DE102014208182A1

DE102014208182A1 - Kupplungsbetätigungssystem

Info

Publication number: DE102014208182A1
Application number: DE102014208182.3A
Authority: DE
Inventors: Karl-Ludwig Kimmig; Dirk Reimnitz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2014-12-04
Also published as: WO2014190987A1; DE112014002587B4; DE112014002587A5; DE102014208181A1; DE112014002637A5; WO2014190988A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kupplungsbetätigungssystem zum Betätigen mindestens einer Kupplung mit einer Antriebseinrichtung. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kupplung mindestens eine zusätzliche Antriebseinrichtung zugeordnet ist.

Description

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.
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.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Komfort beim Betätigen mindestens einer Kupplung mit einer Antriebseinrichtung zu verbessern.
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.
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.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsbetätigungssystem als hydraulisches Kupplungsbetätigungssystem mit einer hydraulischen Strecke ausgeführt ist, der die zusätzliche Antriebseinrichtung so zugeordnet ist, dass ein Volumen der hydraulischen Strecke schnell und/oder hochfrequent um kleine Volumina gezielt verändert werden kann. Das erfindungsgemäße Kupplungsbetätigungssystem verfügt gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung über zwei Antriebseinrichtungen, die unterschiedlich schnell unterschiedlich große Bewegungen ermöglichen. Die gewünschten Mikrobewegungen werden vorteilhaft durch Druck- und Volumenstrompulsationen hervorgerufen, die mit Hilfe der zusätzlichen Antriebseinrichtung erzeugt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Kupplungsbetätigungssystem eine zusätzliche Hydraulikkammer umfasst, der die zusätzliche Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Die zusätzliche Hydraulikkammer ist hydraulisch mit der hydraulischen Strecke verbunden. Über die hydraulische Verbindung werden die Mikrobewegungen von der zusätzlichen Antriebseinrichtung vorteilhaft auf einen Nehmerkolben des Kupplungsbetätigungssystems übertragen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Hydraulikkammer von einer hydraulischen Trenneinrichtung begrenzt ist, der die zusätzliche Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Durch die hydraulische Trenneinrichtung wird die zusätzliche Antriebseinrichtung auf einfache Art und Weise von dem Hydraulikmedium der hydraulischen Strecke getrennt. Die hydraulische Trenneinrichtung ist zum Beispiel als Membran, insbesondere als Flachmembran, ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann die hydraulische Trenneinrichtung einen Balg umfassen. Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung kann die hydraulische Trenneinrichtung mit einem Aktor kombiniert sein, der insbesondere einen Piezostapelaktor, Piezobiegeaktor und/ oder eine Piezobeulscheibe umfasst. Die hydraulische Trenneinrichtung kann gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung auch mindestens ein Piezorohr umfassen. Alternativ oder zusätzlich können auch magnetostriktive Aktoren verwendet werden.
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.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor als Piezoaktor und/oder magnetostriktiver Aktor 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 Elektromagnetaktoren und/oder Aktoren mit Formgedächtnismaterialien, genutzt werden, um die Mikrobewegungen zu erzeugen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebseinrichtung einem vorhandenen Bauteil des Kupplungsbetätigungssystems zugeordnet ist. Die zusätzliche Antriebseinrichtung ist vorteilhaft einem Nehmerzylinder und/oder einem Geberzylinder eines hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems zugeordnet. Die hydraulische Strecke erstreckt sich vorteilhaft zwischen dem Nehmerzylinder und einem Geberzylinder. Die zusätzliche Antriebseinrichtung ist vorteilhaft in der Nähe des Nehmerzylinders angeordnet, oder sogar in den Nehmerzylinder integriert.
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.
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:
1 eine Schnittdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel bei einem minimalen Aktorhub, der überhöht dargestellt ist;
2 das Kupplungsbetätigungssystem aus 1 beim maximalen Aktorhub, der ebenfalls überhöht dargestellt ist;
3 eine Schnittdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer durch einen Balg abgedichteten Hydraulikkammer;
4 eine Schnittdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einer zusätzlichen Hydraulikkammer, die innerhalb eines Piezorohres angeordnet ist;
5 eine Schnittdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel mit einer zusätzlichen Hydraulikkammer, die zwischen zwei Piezorohren angeordnet ist;
6 eine perspektivische Darstellung des Kupplungsbetätigungssystems aus 5;
7 eine Schnittdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems mit einem Nehmerzylinder, in welchen eine zusätzliche Antriebseinrichtung integriert ist, mit einer überhöht dargestellten Spaltvergrößerung;
8 das Kupplungsbetätigungssystem aus 7 mit einer überhöht dargestellten Spaltverkleinerung;
9 eine Schnittdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer radial angeordneten zusätzlichen Antriebseinrichtung;
10 das Kupplungsbetätigungssystem aus 9 mit verkleinertem Zylinderraum und
11 eine perspektivische Schnittdarstellung des Kupplungsbetätigungssystems aus 9.
