DE102014210696A1

DE102014210696A1 - Elektrischer Zentralausrücker (EZA) mit Selbsthaltefeder

Info

Publication number: DE102014210696A1
Application number: DE201410210696
Authority: DE
Inventors: Steffen Huber; Thomas Eckenfels
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2014-12-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung mit einer Statoreinrichtung, mit einer zur Statoreinrichtung verdrehbaren Rotoreinrichtung und einer durch die Drehung der Rotoreinrichtung in axialer Richtung zumindest begrenzt verlagerbaren Schlitteneinrichtung, die zum Aufbringen von Zug- und/oder Schubkräften auf eine Zug- und Schubeinrichtung ausgelegt ist, um eine Bewegung eines Hebelelementes, wie einer Tellerfeder zu erzwingen, wobei die Schlitteneinrichtung durch eine Vorspanneinheit auf das Hebelelement gedrängt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung mit einer Statoreinrichtung, mit einer zur Statoreinrichtung verdrehbaren Rotoreinrichtung, und einer durch die Drehung der Rotoreinrichtung in axialer Richtung zumindest begrenzt verlagerbaren Schlitteneinrichtung, die zum Aufbringen von Zug- und/oder Schubkräften auf eine Zug- und Schubeinrichtung ausgelegt ist, um eine Bewegung eines Hebelelementes, wie einer Tellerfeder, zu erzwingen.
Die Erfindung betrifft auch eine Kupplungsvorrichtung, insbesondere eine nasse oder trockene Kupplungsvorrichtung, die auch als Doppelkupplung ausgebildet sein kann, mit einer als elektrischer Zentralausrücker ausgebildeten Betätigungsvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik, etwa der DE 10 2012 2007 325 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges bekannt. Insbesondere ist eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge darin offenbart, welche wenigstens eine Primärantriebsmaschine mit einer Primärantriebswelle aufweist, wenigstens einer, insbesondere als elektromechanischer Energiewandler ausgeführte, Sekundärantriebsmaschine mit einem Sekundärantriebselement, wenigstens einer Kupplungseinrichtung mit wenigstens einer Eingangseinrichtung, welche mit der Primärantriebswelle drehfest verbunden ist, wenigstens einer Ausgangseinrichtung, welche sowohl mit dem Sekundärantriebselement, als auch mit der Abtriebseinrichtung drehfest verbunden ist, wenigstens einem Kupplungselement, welches dafür vorgesehen ist, das Drehmoment wenigstens einer Eingangseinrichtung zu übertragen, und einer Betätigungseinrichtung zum Herstellen und Lösen einer drehfesten Verbindung, sowie einer Abtriebseinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Betätigungseinrichtung der Kupplungseinrichtung einen mechanischen Energiespeicher aufweist und einen Aktor aufweist, welcher dafür vorgesehen ist, eine zweite Anpresskraft zwischen der Eingangseinrichtung und der Ausgangseinrichtung der Kupplungseinrichtung aufzubringen. Die Offenbarung dieser Druckschrift bzgl. der Kupplungsvorrichtung, insbesondere bzgl. der einzelnen Bauteile und geometrischen Anordnungen soll als hier integriert gelten, ohne notwendigerweise wörtlich übernommen zu sein.
Eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung mit einer Statoreinrichtung, einer bzgl. der Statoreinrichtung verdrehbaren Rotoreinrichtung und einer bzgl. der Rotoreinrichtung in axialer Richtung begrenzt verlagerbaren, Zug- und Schubkräfte aufbringenden Schlitteneinrichtung ist ebenfalls bekannt, wobei sich die Schlitteneinrichtung mit einer Zug- und Schubeinrichtung in Wirkverbindung befindet, die ausgebildet ist, auf ein Hebelelement der Kupplung Zug- und Schubkräfte aufzubringen, wobei die Zug- und Schubeinrichtung zumindest ein Zugelement und zumindest ein Schubelement aufweist, zwischen denen das Hebelelement aufnehmbar ist, und die miteinander verbindbar sind.
