DE102016207237A1 - Aktuator zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs. Der Aktuator umfasst eine um eine Drehachse (51) drehbare Kurvenscheibe (50) und einen in einer Axiallagerung (30) gelagerten Stößel (40) mit einer Längsachse (LA). Dabei umfasst die Axiallagerung (30) wenigstens ein Lagerelement (31, 31a, 31b). Der Stößel (40) weist ein erstes Ende (46) auf, an dem er in einem Koppelpunkt (53) mit der Kurvenscheibe (40) derart gekoppelt ist, dass durch eine Drehung der Kurvenscheibe (50) um die Drehachse (51) eine geradlinige Bewegung des Stößels (40) entlang seiner Längsachse (LA) bewirkt wird zum Übertragen der geradlinigen Bewegung auf die Kupplung (27). Der Aktuator (13) ist derart ausgebildet, dass zur Überführung der Kupplung (27) vom geschlossenen Zustand (C) in den geöffneten Zustand (O) die Kurvenscheibe (50) in einer ersten Drehrichtung (91) zu drehen ist. Die Axiallagerung (30) ist derart relativ zur Drehachse (51) angeordnet, dass die Längsachse (LA) von einer zur Längsachse (LA) parallelen Parallelachse (PA) durch einen Abstand (D) beabstandet ist, wobei die Parallelachse (PA) die Drehachse (51) schneidet.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind Einrichtungen bzw. Aktuatoren zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs bekannt. In jüngerer Zeit wird zunehmend versucht, Kupplungen einzusetzen, bei denen der Kuppelvorgang durch einen elektromechanischen Aktuator bewirkt wird. In Automatikgetrieben sind derartige elektromechanisch aktivierte Kupplungen auch bereits bekannt. Derartige Kupplungen bzw. Einrichtungen zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs können auch als sogenannte „electronic clutch“ oder kurz als „eClutch“ bezeichnet werden.
  • In derartigen eClutch-Systemen muss häufig in einem Aktuator des eClutch-Systems eine drehende Bewegung eines Motors bzw. eines an den Motor gekoppelten Getriebes in eine lineare Bewegung umgesetzt werden, um einen hydraulischen Zylinder zu betätigen. Dieser hydraulische Zylinder kann dann einen weiteren hydraulischen Zylinder betätigen, über den eine mit dem weiteren hydraulischen Zylinder gekoppelte Kupplungsscheibe ausgerückt wird (offener Zustand), um eine Drehmomentübertragung zwischen der Kupplungsscheibe und einer Schwungscheibe zu unterbrechen. Die Schwungscheibe ist dabei mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbunden. Eine gegenläufig drehende Bewegung des Motors des Aktuators bzw. der Einrichtung führt dann in eine gegenläufig lineare Bewegung, die den hydraulischen Zylinder und damit auch den weiteren hydraulischen Zylinder betätigt und so zu einem Einrücken der Kupplungsscheibe relativ zur Schwungscheibe führt. Bei eingerückter Kupplung (geschlossener Zustand) erfolgt eine Drehmomentübertragung zwischen der Schwungscheibe und der Kupplungsscheibe.
  • Um die Umsetzung der drehenden Bewegung in die lineare Bewegung zu erreichen kann eine Kurvenscheibe und ein mit der Kurvenscheibe gekoppelter Stößel verwendet werden. Dabei ist die Kurvenscheibe fest mit einem Getriebe verbunden, welches seinerseits mit dem Motor verbunden ist. Auf diese Weise kann die Kurvenscheibe durch eine Drehung des Motors mittels des Getriebes gedreht werden. Durch eine Änderung des Radius‘ der Kurvenscheibe in Abhängigkeit vom Drehwinkel (z.B. durch das Profil der Kurvenscheibe) kann sich in bekannter Weise eine lineare Bewegung des Stößels ergeben. Der Stößel kann dabei in einer Axiallagerung geführt sein, so dass er nur eine lineare Bewegung ausführen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass sich bei der Kraftübertragung der Kurvenscheibe auf den Stößel nicht nur eine axiale Kraft entlang einer Längsachse des Stößels ergibt. Vielmehr werden durch das Zusammenwirken der Kurvenscheibe mit dem Stößel auch Kräfte übertragen, die eine zur axialen Kraftkomponente senkrechte Komponente aufweisen, sogenannte Radialkräfte. Die Radialkraft muss vom Axiallager aufgefangen werden. Die Radialkräfte verursachen Reibung in den Lagerelementen und am Stößel. Durch die Reibung wird Verschleiß verursacht, was die Lebensdauer bzw. die Funktion des Aktuators bzw. des eClutch-Systems verschlechtern kann. Außerdem kann durch die Reibung auch die Geräuschemission erhöht sein.
  • Es kann daher ein Bedarf bestehen, einen Aktuator zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs bereitzustellen, bei welchem die Radialkräfte auf die Axiallagerung möglichst gering ausfallen und/oder bei dem die Geräuschemission möglichst gering ausfällt. Gleichzeitig kann ein Bedarf bestehen, den Stößel möglichst wartungsarm im Axiallager zu schmieren. Darüber hinaus soll das zum Betätigen der Kupplung notwendige Drehmoment des aktuierenden Motors möglichst gering ausfallen und es soll die Schaltzeit zwischen eingerückter und ausgerückter Kupplung soll möglichst gering ausfallen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Aktuator zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Der Aktuator umfasst eine um eine Drehachse drehbare Kurvenscheibe und einen in einer Axiallagerung gelagerten Stößel mit einer Längsachse. Die Axiallagerung umfasst wenigstens ein Lagerelement. Dabei weist der Stößel ein erstes Ende auf, an dem er in einem Koppelpunkt mit der Kurvenscheibe derart gekoppelt ist, dass durch eine Drehung der Kurvenscheibe um die Drehachse eine geradlinige Bewegung des Stößels entlang seiner Längsachse bewirkt wird zum Übertragen der geradlinigen Bewegung auf die Kupplung. Dabei ist der Aktuator derart ausgebildet, dass zur Überführung der Kupplung vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand die Kurvenscheibe in einer ersten Drehrichtung zu drehen ist bzw. drehbar ist. Dabei ist die Axiallagerung derart relativ zur Drehachse angeordnet, dass die Längsachse von einer zur Längsachse parallelen Parallelachse durch einen Abstand beabstandet ist, wobei die Parallelachse die Drehachse schneidet.
  • Mit anderen Worten sind die Parallelachse und die Längsachse voneinander verschiedene Achsen.
  • Durch die Beabstandung der Längsachse von der Parallelachse kann vorteilhaft über den gesamten Drehwinkelbereich der Kurvenscheibe ein besonders geringer Betrag der maximalen Radialkraft, die auf die Axiallagerung wirkt, erzielt werden. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders klein bauende und kostengünstige Axiallagerung verwendet werden. Auch verringert sich vorteilhaft der Verschleiß. Vorteilhaft kann auch eine besonders effiziente Schmierung der Axiallagerung bewirkbar sein, wodurch der Aktuator besonders wartungsarm gebaut ist. Alternativ oder zusätzlich kann durch den Abstand D, welcher größer oder kleiner als Null ist, eine besonders geringe Geräuschemission erzielt werden.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Kurvenscheibe eine radial nach außen weisende Stirnfläche aufweist, wobei das erste Ende des Stößels in einem Anlagepunkt an der Stirnfläche anliegt. Dabei ist der Anlagepunkt der Koppelpunkt. Dadurch kann die Einrichtung vorteilhaft besonders reibungsarm und geräuscharm betrieben werden und das Risiko eines Verhakens ist minimiert. Der Stößel kann zur weiteren Verringerung der Reibung z.B. an seinem ersten Ende mit einer Gleitrolle bzw. einem Abrollrad ausgebildet sein, die auf der Stirnfläche der Kurvenscheibe abrollt.
