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Die Erfindung betrifft ein Betätigungssystem für eine Kupplung eines Fahrzeugs, insbesondere für eine Reibungskupplung eines Fahrzeugs.
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Zum Verlagern einer Druckplatte einer Kupplung sind Betätigungssysteme in unterschiedlichen Arten bekannt. Zwei häufig benutzte Betätigungssysteme sind mechanisches und hydraulisches Betätigungssystem.
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Das mechanische Betätigungssystem erfolgt durch mechanische Getriebe. Bei einer Betätigung benötigt das mechanische Betätigungssystem aufgrund der mechanischen Reibung zwischen den Komponenten eine relativ lange Schaltzeit, was zur Verschwendung von Energie führt. Darüber hinaus erfordert das mechanische Betätigungssystem zusätzliche Betätigungskomponente, wie z.B. mechanische Hebel oder Lager. Der Bauraumbedarf für solche mechanische Komponente ist relativ groß.
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Das hydraulische Betätigungssystem kann zwar das Problem der Verzögerung wegen mechanischer Reibungen überwinden; jedoch benötigt das hydraulische Betätigungssystem in der Regel einen erheblichen Raum zum Platzieren der benötigten Hydraulikkanäle und Pumpen. Darüber hinaus ist die Steuerung des hydraulischen Betätigungssystems relativ kompliziert. Ein Beispiel für ein hydraulisches Betätigungssystem für eine Kupplung ist in
DE10205619 A1 beschrieben.
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Um die Energieeffizienz zu erhöhen sowie den Fahrkomfort zu verbessern besteht es ein ständiges Bedürfnis ein integriertes Betätigungssystem für eine Kupplung zu schaffen, das der Kupplung Verbesserungen anbietet, wie z. B. Systemintegration, Reduzierung von der Größe der Kupplung, schnellere Betätigung, Verringerung der Menge der Komponenten.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Betätigungssystem zur Betätigung einer Kupplung zu schaffen, das auf einfache Art und Weise eine schnelle und zuverlässige Betätigung ermöglichen kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Betätigungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Betätigungssystem für eine Kupplung eines Fahrzeugs, insbesondere für eine Reibungskupplung eines Fahrzeugs, vorgesehen mit einer Getriebeeingangswelle, einem an der Getriebeeingangswelle angeordneten ersten Kupplungsteil, insbesondere einem Kupplungsdeckel, einem zweiten Kupplungsteil, insbesondere einer Tellerfeder, zur Verlagerung einer Druckplatte der Kupplung, wobei das zweite Kupplungsteil an der Getriebeeingangswelle in Axialrichtung bewegbar angeordnet ist, einem zumindest teilweise aus ferromagnetischen Materialien ausgebildeten Stator, der an dem ersten Kupplungsteil fixiert ist, einem zumindest teilweise aus ferromagnetischen Materialien ausgebildeten Anker, der zur Bewegung des zweiten Kupplungsteils mit dem zweiten Kupplungsteil mechanisch verbunden ist, mindesten einem mit dem Stator mechanisch verbundenen Element zum Erzeugen eines Stator-Magnetfeldes, das zumindest teilweise durch den Stator und den Anker geführt ist, mindestens einer mit dem Anker mechanisch verbundenen Ankerspule zum Erzeugen eines zumindest teilweise durch den Stator und den Anker geführten Anker-Magnetfeldes, wobei der Anker unter einer Wechselwirkung von dem Anker-Magnetfeld und dem Stator-Magnetfeld in Axialrichtung der Kupplung relativ zum Stator bewegbar ist.
