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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen einer Kupplung, mit einer Aktoreinrichtung, mit deren Hilfe ein Antriebselement kraftschlüssig mit einem Abtriebselement verbindbar ist, das relativ zu dem Antriebselement verdrehbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kupplungsbetätigungssystem für eine Kupplung, mit einer Aktoreinrichtung, mit deren Hilfe ein Antriebselement kraftschlüssig mit einem Abtriebselement verbindbar ist, das relativ zu dem Antriebselement verdrehbar ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 047 801 A1 ist ein Hydrostataktor mit einem Geberzylinder und mit einem einen Drehantrieb in eine Axialbewegung wandelnden Planetenwälzgetriebe mit einer Hülse, einer Getriebespindel und zwischen diesen abwälzenden Planetenwälzkörpern sowie mit einem das Planetenwälzgetriebe antreibenden Elektromotor bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Betätigen einer Kupplung mit einer Aktoreinrichtung, mit deren Hilfe ein Antriebselement kraftschlüssig mit einem Abtriebselement verbindbar ist, das relativ zu dem Antriebselement verdrehbar ist, insbesondere im Hinblick auf die benötigte Betätigungsenergie und/oder die Herstellkosten der Aktoreinrichtung, zu vereinfachen und/oder zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betätigen einer Kupplung, mit einer Aktoreinrichtung, mit deren Hilfe ein Antriebselement kraftschlüssig mit einem Abtriebselement verbindbar ist, das relativ zu dem Antriebselement verdrehbar ist, dadurch gelöst, dass kinetische Energie des Antriebselements verwendet wird, um eine Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung zu erzeugen. Das Antriebselement umfasst zum Beispiel ein Schwungrad, das drehfest mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. An dem Schwungrad ist zum Beispiel ein Kupplungsdeckel befestigt, der über das Schwungrad drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist. Der Kupplungsdeckel dreht sich im Betrieb des Antriebsstrangs mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle. Die Drehzahl der Kurbelwelle wird auch als Motordrehzahl bezeichnet. Die Nutzung der kinetischen Energie des Antriebselements zum Betätigen der Kupplung liefert unter anderem den Vorteil, dass keine zusätzliche Antriebsenergie beziehungsweise kein zusätzlicher Antrieb zum Betätigen der Kupplung benötigt wird.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass kurzzeitig eine Drehzahldifferenz zwischen dem Antriebselement und einem Betätigungselement eingestellt wird, um die Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung zu erzeugen. Das Betätigungselement ist, vorteilhaft unter Zwischenschaltung eines Lagers, relativ zu dem Antriebselement verdrehbar. Die Drehzahldifferenz zwischen dem Antriebselement und dem Betätigungselement wird gezielt herbeigeführt, um die Betätigungskraft zum Öffnen oder Schließen der Kupplung zu erzeugen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahldifferenz zwischen dem Antriebselement und dem Betätigungselement mit Hilfe eines elektromotorischen Antriebs eingestellt wird. Dadurch wird vorteilhaft ein rein elektromechanisches Kupplungsbetätigungssystem ohne eine hydraulische Zwischenstrecke bereitgestellt. Der elektromotorische Antrieb wird vorteilhaft nur dazu verwendet, die Drehzahldifferenz zwischen dem Antriebselement und dem Betätigungselement herzustellen. Der elektromotorische Antrieb wird nicht direkt verwendet oder benötigt, um die Betätigungskraft zu erzeugen.
