplung mit einer Antriebseinrichtung mit einem vorab beschriebenen Kupplungsbetätigungssystem ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass mit der zusätzlichen Antriebseinrichtung Betätigungsbewegungen der Kupplung bewirkt werden, die deutlich kleiner und/oder schneller als Betätigungsbewegungen sind, die mit der Hauptantriebseinrichtung bewirkt werden. Die auch als Mikrobewegungen bezeichneten kleinen oder schnellen Bewegungen können sowohl separat als auch überlagert zu den Bewegungen aufgebracht werden, die von der Hauptantriebseinrichtung bewirkt werden. Dadurch kann der Komfort beim Betätigen von insbesondere automatisierten Kupplungen deutlich erhöht werden.
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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 die Ansicht eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Kupplungsbetätigungssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 ein ähnliches Kupplungsbetätigungssystem wie in 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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3 ein ähnliches Kupplungsbetätigungssystem wie in 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
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4 ein Kupplungsbetätigungssystem wie in 1:
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5 einen Ausschnitt eines Kupplungsbetätigungssystems mit einer zusätzlichen Antriebseinrichtung im Längsschnitt;
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6 eine perspektivische Darstellung der zusätzlichen Antriebseinrichtung aus 5;
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7 eine Nehmerzylindereinrichtung einer zusätzlichen Antriebseinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Schnitt;
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8 eine Geberzylindereinrichtung der zusätzlichen Antriebseinrichtung, deren Nehmerzylindereinrichtung in 7 dargestellt ist;
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9 eine perspektivische Darstellung der Nehmerzylindereinrichtung aus 7;
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10 ein ähnliches Kupplungsbetätigungssystem wie in 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
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11 ein ähnliches Kupplungsbetätigungssystem wie in 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist ein Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebsmaschine 4 und einem Getriebe 5 vereinfacht dargestellt. Bei der Antriebsmaschine 4 handelt es sich um eine Brennkraftmaschine, die ein Drehmoment bereitstellt, mit dem das Kraftfahrzeug angetrieben wird. Zwischen die Antriebsmaschine 4 und das Getriebe 5 ist eine trocken oder nass laufende Kupplung 6 geschaltet, die über ein Kupplungsbetätigungssystem 10 betätigt wird.
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Das Kupplungsbetätigungssystem 10 umfasst ein Betätigungslager 12 und einen Betätigungshebel 14, der auch als Einrückhebel bezeichnet wird. Das Kupplungsbetätigungssystem 10 dient dazu, die Drehmomentübertragung der Kupplung 6 zu steuern und die Energie für das Öffnen und Schließen der Kupplung 6 zur Verfügung zu stellen. Es gibt manuell betätigte und automatisierte Betätigungssysteme. Bei dem dargestellten Kupplungsbetätigungssystem 10 handelt es sich um ein automatisiertes Kupplungsbetätigungssystem. Herkömmliche Kupplungsbetätigungssysteme sind, insbesondere im Hinblick auf ihre Betätigungswege, Betätigungskräfte und Betätigungsgeschwindigkeiten, für das komplette Öffnen und Schließen der Kupplung ausgelegt.
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Speziell bei automatisierten Kupplungssystemen, bei denen eine Kupplung mit einem automatisierten Betätigungssystem angesteuert wird, gehen die Anforderungen weit über das reine Öffnen und Schließen der Kupplung hinaus. Bei automatisierten Kupplungssystemen sind Kupplungsbetätigungssysteme hilfreich, die zusätzliche kleine und sehr schnelle Bewegungen ausführen können, die wiederum von der Kupplungssteuereinheit sehr gut modellierbar und steuerbar sind. Die kleinen und sehr schnellen Bewegungen werden auch als Mikrobewegungen bezeichnet.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird eine zusätzliche Antriebseinrichtung 19 bereitgestellt, die nur dazu dient, die vorab genannten Mikrobewegungen zu erzeugen. Die zusätzliche Antriebseinrichtung 19 wird in dem Kupplungsbetätigungssystem 10 zusätzlich zu einer Antriebseinrichtung 17 bereitgestellt, die auch als Hauptantriebseinrichtung bezeichnet wird. Die Hauptantriebseinrichtung 17 dient dazu, die Bewegungen zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung zu erzeugen. Die Hauptantriebseinrichtung 17 ist vorteilhaft so mit der zusätzlichen Antriebseinrichtung 19 kombiniert, dass die Mikrobewegungen sowohl separat ausgeführt werden können, als auch mit den Hauptbewegungen, die zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung dienen, überlagert werden können.
