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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Selbsthaltung eines elektromotorischen Aktors, vorzugsweise für ein Kupplungsbetätigungssystem, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Es sind hydrostatisch betätigte Doppelkupplungssysteme bekannt, welche zwei hydrostatische Strecken aufweisen. Die hydrostatischen Strecken dienen dabei zur direkten Betätigung von Teilkupplungen der Doppelkupplung und verbinden jeweils einen Kupplungsnehmerzylinder mit einem Kupplungsgeberzylinder. In dem Kupplungsgeberzylinder ist ein Kolben angeordnet, der elektromotorisch verstellt wird. Die Verstellbewegung des Kolbens des Kupplungsgeberzylinders wird über ein Hydraulikmedium, wie Hydrauliköl, durch die hydraulischen Strecken auf einen zugehörigen Kolben des Kupplungsnehmerzylinders übertragen. Der Kolben des Kupplungsnehmerzylinders wirkt dabei direkt auf eine Kupplungsplatte der jeweiligen Teilkupplung. Die Teilkupplungen werden durch die elektromotorische Verstellung der Kolben in den Geberzylinder vorteilhaft nur soweit geschlossen, wie dies nötig ist, um ein angefordertes Drehmoment übertragen zu können. Die elektromotorische Verstellung der Geberzylinderkolben wird über elektromotorische Aktoren realisiert, die selbsthaltend ausgeführt sind. Aufgrund der Selbsthaltung öffnen die Teilkupplungen bei einem Ausfall der elektrischen Komponenten nicht automatisch.
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Aus der
WO 2007/054051 A2 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Motorspannungsgrenze eines Kupplungsstellmotors bekannt, bei welchem ein Kupplungsaktor eines automatisierten Schaltgetriebes bewegungslos bleibt, was durch Anlegen einer Haltespannung an dem elektromotorischen Kupplungsaktor realisiert wird.
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Neben dieser aktiven Selbsthaltung ist auch eine passive Selbsthaltung bekannt, welche durch einen konstruktiv festgelegten Wirkungsgrad des elektromotorischen Aktors erreicht wird. Allerdings kann eine Selbsthaltung durch den mechanischen Wirkungsgrad unter Vibrationen des Kraftfahrzeuges nicht immer sichergestellt werden.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur verbesserten Selbsthaltung eines elektromotorischen Aktors anzugeben, bei welchem eine Selbsthaltung des elektromotorischen Aktors auch bei einem nichtausreichenden mechanischen Wirkungsgrad realisiert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer Nichtbestromung des elektromotorischen Aktors ein Rotor des elektromotorischen Aktors automatisch geklemmt wird und bei einer Bestromung die Rotorklemmung automatisch gelöst wird. Dies hat den Vorteil, dass durch die Klemmung eine Bewegung des Rotors bei Nichtbestromung des elektromotorischen Aktors zuverlässig verhindert wird, da die Klemmung einen mechanischen Eingriff in den Bewegungsablauf des Rotors vornimmt. Gleichzeitig steht der elektromotorische Aktor bei wieder eingeschalteter Bestromung jederzeit betriebsbereit zur Verfügung, da die Klemmung bei der Bestromung deaktiviert wird. Eine solche Selbsthaltung erfolgt unabhängig von dem mechanischen Wirkungsgrad des elektromotorischen Aktors.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur verbesserten Selbsthaltung eines elektromotorischen Aktors, vorzugsweise für ein Kupplungsbetätigungssystem. Bei einer Vorrichtung, bei welcher der elektromotorische Aktor auch bei einem unzureichenden mechanischen Wirkungsgrad jederzeit selbsthaltend ausgebildet ist, greift ein Klemmelement bei einem unbestromten elektromotorischen Aktor in einen Rotor des elektromotorischen Aktors ein. Dadurch wird sichergestellt, dass bei ausgefallener Spannungsversorgung der elektromotorische Aktor in seiner Position verharrt und nicht weiterbewegt wird, was insbesondere bei dem Einsatz in Kupplungsbetätigungssystemen den Bewegungsablauf der Kupplung einschränkt, wodurch verkehrskritische Situationen aufgrund der mechanischen Sperre verhindert werden.
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Vorteilhafterweise ist das Klemmelement von einem Elektromagneten betätigbar, welcher in Abhängigkeit von der Bestromung des elektromotorischen Aktors aktivierbar oder deaktivierbar ist. Da die Bestromung des Elektromagneten mit der Spannungsversorgung des elektromotorischen Aktors gekoppelt ist, wird eine automatische Betätigung des Klemmelementes realisiert, wobei die Selbsthaltung des elektromotorischen Aktors sofort nach Ausfall der Spannungsversorgung des elektromotorischen Aktors ausgelöst wird, da auch die Bestromung des Elektromagneten entfällt. Ist die Spannungsversorgung wieder aktiviert, wird das Klemmelement von dem Elektromagneten aus dem Rotor des elektromotorischen Aktors entfernt.