  • Grundsätzlich kann auch eine Kopplung des Stößels mit der Kurvenscheibe z.B. durch eine Kulissenführung oder eine Kragenführung (Kulisse in der Kurvenscheibe bzw. Kragen an der Kurvenscheibe) erfolgen.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass ein Radius (R) der Kurvenscheibe definiert ist als der Abstand von der Drehachse zu dem Koppelpunkt. Dabei kann die Kurvenscheibe bei einem ersten Drehwinkel (ϕ1) einen ersten Radius (R1) aufweisen zum Bewirken eines geschlossenen Zustands (C) der Kupplung und die Kurvenscheibe kann bei einem zweiten Drehwinkel (ϕ2) einen zweiten Radius (R2) aufweisen zum Bewirken eines geöffneten Zustands (O) der Kupplung. Die Kurvenscheibe kann zwischen dem ersten Drehwinkel (ϕ1) und dem zweiten Drehwinkel (ϕ2) wenigstens einen ersten Abschnitt (S1) und einen zweiten Abschnitt (S2) aufweisen, wobei im ersten Abschnitt (S1) der Radius (R) der Kurvenscheibe eine im Wesentlichen konstante erste Steigung (m1) bezüglich des Drehwinkels (ϕ) aufweist. Im zweiten Abschnitt (S2) kann der Radius (R) der Kurvenscheibe eine im Wesentlichen konstante zweite Steigung (m2) bezüglich des Drehwinkels (ϕ) aufweisen. Die erste Steigung (m1) kann größer sein als die zweite Steigung (m2), insbesondere wenigstens doppelt so groß wie die zweite Steigung (m2).
  • Durch die Verwendung einer Kurvenscheibe, deren Steigung nicht über den gesamten Bereich linear ist kann vorteilhaft einerseits das notwendige Motordrehmoment und damit die Leistungsaufnahme verringert werden und gleichzeitig kann der Drehwinkel und damit die Stellzeit zwischen dem eingerückten Zustand und ausgerückten Zustand bzw. zwischen dem eingerückten Zustand und dem Schleifzustand verringert werden. Damit ist es möglich, die Drehmomentübertragung vom Antriebsstrang und der Schwungscheibe auf die Kupplungsscheibe schneller zu verringern bzw. zu unterbrechen. Bei einer derartigen Ausführung ist durch die Beabstandung zwischen Längsachse und Parallelachse eine besonders starke Reduzierung der maximalen Radialkräfte möglich.
  • Das notwendige Motordrehmoment, um die Kurvenscheibe zu drehen, ist abhängig von der Steigung (je größer die Steigung, desto mehr Drehmoment ist notwendig) und von der Kraft aus dem Stößel bzw. der Kupplung (je höher die Kraft, desto mehr Drehmoment ist notwendig).
  • Solange die Kupplung noch im eingerückten Zustand oder nahe am eingerückten Zustand ist, also z.B. bei geringen Radien der Kurvenscheibe bzw. geringem Stößelhub, ist die auf die Kurvenscheibe wirkende Kraft aus dem Stößel gering. Somit kann in diesem Bereich, z.B. dem ersten Abschnitt, die Steigung größer gewählt werden, da das Drehmoment des Motors auf diese Weise genutzt werden kann, um den Stößel mit möglichst hoher Geschwindigkeit linear zu verlagern. Mit andern Worten soll hier das Drehmoment, welches dem Motor ohnehin zur Verfügung steht, genutzt werden, um mit einem geringen Drehwinkel eine möglichst große lineare Strecke des Stößels zurückzulegen. Dies verringert den Drehwinkelbereich, um z.B. den Schleifzustand zu erreichen und damit die Schaltzeit zum Erreichen des Schleifzustands.
  • Sobald die Kupplung merklich gegen die Federkraft geöffnet wird ist die über den Stößel auf die Kurvenscheibe wirkende Kraft erheblich höher – und damit auch das vom Stößel auf die Kurvenscheibe wirkende Gegendrehmoment. Um in diesem Bereich, der z.B. bei Fahrten im Stau häufiger verwendet wird, die notwendige Leistungsaufnahme des Motors zu reduzieren kann hier die Steigung verringert werden. Dadurch kann beispielsweise der Hebelarm zwischen dem Koppelpunkt und der Achse verringert werden, wodurch das vom Stößel auf die Kurvenscheibe wirkende Gegendrehmoment sinkt bzw. konstant gehalten werden kann. Mit anderen Worten: das Drehmoment des Motors reicht nun aus, um die anders übersetzte Gegenkraft auf den Stößel zu kompensieren. Dadurch kann das vom Stößel aufgebrachte Gegendrehmoment auch mit der verfügbaren Motorleistung überwunden werden, auch wenn hierfür der notwendige Drehwinkelweg für einen definierten linearen Wegabschnitt des Stößels zunimmt.
  • In diesem zweiten Abschnitt mit der gegenüber der ersten Steigung geringeren zweiten Steigung kann somit eine Überhitzung des Motors oder der Leistungselektronik zu seiner Ansteuerung vorteilhaft vermieden werden. Alternativ kann ein kleinerer Motor verbaut werden als wenn die zweite Steigung weiterhin wie die erste Steigung verlaufen würde. Somit kann bei Verwendung eines Motors mit relativ geringer Leistungsaufnahme gleichzeitig ein ausreichendes Drehmoment in allen Abschnitten des Stellvorgangs bereitgestellt werden und gleichzeitig kann die Stellzeit verringert werden. Durch die Ausbildung des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts mit im Wesentlichen konstanten Steigungen lässt sich zudem ein besonders gleichmäßiger und geräuscharmer Stellvorgang bewirken, da ungleichmäßige Geschwindigkeiten des Stößels verhindert werden und dadurch ein Abheben des Stößels (Geräuschbildung) von der Kurvenscheibe bzw. ein Verhaken in der Kurvenscheibe verhindert sind. Außerdem werden hydraulische Druckschläge auf den Stößel verhindert. Schließlich lässt sich eine Kurvenscheibe mit Abschnitten, in denen die Steigung linear ist, vorteilhaft besonders einfach, fertigungssicher, mit geringen Toleranzen und kostengünstig fertigen.
  • Unter dem Begriff „im Wesentlichen konstante Steigung“ ist zu verstehen, dass sich die Steigung (z.B. im ersten Abschnitt bzw. im zweiten Abschnitt) um nicht mehr als 3% ändert.
  • Die Überführung der Kupplung in den geöffneten Zustand ausgehend von dem geschlossenen Zustand kann auch als Ausrücken der Kupplung bezeichnet werden. Der Stößel rückt dabei aus. Umgekehrt kann das Überführen der Kupplung von dem geöffneten Zustand zu dem geschlossenen Zustand als Einrücken der Kupplung bezeichnet werden. Der Stößel rückt dabei ein und nähert sich mit seinem ersten Ende somit der Achse der Kurvenscheibe. Der geschlossene Zustand kann dabei definiert sein als ein Zustand, in dem die Kupplung ohne Kraftbeaufschlagung ist und somit maximal geschlossen ist. Der offene Zustand ist definiert als ein Zustand, in dem kein Drehmomentübertrag zwischen der Schwungscheibe und der Kupplungsscheibe stattfindet. Es ist möglich, dass die Kupplung über den gerade eben geöffneten Zustand hinaus noch etwas weiter ausgerückt werden kann.
  • Die Steigung m ist als erste Ableitung des Radius R nach dem Drehwinkel ϕ definiert: m = dR/dϕ. Dabei steigen die Drehwinkel ϕ bei einer Drehung in der ersten Drehrichtung an. Mit anderen Worten steigen die Drehwinkelwerte ausgehend vom geschlossenen Zustand der Kupplung zum geöffneten Zustand der Kupplung an.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Einrichtung derart ausgebildet ist, dass die Kurvenscheibe nur zwischen einem Anfangsdrehwinkel ϕA und einem Enddrehwinkel ϕE drehbar ist. Dabei kann der Anfangsdrehwinkel ϕA einem Drehwinkel von 0° entsprechen. Der Enddrehwinkel ϕE kann einem Drehwinkel ϕ von weniger als 355° relativ zum Anfangsdrehwinkel ϕA entsprechen, vorteilhaft kann der Enddrehwinkel ϕE einem Drehwinkel ϕ von weniger als 340° relativ zum Anfangsdrehwinkel ϕA entsprechen. Dadurch wird vorteilhaft ein Überdrehen der Kurvenscheibe verhindert, was zu einem schlagartigen Einrücken der Kupplung führen würde, wenn die Kurvenscheibe vom zweiten Drehwinkel ϕ2 bzw. vom Enddrehwinkel ϕE in der ersten Drehrichtung bis zum Anfangsdrehwinkel ϕA bzw. zum ersten Drehwinkel ϕ1 weitergedreht würde, also insgesamt um 360°.
  • Es kann weiterhin beispielsweise vorgesehen sein, dass die Kurvenscheibe derart ausgebildet ist, dass ein Weiterdrehen der Kurvenscheibe über den Enddrehwinkel (ϕE) hinaus verhindert ist. Dies kann beispielsweise durch ein Blockiermittel bewirkt werden, das ein Drehen in der ersten Drehrichtung über den Anschlag bzw. über den Enddrehwinkel hinaus verhindert. Lediglich beispielhaft kann ein solches Blockiermittel durch einen Anschlag an oder in der Kurvenscheibe gebildet sein oder durch eine Kulisse in der Kurvenscheibe, in die ein Zapfen eingreift. Ein derartiges Blockiermittel kann auch derart ausgebildet sein, dass es durch Zusammenwirken mit dem Stößel ein Weiterdrehen über den Enddrehwinkel hinaus verhindert. Dies kann z.B. durch einen sprunghaften Anstieg des Radius‘ der Kurvenscheibe bewirkt sein.