In den 1 bis 11 sind verschiedene Ausführungsbeispiele von hydraulischen Kupplungsbetätigungssystemen 1; 31; 61; 81; 101; 131 dargestellt, die zusätzlich zu einer Hauptantriebseinrichtung eine zusätzliche, zweite Antriebseinrichtung umfassen. Die zusätzliche Antriebseinrichtung dient vorteilhaft dazu, das Volumen einer hydraulischen Strecke 3; 33; 63; 83, die auch als Hydraulikstrecke bezeichnet wird, oder das Volumen eines Hydraulikzylinders 106; 136, schnell und hochfrequent um kleinere Volumina zu verändern. Demgegenüber dient die Hauptantriebseinrichtung, die einer herkömmlichen Antriebseinrichtung entspricht, zum Erzeugen von relativ großen Bewegungen, die ein Öffnen oder Schließen der Kupplung ermöglichen.
Die gewünschten Mikrobewegungen werden durch Druck- und Volumenstrompulsationen hervorgerufen, die wiederum durch schnelle Volumenänderungen einer zusätzlichen Hydraulikkammer oder durch Änderung eines der ohnehin vorhandenen hydraulischen Bauteile durch die zusätzliche Antriebseinrichtung hervorgerufen werden. Im Folgenden werden die unterschiedlichen Kupplungsbetätigungssysteme 1; 31; 61; 81; 101; 131 im Einzelnen beschrieben. In den 1 bis 6 sind Ausführungsbeispiele mit einer zusätzlichen Hydraulikkammer dargestellt. In den 7 bis 11 sind Ausführungsbeispiele dargestellt, in denen die zusätzliche Antriebseinrichtung einem Nehmerzylinder des Kupplungsbetätigungssystems zugeordnet beziehungsweise in diesen integriert ist.
1 zeigt eine Baueinheit, die in die hydraulische Strecke 3 integriert wird, beispielsweise in eine Verbindungsleitung zwischen einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder (nicht dargestellt). Die Baueinheit umfasst ein Hydraulikgehäuse 4 mit einer Hydraulikleitung 5. Die Hydraulikleitung 5 umfasst einen Verbindungskanal 6 mit einer in 1 oberen Anschlussstelle 7 und einer in 1 unteren Anschlussstelle 9.
Die in 1 dargestellte Baueinheit kann auf einfache Art und Weise in ein herkömmliches hydraulisches Kupplungsbetätigungssystem eingebaut werden, indem eine Hydraulikleitung, welche den Nehmerzylinder mit dem Geberzylinder verbindet, aufgetrennt und an den beiden Anschlussstellen 7, 9 des Hydraulikgehäuses 4 angeschlossen wird.
In den Verbindungskanal 6 mündet ein Anschlusskanal 8, der von einer Hydraulikkammer 10 ausgeht, die auch als zusätzliche Hydraulikkammer bezeichnet wird. Über den Anschlusskanal 8 ist die Hydraulikkammer 10 hydraulisch mit dem Verbindungskanal 6 verbunden. Die Hydraulikkammer 10 wird in 1 rechts von dem Hydraulikgehäuse 4 begrenzt. In 1 links wird die Hydraulikkammer 10 von einer hydraulischen Trenneinrichtung 12 begrenzt.
Die hydraulische Trenneinrichtung 12 ist als verlagerbare Wand, insbesondere als Membran oder Flachmembran 14, ausgeführt. Die Flachmembran 14 ist so zwischen dem Hydraulikgehäuse 4 und einem Aktorgehäuse 16 eingespannt, dass sie eine Aktoreinrichtung 18 hydraulisch von der Hydraulikkammer 10 trennt. Die Aktoreinrichtung 18 umfasst einen Aktor 20, der als Piezoaktor ausgeführt ist. Der Piezoaktor 20 umfasst an einem in 1 rechten Ende einen Stempel 21, der an der Flachmembran 14 anliegt. An seinem in 1 linken Ende umfasst der Aktor 20 einen Kopf 22, der mit Hilfe von Befestigungsarmen 23, 24 fest mit dem Aktorgehäuse 16 verbunden ist. Das hier als Kopf bezeichnete Element kann auch ein Teil des Aktorgehäuses sein, beispielsweise der Boden des Aktorgehäuses. Die Befestigungs- oder Verbindungsarme ermöglichen Belüftungsöffnungen im Aktorgehäuse.