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Bei einem Kupplungsbetätigungssystem für eine Kupplung, mit einer Aktoreinrichtung, mit deren Hilfe ein Antriebselement kraftschlüssig mit einem Abtriebselement verbindbar ist, das relativ zu dem Antriebselement verdrehbar ist, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Aktoreinrichtung so ausgeführt und angeordnet ist, dass kinetische Energie des Antriebselements zum Aufbringen einer Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung genutzt wird. Durch die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung kann eine vorhandene Drehbewegung des Antriebselements auf einfache Art und Weise teilweise in eine axial wirkende Betätigungskraft zum Öffnen und/oder Schließen der Kupplung umgewandelt werden. Die Energieumwandlung erfolgt vorteilhaft rein mechanisch.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung einen Rampenmechanismus umfasst, der in Abhängigkeit von einer beziehungsweise der Drehzahldifferenz zwischen einem beziehungsweise dem Betätigungselement und dem Antriebselement eine axiale Betätigungskraft auf eine Anpressplatte aufbringt. Die Anpressplatte ist vorteilhaft relativ zu einer Kupplungsscheibe in axialer Richtung begrenzt verlagerbar. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Drehachse des Antriebselements und des Abtriebselements. Durch die axiale Verlagerung der Anpressplatte kann die Kupplungsscheibe zwischen der Anpressplatte und dem Schwungrad eingeklemmt werden, um einen Kraftschluss zu erzeugen. Das Erzeugen des Kraftschlusses wird auch als Schließen der Kupplung bezeichnet. Der Rampenmechanismus dient vorteilhaft dazu, mit Hilfe der Drehzahldifferenz und der Motordrehzahl eine Betätigungskraft in axialer Richtung zu erzeugen. Der Rampenmechanismus umfasst vorteilhaft erste Rampen, die an dem Antriebselement, insbesondere dem Kupplungsdeckel, vorgesehen sind, und zweite Rampen, die an der Anpressplatte vorgesehen sind. Das Betätigungselement ist, in axialer Richtung, vorteilhaft zwischen dem Kupplungsdeckel und der Anpressplatte angeordnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung ein Lager umfasst, das zur Darstellung von verschiedenen Übersetzungen zwischen einer ersten Kegelfläche an einem beziehungsweise dem Betätigungselement und einer zweiten Kegelfläche an dem Antriebselement verstellbar ist. Das Lager ist vorteilhaft als Kugellager ausgeführt. Ein Lageraußenring des Lagers ist vorteilhaft zwischen den beiden Kegelflächen angeordnet. Mit Hilfe der Kegelflächen und des Lagers kann eine Drehzahldifferenz zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Antriebselement und des Betätigungselement eingestellt werden, um das Antriebselement, insbesondere den Kupplungsdeckel, relativ zu dem Rampenmechanismus zu verdrehen. Durch das Verdrehen des Rampenmechanismus wird die Anpressplatte axial verlagert, um die Kupplung zu öffnen oder zu schließen. Das Verstellen der Übersetzung mit Hilfe des Lagers erfolgt vorteilhaft nur kurzzeitig. Normalerweise ist über das Lager eine Übersetzung von 1:1 eingestellt, um ein gleich bleibendes Moment zu halten.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Lager auf einer Führungs- und Verstelleinrichtung angeordnet ist. Die Führungs- und Verstelleinrichtung ist vorteilhaft radial innerhalb der beiden Kegelflächen angeordnet. Dabei ist die Führungs- und Verstelleinrichtung vorteilhaft so ausgeführt und angeordnet, dass sich das Abtriebselement, insbesondere eine Getriebeeingangswelle, durch die Führungs- und Verstelleinrichtung hindurch erstreckt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Verstelleinrichtung ein Exzenterführungsrohr umfasst, das über eine Kulisse mit dem Lager gekoppelt ist. Das Exzenterführungsrohr umfasst innen vorteilhaft ein zentrales Durchgangsloch, durch das sich die Getriebeeingangswelle beziehungsweise das Abtriebselement hindurch erstreckt. Radial außen ist das Exzenterführungsrohr vorteilhaft exzentrisch ausgeführt, um die Übersetzungsverstellung mit Hilfe des Lagers zu ermöglichen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kupplungsbetätigungssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Verstelleinrichtung über ein Schneckengetriebe durch einen Elektromotor angetrieben ist. Über das Schneckengetriebe kann eine Drehbewegung einer Motorwelle des Elektromotors in eine Drehbewegung des Exzenterführungsrohrs umgewandelt werden. Der elektromotorische Antrieb wird vorteilhaft nur zum Verstellen der Übersetzung mit Hilfe des Lagers benötigt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen des vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt ist vorteilhaft in einem Kraftfahrzeug einem Kupplungssteuergerät zugeordnet, mit dem ein elektromechanisch steuerbarer Kupplungsaktor einer vorab beschriebenen Aktoreinrichtung betätigbar ist, insbesondere um das vorab beschriebene Lager axial geführt und drehzahlabhängig zu steuern. Dadurch kann die vorab beschriebene Kupplung auf einfache Art und Weise eingerückt und ausgerückt werden. Die Kupplung ist vorteilhaft aktiv schließbar.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Aktoreinrichtung, einen Rampenmechanismus, ein Betätigungselement, ein Antriebselement, ein Lager, eine Führungs- und Verstelleinrichtung, insbesondere ein Exzenterführungsrohr, eine Kulisse, ein Schneckengetriebe und/oder einen Elektromotor für ein vorab beschriebenes Kupplungsbetätigungssystems. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.