  • Mit anderen Worten kann der Anfangsdrehwinkel ausgehend von einem Drehwinkel, der größer ist als der Anfangsdrehwinkel, nur durch ein Rückdrehen der Kurvenscheibe wieder erreicht werden. Der mit der Kurvenscheibe gekoppelte Stößel durchläuft somit beim Einrücken dieselbe Radiusfunktion R = F(ϕ) wie beim Ausrücken, nur in umgekehrter Richtung.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass beim ersten Drehwinkel ϕ1 der ersten Radius R1 dem minimalen Radius der Kurvenscheibe in dem gesamten zugänglichen Drehwinkelbereich entspricht, in dem der Stößel einen Koppelpunkt mit der Kurvenscheibe ausbilden kann. Die Kupplung ist somit in einem maximal geschlossenen bzw. eingerückten Zustand bzw. der Stößel befindet sich in einem maximal eingerückten Zustand. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass beim zweiten Drehwinkel ϕ2 der zweite Radius R2 dem maximalen Radius der Kurvenscheibe in dem gesamten zugänglichen Drehwinkelbereich entspricht, in dem der Stößel einen Koppelpunkt mit der Kurvenscheibe ausbilden kann. Die Kupplung ist somit in einem maximal geöffneten bzw. ausgerückten Zustand bzw. der Stößel befindet sich in einem maximal ausgerückten Zustand. Dabei kann die Kupplung bereits vor diesem maximal ausgerückten Zustand im geöffneten Zustand sein (d.h.: es findet kein Drehmomentübertrag mehr statt).
  • Es kann vorgesehen sein, dass der erste Radius R1 kleiner ist als der zweite Radius R2.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Radius R an einem Ende des ersten Abschnitts S1 kleiner ist als der Radius an einem Ende des zweiten Abschnitts S2. Dadurch wird vorteilhaft ein besonders gleichmäßiges Ausrücken der Kupplung ermöglicht bzw. eine besonders gleichmäßige lineare Bewegung des Stößels.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Radius im Bereich zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel monoton steigt. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Radius vom Beginn des ersten Abschnitts bis zum Ende des zweiten Abschnitts monoton steigt. Besonders vorteilhaft steigt der Radius vom Beginn des ersten Abschnitts bis zum Ende des zweiten Abschnitts streng monoton. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders gleichmäßige lineare Bewegung des Stößels bewirkt. Dies bewirkt eine besonders geringe Geräuschbildung, da das Risiko eines Abhebens des Stößels von der Kurvenscheibe oder ein Verhaken in einer Kulissenstruktur der Kurvenscheibe verringert ist. Außerdem können so unnötige Belastungen durch Druckschläge aus dem Hydraulikzylinder, der mit dem Stößel gekoppelt ist verhindert werden. Schließlich wird damit über Lebensdauer der Einrichtung zum Betätigen der Kupplung ein gleichmäßiges Betätigungsverhalten erzielt, unabhängig von der herrschenden Umgebungstemperatur und einer möglichen Abnutzung der in der Einrichtung bzw. dem Aktuator verbauten Komponenten.
  • Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Funktion R = F(ϕ) des Radius‘ R in Abhängigkeit vom Drehwinkel ϕ zwischen dem ersten Abschnitt S1 und dem zweiten Abschnitt S2 zweimal stetig differenzierbar ist, insbesondere an jeder Stelle zweimal stetig differenzierbar ist. Mit anderen Worten weist die Radius-Funktion keine Knicke auf. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders geringe Geräuschbildung bewirkt. Ein Abheben des Stößels oder ein Verhaken des Stößels kann ebenfalls dadurch vorteilhaft verhindert werden.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass bei einer Betrachtung eines sich zwischen der Drehachse (51) und der Axiallagerung (30) erstreckenden Abschnitts entlang der ersten Drehrichtung (91) die Längsachse (LA) vor der Parallelachse (PA) angeordnet ist. Ein solcher Abstand D wird nachfolgend als „positiver Abstand“ bezeichnet, er ist definitionsgemäß „größer als 0“ (D > 0) Dadurch können die maximal übertragenen Radialkräfte auf die Axiallagerung betragsmäßig besonders stark reduziert werden. Dadurch verringert sich vorteilhaft der Verschleiß, die Geräuschemission und es können kleinere und kostengünstigere Axiallager bzw. Lagerelemente verbaut werden.
  • Auch kann eine Schmierung des Stößels im Axiallager bzw. in den Lagerelementen besonders einfach, effizient und regelmäßig bewirkt werden. Insbesondere, wenn in der Axiallagerung bzw. zwischen zwei voneinander axial beabstandeten Lagerelementen ein Schmiermitteldepot vorgesehen ist.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass bei einer Betrachtung eines sich zwischen der Drehachse und der Axiallagerung erstreckenden Abschnitts entlang der ersten Drehrichtung die Längsachse (LA) hinter der Parallelachse (PA) angeordnet ist. Ein solcher Abstand D wird nachfolgend als „negativer Abstand“ bezeichnet, er ist definitionsgemäß „kleiner als 0“ (D < 0) Dadurch kann vorteilhaft eine besonders einfache Axiallagerung bewirkt werden, wenn die Radialkräfte stets in dieselbe Richtung wirken und immer ungleich Null sind. Auch kann dadurch die Geräuschemission reduziert werden.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Lagerelement durch ein Gleitlager gebildet ist. Vorteilhaft kann das Lagerelement auf diese Weise besonders einfach und kostengünstig ausgeführt sein. Das Gleitlager kann z.B. aus Teflon oder einem anderen Material gebildet sein, welches einen besonders geringen Reibungskoeffizienten relativ zum Stößel aufweist.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Lagerelement durch wenigstens eine, beispielsweise lineare, Schiene mit einer Nut gebildet ist, wobei am Stößel wenigstens ein Führungselement, angeordnet ist, das in der Nut geführt ist. Das Führungselement kann z.B. als Zapfen ausgebildet sein. Dadurch kann vorteilhaft eine besonders zuverlässige Axiallagerung bereitgestellt werden.
  • Dabei kann eine Kugellagerung in der Schiene vorgesehen sein. Auf diese Weise ist eine besonders reibungsarme und geräuscharme Führung des Stößels möglich.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Stößel ein Abrollrad mit einem Durchmesser (D1) aufweist, wobei der Betrag des Abstands (D) in einem Bereich zwischen 5% und 30% des Durchmessers (D1) liegt. Durch das Vorsehen eines Abrollrades kann vorteilhaft die Reibung zwischen der Kurvenscheibe und dem Stößel besonders gering gehalten werden. Dadurch sinken der Verschleiß und die die Geräuschemission des Aktuators. Durch die Wahl des Abstandes im Bereich von 3% bis 35%, bevorzugt von 5% bis 30% und ganz besonders bevorzugt von 8% bis 22% des Durchmessers des Abrollrades kann die maximale Radialkraft besonders stark reduziert werden. Außerdem kann so z.B. auch die Geräuschemission besonders stark reduziert werden. Schließlich kann auch das Axiallager bzw. kann das Lagerelement bzw. können die Lagerelemente besonders einfach, klein und kostengünstig ausgebildet werden. Die angegebenen Bereiche beziehen sich dabei auf den Betrag des Abstands, der Abstand kann also positiv oder negativ sein.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Kurvenscheibe einen Ruheabschnitt (SR) aufweist, wobei ein Beginn des Ruheabschnitts (SR) bei einem dritten Drehwinkel (ϕ3) beginnt. Der dritte Drehwinkel (ϕ3) ist größer oder gleich dem zweiten Drehwinkel (ϕ2). Die Kurvenscheibe weist im Ruheabschnitt (SR) einen Ruheradius (RR) zum Bewirken des geöffneten Zustands der Kupplung auf. Dabei ist die erste Ableitung des Radius‘ (R) nach dem Drehwinkel (ϕ) im Ruheabschnitt (SR) im Wesentlichen konstant und gleich Null. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass für den ausgerückten Zustand des Stößels und damit der Kupplung kein oder nur ein minimales Drehmoment des Motors zur Verfügung gestellt werden muss. Selbst bei Vibrationen, die quer zu seiner linearen Bewegungsrichtung wirken, kann der Stößel dann im Ruheabschnitt stabil gehalten werden. Dadurch sinkt die notwendige Leistungsaufnahme z.B. bei einer Staufahrt oder an einer roten Ampel, wenn also die Kupplung über längere Zeit gegen die wirkenden Federkräfte der Kupplung offen bzw. ausgerückt gehalten werden muss. Dabei kann der Ruheabschnitt (SR) auch in der ersten Drehrichtung betrachtet hinter einem Abschnitt angeordnet sein, in dem die Steigung kleiner als Null ist. Solchermaßen ist ein besonders wirksamer Schutz gegen ein unerwünschtes Einrücken des Stößels gegeben.