Zwischen dem Stempel 21 und dem Kopf 22 des Aktors 20 ist eine Vielzahl von Piezoelementen 26 angeordnet. Wenn der Piezoaktor bestromt wird, dann dehnen sich die Piezoelemente 26 in Richtung einer Längsachse 28 aus, wie es in 2 überhöht dargestellt ist. Der Piezoaktor 20 wird durch eine (nicht dargestellte) Federeinrichtung in seine in 1 dargestellte Ruhestellung vorgespannt. Die Ruhestellung entspricht einem minimalen Aktorhub.
2 entspricht einem maximalen Aktorhub. Durch Bestromen des Piezoaktors 20 wird die Flachmembran 14 mit Hilfe des Stempels 21, wie man in 2 sieht, nach rechts verschoben, wodurch das Volumen der Hydraulikkammer 10 verkleinert wird. Durch die gute Ansteuerbarkeit und die hohe Beschleunigung des Piezoaktors 20 können durch Verschieben der Flachmembran 14 gezielte Druckschwankungen in der Hydraulikkammer 10 verursacht werden, die sich dann in dem gesamten Hydrauliksystem 1 ausbreiten und am Kolben des Nehmerzylinders die gewünschten Mikrobewegungen hervorrufen.
Um Verluste und Störeffekte zu minimieren, ist das Aktorgehäuse 16, abgesehen von dem Verformungsbereich der Membran 14, sehr dick ausgeführt. Dadurch können Druckverluste durch ein unerwünschtes Aufblähen des Aktorgehäuses 16 verhindert werden. Auch das Hydraulikgehäuse 4 ist so steif wie möglich ausgeführt. Darüber hinaus kann der Strömungswiderstand zwischen der zusätzlichen Hydraulikkammer 10 und dem Nehmerzylinder reduziert werden, indem in den 1 und 2 die Baueinheit unmittelbar neben dem Nehmerzylinder angeordnet wird. Dadurch kann die zu überwindende hydraulische Distanz minimiert werden.
Das in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel liefert darüber hinaus den Vorteil, dass der Piezoaktor 20 auf eine relativ große Fläche der Membran 14 wirkt. Dadurch führen auch kleine Aktorbewegungen zu einer nennenswerten Veränderung des Hydraulikvolumens. Durch gezieltes Ansteuern des Piezoaktors 20 können beispielsweise die Schwingungsfrequenz, die Schwingungsamplitude und die Betriebs- oder Ruhephasen variiert werden.
In 3 ist ein Hydropulser mit einem Hydraulikgehäuse 34 dargestellt. An das Hydraulikgehäuse 34 sind Leitungsenden 35, 36 der hydraulischen Strecke 33 angeschlossen. Ein Anschlusskanal 37 in dem Hydraulikgehäuse 34 verbindet das Leitungsende 35 mit einer Hydraulikkammer 40, die auch als zusätzliche Hydraulikkammer bezeichnet wird. Ein Anschlusskanal 38 des Hydraulikgehäuses 34 verbindet das Leitungsende 36 mit der Hydraulikkammer 40.
Die Hydraulikkammer 40 wird in dem Hydraulikgehäuse 34 von einer hydraulischen Trenneinrichtung 42 begrenzt. Die hydraulische Trenneinrichtung 42 umfasst im Unterschied zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel keine Membran, sondern einen Balg 44, insbesondere einen Metallbalg. Da der Balg 44 größere Hübe als die vorab beschriebene Membran zulässt, braucht die Kolbenfläche nicht so groß ausgeführt zu werden wie bei der vorab beschriebenen Flachmembran.
Der Balg 44 ist mit einem Umfangsrand 45 zwischen dem Hydraulikgehäuse 34 und einem Aktorgehäuse 46 eingespannt. Das Aktorgehäuse 46 umfasst einen Gehäusetopf 47, der die Aufnahme einer relativ langen Aktoreinrichtung 48 ermöglicht. Die Aktoreinrichtung 48 umfasst einen Piezoaktor 50, der mit einem Stempel 51 an dem Balg 44 anliegt. In der Hydraulikkammer 40 ist eine Federeinrichtung 53 angeordnet, die unter Zwischenschaltung des Balgs 44 gegen den Stempel 51 des Aktors 50 vorgespannt ist. Die Federeinrichtung 53 umfasst zum Beispiel mindestens eine Tellerfeder.