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In der einzigen beiliegenden Figur ist ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Kupplung vereinfacht im Längsschnitt dargestellt.
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In der einzigen beiliegenden Figur ist ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Kupplung 1 vereinfacht im Längsschnitt dargestellt. Die Kupplung 1 umfasst eine Kupplungsscheibe 2, die drehfest mit einem Ende einer Getriebeeingangswelle 4 verbunden ist. die Getriebeeingangswelle 4 stellt ein Abtriebselement 5 dar, das relativ zu einem Antriebselement 6 verdrehbar ist.
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Das Antriebselement 6 umfasst eine Kurbelwelle 8, die sich im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs mit der Drehzahl einer Brennkraftmaschine dreht. Die Brennkraftmaschine wird auch als Motor bezeichnet. Demzufolge wird die Drehzahl, mit der sich die Kurbelwelle 8 dreht, auch als Motordrehzahl bezeichnet.
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Ein Schwungrad 9 ist mit Hilfe von Schraubverbindungselementen drehfest mit der Kurbelwelle 8 verbunden. Ein Kupplungsdeckel 10 wiederum ist drehfest mit dem Schwungrad 9 verbunden. Der Kupplungsdeckel 10 stellt ein Teil des Antriebselements 6 dar und dreht sich mit Motordrehzahl.
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Der Kupplungsdeckel 10 stellt einen Drucktopf dar, dessen Boden von dem Schwungrad 9 gebildet wird. Auf der dem Schwungrad 9 abgewandten Seite weist der Kupplungsdeckel 10 ein zentrales Durchgangsloch auf, das von einem Kegelringdeckel 11 begrenzt wird. Benachbart zu dem Kegelringdeckel 11 ist eine Kegelscheibe 12 angeordnet, die von einem Betätigungselement 14 abgewinkelt ist.
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Die Kegelscheibe 12 ist in einem Winkel von etwa fünfundzwanzig Grad zu einer Drehachse 13 der Getriebeeingangswelle 4 beziehungsweise der Kurbelwelle 8 angeordnet. Der Kegelringdeckel 11 ist in einem Winkel von etwa zwanzig Grad zu der Drehachse 13 angeordnet. Dabei erstreckt sich der Kegelringdeckel 11 von der Kurbelwelle 9 weg, während sich die Kegelscheibe 12 zur Kurbelwelle 8 hin erstreckt.
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Die Kegelscheibe 12 ist radial innen von einem im Wesentlichen kreisscheibenartigen Betätigungselement 14 abgewinkelt. Das Betätigungselement 14 wirkt mit einem Rampenmechanismus 15 zusammen und ist in axialer Richtung zwischen dem Kupplungsdeckel 10 und einer Anpressplatte 16 angeordnet. Der Rampenmechanismus 15 umfasst Rampen, die an dem Kupplungsdeckel 10 angebracht sind. Weitere Rampen des Rampenmechanismus 15, die auch als Gegenrampen bezeichnet werden können, sind an der Anpressplatte 16 angebracht.
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Die Anpressplatte 16 ist mit Hilfe des Rampenmechanismus 15 in axialer Richtung begrenzt verlagerbar, um die Kupplung 1 zu öffnen oder zu schließen. Beim Schließen der Kupplung 1 wird die Anpressplatte 16 so auf die Kupplungsscheibe 2 zu bewegt, dass die Kupplungsscheibe 2 zwischen der Anpressplatte 16 und dem Schwungrad 9 eingeklemmt wird, um einen Kraftschluss zu erzeugen. Wenn die Anpressplatte 16 von der Kupplungsscheibe 2 weg bewegt wird, dann wird die Kupplung 1 geöffnet.