  • Alternativ ist die erste Ableitung des Radius‘ (R) nach dem Drehwinkel (ϕ) im Ruheabschnitt (SR) kleiner Null. Die erste Ableitung kann dabei auch konstant sein. Am Ende des Ruheabschnitts kann ein Anschlag für den Stößel vorgesehen sein. Dadurch kann die Einrichtung bzw. der Aktuator auch bei stromlosem Motor bzw. bei nur geringer Drehmomentbeaufschlagung durch den Motos besonders zuverlässig gegen ein unbeabsichtigtes Einrücken der Kupplung gesichert sein. Denn zum Einrücken der Kupplung bzw. des Stößels muss der Motor zunächst die Kurvenscheibe entgegen der ersten Drehrichtung bewegen und dabei zusätzliche Federkräfte, die auf den Stößel wirken, überwinden.
  • Alternativ weist die erste Ableitung des Radius‘ (R) nach dem Drehwinkel (ϕ) im Ruheabschnitt (SR) einen Vorzeichenwechsel von Werten kleiner Null zu Werten größer Null auf. Mit anderen Worten ist eine kleine Kuhle in der Kurvenscheibe ausgebildet, in die der Stößel metastabil einkoppeln kann. Durch diese Weiterbildung ist der Stößel, sofern sich der Koppelpunkt im Ruheabschnitt (SR) befindet, besonders sicher gegen ein zufälliges Einrücken der Kupplung gesichert, selbst, wenn der Motor kein oder nur ein geringes Drehmoment zur Verfügung stellt.
  • Für die Ableitung wird dabei vorausgesetzt, dass der Drehwinkel vom geschlossenen Zustand beim ersten Drehwinkel ϕ1 zum offenen Zustand beim zweiten Drehwinkel ϕ2 zunimmt bzw. dass der Drehwinkel ϕ in der ersten Drehrichtung zunimmt.
  • Mit anderen Worten ist bei einem Vorzeichenwechsel der ersten Ableitung von Werten kleiner Null zu Werten größer Null im Ruheabschnitt zunächst eine Verringerung des Radius R und anschließend mit weiter steigendem Drehwinkel ϕ entlang der ersten Drehrichtung eine Vergrößerung des Radius‘ vorgesehen.
  • Insgesamt kann durch das Vorsehen der Ruheposition einer Überhitzung des Motors vorgebeugt werden und die Leistungsaufnahme aus dem Bordnetz kann reduziert werden.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Ruheabschnitt (SR) sich über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 30° erstreckt, besonders vorteilhaft über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 40°. Dadurch kann der Stößel besonders sicher und zuverlässig gegen ein unbeabsichtigtes Einrücken gesichert werden.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass ein Beginn des zweiten Abschnitts S2 von einem Ende des ersten Abschnitts S1 um einen Drehwinkel von höchstens 25° beabstandet ist. Besonders vorteilhaft ist der Beginn des zweiten Abschnitts S2 von dem Ende des ersten Abschnitts S1 um einen Drehwinkel von höchstens 15°, ganz besonders vorteilhaft um einen Drehwinkel von höchstens 10° beabstandet. Dadurch kann der zur Verfügung stehende Drehwinkelbereich zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel der Kurvenscheibe besonders effizient ausgenutzt werden und die Schaltzeit bis zum Erreichen des Schleifzustands kann besonders gering gehalten werden.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass ein Beginn des ersten Abschnitts S1 bezüglich der ersten Drehrichtung in einem Drehwinkelbereich zwischen dem ersten Drehwinkel ϕ1 und dem ersten Drehwinkel ϕ1 zuzüglich 30° liegt. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass die Schaltzeit bis zur Erreichung des zweiten Abschnitts besonders kurz ist und dass der zur Verfügung stehende Drehwinkelbereich zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel besonders effizient ausgenutzt wird. Unnötige „Leerläufe“ der Kurvenscheibe werden so vorteilhaft vermieden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die zweite Steigung m2 größer als Null ist. Dadurch wird eine Verzögerung der Schaltzeit beim Erreichen des Schleifzustands und zum Erreichen des ausgerückten Zustands der Kupplung bzw. des Stößels vermieden. Denn eine Steigung von Null entspricht einem Verharren des Stößels an seiner Position und eine Steigung kleiner als Null entspricht einer Verlagerung des Stößels in eine Richtung hin zur Kurvenscheibe.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt S1 und der zweite Abschnitt S2 sich jeweils über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 5°, bevorzugt über wenigstens 10° erstrecken, besonders vorteilhaft über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 15°. Dadurch wird vorteilhaft eine besonders gleichmäßige Bewegung des Stößels bewirkt. Denn bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der Kurvenscheibe erfolgt sowohl im ersten Abschnitt wie auch im zweiten Abschnitt die lineare Bewegung des Stößels bzw. der Stößelhub mit konstanter Geschwindigkeit. Dadurch wird vorteilhaft auch ein Risiko eines Verhakens des Stößels, z.B. an einem Lager, oder ein Druckschlag durch das Einwirken des Stößels auf den Hydraulikzylinder verringert. Weiterhin wird ein besonders geräuscharmer Betrieb ermöglicht, da es zu keinem Abheben oder Verhaken des Stößels relativ zur Kurvenscheibe kommt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sich der erste Abschnitt S1 über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 20° erstreckt. Besonders vorteilhaft erstreckt sich der erste Abschnitt über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 30°. Dadurch wird die Schaltzeit besonders effizient verringert, da im ersten Abschnitt der durch den Stößel zurückgelegte Weg pro Drehwinkelweg besonders groß ist. Je größer der Drehwinkelbereich des ersten Abschnitts ist desto geringer wird die Schaltzeit.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sich der zweite Abschnitt S2 über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 120° erstreckt. Besonders vorteilhaft erstreckt sich der zweite Abschnitt über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 140°. Dadurch kann besonders effizient die Leistungsaufnahme des Motors gering gehalten werden bzw. kann das notwendige Motordrehmoment besonders gering gehalten werden. Wenn starke Federkräfte auf den Stößel wirken kann durch die flachere Steigung im zweiten Abschnitt dennoch ein weiteres Ausrücken des Stößels mit geringem Drehmoment des Motors bewirkt werden. Denn es wird z.B. durch die geringere Steigung der Hebelarm des Stößels zur Achse der Kurvenscheibe verringert. Die dazu notwendige längere Schaltzeit kann durch einen ausreichend langen und mit ausreichend großer erster Steigung versehenen ersten Abschnitt überkompensiert werden. Eine Überhitzung des Motors oder der Leistungselektronik zu seiner Ansteuerung kann dadurch vorteilhaft vermieden werden.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Kurvenscheibe zwischen dem ersten Drehwinkel ϕ1 und dem zweiten Drehwinkel ϕ2 einen dritten Abschnitt S3 aufweist, wobei im dritten Abschnitt S3 der Radius R der Kurvenscheibe eine im Wesentlichen konstante dritte Steigung m3 bezüglich des Drehwinkels ϕ aufweist. Dabei ist der zweite Abschnitt S2 bezüglich des Drehwinkels ϕ zwischen dem ersten Abschnitt S1 und dem dritten Abschnitt S3 angeordnet. Dabei ist die zweite Steigung m2 größer ist als die dritte Steigung m3. Dadurch kann bei starken Federkräften auf den Stößel, die z.B. auch nicht-linearer Art sein können, die Leistungsaufnahme des Motors weiter verringert werden bzw. kann eine derartige Federkraft mit einem relativ geringen Drehmoment des Motors überwunden werden. Der zusätzlich notwendige Weg und damit die etwas längere Schaltdauer im dritten Abschnitt kann durch entsprechend angepasste Steigungen und Abschnittslängen des ersten und zweiten Abschnitts überkompensiert werden. Insgesamt kann dadurch eine Einrichtung mit einem kompakten Motor bereitgestellt werden.