Die Federeinrichtung 53 erzeugt eine permanente Vorspannung auf den Piezoaktor 50. Dabei stützt sich die Federeinrichtung 53 radial außerhalb der Anschlusskanäle 37, 38 an dem Hydraulikgehäuse 34 ab. Damit die Federeinrichtung 53 kein Hindernis für das Hydraulikmedium in der Hydraulikkammer 40 darstellt, ist sie mit Löchern und Aussparungen versehen, durch die das Hydraulikmedium hindurchströmen kann. Alternativ oder zusätzlich können in dem Hydraulikgehäuse 34 benachbart zu der Federeinrichtung 53 Ausnehmungen, insbesondere Nuten, ausgebildet sein, die ein Umströmen der Federeinrichtung 53 mit Hydraulikmedium ermöglichen.
Anders als in 3 dargestellt, kann die Hydraulikkammer auch im Inneren eines Balgs angeordnet werden. In diesem Fall kann dann ein Piezoaktor oder ein anderer Aktor von außen auf den Balg drücken, um das Volumen im Inneren des Balgs zu verändern. Alternativ kann der Aktor auch weiterhin in seiner in 3 gezeigten Position verbleiben, er befindet sich dann in der Hydraulikkammer und wird von der Hydraulikflüssigkeit umspült oder von einer weiteren Trenneinrichtung, zum Beispiel einem Balg, geschützt.
In den 4 bis 6 ist gezeigt, wie die hydraulische Trenneinrichtung beziehungsweise die verlagerbare Wand der Hydraulik mit Aktoren, welche die zusätzliche Antriebseinrichtung darstellen, kombiniert werden können. So können die Aktoren direkt in die verlagerbare Wand oder hydraulische Trenneinrichtung der Hydraulikkammer integriert werden. Darüber hinaus können die Aktoren auch als verlagerbare Kammerwandung genutzt werden.
Besonders vorteilhaft können Piezorohre als Piezoaktoren verwendet werden. Da Piezorohre im Gegensatz zu Piezostapelaktoren im Inneren einen freien und bei Bestromung veränderbaren Raum aufweisen, kann das Innenvolumen der Piezorohre direkt als Hydraulikkammer genutzt werden, wenn die Piezorohre beidseitig abgedichtet werden.
4 zeigt einen Hydropulser mit einem Hydraulikgehäuse 64. An das Hydraulikgehäuse 64 sind zwei Leitungsenden 65, 66 der hydraulischen Strecke 63 angeschlossen. Das Leitungsende 65 steht über einen Anschlusskanal 67 mit einer Hydraulikkammer 70 im Inneren des Hydraulikgehäuses 64 in Verbindung. Das Leitungsende 66 steht über einen Anschlusskanal 68 ebenfalls mit der Hydraulikkammer 70 in Verbindung. Der Anschlusskanal 67 erstreckt sich durch einen Deckel 71 hindurch, der die Hydraulikkammer 70 in 4 nach links begrenzt. Der Anschlusskanal 68 erstreckt sich durch einen Deckel 72 hindurch, der die Hydraulikkammer 70 in 4 nach rechts begrenzt.
Die beiden Deckel 71, 72 sind in Richtung einer Längsachse 75 voneinander beabstandet. Der Deckel 71 ist radial außen in 4 links fest mit dem Gehäuse 64 verbunden. Der Deckel 72 ist radial außen in 4 rechts fest mit dem Hydraulikgehäuse 64 verbunden. Der Deckel 71 ist in einem konischen Anbindungsbereich 73 begrenzt elastisch verformbar. Der Deckel 72 ist in einem konischen Anbindungsbereich 74 ebenfalls begrenzt elastisch verformbar.
Das Hydraulikgehäuse 64 umfasst gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Piezorohr 76, das die Hydraulikkammer 70 radial nach außen begrenzt. Der Begriff radial bezieht sich auf die Längsachse 75. Radial bedeutet quer zur Längsachse 75. Das Piezorohr 76 dient besonders vorteilhaft zur Darstellung einer Aktoreinrichtung 78. Beide Seiten des Piezorohrs 76 sind durch die dicken druckbeständigen Deckel 71, 72 verschlossen. Die Deckel 71, 72 können durch die spezielle Gestaltung der konischen Anbindungsbereiche 73, 74 durch das Piezorohr 76 auf einen kleineren Durchmesser zusammengedrückt werden, wenn das Piezorohr 76 an nur angedeuteten elektrischen Anschlüssen 79, 80 bestromt wird.
Beim Bestromen des Piezorohrs 76 zieht sich dieses zusammen. Durch die dargestellte konische Gestalt der Anbindungsbereiche 73, 74, die im dargestellten Schnitt x-förmig angeordnet sind, werden beim Zusammenziehen des Piezorohres 76 die beiden Deckel 71, 72 aufeinander zu bewegt. Dadurch verringert sich das Volumen der Hydraulikkammer 70, die zwischen den beiden Deckeln 71, 72 von der Innenwand des Piezorohres 76 begrenzt wird, zusätzlich.