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Um eine Druckplatte, insbesondere eine Anpressplatte zu verlagern, kann ein Betätigungselement auf der Anpressplatte eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Betätigungselement als Tellerfeder ausgestaltet sein. Bei der Bewegung der Tellerfeder kann es sich um eine lineare Bewegung in Axialrichtung der Kupplung handeln. Um diese lineare Bewegung der Tellerfeder zu realisieren kann das Prinzip eines elektromagnetischen Linearaktuators verwendet werden. In der Regel umfasst ein elektromagnetischer Linearaktuator einen Stator, einen beweglichen Anker mit mindestens einer Ankerspule. Das Stator-Magnetfeld kann durch einen Permanentmagnet oder eine Statorspule erzeugt werden. Das Anker-Magnetfeld ist von der Ankerspule erzeugt, wobei die Ankerspule derart bestromt werden kann, dass ein zu dem Stator-Magnetfeld gegensinniges Anker-Magnetfeld von der Ankerspule erzeugt wird. Bei der Überlagerung des Stator- und Anker-Magnetfeldes wirkt eine Kraft, die den Stator und den Anker auseinander treibt. Unter dieser Kraftwirkung bewegt sich der Anker entlang der Axialachse der Kupplung in eine Richtung. Nach einem Wechseln der Stromrichtung der Ankerspule sind das Stator-Magnetfeld und das Anker-Magnetfeld gleichsinnig. Demzufolge bewegt sich der Anker entlang der Axialachse der Kupplung in die andere Richtung. Der Stator kann beispielsweise an dem Kupplungsdeckel fixiert sein. Zur Betätigung der Druckplatte, insbesondere der Anpressplatte, kann der bewegliche Anker beispielsweise mit dem Betätigungselement, insbesondere der Tellerfeder, mechanisch verbunden sein, wodurch die Bewegungen des Ankers auf dem Betätigungselement übertragen werden. Somit kann die Betätigung der Kupplung durch eine einfache Steuerung der Stromrichtung der Ankerspule erfolgen, wodurch eine schnelle und zuverlässige Betätigung der Kupplung ermöglicht ist.
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Da die Spule keine spezielle Stromversorgung benötigen, können diese in das bereits im Fahrzeug vorhandene Stromversorgungssystem integriert werden und somit von dem Strom des Fahrzeugs versorgt werden. Die Stärke des Magnetfeldes des Ankers ist einerseits abhängig von der Stromstärke, andererseits von der Anzahl der Spulen. Je mehr Spulen auf dem Anker umwickelt sind, desto stärker ist das Magnetfeld des Ankers. Das Betätigungssystem ermöglicht eine Verwendung einer großen Anzahl von Ankerspulen. Bei einer realen Kupplung ist beispielsweise sogar die Verwendung von bis zu 9300 Spulen möglich.
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Der Stator und der Anker können beispielsweise in einem Gehäuse angeordnet sein, sodass sie eine kompakte Betätigungseinheit bilden. Somit können der Stator und der Anker vor einer Montage der Kupplung in dem Gehäuse angebracht werden. Bei der Montage der Kupplung kann dann lediglich die vorgefertigte Betätigungseinheit eingesetzt werden. Die Montage einer Kupplung kann dadurch schneller und einfacher erfolgen, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können. Darüber hinaus kann diese den Stator und den Anker aufweisende Betätigungseinheit vorzugsweise durch Massenfertigung kostengünstig hergestellt werden.
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Vorteilhaft kann der Anker mit Hilfe eines Kraftübertragungselements mit dem zweiten Kupplungsteil mechanisch verbunden sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Kraftübertragungselement um ein Verbindungselement handeln. Das Verbindungselement kann beispielsweise ein verbreitertes Auflagebereich zum Auflagern mit dem zweiten Kupplungsteil, insbesondere mit der Tellerfeder, aufweisen, wodurch eine große Kontaktfläche zwischen dem Verbindungselement und der Tellerfeder ermöglicht ist. Es verringern sich somit die Bauteilbelastungen. Zur Übertragung der Bewegung des Ankers auf die Tellerfeder kann das Verbindungselement sowohl mit dem Anker als auch mit der Tellerfeder befestigt werden. Die Befestigung kann beispielsweise durch Schrauben oder Vernieten erfolgen. Insbesondere kann das Verbindungselement als ein Endanschlagelement zur Begrenzung der Bewegung des Ankers dienen.