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Die Hauptantriebseinrichtung 17 greift an einer Antriebsstelle 15 an dem Betätigungshebel 14 an. An einer Abtriebsstelle 16 ist der Betätigungshebel 14 mit dem Betätigungslager 12 gekoppelt. Mit seinem in 1 unteren Ende ist der Betätigungshebel 14 drehbar in einem Festlager 18 gelagert. Die zusätzliche Antriebseinrichtung 19 ist bei dem in 1 dargestellten Kupplungsbetätigungssystem 10 dem Festlager zugeordnet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Festlager 18 nicht als starre, passive Abstützposition ausgeführt, sondern mit der zusätzlichen Antriebseinrichtung 19 ausgestattet. Somit können über die Abstützstelle des Betätigungshebels 14 an dem Festlager 18 durch die zusätzliche Antriebseinrichtung 19 schnelle hochfrequente Hübe aufgebracht werden, die über den Betätigungshebel 14 und die Abtriebsstelle 16 auf das Betätigungslager 12 übertragen werden.
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Die Hauptbewegungen werden über die Hauptantriebseinrichtung 17 an der Antriebsstelle 15 auf den Betätigungshebel 14 aufgebracht. Die Mikrobewegungen werden über die zusätzliche Antriebseinrichtung 19 an dem Festlager 18 auf den Betätigungshebel 14 aufgebracht. Der Betätigungshebel 14 überlagert beide Bewegungen an seiner Abtriebsstelle 16, an welcher das Betätigungslager 12 an dem Betätigungshebel 14 abgestützt ist.
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Die Hauptantriebseinrichtung 17 umfasst zum Beispiel einen Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder. Alternativ kann die Hauptantriebseinrichtung 17 eine elektromechanische Baueinheit umfassen und von einem Elektromotor angetrieben werden. Die Hauptantriebseinrichtung 17, die auch als Aktor bezeichnet wird, kann sowohl ein ziehendes als auch drückendes Antriebselement umfassen. In 1 ist die Antriebsstelle 15 an einem in 1 oberen Ende des Betätigungshebels 14 angeordnet. Das Festlager ist an einem in 1 unteren Ende des Betätigungshebels 14 angeordnet. Die Abtriebsstelle 16 ist zwischen der Antriebsstelle 15 und dem Festlager 18 angeordnet.
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In 2 ist ein ähnliches Kupplungsbetätigungssystem 20 wie in 1 dargestellt. Das Kupplungsbetätigungssystem 20 umfasst ein Betätigungslager 22 und einen Betätigungshebel 24. Eine Antriebsstelle 25 ist an einem in 2 rechten Ende des Betätigungshebels 24 angeordnet. Eine Abtriebsstelle 26 ist an einem in 2 linken Ende des Betätigungshebels 24 angeordnet. Ein Festlager 28 ist zwischen der Antriebsstelle 25 und der Abtriebsstelle 26 angeordnet. Eine Antriebseinrichtung 27, die auch als Hauptantriebseinrichtung bezeichnet wird, ist an der Antriebsstelle 25 an den Betätigungshebel 24 angelenkt. An der Abtriebsstelle 26 greift das Betätigungslager 22 an. Eine zusätzliche Antriebseinrichtung 29 ist dem Festlager 28 zugeordnet.
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In 3 ist ein Kupplungsbetätigungssystem 30 mit einem Betätigungslager 32 und einem Betätigungshebel 34 dargestellt. Eine Antriebsstelle 35 ist zwischen einer Abtriebsstelle 36 und einem Festlager 38 angeordnet. Die Abtriebsstelle 36 ist an einem in 3 linken Ende des Betätigungshebels 34 angeordnet. Das Festlager 38 ist an einem in 3 rechten Ende des Betätigungshebels 34 angeordnet. Eine Hauptantriebseinrichtung 37 greift an der Antriebsstelle 35 des Betätigungshebels 34 an. Eine zusätzliche Antriebseinrichtung 39 ist dem Festlager 38 zugeordnet.