Das Piezorohr 76 ist innen vorteilhaft mit einem elastischen Überzug versehen oder mit einem zusätzlichen elastischen Bauteil verkleidet. Dadurch wird verhindert, dass das in der Hydraulikkammer 70 befindliche Hydraulikmedium direkt mit dem Piezorohr 76 in Kontakt kommt. In 4 sind Elektroden, die sich in oder an der inneren und der äußeren Mantelfläche des Piezorohres 76 befinden, durch dicke Linien angedeutet. Die elektrischen Anschlüsse 79, 80 sind an den angedeuteten Elektroden angebracht.
In den 5 und 6 ist ein Hydropulser mit einer Hydraulikkammer 90 dargestellt, die als Ringraum zwischen zwei Piezorohren 91, 92 ausgeführt ist. Die beiden Piezorohre 91, 92 dienen zur Darstellung einer Aktoreinrichtung 94. Die beiden Piezorohre 91, 92 umschließen zusammen mit den Anschlussstücken (Deckeln) 87, 88 die Hydraulikkammer 90 vollständig und bilden so ein Hydraulikgehäuse 84. An das Hydraulikgehäuse 84 sind Leitungsenden 85, 86 der hydraulischen Strecke 83 angeschlossen. Das Leitungsende 85 ist mit Hilfe eines Anschlussstücks 87 an das Hydraulikgehäuse 84 angeschlossen. Das Leitungsende 86 ist mit Hilfe eines Anschlussstücks 88 an das Hydraulikgehäuse 84 angeschlossen. Die beiden Anschlussstücke 87, 88 begrenzen die ringförmige Hydraulikkammer 90 in axialer Richtung. Dadurch haben die beiden Anschlussstücke 87, 88 die gleiche Funktion wie die Deckel 71, 72 des vorhergehenden Ausführungsbeispiels. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Längsachse 95. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Längsachse 95. Radial bedeutet quer zur Längsachse 95. Die Anschlussstücke 87, 88 sind begrenzt elastisch verformbar, wenn die Piezorohre 91, 92 ihre Umfangslänge ändern und sich dadurch in Radialrichtung ausdehnen.
In den 5 und 6 sind die beiden Piezorohre 91,92 vorteilhaft so ineinander geschachtelt, das heißt koaxial angeordnet, dass sie die Hydraulikkammer 90 radial nach innen und radial nach außen begrenzen. Bei Bestromung werden die beiden Piezorohre 91, 92 vorteilhaft so angesteuert, dass sie sich immer gegenläufig zusammenziehen oder ausdehnen. Daher tragen die beiden Piezorohre 91, 92 vorteilhaft jeweils gemeinsam dazu bei, das Volumen der Hydraulikkammer 90 zu vergrößern oder zu verkleinern.
Alternativ kann die Hydraulikkammer auch mit einer beweglichen, scheibenförmigen Wand ausgestattet sein, die sich selbständig verformt. Die Hydraulikkammer wäre dann ähnlich aufgebaut wie in den 1 und 2, jedoch mit dem Unterschied, dass keine passive Flachmembran genutzt wird, die von einem separaten Aktor angetrieben wird, sondern ein spezieller Aktor, zum Beispiel eine Piezoscheibe, ein Piezobiegeaktor oder eine Piezobeulscheibe, welcher die Membran ersetzt oder in die Membran integriert ist. Dieser spezielle Aktor übernimmt dann sowohl den Antrieb als auch zumindest teilweise die Abdichtung der Hydraulikkammer.
In den 7 bis 11 sind zwei Ausführungsvarianten dargestellt, bei denen keine zusätzliche Hydraulikkammer benötigt wird. Die in den 7 bis 11 dargestellten Kupplungsbetätigungssysteme 101; 131 umfassen einen Zentralbetätiger 103; 133, der auch als Zentralausrücker bezeichnet wird. Der Zentralausrücker 103; 133 erstreckt sich koaxial zu einer Drehachse 104; 134. Der Zentralbetätiger 103; 133 umfasst einen Nehmerzylinder 105; 135, der auch als CSC bezeichnet wird, wobei die Buchstaben CSC für die englischen Begriffe Concentric Slave Cylinder stehen.
Das in den 7 und 8 dargestellte Kupplungsbetätigungssystem 101 umfasst einen Zylinderraum 106, der von einem Nehmerkolben 108 begrenzt wird, der in dem Nehmerzylinder 105 in axialer Richtung hin und her bewegbar ist. Der Begriff axial bezieht sich auf die Drehachse 104. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse 104.
Der Nehmerkolben 108 ist über ein Betätigungslager 110, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Tellerfedereinrichtung, mit der (nicht dargestellten) Kupplung gekoppelt. Über das Betätigungslager 110 wird eine Betätigungsbewegung des Nehmerkolbens 108 auf die Kupplung übertragen.