  • Der dritte Abschnitt S3 kann sich beispielsweise über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 5°, vorzugsweise über wenigstens 10° erstrecken.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein Beginn des drittem Abschnitts S3 von einem Ende des zweiten Abschnitts S2 um einen Drehwinkel von höchstens 15° beabstandet sein, besonders vorteilhaft um einen Drehwinkel von höchstens 10°. Dadurch kann der zur Verfügung stehende Drehwinkelbereich zwischen dem ersten Drehwinkel eingerückter Stößel und dem zweiten Drehwinkel ausgerückter Stößel der Kurvenscheibe besonders effizient ausgenutzt werden und die Schaltzeit bis zum Erreichen des geöffneten Zustands bzw. des Schleifzustands kann besonders gering gehalten werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die dritte Steigung m3 größer als Null ist. Dadurch wird eine Verzögerung der Schaltzeit beim Erreichen des Schleifzustands und zum Erreichen des ausgerückten Zustands der Kupplung bzw. des Stößels vermieden. Denn eine Steigung von Null entspricht einem Verharren des Stößels an seiner Position und eine Steigung kleiner als Null entspricht einer Verlagerung des Stößels in eine Richtung hin zur Kurvenscheibe.
  • Weiterhin kann ein vierter Abschnitt vorgesehen sein, der in der ersten Drehrichtung betrachtet nach dem dritten Abschnitt angeordnet ist, wobei im vierten Abschnitt der Radius R der Kurvenscheibe eine im Wesentlichen konstante vierte Steigung m4 bezüglich des Drehwinkels ϕ aufweist. Die vierte Steigung kann dabei größer als die die dritte Steigung sein. Auf diese Weise kann die Schaltzeit zum Erreichen des ausgerückten Stößels weiter verkürzt werden.
  • In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Kurvenscheibe einen dritten Radius R3 zum Bewirken des Schleifzustands K der Kupplung aufweist. Dabei ist der dritte Radius R3 einem Drehwinkel ϕS der Kurvenscheibe zugeordnet, der sich im zweiten Abschnitt S2 oder im dritten Abschnitt S3 befindet. Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass bei einem Fahrzustand, in dem häufig zwischen eingerückter Kupplung und dem Schleifzustand K umgeschaltet werden muss (z.B. einer Fahrt im Stau), das notwendige Drehmoment und damit die Leistungsaufnahme des Motors gering gehalten werden kann. Auf diese Weise kann eine Überhitzung des Motors bzw. der ihn antreibenden Steuerelektronik vermieden werden.
  • Unter einem Schleifzustand ist dabei ein Zustand der Kupplung zu verstehen, in dem die Kupplung weder (ganz) geöffnet noch (ganz) geschlossen ist. Vielmehr kann im Schleifzustand eine Kupplungsscheibe derart miteinander mechanisch an einer antriebstrangseitigen Schwungscheibe anliegen, dass der Kraftschluss zwischen Kupplungsscheibe und Schwungscheibe noch nicht ausreicht, um ein „Durchrutschen“ der Schwungscheibe relativ zur Kupplungsscheibe zu verhindern. Mit anderen Worten: es wird nicht das volle Drehmoment von der Schwungscheibe zur Kupplungsscheibe übertragen, wie es im geschlossenen Zustand der Kupplung der Fall ist. Beispielsweise kann der Schleifzustand dadurch definiert sein, dass ein Drehmoment von 1,5Nm bis 6Nm, beispielsweise von 3Nm von der Schwungscheibe auf die Kupplungsscheibe übertragen wird.
  • Zeichnungen
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
  • Es zeigen:
  • 1a: eine schematische Darstellung eines elektrisch betätigbaren Kupplungssystems;
  • 1b: eine Ansicht eines elektrisch betätigbaren Aktuators bzw. einer Einrichtung zum Betätigen einer Kupplung in einem Kupplungssystem;
  • 1c: eine geschnittene perspektivische Ansicht des Aktuators aus 1b aus einer anderen Perspektive als in 1b;
  • 2a–2c: eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens einer Kurvenscheibe mit einem Stößel in verschiedenen Zuständen und die dazu gehörigen Zustände der Kupplung (eingerückter Zustand, Schleifzustand und ausgerückter Zustand);
  • 3a: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Axiallagerung als Schlittenlager bzw. als Schienenlager;
  • 3b: die Axiallagerung aus 3a in einer anderen perspektivischen Ansicht;
  • 4a: eine schematische Darstellung einer Kurvenscheibe in Zusammenwirken mit einem in einer Axiallagerung geführten Stößel mit einem Abstand D der Längsachse von der Parallelachse größer als Null;
  • 4b: ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen Radius und Drehwinkel der Kurvenscheibe aus 4a darstellt;
  • 4c: ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen den auf die Axiallagerung wirkenden Radialkräften und dem Drehwinkel darstellt als Vergleich des Aktuators aus 4a und einem Aktuator, bei dem Längsachse und Parallelachse identisch sind;
  • 5a: eine schematische Darstellung einer Kurvenscheibe in Zusammenwirken mit einem in einer Axiallagerung geführten Stößel mit einem Abstand D der Längsachse von der Parallelachse kleiner als Null;
  • 5b: ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen den auf die Axiallagerung wirkenden Radialkräften und dem Drehwinkel der Kurvenscheibe aus 5a darstellt.
  • 1a zeigt ein elektrisch betätigbares Kupplungssystem 1 für ein Kraftfahrzeug. Ein Fußpedal 3 kann entgegen einer Feder 5 von einem Fahrer niedergedrückt werden. Eine aktuelle Position des Fußpedals 3 wird dabei mit Hilfe eines Sensors 7 ermittelt und an ein Steuergerät 9 weitergegeben. Basierend auf den Signalen des Sensors 7 steuert das Steuergerät 9 einen Elektromotor 11 eines Aktuators 13 bzw. einer Einrichtung 13 zum Betätigen einer Kupplung an. Der Elektromotor 11 kann z.B. ein elektronisch kommutierter bürstenloser Gleichstrommotor sein oder ein herkömmlicher Motor sein. Der Elektromotor 11 wird dazu angesteuert, über eine geeignete Kraftübertragungseinrichtung 15, beispielsweise in Form eines Getriebes 15, einen Kolben 17 innerhalb eines einen Teil eines Kupplungsstellers 14 bildenden Geberzylinders 19 zu verfahren. Hierdurch kann Hydrauliköl durch eine Leitung 21 in einen Nehmerzylinder 23 gepresst werden. Ein Kolben 25 in dem Nehmerzylinder 23 steht in mechanischer Verbindung mit der Kupplung 27 und kann diese, betätigt durch den Nehmerzylinder 23, ausrücken. Eine an der Kupplung 27 vorgesehene Rückstellfeder 29 sorgt dabei für einen entsprechenden Gegendruck auf den Nehmerzylinder 23, so dass bei nachlassender Betätigung des Fußpedals 3 und entsprechender (gegenläufiger) Ansteuerung des Aktuators 13 bzw. der Einrichtung 13 zur Betätigung einer Kupplung 27 eines Fahrzeugs die Kupplung 27 wieder eingekuppelt wird. In einem hinteren Bereich des den Kupplungssteller 14 bildenden Geberzylinders 19 ist eine Schnüffelbohrung 18 vorgesehen. Wenn der Kolben 17 weit genug nach hinten über diese Schnüffelbohrung 18 hinaus verfahren wird, kann Hydrauliköl aus einem Reservoir 16 in das Innere des Geberzylinders 19 nachströmen. Die Kupplung 27 kann z.B. durch eine von der Einrichtung 13 bzw. dem Aktuator 13 aktuierbare Kupplungsscheibe und eine mit dem Antriebsstrang bzw. dem Fahrzeugmotor gekoppelte Schwungscheibe gebildet sein. Beim Ausrücken der Kupplung 27 wird die Kupplungsscheibe von der Schwungscheibe mechanisch getrennt, so dass keine Drehmomentübertragung von der Schwungscheibe auf die Kupplungsscheibe mehr stattfindet.
  • In den folgenden Figuren sind Elemente, die denen aus 1 gleichen oder welche dieselben Funktionen bewirken, mit gleichen Bezugszeichen dargestellt.
  • 1b zeigt eine Ansicht eines Aktuators 13 bzw. einer Einrichtung 13 zum Betätigen einer Kupplung 27. Der Elektromotor 11 treibt dabei über die Kraftübertragungseinrichtung 15 eine Kurvenscheibe 50 an. Die Kraftübertragungseinrichtung 15 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Schneckenrad 15a und ein damit kämmendes Zahnrad 15b gebildet. Am Zahnrad 15b, welches um eine Drehachse 51 dreht ist exzentrisch zur Drehachse 51 ein Mitnehmer 15c in Form eines kleinen Bolzens angeordnet.