Auch ist eine Kupplungsvorrichtung bekannt, insbesondere eine Zuschaltkupplung für einen Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeugs, mit einer Gegendruckplatte, einer in Axialrichtung begrenzt verlagerbaren Anpressplatte, zur reibschlüssigen Klemmung einer Kupplungsscheibe zwischen der Anpressplatte und der Gegendruckplatte, einem auf die Anpressplatte wirkenden Hebelelement zur Verlagerung der Anpressplatte in axialer Richtung, einem zumindest teilweise zwischen der Anpressplatte und dem Hebelelement angeordneten Zentralflansch mit zumindest einer Durchgriffsmöglichkeit für die Anpressplatte und/oder das Hebelelement, und einer Verschleißnachstelleinrichtung zur automatischen Nachstellung von Kupplungsverschleiß, wobei zur Verhinderung einer ungewollten Nachstellung von Kupplungsverschleiß das Hebelelement mit dem Zentralflansch in Anlage bringbar ist.
Die Erfindung betrifft den Bereich elektrischer Zentralausrücker (EZA), wobei beim aktuellen Baustand schon in vielen Betriebspunkten eine Selbsthaltung vorliegt. Dies kann aber nicht in allen Betriebspunkten und über die komplette Lebensdauer gewährleistet werden. Um im statischen Zustand, insbesondere unter Last, etwa bei geöffneter Kupplung, nicht als bordnetzbelastender Verbraucher aufzutreten, ist eine Selbsthaltung erwünscht. Weiterhin ergeben sich hinsichtlich funktionaler Sicherheit große Vorteile, wenn der Aktor in allen Betriebspunkten eine Selbsthaltung / Selbsthemmung aufweist, ohne aber auf eine elektrische Versorgung angewiesen zu sein.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen und eine Selbsthaltung / Selbsthemmung eines elektrischen Zentralausrückers (EZA) selbst im stromlosen Zustand unter allen erwartbaren Randbedingungen, insbesondere temperatur-, axialkraft-, vibrationsunabhängig, zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schlitteneinrichtung durch eine vorzugsweise von einer elektrischen Kraft unabhängige und möglichst rein mechanische Vorspanneinheit auf das Hebelelement gedrängt ist.
Während gegenwärtig in vielen Betriebspunkten des elektrischen Zentralausrückers eine Selbsthaltung/Selbsthemmung vorliegt, kann nun in allen Betriebspunkten über die komplette Lebensdauer eine Selbsthemmung/Selbsthaltung gewährleistet werden. Das Bordnetz wird nicht unnötig belastet, während sich der elektrische Zentralausrücker in einem statischen Zustand befindet, z. B. wenn die Kupplung ausgerückt ist. Eine Selbsthalteeinrichtung, die eine nicht-elektrifizierte Vorspanneinheit einsetzt, wird dabei verwendet. Insbesondere werden mehrere Selbsthaltefedern vorgeschlagen, die den Schlitten / die Schlitteneinrichtung mit einem Ausrücklager in axialer Richtung entgegen einem Hebelelement, wie einer Tellerfeder beaufschlagt/beaufschlagen.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Schlitteneinrichtung so an der Vorspanneinheit angebunden ist, dass eine von der Vorspanneinheit aufgebrachte Vorspannkraft die Schlitteneinrichtung in jede Axialposition der Schlitteneinrichtung auf das Hebelelement drängt. Als probate Anbindungsarten hat sich ein Abstützen, ein Eingeklinkt sein, oder sonstige form-, kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindungen durchgesetzt.
Kostengünstig kann die Vorspanneinheit realisiert werden, wenn sie als Federelement oder Federpaket ausgebildet ist.
Die Auslegungsfreiheit kann in großem Umfang genutzt werden, wenn die Vorspanneinheit eine einzelne oder mehrere zur Betätigungsvorrichtung konzentrische Federelemente umfasst oder mehrere jeweils radial außerhalb einer Längsachse der Betätigungsvorrichtung verteilte Federelemente oder Federpakete umfasst.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Vorspanneinheit als mechanische Feder, die als Selbsthaltefeder ausgebildet ist, etwa als Selbsthaltetellerfeder, Selbsthaltedruckfeder, Selbsthaltezugfeder oder Selbsthalteschraubenfeder. Auf diese Weise kann eine geschickt gewählte und gewünschte Selbsthaltefederkennlinie gesucht und eingesetzt werden.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Selbsthaltefeder eine solche Selbsthaltefederkennlinie aufweist, dass die Betätigungsvorrichtung bei Erreichen eines Tastpunktes im Wesentlichen kraftfrei ist und/oder eine Tellerfederkennlinie des als Tellerfeder ausgebildeten Hebelelementes einen Nulldurchgang aufweist. Wenn bspw. in einem Tastpunkt, also beim Beginnen des Schleifens der Kupplung, ergo der Anpressplatte und Gegendruckplatte an der Kupplungsscheibe, der kraftfreie Zustand des Gesamtsystems erreicht ist, so kann ohne elektrisches Stromerforderniss hier eine stabile Position erreicht werden / stabile Punkte definiert werden.