In einem hinteren Bereich 112 des Nehmerzylinders 105 sind mehrere ineinander geschachtelte Piezorohre 114 bis 117 angeordnet. Die Piezorohre 114 bis 117 sind koaxial zueinander angeordnet und an ihren Enden durch elastische Dichtungen 118 bis 121 wechselseitig verbunden. In 8 sind fünf Dichtungen dargestellt, von denen eine nicht mit einer Nummer versehen ist. Durch die Dichtungen ergibt sich in dem Nehmerzylinder 105 eine umlaufende mäanderförmige Struktur, die an einen Balg erinnert. Durch die spezielle Anordnung der Piezorohre 114 bis 117 in Kombination mit den Dichtungen 118 bis 121 entstehen in dem Zylinderraum 106 mit Hydraulikmedium gefüllte Bereiche, insbesondere Ringspalte 122, 123.
Die Ringspalte 112, 123 sind zum Zylinderraum 106 offen. Durch gezieltes Bestromen der Piezorohre 114 bis 117 kann das Volumen der Ringspalte 122, 123 gezielt verändert werden, wodurch mehr oder weniger Hydraulikmedium in den Ringspalten 122, 123 zwischen den Piezorohren 114 bis 117 Platz findet. Der Nehmerkolben 108 reagiert mit einer Verschiebebewegung auf diese Volumenveränderungen. Dabei dienen die Piezorohre 114 bis 117 mit den Ringspalten 122, 123 zur Darstellung einer Aktoreinrichtung 124.
In 7 sieht man, dass die mit Hydraulikmedium gefüllten Ringspalte 122, 123 ihr größtes Volumen annehmen, wenn sich das jeweils radial außen befindliche Piezorohr 115, 117 ausdehnt, während sich das jeweils innere Piezorohr 114, 116 zusammenzieht. In 8 sieht man, dass sich das kleinste Spaltvolumen ergibt, wenn sich das jeweils äußere Piezorohr 115, 117 zusammenzieht, während sich das jeweils innere Piezorohr 114, 116 ausdehnt. Die Verwendung von mehr als zwei, insbesondere vier Piezorohren, liefert unter anderem den Vorteil, dass auf geringem axialen Bauraum schon eine beachtliche Volumenänderung des Zylinderraums 106 erreicht wird.
Alternativ kann ein vergleichbarer Effekt aber auch mit einem einzelnen Piezorohr erzielt werden, wenn das einzelne Piezorohr zum Beispiel einfach im hinteren Teil des Nehmerzylinders am Innen- oder Außendurchmesser angebracht wird, um das Volumen und den Durchmesser des Hydraulikraums zu verändern. Die Bewegung der Piezorohre 114 bis 117 relativ zueinander wird durch einen Ausgleichskanal 125 vereinfacht. Der Ausgleichskanal 125 ermöglicht den Durchtritt von Medium, zum Beispiel Luft, wenn sich die Piezorohre 114 bis 117 relativ zueinander ausdehnen beziehungsweise zusammenziehen. Die Spaltvergrößerung ist in den 7 und 8 überhöht dargestellt.
In den 9 bis 11 ist ein Zentralbetätiger oder Zentralausrücker 133 mit einer Drehachse 134 dargestellt. Der Begriff Drehachse bezieht sich, wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel der 7 und 8, auf ein Betätigungslager 140. Das Betätigungslager 140 ist mit einem Nehmerkolben 138 gekoppelt, der in einem Zylinderraum 136 eines Nehmerzylinders 135 hin und her bewegbar ist. Der Zylinderraum 136 wird von einer mehrteiligen Zylinderwand 142 begrenzt. Die Zylinderwand 142 umfasst radial außen radiale Segmente 141. Der Zylinderraum 136 hat die Gestalt eines Ringraums, der durch eine elastische Zylinderraumbegrenzung 144 für Hydraulikmedium dicht verschlossen ist.