  • Auf dem Zahnrad 15c ist die Kurvenscheibe 50 angeordnet, welche eine Aussparung 56 aufweist, in welche Aussparung 56 der Mitnehmer 15c aufgenommen ist. Auf diese Weise ist die Kurvenscheibe 50 mit dem Zahnrad 15c gekoppelt. Die Kurvenscheibe 50 ist wie das Zahnrad 15c um die Drehachse 51 drehbar bzw. zu drehen bzw. dreht um die Drehachse 51, wenn der Elektromotor 11 über die Kraftübertragungseinrichtung 15 das Zahnrad 15b dreht. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass der Elektromotor 11 die Kurvenscheibe 50 ohne Zwischenschaltung einer Kraftübertragungseinrichtung 15 antreibt und um die Drehachse 51 dreht. Der Aktuator 13 bzw. die Einrichtung 13 zur Betätigung einer Kupplung 27 eines Fahrzeugs weist weiterhin einen Stößel 40 auf. Der Stößel 40 weist ein erstes Ende 46 auf, welches derart mit der Kurvenscheibe 50 gekoppelt ist, dass durch eine Drehung der Kurvenscheibe 50 um die Drehachse 51 eine geradlinige Bewegung des Stößels 40 bewirkt wird. Die geradlinige Bewegung erfolgt dabei entlang einer Längsachse LA des Stößels 40. Die geradlinige Bewegung des Stößels 40 kann dann wie für 1a beschrieben auf den Kolben 17 des Geberzylinders 19 übertragen werden. In der dargestellten Ausführungsform weist das erste Ende 46 des Stößels 40 ein Abrollrad 42 auf, welches auf einer radial nach außen weisenden Stirnfläche 54 (1c) abrollen kann, um so die Reibung zu verringern. Das Abrollrad 42 weist einen Durchmesser D1 auf. Der Stößel 40 ist an einem Koppelpunkt 53 mit der Kurvenscheibe 50 gekoppelt. Der Koppelpunkt 53 kann z.B. wie im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Anlagepunkt 52 des Abrollrades 42 bzw. des ersten Endes 46 des Stößels 40 an der Stirnfläche 54 der Kurvenscheibe 50 gebildet sein.
  • Der Stößel 40 ist als längliches Element ausgeführt. Er wird durch eine Axiallagerung 30 (1c) derart geführt, dass er lediglich eine lineare bzw. geradlinige Bewegung entlang seiner Längsachse LA ausführen kann. Die Axiallagerung 30 ist dabei derart relativ zur Drehachse 51 angeordnet, dass die Längsachse LA von einer zur Längsachse LA parallelen Parallelachse PA durch einen Abstand D beabstandet ist. Dabei schneidet die Parallelachse PA die Drehachse 51. Mit anderen Worten ist die Längsachse LA des Stößels 40 exzentrisch bzw. versetzt zur Drehachse 51 angeordnet. Die Längsachse LA „zielt“ somit nicht auf die Drehachse 51 der Kurvenscheibe, sondern „zielt“ an der Drehachse 51 vorbei.
  • Grundsätzlich kann der Stößel 40 auch mittels einer Kulissenführung (Kulisse in der Kurvenscheibe 50) oder einer Kragenführung an die Kurvenscheibe 50 gekoppelt sein. Der Koppelpunkt 53 ist dann durch den Punkt des Zusammenwirkens der Kulisse in bzw. an der Kurvenscheibe 50 mit dem ersten Ende 46 des Stößels 40 bzw. des Kragens an der Kurvenscheibe 50 mit dem ersten Ende 46 des Stößels 40 gebildet.
  • Die Kurvenscheibe 50 weist bei einem ersten Drehwinkel ϕ1 einen ersten Radius R1 auf. Das Zusammenwirken des Stößels 40 mit der Kurvenscheibe bei dem ersten Drehwinkel bewirkt dabei einen geschlossenen Zustand C der Kupplung 27. Die Kurvenscheibe 50 weist weiterhin einen zweiten Radius R2 bei einen zweiten Drehwinkel ϕ2 auf. Das Zusammenwirken des Stößels 40 mit der Kurvenscheibe 50 bei dem zweiten Drehwinkel ϕ2 bewirkt dabei einen geöffneten Zustand O der Kupplung 27. Der Radius R der Kurvenscheibe 50 ist definiert als der Abstand von der Drehachse 51 zu dem Koppelpunkt 53 bzw. dem Anlagepunkt 52. Da die Kurvenscheibe 50 keine kreisförmige Außenkontur bzw. Kulisse aufweist ändert sich der Radius R am Ort des Anlagepunktes in Abhängigkeit vom Drehwinkel ϕ. Der erste Radius R1 und der zweite Radius R2 unterscheiden sich somit voneinander und führen daher zu unterschiedlichen linearen Positionen des Stößels 40.
  • Beispielsweise ist der zweite Radius R2 größer als der erste Radius R1. Infolgedessen ist der Stößel 40 beim ersten Drehwinkel ϕ1 (wie in 1b dargestellt) eingerückt, d.h. bezüglich seiner linearen Bewegung zur Kurvenscheibe 50 bzw. zur Drehachse 51 hin verlagert. Wird die Kurvenscheibe 50 in 1b in einer ersten Drehrichtung 91 (in der Figur im Uhrzeigersinn) bewegt, so nimmt mit zunehmendem Drehwinkel ϕ auch der Radius R zu und der Stößel 40 wird in 1b nach rechts, d.h. von der Drehachse 51 der Kurvenscheibe 50 weg verlagert. Der Stößel 40 rückt aus. Analog zur Bewegung des Stößels 40 ist die Kupplung 27 beim ersten Drehwinkel ϕ1 im eingerückten, d.h. geschlossenen Zustand C und beim zweiten Drehwinkel ϕ2 in einem geöffneten Zustand O, der einem ausgerückten Zustand O entspricht. Um wieder vom ausgerückten Zustand O bzw. geöffneten Zustand O in den eingerückten Zustand C bzw. geschlossenen Zustand C zurückzugelangen ist es erforderlich, die Kurvenscheibe 50 entgegen der ersten Drehrichtung 91 in einer zweiten Drehrichtung 92 (hier: gegen den Uhrzeigersinn) zurückzudrehen. Dabei überstreicht der Stößel 40 dasselbe Profil der Kurvenscheibe 50 wie beim Ausrücken, jedoch in umgekehrter Richtung.
  • 1c zeigt eine geschnittene perspektivische Ansicht des Aktuators aus 1b aus einer anderen Perspektive als 1b. In dieser Ansicht ist auch ein zweites Ende 48 des Stößels 40 zu erkennen, welches mit dem Kolben 17 des Geberzylinders 19 gekoppelt ist.
  • Die Axiallagerung 30 weist in der beispielhaft angegebenen Ausführungsform in Richtung des vom ersten Ende 46 abgewandten zweiten Endes 48 zwei Lagerelemente 31 auf. Ein der Kurvenscheibe 50 zugewandtes erstes Lagerelement 31a und ein relativ dazu weiter von der Kurvenscheibe 50 beabstandetes zweites Lagerelement 31b können radiale Kräfte des Stößels 40 aufnehmen. Unter dem Begriff „radiale Kräfte“ bzw. „Radialkräfte“ sind dabei Kräfte zu verstehen, die in einer zur axialen Richtung (also entlang der Längsachse LA) im Wesentlichen senkrechten Richtung wirken. Das erste Lagerelement 31a kann als Gleitlager 34a ausgebildet sein. Analog kann das zweite Lagerelement 31b als Gleitlager 34b gebildet sein. Das erste Lagerelement 31a, 34a und/oder das zweite Lagerelement 31b, 34b können z.B. aus Teflon oder einem anderen reibungsarmen Material gebildet sein oder als Linearkugellager gebildet sein. Zwischen den zwei Lagerelementen 31a, 31b kann ein Schmierstoffdepot angeordnet sein. Dadurch kann der Stößel 40 über eine lange Zeitdauer wartungsfrei mit geringer Reibung geführt werden.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Axiallagerung 30 nur ein einziges Lagerelement 31 umfasst. Alternativ kann die Axiallagerung auch mehr als zwei Lagerelemente 31 umfassen bzw. aufweisen.