Wenn die Schlitteneinrichtung mit einer hebelabgewandten Stirnfläche und/oder einer Abstützfläche an der Vorspanneinheit direkt oder indirekt anliegt, so kann eine dauerhafte Krafteinleitung in der Schlitteneinrichtung sichergestellt werden.
Damit die Kupplungskennlinie optimal verläuft, ist es von Vorteil, wenn die Selbsthaltefederkennlinie eine positive oder negative Steigung aufweist und/oder einen Nulldurchgang aufweist. Durch geschicktes Auslegen der Kurvenverläufe können stabile Punkte auf der (Gesamtsystem-)Kennlinie definiert werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sicher herausgestellt, wenn die Selbsthaltefederkennlinie an die Tellerfederkennlinie angepasst ist, insbesondere so, dass stabile Punkte definiert sind, bspw. ein Nulldurchgang der Selbsthaltefederkennlinie irgendwann erreicht ist und/oder das Gesamtsystem kraftfrei stellbar ist.
Mit anderen Worten basiert eine erfinderische Lösung der eingangs definierten Aufgabe darin, eine (z.B. mechanische) Feder jeglicher Art einzubauen, welche eine Kraft auf den Schlitten / die Schlitteneinrichtung der Betätigungsvorrichtung / des elektrischen Zentralausrückers in Richtung einer Kupplung / einer Kupplungsscheibe ausübt. Die Feder kann als Druckfeder ausgeführt sein und konzentrisch zur Kupplung und zum elektrischen Zentralausrücker eingebaut sein. Alternativ ist es aber auch möglich, mehrere kleinere (z.B. mechanische) Federn, über den Umfang verteilt, zu nutzen, die eine Kraft auf den Schlitten ausüben.
Die Feder kann auch als kupplungsfeste Zugfeder eingebaut werden.
Die Federkennlinie kann linear sein, kann aber auch eine progressive oder degressive oder zusammengesetzte Abschnitte aufweisende Kennlinienarchitektur besitzen. Die Kennlinie kann so ausgeführt sein, dass sie gegenläufig zur Ausrückkraftlinie einer „normally closed“ Kupplung wirkt. Durch geschickte Wahl der Selbsthaltefederkennlinie ist es möglich, dass diese Wirkkraft auf den Schlitten / die Schlitteneinrichtung des EZAs im Bereich der gelüfteten Kupplung (d.h. Kupplung offen) negativ wird. Ist die Kupplung offen, bspw. eine Trennkupplung beim elektrischen Fahren offen, und der elektrische Zentralausrücker nicht selbsthemmend, so bräuchte man einen gewissen Haltestrom, so dass der Aktor seine Ist-Position halten kann. Dies wird aber mit der Erfindung unnötig. Kommt es im althergebrachten Fall der „geöffneten Kupplung“ zu einem Fehlerfall oder will man aus energietechnischen Gründen keinen Haltestrom aufbringen, so würde bisher der Aktor in Richtung einer positiven Axialposition „weglaufen“ und die Kupplung weiter lüften. Mit der Erfindung wird dies ausgeschlossen.
Eine stabile Position stellt sich am Schnittpunkt zwischen einer Wirkkennlinie des elektrischen Zentralausrückers und einer x-Achse ein. Dadurch ist bspw. in einem Fehlerfall, d.h. etwa Wegfall der Energieversorgung des elektrischen Zentralausrückers, bei geöffneter Kupplung immer gewährleistet, dass die Kupplung offen bleibt und nicht ungewollt schließt. Eine gleichmäßige Aktor-Dynamik in beide Richtungen ist die Folge.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel mit unterschiedlichen Federkennlinien dargestellt ist. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einer auf eine Schlitteneinrichtung, die ein Ausrücklager beinhaltet, wirkenden Selbsthaltefeder,
2 eine diagrammartige Darstellung einer Tellerfederkennlinie, einer Selbsthaltefederkennlinie und einer kombinierten Wirkkennlinie, und
3 eine zur 2 ähnliche Darstellung, wobei jedoch die Selbsthaltefederkennlinie eine andere Steigung aufweist und somit eine andere Wirkkennlinie des gesamten elektrischen Zentralausrückers nach sich zieht.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine erste schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung in einer Kupplung gemäß der Erfindung wiedergegeben.