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In einer Ausgestaltung ist der Elektromagnet über einen Gleichrichter, vorzugsweise eine Gleichrichterbrücke, mit den Motorphasen des elektromotorischen Aktors verbunden. Durch diese Verbindung der Motorphasen über die Gleichrichterbrücke hängt die Aktivierung bzw. Deaktivierung direkt von dem Bestromungszustand der Motorphasen ab, so dass eine sehr schnelle automatische Reaktion und Einstellung der Selbsthaltung bei Ausfall der Spannungsversorgung erfolgen kann.
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In einer Variante ist zwischen dem Gleichrichter und dem Elektromagneten ein Transistor geschaltet, welcher mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Da der Transistor immer mit der Spannungsversorgung verbunden ist, liegt an ihm auch dann volle Leistung an, wenn an dem Gleichrichter keine Spannung anliegt. Dadurch ist der Elektromagnet ohne Zeitverzögerung aktivierbar, wenn die Spannungsversorgung des elektromagnetischen Aktors ausfällt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Elektromagnet mit einem, den elektromotorischen Aktor ansteuernden Steuergerät direkt verbunden. Dabei wird der Elektromagnet aktiv vom Steuergerät selbst angesteuert, da dieses Steuergerät detektiert, ob die Stromversorgung zum elektromotorischen Aktor unterbrochen ist oder nicht. Diese Ausführungsform ermöglicht die Einsparung von zusätzlichen Bauelementen und ist somit besonders kostengünstig.
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In einer Weiterbildung besteht das Klemmelement aus einem ferromagnetischen Material. Die Ausbildung aus einem ferromagnetischen Material ermöglicht die Bewegung des Klemmelementes in dem von dem Elektromagneten ausgebildeten Magnetfeld bei Änderung der Spannungsversorgung an dem elektromotorischen Aktor.
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Vorteilhafterweise ist das Klemmelement als Stift ausgebildet, welches vorzugsweise axial beweglich an dem Elektromagnet befestigt ist. Durch diese axiale Beweglichkeit kann der Stift im unbestromten Zustand des Elektromagneten in den Rotor eingreifen, während im bestromten Zustand des Elektromagneten das elektromagnetische Feld diesen Stift in den Elektromagneten hineinzieht und somit den Rotor des elektromotorischen Aktors freigibt.
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Alternativ ist das Klemmelement als einseitig fixierter Federarm ausgebildet, dessen frei bewegliches Ende an dem Elektromagneten bewegbar ist. Bei bestromten Elektromagneten wird das freie Ende des Federarmes von dem Elektromagneten angezogen und gibt den Rotor frei, während bei einem unbestromten Elektromagneten das freie Ende des Federarmes am Rotor anliegt und diesen in seiner Bewegung hemmt.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems in einem Kraftfahrzeug,
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 ein erstes Ausführungsbeispiel des Klemmelementes,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Klemmelementes,
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Kupplungsbetätigungssystems 1 in einem Kraftfahrzeug dargestellt, wie es beispielsweise bei hydrostatischen Doppelkupplungsgetrieben zum Einsatz kommt. Das Kupplungsbetätigungssystem 1 umfasst ein Steuergerät 2, welches über eine Leistungsendstufe 3 einen als Elektromotor ausgebildeten elektromotorischen Aktor 4 ansteuert. Dieser elektromotorische Aktor 4 ist über ein Getriebe 5 auf einen Kolben 6 eines Geberzylinders 7 geführt, wobei das Getriebe 5 die Drehbewegung des elektromotorischen Aktors 4 in eine lineare Bewegung des Kolbens 6 umwandelt. Der Geberzylinder 7 ist über eine hydraulische Strecke 8 mit einem Nehmerzylinder 9 verbunden, wobei der Kolben 6 des Geberzylinders 7 eine Hydraulikflüssigkeit über die hydraulische Strecke 8 in den Nehmerzylinder 9 drückt, wo ein von dem Nehmerzylinder 9 umfasster weiterer Kolben 10 bewegt wird und die Kupplung 11 betätigt.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12, bei welcher das Steuergerät 2 mittels der Leistungsendstufe 3 den elektromotorischen Aktor 4 über dessen Motorphasen U, V, W angesteuert. Die drei Motorphasen U, V, W sind mit einer B6-Gleichrichterbrücke 13 verbunden, an deren Ausgang ein Elektromagnet 14 angeordnet ist. Der elektromotorische Aktor 4 weist dabei einen Rotor 15 auf, der eine nicht weiter dargestellte Verzahnung oder eine gerändelte Oberfläche besitzt, um eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zu einem, aus einem ferromagnetischen Material bestehenden Klemmelement 16 herzustellen, welches durch den Elektromagneten 14 bewegt wird. An der B6-Gleichrichterbrücke 13 wird eine gleichgerichtete Spannung abgegriffen. Mit Hilfe der gleichgerichteten Spannung wird der Elektromagnet 14 angesteuert, wobei ein als mechanische Sperre des Rotors 15 ausgebildetes Klemmelement 16 freigegeben wird. Das bedeutet, dass immer dann, wenn der elektromotorische Aktor 4 über seine Phasen U, V, W bestromt wird, die mechanische Sperre in Form des Klemmelementes 16 durch den Elektromagneten 14 freigegeben wird, da in diesem Fall der Elektromagnet 14 ebenfalls bestromt wird und das von dem Elektromagneten 14 ausgebildete Magnetfeld das Klemmelement 16 anzieht. Wird der elektromotorische Aktor 4 nicht mehr bestromt, wird das Klemmelement 16 wieder an den Rotor 15 gedrückt, da auf Grund der Nichtbestromung des Elektromagneten 14 kein Magnetfeld mehr vorhanden ist.