  • Wie in der Beschreibung der 4 und 5 weiter unten dargestellt wird kann durch die exzentrische Anordnung des Stößels 40 relativ zur Kurvenscheibe 50 die Geräuschemission beim Betrieb des Aktuators 13 verringert werden. Weiterhin kann je nach Auslegung des Abstands D das Nachschmierverhalten verbessert werden, wenn entlang der Längsachse LA des Stößels 40 ein Schmierstoffdepot vorgesehen ist. Schließlich können in Abhängigkeit vom Abstand D auch die maximal auf das Lagerelement 31 bzw. auf die Lagerelemente 31a, 31b wirkenden Radialkräfte verringert werden.
  • Am ersten Ende 46 des Stößels ist das Abrollrad 42 zu erkennen, welches im Anlagepunkt 52 mit der Stirnfläche 54 der Kurvenscheibe gekoppelt ist. Das Abrollrad 42 dreht um eine weitere Drehachse 41 und weist einen Durchmesser D1 auf.
  • 2a–2c zeigen jeweils eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens einer Kurvenscheibe 50 mit einem Stößel 40 in verschiedenen Zuständen und die dazu gehörigen Zustände der Kupplung 27 (eingerückter Zustand, Schleifzustand und ausgerückter Zustand). Lediglich beispielhaft umfasst die Axiallagerung 30 des Stößels 40 analog zur Ausführungsform in 1c jeweils ein erstes Lagerelement 31a und ein zweites Lagerelement 31b.
  • 2a zeigt die Kurvenscheibe beim ersten Drehwinkel ϕ1, der auch ein Anfangsdrehwinkel ϕA sein kann. Der erste Drehwinkel ϕ1 bzw. der Anfangsdrehwinkel ϕA kann beispielsweise einem Drehwinkelwert von 0° zugeordnet werden. Bei diesem ersten Drehwinkel ϕ1 ist der erste Radius R1 gegeben, welcher beispielsweise dem minimalen Radius der Kurvenscheibe 50 entspricht. Beim ersten Radius ist der Abstand des ersten Endes 46 des Stößels 40 zur Drehachse 51 besonders gering. Die auf der rechten Seite dargestellte Kupplung 27 befindet sich im eingerückten Zustand. Somit sind die Schwungscheibe und die Kupplungsscheibe derart mechanisch miteinander verbunden, dass ein maximaler Drehmomentübertrag von der Schwungscheibe zur Kupplungsscheibe ermöglicht wird. Die Rückstellfeder 29 ist in einer entspannten Position, so dass für ein Halten des Stößels 40 in der eingerückten Position kein oder nur ein äußerst geringes Drehmoment seitens des Motors 11 auf die Kurvenscheibe 50 aufgebracht werden muss.
  • 2b zeigt die Kurvenscheibe bei einem Schleif-Drehwinkel ϕS, welcher größer ist als der erste Drehwinkel ϕ1. Dieser Schleif-Drehwinkel ϕS kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 140° und 220° relativ zum ersten Drehwinkel ϕ1 bzw. zum Anfangsdrehwinkel ϕA liegen und nach einer Drehung entlang der ersten Drehrichtung 91 (hier: im Uhrzeigersinn) erreicht werden. Bei diesem Schleif-Drehwinkel ϕS weist die Kurvenscheibe 50 einen dritten Radius R3 auf, welcher z.B. größer ist als der erste Radius R1 und kleiner ist als der zweite Radius R2. Die Kupplung 27 befindet sich in einem Schleif-Zustand K. In diesem Zustand ist die Kupplungsscheibe noch nicht vollständig von der Schwungscheibe der Kupplung 27 gelöst. Es findet ein geringer Drehmomentübertrag in einem Bereich von beispielsweise 1 Nm bis 10 Nm, bevorzugt zwischen 1,5 Nm und 6 Nm, beispielsweise von 3 Nm statt. Mit anderen Worten: in diesem Schleif-Zustand K rutscht die Schwungscheibe relativ zur Kupplungsscheibe durch. Um zu diesem Schleif-Zustand K zu gelangen muss die Federkraft der Rückstellfeder 29 überwunden werden. Daher wird durch die Kupplung 27 eine durch die Rückstellfeder 29 bedingte Kraft auf den Stößel 40 übertragen. Der Motor 11 des Aktuators 13 bzw. der Einrichtung 13 zum Betätigen der Kupplung 27 muss daher zum Erreichen dieses Zustands ausgehend vom eingerückten Zustand C ein höheres Drehmoment aufwenden als im eingerückten Zustand C der Kupplung 27. Auch zum Halten des Schleif-Zustands K ist ein höheres Drehmoment notwendig als im eingerückten Zustand C, da der durch die Federkraft beaufschlagte Stößel 40 sonst die Kurvenscheibe 50 entgegen der ersten Drehrichtung 91 zurückdreht.
  • 2c zeigt die Kurvenscheibe nahe dem Enddrehwinkel ϕE. Dieser Enddrehwinkel ϕE entspricht dem maximal möglichen Drehwinkel der Kurvenscheibe 50. Der Enddrehwinkel ϕE kann beispielsweise bei maximal 355° bzw. bei maximal 340°, beispielsweise bei 330° liegen. Der Enddrehwinkel ϕE kann größer sein als der zweite Drehwinkel ϕ2, bei welchem die Kupplung 27 sich bereits im ausgerückten Zustand O bzw. im offenen Zustand O befindet. Auch beim Enddrehwinkel ϕE kann sich die Kupplung 27 im offenen Zustand O befinden. Der Stößel 40 ist beim zweiten Drehwinkel ϕ2 und auch beim Enddrehwinkel ϕE weiter von der Drehachse 51 beabstandet als im Schleifzustand K bzw. beim Schleif-Drehwinkel ϕS und beim Anfangsdrehwinkel ϕA. Um beim geöffneten Zustand O der Kupplung 27 möglichst wenig Drehmoment vom Motor 11 aufbringen zu müssen kann die Kurvenscheibe 50 für Drehwinkel ϕ, welche größer sind als der zweite Drehwinkel ϕ2, einen Ruheabschnitt SR aufweisen. Der Ruheabschnitt SR beginnt z.B. bei einem dritten Drehwinkel ϕ3, der größer ist als der zweite Drehwinkel ϕ2. Im Ruheabschnitt kann ein Ruheradius RR vorgesehen sein, der bezüglich des zweiten Radius‘ R2 konstant ist oder sogar gegenüber dem zweiten Radius R2 verringert ist. Ein maximaler Radius kann somit zwischen dem zweiten Drehwinkel ϕ2 und dem dritten Drehwinkel ϕ3 vorgesehen sein.
  • 3a und 3b zeigen zwei unterschiedliche perspektivische Ansichten einer Ausführungsform der Axiallagerung 30 als Schlittenlager bzw. als Schienenlager. Dabei umfasst die Axiallagerung 30 an zwei einander gegenüberliegenden Längsseiten des Stößels 40 je eine Schiene 32 als Lagerelement 31. Jede Schiene 32 weist eine dem Stößel 40 zugewandte Nut 33 auf. Am Stößel 40 sind, den zwei Schienen 32 zugewandt, zwei Führungselemente 38 angeordnet, die in je eine Nut 33 eingreifen. Die Führungselemente 38 können als nach außen abragende Zapfen ausgebildet sein oder als nach außen abragende, sich entlang der Längsachsenrichtung länglich erstreckende Elemente ausgebildet sein. Durch die Aufnahme der Führungselemente 38 in den Nuten 33 wird die Bewegungsfreiheit des Stößels 40 innerhalb geringer Toleranzen auf geradlinige Bewegung entlang der Erstreckungsrichtung der Schiene 32 eingeschränkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schiene 32 linear ausgebildet, so dass der Stößel nur eine geradlinige Bewegung ausführen kann.
  • Grundsätzlich können in den Schienen 32 zur Verringerung der Reibung auch Kugellager angeordnet sein bzw. können die Schienen als Linearkugellager ausgebildet sein.
  • 4a zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Kurvenscheibe 50 in Zusammenwirken mit dem Stößel 40 bzw. mit dem am ersten Ende 46 des Stößels 40 angeordneten Abrollrad 42. Die durchgezogene Linie stellt dabei die Radiuslinie der Kurvenscheibe 50 dar. In einer Ausführungsform der Kurvenscheibe 50, bei der der Stößel 40 auf der Stirnseite 54 der Kurvenscheibe 50 abrollt, liegt der Stößel 40 mit dem Anlagepunkt 52 seines Abrollrades 42 an der Stirnfläche 54 der Kurvenscheibe 50 an. Die Axiallagerung 30 des Stößels 40 ist schematisch durch zwei Lagerelemente 31, das erste Lagerelement 31a und das zweite Lagerelement 31b dargestellt, die z.B. als Gleitlager 34a, 34b ausgeführt sind.