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In 4 ist ein Kupplungsbetätigungssystem 40 mit einem Betätigungslager 42 und einem Betätigungshebel 44 dargestellt. Eine Antriebsstelle 45 ist an einem in 4 rechten Ende des Betätigungshebels 44 angeordnet. Ein Festlager 48 ist an einem in 4 linken Ende des Betätigungshebels 44 angeordnet. Eine Abtriebsstelle 46 ist zwischen der Antriebsstelle 45 und dem Festlager 48 angeordnet. Eine Hauptantriebseinrichtung 47 greift an der Antriebsstelle 45 des Betätigungshebels 44 an. Eine zusätzliche Antriebseinrichtung 49 ist dem Festlager 48 zugeordnet.
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Durch die zusätzliche Antriebseinrichtung können an der Hebelabstützstelle Hubbewegungen auf den Betätigungshebel 14; 24; 34; 44; 54; 114; 154 aufgebracht werden. Durch die Hubbewegungen kann die Momentenübertragung der Kupplung so schnell und präzise um kleine Beträge verändert werden, dass Rupfschwingungen oder anderen Komfort mindernden Effekten entgegengewirkt werden kann. Dazu ist ein schneller, kräftiger und hochfrequenter Antrieb erforderlich, der sich gleichzeitig auch genau steuern lässt. Insbesondere die Hubhöhe, die Frequenz, die Schwingungsform, den Schwingungsverlauf und/oder die Start- und Stoppzeitpunkte müssen sich bei der zusätzlichen Antriebseinrichtung sehr genau regeln und verändern lassen. Wegen der guten Regelbarkeit wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Aktor mit mindestens einem Piezoelement, vorzugsweise mit einer Vielzahl von Piezoelementen, für die zusätzliche Antriebseinrichtung vorgeschlagen.
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Da Piezoelemente in der Regel hohe Kräfte erzeugen können, aber nur sehr geringe Verstellbewegungen ausführen, wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine zusätzliche hydraulische Übersetzungseinrichtung für die zusätzliche Antriebseinrichtung vorgeschlagen. Die zusätzliche Übersetzung ist vorteilhaft zwischen den Piezoaktor und den Betätigungshebel geschaltet. Durch die zusätzliche hydraulische Übersetzung kann auf einfache Art und Weise erreicht werden, dass am Betätigungshebel, insbesondere am Festlager, ein ausreichend großer Hub bereitsteht. Alternativ kann ein Piezoaktor mit vielen Piezoelementen verwendet werden, der allerdings relativ lang ist und viel Bauraum benötigt. Ein derartiger Piezoaktor kann vorteilhaft außerhalb einer Kupplungsglocke angeordnet werden. Zur Verbindung eines derartigen Piezoaktors mit dem Festlager können dann Hydraulikelemente, vorzugsweise hydrostatische Elemente, verwendet werden, die mit oder ohne Übersetzung ausgeführt werden können.
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In 10 ist ein Kupplungsbetätigungssystem 110 mit einem Betätigungslager 112 und einem Betätigungshebel 114 dargestellt. Eine Antriebsstelle 115 ist an einem in 10 rechten Ende des Betätigungshebels 114 angeordnet. Ein Festlager 118 ist einem in 10 linken Ende des Betätigungshebels 114 zugeordnet. Eine Abtriebsstelle 116 ist zwischen der Antriebsstelle 115 und dem Festlager 118 angeordnet. Eine Hauptantriebseinrichtung 117 greift an der Antriebsstelle 115 des Betätigungshebels 114 an. Eine zusätzliche Antriebseinrichtung 119 ist, in 10 oberhalb des Festlagers 118, in den Betätigungshebel 114 integriert. Das kann nicht nur, wie dargestellt, am Festlager 118 realisiert werden, sondern alternativ an der Antriebsstelle 115 oder der Abtriebsstelle 116.