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Insbesondere kann das Element zum Erzeugen des Stator-Magnetfeldes aus einem Permanentmagnet ausgebildet sein, wodurch ein ständiges Stator-Magnetfeld erzeugt werden kann. Das als Permanentmagnet ausgestaltete Element kann an dem Stator so fixiert werden, dass das von diesem Permanentmagnet erzeugte Stator-Magnetfeld zumindest teilweise durch den Stator und den Anker geführt ist.
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Beispielsweise kann es sich bei dem Permanentmagnet um NdFe30 Magnet handeln. Es ist möglich anderen Permanentmagnet als das Element zum Erzeugen des Stator-Magnetfeldes zu verwenden.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass der Stator selbst als das Element zum Erzeugen des Stator-Magnetfeldes dienen kann, wobei der Stator aus einem Permanentmagnet, insbesondere aus NdFe30 Magnet ausgebildet sein kann. Somit kann der Stator nicht mehr aus mehreren unterschiedlichen Materialien, sondern nur aus einem Material, nämlich aus dem Permanentmagnet ausgebildet sein, wodurch die Herstellung des Stators vereinfacht werden kann. Darüber hinaus kann das Stator-Magnetfeld verstärkt werden, da der Stator nicht nur teilweise, sondern komplett aus dem Permanentmagnet ausgebildet ist.
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Eine weitere Variante der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Erregerspule als das Element zum Erzeugen des Stator-Magnetfeldes ausgebildet sein kann. Es ist möglich, dass das Stator-Magnetfeld von einer auf dem Stator gewickelten Erregerspule erzeugt werden kann, wodurch das Stator-Magnetfeld von dem in der Erregerspule fließenden Strom gesteuert werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass der Stator aus zwei voneinander beabstandeten Körpern ausgebildet ist, wobei die beiden Körper jeweils mindestens ein Element zum Erzeugen des Stator-Magnetfeldes aufweisen. Es ist vorteilhaft, dass die beiden Körper aus Permanentmagneten ausgestaltet sind, wodurch das Stator-Magnetfeld durch eine Verwendung von zwei Permanentmagneten verstärkt sein kann.
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Ferner ist es zweckmäßig, dass der Anker zwischen den beiden Körpern des Stators gleitend in dem Stator geführt ist.
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Beispielsweise kann der Stator einen die Getriebeeingangswelle umgebenden inneren Hohlzylinderkörper und einen die Getriebeeingangswelle umgebenden äußeren Hohlzylinderkörper aufweisen, wobei die beiden Hohlzylinderkörper koaxial angeordnet und in Radialrichtung voneinander beabstandet sein können. Dementsprechend kann der Anker beispielsweise ebenfalls hohlzylinderförmig ausgebildet sein. Die Größe des Ankers kann so bestimmt werden, dass der Anker zwischen den beiden Hohlzylinderkörpern des Stators gleitend in dem Stator geführt werden kann.
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Beispielsweise kann die Ankerspule im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Kupplung um eine Axialachse der Kupplung gewickelt sein. Die Ankerspule kann derart fixiert sein, dass eine auf die Ankerspule wirkende Kraft auf den Anker übertragen werden kann. Es ist ferner möglich, dass die Ankerspule in anderer Richtung auf dem Anker gewickelt werden kann. Die Richtung des Stator-Magnetfeldes und die Richtung des Umwickelns der Ankerspule sollen so angepasst werden, dass der Anker sich mittels einer Wechselwirkung von dem Anker-Magnetfeld und dem Stator-Magnetfeld relativ zu dem Stator in Axialrichtung der Kupplung bewegen kann.