Ein Aktorgehäuse 146 ist ebenfalls Teil der Zylinderwand 142 des Nehmerzylinders 135. Das Aktorgehäuse 146 dient zur Aufnahme einer Aktoreinrichtung 148 mit insgesamt sechs Piezoaktoren 150. Die Piezoaktoren 150 sind radial in dem Aktorgehäuse 146 angeordnet. Jedem Piezoaktor 150 ist ein radiales Segment 141 der Zylinderwand 142 zugeordnet. Die radialen Segmente 141 der Zylinderwand 142 können mit Hilfe der Piezoaktoren 150 in radialer Richtung auf die Drehachse 134 zu bewegt werden. Dadurch kann das von der Zylinderraumbegrenzung 144 begrenzte Volumen im Zylinderraum 136 gezielt verändert werden. Die Zylinderraumbegrenzung 144 ist aus einem elastisch verformbaren und flüssigkeitsdichten Material gebildet. Dadurch dichtet die Zylinderraumbegrenzung 144 den Zylinderraum 136 ab, ist aber selber nicht druckstabil. Durch den Druck im Zylinderraum 136 wird sichergestellt, dass die Zylinderraumbegrenzung 144 immer an der mehrteiligen Zylinderwand 142 anliegt und auch den Bewegungen der radial verschiebbaren Segmente 141 folgt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel dient die elastische Zylinderraumbegrenzung 144 auch als Kontaktpartner für die Dichtung des Nehmerkolbens 138. Alternativ kann der Kolben und dessen Dichtung auch direkt auf dem Zylinder oder einem anderen festen Bauteil laufen, an das sich dann die elastische Zylinderraumbegrenzung flüssigkeitsdicht anschließt und den beweglichen Teil des Zylinderraums abdichtet.
Zur Darstellung der Grundfunktion des in den 9 bis 11 dargestellten Kupplungsbetätigungssystems 131 ist mindestens ein radial verschieblicher Bereich der Zylinderwand 142 oder ein axial verschieblicher Bereich des Zylinderbodens erforderlich. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind, wie man in 11 sieht, insgesamt sechs radial bewegbare Segmente 141 auf dem Umfang des Zylinderraums 136 beziehungsweise der Zylinderwand 142 verteilt angeordnet. Zum Antrieb dieser Segmente 141 umfasst die Aktoreinrichtung 148 vorteilhaft Piezoaktoren 150, insbesondere Piezostapelaktoren. Anstelle der Piezoaktoren können auch andere schnelle Linearaktoren verwendet werden. In den bis 11 sind magnetostriktive Aktoren dargestellt. Dabei sind elektrische Spulen symbolisch angedeutet, die jeweils einen magnetostriktiven Stab umschließen und diesen über das von ihnen erzeugte Magnetfeld ansteuern.
Wenn das Hydraulikvolumen im Zylinderraum 136, wie dargestellt, über mehrere, insbesondere sechs, bewegliche Bereiche verändert wird, die jeweils von einem eigenen Aktor 150 angetrieben werden, müssen die Einzelaktoren nicht in jedem Fall über regelbare Höhen oder Längen verfügen. Selbst, wenn die Aktoren nur zwei Positionen, das heißt zum Beispiel einen minimalen und einen maximalen Hub, einregeln können, kann das Hydraulikvolumen auf einfache Art und Weise in vielen unterschiedlichen Zwischenstufen eingeregelt werden, indem unterschiedlich viele Einzelaktoren in ihre minimale beziehungsweise maximale Hubposition gebracht werden. Somit können die beweglichen Segmente 141 auch mit einfachen und kostengünstigen Elektromagneten angetrieben werden.
Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung kann ein hydraulisches Kupplungsbetätigungssystem ohne zusätzliche Hydraulikkammer auch mit Hilfe einer separaten Aktoreinheit für Mikrobewegungen am Geberzylinder bereitgestellt werden, wenn die vorab geschilderten Antriebsvarianten für den Nehmerzylinder in einen Geberzylinder eingebaut werden. Die Druck- und Volumenimpulse müssen dann zwar durch die komplette Hydraulikleitung beziehungsweise hydraulische Strecke zum Nehmerzylinder übertragen werden, dafür ist am Geberzylinder aber meist mehr Platz für neue zusätzliche Bauteile.
Die Ausführungsbeispiele mit den Piezoaktoren können alternativ auch mit anderen Aktortypen realisiert werden. Zum gleichen oder ähnlichen Zweck können insbesondere Aktoren mit magnetostriktiven Materialien verwendet werden. Aktoren mit magnetostriktiven Materialien verfügen meist über ähnliche Eigenschaften wie Piezoaktoren. Auch andere Aktorkonzepte, wie beispielsweise Elektromagnetaktoren oder Aktoren mit Formgedächtnismaterialien, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der vorab genannte Geberzylinder kann als Synonym für die Hauptantriebseinrichtung verwendet werden. Anstelle des Geberzylinders kann auch eine andere Druckquelle oder ein so genanntes Powerpack als Hauptantriebseinrichtung verwendet werden.