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Auch wenn die Abstützstelle des Hebels, um die er sich dreht und an der er am wenigsten Hub macht, als Festlager bezeichnet wird, kann sich auch diese Abstützstelle teilweise etwas bewegen. Um die Mikrobewegungen der zusätzlichen Antriebseinrichtung über das Festlager auf den Hebel zu übertragen, ist es erforderlich, dass sich das Festlager beziehungsweise die das Festlager bildenden Teile in Richtung der Mikrobewegungen verschieben lassen. Das Festlager selbst kann dabei durchaus eine drehbare, aber axial (in Schwingungsrichtung) möglichst steife Verbindung zwischen der zusätzlichen Antriebseinrichtung und dem Hebel darstellen, muss aber als komplette Einheit verschiebbar sein. Bezogen auf die hier vorgestellten Ausführungsbeispiele heißt dies, dass die Festlagervarianten 18, 28, 38, 48 verschiebbar sein müssen und die Festlagervarianten 118, 158 keine Verschiebbarkeit benötigen und/oder eine starre Festlagerposition sogar vorteilhaft ist.
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In 11 ist ein Kupplungsbetätigungssystem 150 mit einem Betätigungslager 152 und einem Betätigungshebel 154 dargestellt. An einem in 11 rechten Ende des Betätigungshebels 154 ist eine Antriebsstelle 155 angeordnet. An einem in 11 linken Ende des Betätigungshebels 154 ist ein Festlager 158 angeordnet. Zwischen dem Festlager 158 und der Antriebsstelle 155 ist eine Abtriebsstelle 156 angeordnet. Eine Hauptantriebseinrichtung 157 greift an der Antriebsstelle 155 an dem Betätigungshebel 154 an. Eine zusätzliche Antriebseinrichtung 159 ist an der Antriebsstelle 155 in Reihe mit der Hauptantriebseinrichtung 157 geschaltet. Dabei kann die zusätzliche Antriebseinrichtung 159 vorteilhaft in die Hauptantriebseinrichtung 157 integriert sein.
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In den 5 und 6 ist ein Kupplungsbetätigungssystem 50 dargestellt, das eine sehr kompakte Baueinheit aus einer Aktoreinrichtung 55 und einer hydraulischen Übersetzung 58, insbesondere einer hydrostatischen Übersetzungsstufe, mit einer beweglichen Hebelauflage 59 umfasst. Die kompakte Baueinheit ist zur Darstellung eines aktiven Festlagers in 5 unterhalb von einem Ende eines Betätigungshebels 54 angeordnet. Die kompakte Baueinheit stellt eine zusätzliche Antriebseinrichtung 52 dar.
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Die zusätzliche Antriebseinrichtung 52 umfasst eine Aktoreinrichtung 55 mit einem Aktor 56. Der Aktor 56 ist als Piezoaktor in Form eines ringförmigen Stapelaktuators ausgeführt. Der Piezoaktor 56 ist in einem Ringraum angeordnet, der von einem Aktorgehäuse 60 mit einem Gehäusetopf 61 begrenzt wird. Der ringförmige Piezoaktor stützt sich mit seinem in 5 oberen Ende an einem Gehäusedeckel 62 ab, der den Gehäusetopf 61 des Aktorgehäuses 60 oben abschließt.
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Radial innerhalb des Ringraums, in welchem der Piezoaktor 56 angeordnet ist, begrenzt der Gehäusetopf 61 des Aktorgehäuses 60 einen zentralen Zylinderraum 64. In dem zentralen Zylinderraum 64 ist ein zentraler Kolben 65 angeordnet. Der zentrale Kolben 65 ist durch eine Kolbenführung 66 in 5 nach oben und nach unten hin und her bewegbar geführt. Die Kolbenführung 66 ist fest mit dem Aktorgehäuse 60 verbunden und dichtet den zentralen Zylinderraum 64 ab.
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An einem in 5 oberen Kopplungsende 68 ist der Kolben 65 mit der beweglichen Hebelauflage 59 gekoppelt. An einem in 5 unteren Ende des Kolbens 65 ist ein Stempel 69 angebracht. Der Stempel 69 ist von einem Balg 70, insbesondere einem Metallbalg, umgeben, der den Kolben 65 mit dem Stempel 69 und das Innere der Kolbenführung 66 hydraulisch gegenüber dem Hydraulikmedium in dem Zylinderraum 64 trennt.