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Wie aus 3 und 4 hervorgeht, kann das Klemmelement 16 einmal als Federarm 161 ausgebildet sein, welches an einem Ende fest positioniert ist oder aus einem axial beweglichen Stift 162 bestehen. In 3 wird bei einer Bestromung des Elektromagneten 14 das freie Ende des Federarmes 161 von dem Magnetfeld des Elektromagneten 14 angezogen, wobei der Rotor 15 des elektromotorischen Aktors 4 frei beweglich ist und somit die Kupplung 11 betätigen kann. Wird der Aktor 4 durch Ausfall einer Stromversorgung durch das Steuergerät 2 nicht angesteuert, so bleibt auch der Elektromagnet 14 unbestromt, weshalb das Ende des Federarmes 161 an dem Rotor 15 anliegt und dessen Bewegung blockiert.
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Eine ähnliche Verfahrensweise tritt auch bei dem Klemmelement 16 gemäß 4 auf, wo der axiale Stift 162 bei einem bestromten Elektromagneten 14 in den Elektromagneten 14 hineingezogen wird und den Rotor 15 in seiner Bewegung freigibt. Wird der Elektromagnet 14 aber nicht weiter bestromt, da die Spannungsversorgung zum elektromotorischen Aktor 4 unterbrochen ist, steht der Stift 162 aus dem Elektromagneten 14 über und greift in den Rotor 15 ein.
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Die passive Ansteuerung des Elektromagneten 14 über die Gleichrichterbrücke 13 kann verbessert werden, indem ein Transistor 17 dem Elektromagneten 14 vorgeschaltet ist. Der Emitter des Transistors 17 ist dabei mit dem Elektromagneten 14 verbunden, während die Basis auf die Gleichrichterbrücke 13 führt. Der Kollektor des Transistors 17 liegt an einer Spannungsversorgung, die vorteilhafterweise der Spannungsversorgung des Steuergerätes 2 entspricht. Durch die Verwendung des Transistors 17 wird eine Zeitverzögerung aufgehoben, welche auftritt, wenn der Elektromagnet 14 direkt an die B6-Gleichrichterbrücke 13 angeschlossen ist, da der Transistor 17 auf Grund der Verbindung mit der Spannungsversorgung sofort mit voller Leistung betrieben werden kann, auch wenn an der Gleichrichterbrücke 13 erst eine Spannung aufgebaut wird (5).
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Eine aktive Ansteuerung des Elektromagneten 14 durch das Steuergerät 2 ist in 6 dargestellt, wo ein Eingang des Elektromagneten 14 direkt mit einem Anschluss des Steuergerätes 2 verbunden ist, während der zweite Anschluss des Elektromagneten 14 direkt an Masse des Steuergerätes 2 liegt. Durch diese Ausgestaltung wird der Elektromagnet 14 durch das Steuergerät 2 aktiviert, wenn das Steuergerät 2 erkennt, dass auf einer der Motorphasen U, V, W keine Spannung anliegt und somit der elektromotorische Aktor 4 nicht bestromt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsbetätigungssystem
- 2
- Steuergerät
- 3
- Leistungsendstufe
- 4
- Elektromotorischer Aktor
- 5
- Getriebe
- 6
- Kolben
- 7
- Geberzylinder
- 8
- Hydraulische Strecke
- 9
- Nehmerzylinder
- 10
- Kolben
- 11
- Kupplung
- 12
- Vorrichtung
- 13
- Gleichrichterbrücke
- 14
- Elektromagnet
- 15
- Rotor
- 16
- Klemmelement
- 161
- Federarm
- 162
- Stift
- 17
- Transistor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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