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Vorteilhaft kann der Anker eine Nut aufweisen. Die Ankerspule kann in dieser Nut angeordnet sein, wodurch die Ankerspule an dem Anker fixiert werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine perspektivische Schnittansicht eines Betätigungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2: eine perspektivische Ansicht von einem Teil einer Kupplung mit einem Betätigungssystem aus 1 und
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3: eine schematische Schnittansicht von einer Betätigungseinheit des Betätigungssystems aus 1.
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Das in 1 gezeigte Betätigungssystem 10 für eine Kupplung weist eine Getriebeeingangswelle 12 auf. An der Getriebeeingangswelle 12 ist ein als Kupplungsdeckel 14 ausgestaltetes erstes Kupplungsteil 16 angeordnet. Ferner ist ein zweites Kupplungsteil 18 zur Verlagerung einer Anpressplatte 20 der Kupplung an der Getriebeeingangswelle 12 in ihrer Axialrichtung bewegbar angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Kupplungsteil 18 als Tellerfeder 22 ausgestaltet. Zur Betätigung der Tellerfeder 22 ist eine Betätigungseinheit 24 zwischen dem Kupplungsdeckel 14 und der Tellerfeder 22 eingesetzt. Die Betätigungseinheit 24 weist ein Gehäuse 26 auf. In dem Gehäuse 26 ist ein Stator 28 angeordnet. Wie anhand von 1 zu erkennen ist, ist der Stator 28 in diesem Ausführungsbeispiel aus einem die Getriebeeingangswelle 12 umgebenden inneren Hohlzylinderkörper 30 und einem die Getriebeeingangswelle 12 umgebenden äußeren Hohlzylinderkörper 32 ausgebildett. Die beiden Hohlzylinderkörper 30, 32 sind koaxial angeordnet und in Radialrichtung voneinander beabstandet. Zur Bildung eines Stator-Magnetfeldes sind die beiden Hohlzylinderkörper 30, 32 jeweils aus einem Permanentmagnet 34 ausgebildet. Zwischen den beiden Hohlzylinderkörpern 30, 32 ist ein Anker 36 bewegbar in dem Stator 28 angeordnet. Um die Form des Stators 28 anzupassen ist der Anker 36 in diesem Ausführungsbeispiel zylinderförmig ausgebildet.
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Wie in 1 gezeigt ist das Gehäuse 26 mit einer Aussparung 38 zur Aufnahme des Ankers 36 versehen. In dieser Aussparung 38 kann der Anker 36 sich zwischen einer ersten Position, in der der Anker 36 in das Gehäuse 26 eingeschoben ist, und einer zweiten Position bewegen, in der der Anker 36 teilweise aus dem Gehäuse 26 austrittt. Um das Anker-Magnetfeld zu bilden ist eine Ankerspule 40 auf dem Anker 36 gewickelt. Die Anordnung der Ankerspule 40 auf dem Anker 36 ist in 3 zeigt. Mittels einer Wechselwirkung von dem Anker-Magnetfeld und dem Stator-Magnetfeld wird eine Kraft auf die Ankerspule 40 wirken, die den Anker 36 bewegt.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist die Betätigungseinheit 24 an ihrem Gehäuse 26 mehrere Schrauben 42 zur Befestigung der Betätigungseinheit 24 auf. Zur Betätigung der Tellerfeder 22 ist der bewegliche Anker 36 mit Hilfe von einem Verbindungselement 44 mit der Tellerfeder 22 verbunden. Somit wird die Bewegung des Ankers 36 auf die Tellerfeder 22 übertragen. Die Befestigungen zwischen dem Anker 36, dem Verbindungselement 44 und der Tellerfeder 22 können beispielsweise durch Schrauben oder Vernieten erfolgen. Insbesondere kann das Verbindungselement 44 als ein Endanschlagelement zur Begrenzung der Bewegung des Ankers 36 ins Gehäuse 26 dienen.