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Dem ringförmigen Piezoaktor ist ein Ringkolben 73 zugeordnet, der mit Hilfe des Piezoaktors 56 gegen die Vorspannkraft einer Federeinrichtung 74 in 5 nach unten bewegbar ist. Die Federeinrichtung 74 umfasst mindestens eine Tellerfeder 75. Zur Abdichtung des Ringkolbens 73 in dem Ringraum dienen elastische Dichtringe 71, 72. Die elastischen Dichtringe 71, 72 sind fest und absolut flüssigkeitsdicht mit dem Ringkolben 73 und dem Gehäusetopf 61 verbunden. Der relativ kleine Kolbenhub des Ringkolbens 73 wird durch elastische Verformung der elastischen Dichtringe 71, 72 ermöglicht.
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Wenn der Ringkolben 73 durch den Piezoaktor 56 in 5 nach unten bewegt wird, dann wird Hydraulikmedium in einem Druckraum 76, in welchem auch die Federeinrichtung 74 angeordnet ist, verdrängt. Das verdrängte Hydraulikmedium gelangt über mindestens einen Verbindungskanal 77 aus dem Druckraum 76 in den zentralen Zylinderraum 64 unterhalb des Stempels 69 an dem zentralen Kolben 65. Der zentrale Kolben 65 hat eine relativ kleine Kolbenfläche und überträgt Mikrobewegungen über die bewegliche Hebelauflage 59 auf den Betätigungshebel 54. Durch die hydraulische Übersetzung 58 zwischen dem Ringkolben 73 und dem Stempel 69 des zentralen Kolbens 65 kann die Hebelauflage 59 einen deutlich größeren Hub ausführen als der Piezoaktor 56.
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Das in den 5 und 6 dargestellte Kupplungsbetätigungssystem 50 kann als hermetisch dichtes System ausgeführt werden. Das liefert den Vorteil, dass keine Zusatzelemente erforderlich werden, welche Leckageverluste ausgleichen. Allerdings dürfen, wenn keine Flüssigkeitsverluste auftreten dürfen, auch keine gleitenden Dichtungen verwendet werden. Daher ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Ringkolben 73, der nur einen sehr geringen Hub ausführt, über die elastischen Dichtringe 71, 72 mit dem Aktorgehäuse 60 verbunden.
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Wärmeausdehnungen des Hydraulikmediums, das auch als Flüssigkeit bezeichnet wird, und der verwendeten Bauteile können durch ein langsames Heben und Senken des zentralen Kolbens 65 ausgeglichen werden. Das kann dazu führen, dass sich eine Ruheposition des Betätigungshebels 54, dem die hochfrequenten Hübe durch den Piezoaktor 56 überlagert werden können, temperaturabhängig ändert. Damit sich diese unerwünschte Lageänderung des Festlagers nicht auf die Kupplung auswirkt, kann die Hauptantriebseinrichtung vorteilhaft verwendet werden, um dies an der Antriebsstelle des Betätigungshebels auszugleichen.
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Die Hauptantriebseinrichtung kann darüber hinaus die verglichen mit starren Festlagern geringere Steifigkeit des aktiven Festlagers ausgleichen. Zu diesem Zweck können vorteilhaft Hauptantriebseinrichtungen verwendet werden, die einen größeren Bewegungsbereich umfassen als in konventionellen Betätigungssystemen. Um Probleme mit temperaturbedingten Veränderungen in den hydrostatischen Übersetzungselementen zu reduzieren, sollte die Hydraulikmediummenge so gering wie möglich gehalten werden. Darüber hinaus kann ein Hydraulikmedium mit einem geringen Temperaturgang, insbesondere einer geringen Wärmeausdehnung, verwendet werden, wie zum Beispiel Silikonöl.