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Die Kegelscheibe 12 des Betätigungselements 14 weist radial innen eine erste Kegelfläche 31 auf. Eine zweite Kegelfläche 32 ist radial innen an dem Kegelringdeckel 11 des Kupplungsdeckels 10 angeordnet. Zwischen den beiden Kegelflächen 31, 32 ist ein Lager 18 angeordnet. Das Lager 18 ist als Kugellager mit einem Lageraußenring ausgeführt, der zwischen den beiden Kegelflächen 31 und 32 angeordnet ist.
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Das Lager 8 ist zum Verstellen einer Übersetzung zwischen dem Betätigungselement 14 und dem Kupplungsdeckel 10 auf einer Führungs- und Verstelleinrichtung 20 angeordnet. Die Führungs- und Verstelleinrichtung 20 umfasst ein Exzenterführungsrohr 21 mit einer Lagerführung 19. Das Exzenterführungsrohr 21 ist durch einen elektromotorischen Antrieb 24 um die Drehachse 13 verdrehbar. Der elektromotorische Antrieb 24 umfasst einen Elektromotor 25. Von dem Elektromotor 25 geht eine Motorwelle 26 aus. Die Motorwelle 26 ist über ein Schneckengetriebe 28 mit dem Exzenterführungsrohr 21 gekoppelt.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird ein Teil der Bewegungsenergie, insbesondere Drehenergie, die vom Antriebsmotor über die Kurbelwelle 8 bereitgestellt wird, zur Betätigung der Kupplung 1 genutzt. Die Drehenergie, die vom Antriebsmotor bereitgestellt wird, wirkt über das Schwungrad 9 auf den Kupplungsdeckel 10. Auf der Kegelfläche 32 des Kegelringdeckels 11 Kupplungsdeckels 10 rollt das als Kugellager ausgeführte Lager 18 ab.
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Das Kugellager 18 ist dabei vorteilhaft so gestaltet, dass es ausgehend von dem elektromotorischen Antrieb 24 über das Schneckengetriebe 28 und die Führungs- und Verstelleinrichtung 20 zwischen den beiden Kegelflächen 31 und 32 bewegbar ist. Die an dem Exzenterführungsrohr 21 angebrachte (nicht dargestellte) Kulisse ermöglicht, dass das Lager 18 axial geführt, gesteuert, bewegt, insbesondere verschoben, werden kann. Dabei überträgt das Lager 18 vorteilhaft die Drehbewegung des Kupplungsdeckels 10 auf den Rampenmechanismus 15, der mit dem Lager 18 radial verspannt ist.
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Wenn das Lager 18 einen größeren Radius des Kegels beschreibt, dann erhöht sich die Rotationsgeschwindigkeit des Lagers 18. Dabei stellt sich eine Drehzahldifferenz zwischen der Rotationsgeschwindigkeit des Kupplungsdeckels 10 und des Rampenmechanismus 15 ein. Diese Drehzahldifferenz führt dazu, dass sich der Kupplungsdeckel 10 radial zu dem Rampenmechanismus 15 verdreht. Durch das Verdrehen des Rampenmechanismus 15 wird die Anpressplatte 16 axial verschoben. Die axiale Verschiebung führt dazu, dass die Kupplung 1 öffnet oder trennt.
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Beschreibt das Lager 18 dagegen einen kleineren Radius auf dem Kegel, verlangsamt sich die Drehzahl des Lagers 18 zum Kupplungsdeckel 10, so dass die Kupplung 1 schließt. Zum Halten eines gleich bleibenden Moments dient eine Übersetzung von 1:1 zwischen den beiden Kegelflächen 31, 32.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 2
- Kupplungsscheibe
- 4
- Getriebeeingangswelle
- 5
- Abtriebselement
- 6
- Antriebselement
- 8
- Kurbelwelle
- 9
- Schwungrad
- 10
- Kupplungsdeckel
- 11
- Kegelringdeckel
- 12
- Kegelscheibe
- 13
- Drehachse
- 14
- Betätigungselement
- 15
- Rampenmechanismus
- 16
- Anpressplatte
- 18
- Lager
- 19
- Lagerführung
- 20
- Führungs- und Verstelleinrichtung
- 21
- Exzenterführungsrohr
- 24
- elektromotorischer Antrieb
- 25
- Elektromotor
- 26
- Motorwelle
- 29
- Schneckengetriebe
- 31
- Kegelfläche
- 32
- Kegelfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010047801 A1 [0002]