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Bei einer Betätigung der Kupplung bewegt der Anker 36 sich mittels der Wechselwirkung von dem Anker-Magnetfeld und dem Stator-Magnetfeld in Axialrichtung aus dem Gehäuse 26. Diese Bewegung des Ankers 36 wird durch das Verbindungselement 44 auf die Tellerfeder 22 übertragen. Somit wird die Tellerfeder 22 zu einer Zwischenplatte 46 gedruckt, die unmittelbar auf der Anpressplatte 20 gelagert ist. Die Zwischenplatte 46 ist durch eine Blattfeder 48 (siehe 2) an der Anpressplatte 20 befestigt. Zum Verpressen einer mit Reibbelägen 50 versehenen Kupplungsscheibe 52 wird die Anpressplatte 20 von der Zwischenplatte 46 auf die Kupplungsscheibe 52 gedruckt. Ein Drehmoment wird somit übertragen.
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Bei einem Gangwechsel müsste die Anpressplatte 20 von der Kupplungsscheibe 52 getrennt werden. Dazu wird die Stromrichtung der Ankerspule 40 gewechselt, wodurch die Richtung des Anker-Magnetfeldes geändert werden kann. Der Anker 36 bewegt sich dann in Axialrichtung der Kupplung in das Gehäuse 26 hinein. Diese Bewegung des Ankers 36 wird durch das Verbindungselement 44, die Tellerfeder 22 und die Zwischenplatte 46 auf die Anpressplatte 20 übertragen. Somit wird die Anpressplatte 20 von der Kupplungsscheibe 52 getrennt.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht von einem Teil einer Kupplung mit einem Betätigungssystem. Eine Gegenplatte ist jedoch in 2 nicht dargestellt. Wie man anhand von 2 erkennen kann, ist die Betätigungseinheit 24 vollständig in der Kupplung eingebettet und von dem Kupplungsdeckel 14 komplett geschützt, wodurch ein Raumbedarf einer Kupplung verringert werden kann. 2 verdeutlicht die Blattfeder 48, die die Zwischenplatte 46 und die Anpressplatte 20 zusammen befestigt.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht von einer Betätigungseinheit des Betätigungssystems aus 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Ankerspule 40 beispielsweise im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Kupplung um die Axialachse der Kupplung gewickelt. Um die Ankerspule 40 aufzunehmen weist der Anker eine Nut 54 auf. In dieser Nut 54 ist die Ankerspule 40 angeordnet. Die Ankerspule 40 ist derart fixiert, dass eine auf die Ankerspule 40 wirkende Kraft auf den Anker 36 übertragen werden kann. Es ist ferner möglich, dass die Ankerspule 40 in anderer Richtung auf dem Anker 36 gewickelt werden kann. Die Richtung des Stator-Magnetfeldes und die Richtung des Umwickelns der Ankerspule sollen so angepasst werden, dass der Anker 36 sich mittels einer Wechselwirkung von dem Anker-Magnetfeld und dem Stator-Magnetfeld relativ zu dem Stator 28 in Axialrichtung der Kupplung bewegen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Betätigungssystem
- 12
- Getriebeeingangswelle
- 14
- Kupplungsdeckel
- 16
- das erste Kupplungsteil
- 18
- das zweite Kupplungsteil
- 20
- Anpressplatte
- 22
- Tellerfeder
- 24
- Betätigungseinheit
- 26
- Gehäuse der Betätigungseinheit
- 28
- Stator
- 30
- innerer Hohlzylinderkörper
- 32
- äußerer Hohlzylinderkörper
- 34
- Permanentmagnet
- 36
- Anker
- 38
- Aussparung des Gehäuses
- 40
- Ankerspule
- 42
- Schrauben
- 44
- Verbindungselement
- 46
- Zwischenplatte
- 48
- Blattfeder
- 50
- Reibbelag
- 52
- Kupplungsscheibe
- 54
- Nut des Ankers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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