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Die Tellerfeder 75 in dem Druckraum 76 dient dazu, den Piezoaktor 56 vorzuspannen. Zu diesem Zweck übt die Tellerfeder 75 eine permanente Druckkraft auf den Ringkolben 73 und damit auch auf den Piezoaktor 56 aus. Damit die Tellerfeder 75 nicht das Hydraulikmedium in dem Druckraum 76 behindert, ist sie mit Durchtrittsöffnungen für das Hydraulikmedium versehen. Zusätzlich oder alternativ kann die Federeinrichtung 74 oder können ihre Nachbarbauteile so gestaltet werden, dass Hydraulikmedium an der Federeinrichtung 74 vorbeiströmen kann. So können beispielsweise die Federauflagestellen am Kolben oder am Gehäusetopf 61 mit Erhebungen und/oder Vertiefungen versehen werden, damit das Hydraulikmedium an der Federeinrichtung vorbeiströmen kann. Die Federeinrichtung kann außer aus Tellerfedern auch aus anderen federnden Elementen bestehen, wie beispielsweise Schraubenfedern, Kegelfedern, Blattfedern oder Membranfedern.
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Trotz der kompakten Bauweise benötigt die in den 5 und 6 dargestellte Baueinheit der zusätzlichen Antriebseinrichtung 52 deutlich mehr Platz als konventionelle starre Hebellagerstellen. Wenn ein aktives Festlager benötigt wird, aber an der passenden Stelle nicht genügend Bauraum für die vorab beschriebene Baueinheit zur Verfügung steht, kann die Aktoreinrichtung beziehungsweise der Aktor auch separat von dem Festlager angeordnet werden. Dabei kann vorteilhaft eine hydraulische Übersetzungsstufe genutzt werden, um die Aktoreinrichtung beziehungsweise den Aktor, der in einigem Abstand zum Festlager an einer bauraumgünstigen Stelle angeordnet ist, mit der Hebelauflage des Festlagers zu verbinden. Dabei entstehen im Wesentlichen zwei Baugruppen 81, 122, die in den 7 bis 9 dargestellt sind.
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In den 7 und 9 ist die erste Baugruppe 81 im Schnitt und perspektivisch dargestellt. Die erste Baugruppe 81 umfasst einen Nehmerzylinder 84 und eine Hebelauflage 85. Der Nehmerzylinder 84 umfasst einen Nehmerzylindergehäuseblock 88 mit einem Anschluss 90 für ein Ende einer Verbindungsleitung, die in 8 mit 144 bezeichnet ist. Der Anschluss 90 ist durch einen Verbindungskanal 92 mit einem Zylinderraum 94 verbunden. Der Zylinderraum 94 wird von einer hydraulischen Trennwand 95 in Form einer Membran, insbesondere einer Flachmembran 96, begrenzt. An der dem Zylinderraum 94 abgewandten Seite der Flachmembran 96 liegt ein Nehmerkolben 98 an. Der Nehmerkolben 98 kann durch Druckänderungen in dem Zylinderraum 94 in 7 nach oben und/oder nach unten bewegt werden. Alternativ kann die Trennwand 95 auch als Balg, zum Beispiel Metallbalg, oder gewebeverstärkter Gummibalg oder als Rollmembran ausgeführt werden. Außerdem kann auch hier das bereits im vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschriebene Abdichtungsprinzip mit elastischen Dichtelementen ähnlich der der Dichtungen 71 und 72 eingesetzt werden.
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Der Nehmerzylindergehäuseblock 88 ist in 7 oben durch einen Nehmerzylindergehäusekopf 100 abgeschlossen. Der Nehmerzylindergehäusekopf 100 ist durch Schraubverbindungen 101 fest mit dem Nehmerzylindergehäuseblock 88 verbunden. Die Flachmembran 96 ist mit ihrem radial äußeren Umfangsrand zwischen dem Nehmerzylindergehäuseblock 88 und dem Nehmerzylindergehäusekopf 100 eingespannt.
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Durch eine Schraubverbindung 102 ist der Nehmerkolben 98 an einem Führungskörper 104 befestigt. Der Führungskörper 104 ist durch Schraubverbindungen 108 an einem Federring 106 befestigt. Durch weitere Schraubverbindungen 109 ist der Federring 106 an dem Nehmerzylindergehäusekopf 100 befestigt. Die Schraubverbindungen dieses Ausführungsbeispiels können alle auch durch Niete oder andere nichtlösbare Verbindungsverfahren ersetzt werden.