Die Betätigungsvorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen und ein modularer Bestandteil der mit dem Bezugszeichen 2 versehenen Kupplungsvorrichtung. Die Kupplungsvorrichtung 2 kann auch als Kupplung bezeichnet werden und als trockene oder nasse Kupplung, insbesondere Doppelkupplung ausgestaltet sein.
Es ist eine Statoreinrichtung 3 vorhanden. Die Statoreinrichtung 3 steht mit einer zur Statoreinrichtung 3 verdrehbaren/rotierbaren Rotoreinrichtung 4 in Wirkzusammenhang. Wird der Stator 3 mit Strom versorgt, so wird die mit Permanentmagneten versehene Rotoreinrichtung 4 in Rotation versetzt. Unter Zwischenschaltung eines Kugelumlaufgetriebes wird einer Schlitteneinrichtung 5, die auch als Schlitten bezeichnet werden kann, eine in Richtung einer Längsachse 6 wirkende, dauerhaft vorliegende Axialkraft aufgeprägt. Die Statoreinrichtung 3, die Rotoreinrichtung 4, die Schlitteneinrichtung 5 sind Teil eines Aktors 7, insbesondere eines elektrischen Zentralausrückers (EZA).
Dabei weist die Schlitteneinrichtung 5 ein Ausrücklager auf, wie ein Wälzlager, das mit einem Hebelelement 8, das als Tellerfeder 9 ausgebildet ist, zusammenwirkt. Die Tellerfeder 9 greift durch einen Zentralflansch 10 und kann eine Anpressplatte 11 auf eine Gegendruckplatte 12 zu bewegen, um eine Kupplungsscheibe 13 einzuklemmen. Die Kupplungsscheibe 13 wird zwischen der Anpressplatte 11 und der Gegendruckplatte 12 dann eingeklemmt. Auf diese Weise kann von dem Zusammenwirken eines Rotors 14 mit einem Stator 15 erzeugtes Drehmoment in Richtung eines Freilaufs weitergegeben werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, das Drehmoment von einer Verbrennungskraftmaschine über ein Zweimassenschwungrad und eine Welle in Richtung des Freilaufs weitergegeben wird, wobei die Kupplungsvorrichtung 2 eine Wählbarkeit der Drehmomentweitergabe ermöglicht. Dies ist bei sogenannten Hybridfahrzeugen von großem Vorteil.
Eine Vorspanneinheit 16, die eine Selbsthaltefeder 17 umfasst, stützt sich an einem Träger 18, der mit einer Zwischenwand 19 gehäusefest verbunden ist, ab. Die Selbsthaltefeder 17 stützt sich auch an der Schlitteneinrichtung 5 ab. Die Selbsthaltefeder 17 kann als Schraubenfeder ausgebildet sein, die konzentrisch zur Längsachse 6 der Betätigungsvorrichtung 1 angeordnet ist.
Auch können mehrere Federn über den Umfang verteilt eingesetzt sein. Grundsätzlich sind auch Elastomer-Selbsthaltefedern denkbar, wobei jedoch metallische Federn bevorzugt sind. Theoretisch möglich sind auch hydraulische oder pneumatische Federn, die zwar gewisse Vorteile bieten, aber aufgrund ihrer Komplexität im Fazit eher als nachteilig betrachtet werden.
Ein Rotorlager 20 ist axial neben einem Abstützlager 21 eingesetzt, wobei das Abstützlager 21 mit dem Zentralflansch 10 in Verbindung steht und das Rotorlager 20 mit einem Joch 22, der auch Teil des Aktors 7 ist, in abstützendem Wirkzusammenhang steht. Eine Außenhülse, eine Formfeder, in der Wälzkörper innerhalb einer Wälzkörperrinne laufen, ist nach bekannter Weise ebenfalls enthalten.