Die hier für hydraulische Betätigungssysteme vorgestellten Baueinheiten oder Verfahren können unabhängig von dem verwendeten Medium eingesetzt werden. Insbesondere ist es auch möglich, die beschriebenen Baueinheiten oder Verfahren unverändert oder sinngemäß auf pneumatische Betätigungssysteme (Kupplungsbetätigungssysteme) zu übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsbetätigungssystem
3: hydraulische Strecke
4: Hydraulikgehäuse
5: Hydraulikleitung
6: Verbindungskanal
7: Anschlussstelle
8: Anschlusskanal
9: Anschlussstelle
10: Hydraulikkammer
12: hydraulische Trenneinrichtung
14: Membran
16: Aktorgehäuse
18: Aktoreinrichtung
20: Aktor
21: Stempel
22: Kopf
23: Befestigungsarm
24: Befestigungsarm
26: Piezoelement
28: Längsachse
31: Kupplungsbetätigungssystem
33: hydraulische Strecke
34: Leitungsende
35: Leitungsende
37: Anschlusskanal
38: Anschlusskanal
40: Hydraulikkammer
42: hydraulische Trenneinrichtung
44: Balg
45: Umfangsrand
46: Aktorgehäuse
47: Gehäusetopf
48: Aktoreinrichtung
50: Aktor
51: Stempel
53: Federeinrichtung
61: Kupplungsbetätigungssystem
63: hydraulische Strecke
64: Hydraulikgehäuse
65: Leitungsende
66: Leitungsende
67: Anschlusskanal
68: Anschlusskanal
70: Hydraulikkammer
71: Deckel
72: Deckel
73: konischer Anbindungsbereich
74: konischer Anbindungsbereich
75: Längsachse
76: Piezorohr
78: Aktoreinrichtung
79: elektrischer Anschluss
80: elektrischer Anschluss
81: Kupplungsbetätigungssystem
83: hydraulische Strecke
84: Hydraulikgehäuse
85: Leitungsende
86: Leitungsende
87: Anschlussstück
88: Anschlussstück
90: Hydraulikraum
91: Piezorohr
92: Piezorohr
94: Aktoreinrichtung
95: Längsachse
101: Kupplungsbetätigungssystem
103: Zentralbetätiger
104: Drehachse
105: Nehmerzylinder
106: Zylinderraum
108: Nehmerkolben
110: Betätigungslager
112: hinterer Bereich
114: Piezorohr
115: Piezorohr
116: Piezorohr
117: Piezorohr
118: Dichtung
119: Dichtung
120: Dichtung
121: Dichtung
122: Ringspalt
123: Ringspalt
124: Aktoreinrichtung
125: Ausgleichskanal
131: Kupplungsbetätigungssystem
133: Zentralbetätiger
134: Drehachse
135: Nehmerzylinder
136: Zylinderraum
138: Nehmerkolben
140: Betätigungslager
141: radiales Segment
142: Zylinderwand
144: Zylinderraumbegrenzung
146: Aktorgehäuse
148: Aktoreinrichtung
150: Piezoaktor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006136140 A1 [0002]

Claims

Kupplungsbetätigungssystem zum Betätigen mindestens einer Kupplung mit einer Antriebseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplung mindestens eine zusätzliche Antriebseinrichtung zugeordnet ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach Anspruch 1, 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.
Kupplungsbetätigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsbetätigungssystem (1; 31; 61; 81; 101; 131) als hydraulisches Kupplungsbetätigungssystem mit einer hydraulischen Strecke (3; 33; 63; 83) ausgeführt ist, der die zusätzliche Antriebseinrichtung so zugeordnet ist, dass ein Volumen der hydraulischen Strecke (3; 33; 63; 83) schnell oder hochfrequent um kleine Volumina gezielt verändert werden kann.
Kupplungsbetätigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Kupplungsbetätigungssystem (1; 31; 61; 81) eine zusätzliche Hydraulikkammer (10; 40; 70; 90) umfasst, der die zusätzliche Antriebseinrichtung zugeordnet ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Hydraulikkammer (10; 40; 70; 90) von einer hydraulischen Trenneinrichtung (12; 42) begrenzt ist, der die zusätzliche Antriebseinrichtung zugeordnet ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebseinrichtung mindestens einen Aktor (20; 50; 78; 94; 124; 148) umfasst, der schnelle Mikrobewegungen ausführen kann.
Kupplungsbetätigungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (26; 76; 91, 92; 114–117; 150) als Piezoaktor und/oder magnetostriktiver Aktor ausgeführt ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebseinrichtung einem vorhandenen Bauteil des Kupplungsbetätigungssystems (101; 131) zugeordnet ist.
Kupplungsbetätigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebseinrichtung einem Nehmerzylinder (105; 135) und/oder Geberzylinder des Kupplungsbetätigungssystems (101; 131) zugeordnet ist.
Verfahren zum Betätigen mindestens einer Kupplung mit einer Antriebseinrichtung mit einem Kupplungsbetätigungssystem (1; 31; 61; 81; 101; 131) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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.