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Der Nehmerzylinder 84 mit der Hebelauflage 85 stellt eine sehr kleine, aber vor allem axial sehr kurze Einheit dar. Der Nehmerkolben 98 wird vorteilhaft durch den Federring 106 geführt, der abwechselnd über den Führungskörper 104 am Nehmerkolben 98 und am Nehmerzylindergehäusekopf 100 befestigt ist. Somit stellt der Federring 106 blattfederartige Abschnitte dar.
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Durch die federnden Bereiche des Federrings 106 wird eine axiale Hubbewegung des Nehmerkolbens 98 ermöglicht, aber ein unerwünschtes Auswandern in radialer Richtung verhindert. Die dargestellte Federführung kann durch eine weitere, mit etwas Abstand parallel angeordnete Feder gleichen Typs ergänzt werden, wenn ein Kippmoment, das durch den auf der Hebelauflage 85 reibenden Hebel verursacht wird, zu einem Verkippen des Nehmerkolbens führt. Bei der in den 7 und 9 dargestellten Variante können geringe Kippmomente, die auf die Hebelauflage 85 wirken, durch den Nehmerkolben 98 abgestützt werden, der sich dann mit seinem Rand an der Zylinderwand des Nehmerzylindergehäusekopfes 100 kurz oberhalb der Flachmembran 96 anlegt.
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Die in 8 dargestellte zweite Baugruppe 122 umfasst eine Aktoreinrichtung 124 mit einem Geberzylinder 125. Die Aktoreinrichtung 124 umfasst einen Aktor 126, der als Piezoaktor ausgeführt ist. An einem in 8 linken Ende des Aktors 126 ist ein Stempel 127 angebracht. An seinem in 8 rechten Ende des Aktors 126 ist ein Aktorkopf 128 angebracht. Mit dem Aktorkopf 128 ist der Aktor 126 mit Hilfe von Befestigungsarmen 131, 132 an einem Aktorgehäuse 130 befestigt. Zwischen dem Stempel 127 und dem Aktorkopf 128 umfasst der Aktor 126 eine Vielzahl von Piezoelementen. Das hier als Aktorkopf bezeichnete Element kann auch ein Teil des Aktorgehäuses sein, beispielsweise der Boden des Aktorgehäuses. Die Befestigungs- oder Verbindungsarme ermöglichen Belüftungsöffnungen im Aktorgehäuse.
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Der Stempel 127 liegt an einer hydraulischen Trenneinrichtung 134 an, die als Flachmembran 135 ausgeführt ist. Die Flachmembran 135 begrenzt einen Zylinderraum 140, der in einer Ausnehmung des Anschlussgehäuses 138 liegt. In dem Zylinderraum 140 ist eine Federeinrichtung 142 angeordnet, durch die der Piezoaktor 126 unter Zwischenschaltung der Flachmembran 135 und des Stempels 127 vorgespannt ist. An das Anschlussgehäuse 138 ist ein Ende der Verbindungsleitung 144 angeschlossen, die den Geberzylinder 125 mit dem in den 7 und 9 dargestellten Nehmerzylinder verbindet.
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Wenn sich der Piezostapelaktor 126 ausdehnt, dann verschiebt er die Flachmembran 135 und presst so Hydraulikmedium aus dem Zylinderraum 140 des Geberzylinders 125 in die Verbindungsleitung 144, die zum Nehmerzylinder 84 führt. Zieht sich der Piezoaktor 126 zusammen, folgt ihm die Flachmembran 135 wieder, die von der Federeinrichtung 142 permanent gegen den Piezoaktor 126 gedrückt wird. Dabei strömt das zuvor verdrängte Hydraulikmedium, das auch als Flüssigkeit oder Hydraulikflüssigkeit bezeichnet wird, aus dem Nehmerzylinder wieder zurück in den Geberzylinder.