In den 2 und 3 ist eine Darstellung einer Tellerfederkennlinie 23 und einer Selbsthaltefederkennlinie 24 dargestellt. Da diese zwei Federkennlinien verlagert werden, ergibt sich eine Wirkkennlinie 25 des gesamten elektrischen Zentralausrückers, wobei auf der Horizontalachse die Axialposition des Aktors 7 in Millimetern wiedergegeben ist und auf der Vertikalachse die Axialkraft in Newton angegeben ist. Mit dem Bezugszeichen 26 ist der Zeitpunkt einer geschlossenen Kupplung angegeben, mit dem Bezugszeichen 27 der Zeitpunkt, an dem die Kupplung schleift, also ein Tastpunkt angefahren ist, bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 28 der Zeitpunkt gekennzeichnet, zu dem die Kupplung gelüftet/offen ist.
Die Erfindung ist prädestiniert für modulare Längsbaukästen und/oder Hybridmodule.
Die Schlitteneinrichtung 5 kann auch als Schlitteneinheit bezeichnet werden.
Bezugszeichenliste

1: Betätigungsvorrichtung
2: Kupplungsvorrichtung
3: Statoreinrichtung
4: Rotoreinrichtung
5: Schlitteneinrichtung
6: Längsachse
7: Aktor
8: Hebelelement
9: Tellerfeder
10: Zentralflansch
11: Anpressplatte
12: Gegendruckplatte
13: Kupplungsscheibe
14: Rotor
15: Stator
16: Vorspanneinheit
17: Selbsthaltefeder
18: Träger
19: Zwischenwand
20: Rotorlager
21: Abstützlager
22: Joch
23: Tellerfederkennlinie
24: Selbsthaltefederkennlinie
25: Wirkkennlinie
26: geschlossene Kupplung
27: Tastpunkt
28: gelüftete Kupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1020122007325 A1 [0003]

Claims

Betätigungsvorrichtung (1) für eine Kupplung mit einer Statoreinrichtung (3), mit einer zur Statoreinrichtung (3) verdrehbaren Rotoreinrichtung (4) und einer durch die Drehung der Rotoreinrichtung (4) in axialer Richtung zumindest begrenzt verlagerbaren Schlitteneinrichtung (5), die zum Aufbringen von Zug- und/oder Schubkräften auf eine Zug- und Schubeinrichtung ausgelegt ist, um eine Bewegung eines Hebelelementes (8), wie einer Tellerfeder (9) zu erzwingen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitteneinrichtung (5) durch eine Vorspanneinheit (16) auf das Hebelelement (8) gedrängt ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitteneinrichtung (5) so an der Vorspanneinheit (16) angebunden ist, dass eine von der Vorspanneinheit (16) aufgebrachte Vorspannkraft die Schlitteneinrichtung (5) in jeder Axialposition der Schlitteneinrichtung (5) auf das Hebelelement (8) drängt.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinheit (16) als Federelement oder Federpaket ausgebildet ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinheit (16) eine einzelne oder mehrere zur Betätigungsvorrichtung (1) konzentrische Federelemente umfasst, oder mehrere jeweils radial außerhalb einer Längsachse (6) der Betätigungsvorrichtung (1) verteilte Federelemente oder Federpakete umfasst.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinheit (16) als mechanische Feder, wie eine Selbsthaltefeder (17), ausgebildet ist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsthaltefeder (17) eine solche Selbsthaltefederkennlinie (24) aufweist, dass die Betätigungsvorrichtung (1) bei Erreichen eines Tastpunkts (27) im Wesentlichen kraftfrei ist und/oder eine Tellerfederkennlinie (23) des als Tellerfeder (9) ausgebildeten Hebelelements (8) einen Nulldurchgang aufweist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitteneinrichtung (5) mit einer hebelelementabgewandten Stirnfläche und/oder einer Abstützfläche an der Vorspanneinheit (16) direkt oder indirekt anliegt.
Betätigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsthaltefederkennlinie (24) eine positive oder negative Steigung aufweist und/oder einen Nulldurchgang aufweist.
Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsthaltefederkennlinie (24) an die Tellerfederkennlinie (23) angepasst ist, insbesondere so, dass stabile Punkte definiert sind.
Kupplungsvorrichtung (2), wie eine Doppelkupplung, mit einer als elektrischer Zentralausrücker ausgebildeten Betätigungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.