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Anders als gezeigt, können die dargestellten zusätzlichen Antriebseinrichtungen auch mit anderen Aktortypen realisiert werden. Dabei können insbesondere Aktoren mit magnetostriktiven Materialien verwendet werden, die meist über ähnliche Eigenschaften wie Piezoaktoren verfügen. Aber auch andere Aktorkonzepte, wie beispielsweise Elektromagnetaktoren oder Aktoren mit Formgedächtnismaterialien, können eingesetzt werden. Prinzipiell kann der Hub zur Darstellung der Mikrobewegungen von jedem Aktortyp bereitgestellt werden, der eine ausreichend schnelle und hochfrequente Bewegung hervorrufen kann und sich gut ansteuern lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebstrang
- 4
- Antriebsmaschine
- 5
- Getriebe
- 6
- Kupplung
- 10
- Kupplungsbetätigungssystem
- 12
- Betätigungslager
- 14
- Betätigungshebel
- 15
- Antriebsstelle
- 16
- Abtriebsstelle
- 17
- Hauptantriebseinrichtung
- 18
- Festlager
- 19
- zusätzliche Antriebseinrichtung
- 20
- Kupplungsbetätigungssystem
- 22
- Betätigungslager
- 24
- Betätigungshebel
- 25
- Antriebsstelle
- 26
- Abtriebsstelle
- 27
- Antriebseinrichtung
- 28
- Festlager
- 29
- zusätzliche Antriebseinrichtung
- 30
- Kupplungsbetätigungssystem
- 32
- Betätigungslager
- 34
- Betätigungshebel
- 35
- Antriebsstelle
- 36
- Abtriebsstelle
- 37
- Hauptantriebseinrichtung
- 38
- Festlager
- 40
- Kupplungsbetätigungssystem
- 42
- Betätigungslager
- 44
- Betätigungshebel
- 45
- Antriebsstelle
- 46
- Abtriebsstelle
- 47
- Hauptantriebseinrichtung
- 48
- Festlager
- 49
- zusätzliche Antriebseinrichtung
- 50
- Kupplungsbetätigungssystem
- 52
- zusätzliche Antriebseinrichtung
- 54
- Betätigungshebel
- 55
- Aktoreinrichtung
- 56
- Aktor
- 58
- hydraulische Übersetzung
- 59
- bewegliche Hebelauflage
- 60
- Aktorgehäuse
- 61
- Gehäusetopf
- 62
- Gehäusedeckel
- 64
- zentraler Zylinderraum
- 65
- Kolben
- 66
- Kolbenführung
- 68
- Kopplungsende
- 69
- Stempel
- 70
- Balg
- 71
- elastischer Dichtring
- 72
- elastischer Dichtring
- 73
- Ringkolben
- 74
- Federeinrichtung
- 75
- Tellerfeder
- 76
- Druckraum
- 77
- Verbindungskanal
- 81
- erste Baugruppe
- 84
- Nehmerzylinder
- 85
- Hebelauflage
- 88
- Nehmerzylindergehäuseblock
- 90
- Anschluss
- 92
- Verbindungskanal
- 94
- Zylinderraum
- 95
- hydraulische Trennwand
- 96
- Flachmembran
- 98
- Nehmerkolben
- 100
- Nehmerzylindergehäusekopf
- 101
- Schraubverbindung
- 102
- Schraubverbindung
- 104
- Führungskörper
- 106
- Federring
- 108
- Schraubverbindung
- 109
- Schraubverbindung
- 110
- Kupplungsbetätigungssystem
- 112
- Betätigungslager
- 114
- Betätigungshebel
- 115
- Antriebsstelle
- 116
- Abtriebsstelle
- 117
- Hauptantriebseinrichtung
- 118
- Festlager
- 119
- zusätzliche Antriebseinrichtung
- 122
- zweite Baugruppe
- 124
- Aktoreinrichtung
- 125
- Geberzylinder
- 126
- Aktor
- 127
- Stempel
- 128
- Aktorkopf
- 130
- Aktorgehäuse
- 131
- Befestigungsarm
- 132
- Befestigungsarm
- 134
- hydraulische Trenneinrichtung
- 135
- Flachmembran
- 138
- Anschlussgehäuse
- 140
- Zylinderraum
- 142
- Federeinrichtung
- 143
- Ende
- 144
- Verbindungsleitung
- 150
- Kupplungsbetätigungssystem
- 152
- Betätigungslager
- 154
- Betätigungshebel
- 155
- Antriebsstelle
- 156
- Abtriebsstelle
- 157
- Hauptantriebseinrichtung
- 158
- Festlager
- 159
- zusätzliche Antriebseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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