  • Der Stößel 40 weist ausgehend von der Drehachse 51 der Kurvenscheibe 50 in 4a nach rechts. Die erste Drehrichtung 91, durch welche der Stößel 40 ausgerückt wird, d.h. durch welche das erste Ende 46 des Stößels 40 sich von der Drehachse 51 weg verlagert, ist in der 4a durch den Uhrzeigersinn (rechtsdrehend) gegeben. In der 4a ist bei einer Betrachtung eines sich zwischen der Drehachse 51 und der Axiallagerung 30 erstreckenden Abschnitts entlang der ersten Drehrichtung 91 die Längsachse LA vor der Parallelachse PA angeordnet. Mit anderen Worten verläuft die Längsachse des Stößels in der 4a oberhalb der Parallelachse und somit oberhalb des Schnittpunktes der Drehachse 51 mit der Bildebene. Ein derartig ausgebildeter Abstand D bzw. „Offset“ D wird im Sinne dieser Anmeldung als ein Abstand D > 0 (D größer Null) definiert. Diese Festlegung ist durch das Koordinatensystem der 4a begründet. In diesem X-Y-Koordinatensystem ist die Drehachse 51 der Kurvenscheibe auf den Punkt (0; 0) gelegt. Die Längsachse LA und die Parallelachse PA erstrecken sich parallel zur X-Achse, wobei die Parallelachse PA durch den Ursprung (0; 0) verläuft. In diesem Bild schneidet die Längsachse LA die Y-Achse bei Werten von größer Null.
  • Der Anlagepunkt 52 zwischen dem Abrollrad 42 und der Kurvenscheibe 50 kann seinerseits exzentrisch zur Längsachse LA liegen. Vom Anlagepunkt 52 auf dem Abrollrad 42 wirkt eine Normalkraft FN in Richtung der weiteren Drehachse 41 des Abrollrades 42. Die senkrecht zur Längsachse LA wirkende Komponente der Normalkraft FN ist ursächlich für die auf die Axiallagerung 30 wirkenden Radialkräfte. Dabei wirkt auf das erste Lagerelement 31a bei dem eingezeichneten Anlagepunkt 52 eine im Bild nach unten (in negative Y-Richtung) gerichtete erste Radialkraft FR1. Auf das zweite Lagerelement 31b wirkt in der dargestellten Auslegung und beim dargestellten Drehwinkel ϕ eine zweite Radialkraft FR2, die hier in die positive Y-Richtung (also im Bild nach oben) wirkt. Je nach Drehwinkel ϕ, der auf den Stößel 40 in Richtung der Kurvenscheibe 50 wirkenden Gegenkraft aus der Kupplung 27 und der Steigung des Radius R nach dem Drehwinkel (dR/dϕ) am Ort des aktuellen Drehwinkels ϕ kann der Anlagepunkt 52 sich in seiner Position ändern. Dadurch ergeben sich je nach Drehwinkel ϕ unterschiedliche Normalkräfte FN und unterschiedliche Radialkräfte FR1 und FR2. Insbesondere bei sich ändernden Steigungen des Radius R nach dem Drehwinkel ϕ kann sich der Anlagepunkt 52 ändern, so dass er bezüglich der Längsachse LA unterschiedliche Exzentrizitäten bzw. Offsets bzw. Abstände aufweist.
  • Durch eine gezielte Einstellung des Abstands D der Längsachse LA von der Parallelachse PA kann der Aktuator derart ausgelegt werden, dass unterschiedliche Zielsetzungen einzeln oder gleichzeitig erreicht werden können. Beispielsweise können so die maximal wirkenden Radialkräfte auf die Axiallagerung 30 minimiert werden. Gleichzeitig oder zusätzlich kann beispielsweise eine Geräuschemission reduziert werden, die z.B. durch Lagerspiel entstehen könnte.
  • In der 4b ist in einem Diagramm für eine Kurvenscheibe wie in 4a auf der Y-Achse der Radius gegen den Drehwinkel auf der X-Achse aufgetragen.
  • Der Stößel 40 durchläuft auf der Kurvenscheibe 50 bei einer Drehung in der ersten Drehrichtung 91 betrachtet (hier: im Uhrzeigersinn drehend) ausgehend vom ersten Drehwinkel ϕ1, der 0° entspricht, zunächst einen ersten Abschnitt S1 auf der Kurvenscheibe 50, vom Beginn 71 des ersten Abschnitts S1 bis zum Ende 72 des ersten Abschnitts S1. Bei weiterer Drehung der Kurvenscheibe 50 durchläuft der Stößel 40 auf der Kurvenscheibe 50 einen zweiten Abschnitt S2 mit einem Beginn 73 und einem Ende 74 des zweiten Abschnitts S2. Dabei weist die Kurvenscheibe 50 im ersten Abschnitt S1 eine im Wesentlichen konstante erste Steigung m1 auf, die der ersten Ableitung des Radius nach dem Drehwinkel ϕ entspricht. Mit anderen Worten: im ersten Abschnitt S1 nimmt der Radius im Wesentlichen linear mit dem Drehwinkel ϕ zu.
  • In 4b ist erkennbar, dass die Kurvenscheibe 50 im zweiten Abschnitt S2 eine im Wesentlichen konstante zweite Steigung m2 aufweist. Die zweite Steigung m2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel größer als Null. Die erste Steigung m1 ist größer als die zweite Steigung m2. Bevorzugt ist die erste Steigung m1 wenigstens doppelt so groß wie die zweite Steigung m2. Besonders bevorzugt ist die erste Steigung m1 wenigstens 3-fach so groß wie die zweite Steigung m2. Dadurch kann der Stößel 40 im ersten Abschnitt S1 mit einer relativ kleinen Verdrehung der Kurvenscheibe 50 einen relativ großen geradlinigen Weg in eine Richtung weg von der Drehachse 51 zurücklegen, wodurch die Schaltzeit für das Ausrücken der Kupplung 27 verringert wird. Im zweiten Abschnitt S2, den der Stößel 40 beispielsweise erreicht, wenn bereits stärkere Federkräfte auf ihn wirken, kann dann das Drehmoment T des Motors 11 durch die geringere zweite Steigung m2 gering gehalten werden, verglichen mit einer Situation, in der die erste Steigung m1 entlang der gesamten Kurvenscheibe 50 gelten würde.
  • Der Schleifzustand K wird beim Schleif-Drehwinkel ϕS erreicht, der einem dritten Radius R3 und damit einem definierten Stößelhub entspricht. Der Schleif-Drehwinkel ist beispielsweise dem zweiten Abschnitt S2 zugeordnet. Somit kann bei einer Staufahrt, in der die Kupplung 27 häufig in einem schleifenden Zustand K gehalten werden muss, das Drehmoment des Motors 11 gering gehalten werden.
  • Entlang der ersten Drehrichtung 91 betrachtet ist die Kupplung 27 beim zweiten Drehwinkel ϕ2 im ausgerückten Zustand O, d.h. es wird kein Drehmoment mehr von der Schwungscheibe auf die Kupplungsscheibe übertragen. Die Kurvenscheibe 50 kann dennoch weiter gedreht werden, bis der Stößel 40 bei dem dritten Drehwinkel ϕ3 einen Ruheabschnitt SR auf der Kurvenscheibe 50 erreicht. In diesem Ruheabschnitt SR weist die Kurvenscheibe 50 den Ruheradius RR auf. Der Ruheradius RR ist z.B. konstant, d.h. die Steigung mR im Ruheabschnitt SR beträgt Null. Dadurch ist zum Halten des Stößelhubs kein Drehmoment T des Motors 11 mehr notwendig, wodurch bei geöffneter Kupplung 27 bzw. weitestgehend vollständig geöffneter Kupplung 27 das Bordnetz nicht belastet wird und eine Überhitzung des Motors 11 vermieden wird.
  • Der Beginn des ersten Abschnitts S1 kann z.B. in einem Drehwinkelbereich von 0° bis 30° entlang der ersten Drehrichtung 91 (also in öffnender Richtung der Kupplung 27 bzw. in ausrückender Richtung des Stößels 40) liegen, wobei dabei dem Anfangs-Drehwinkel ϕA der Wert 0° zugeordnet sein soll. Die in 3b dargestellte Radius-Drehwinkel-Funktion ist bevorzugt zumindest vom Beginn 71 des ersten Abschnitts S1 bis zum Ende 74 des zweiten Abschnitts S2 zweimal stetig differenzierbar, um so eine möglichst geräuscharme und gleichmäßige Verlagerung des Stößels 40 zu bewirken und den Verschleiß zu minimieren.
  • Der Beginn 73 des zweiten Abschnitts S2 kann dabei z.B. um höchstens 25°, besonders bevorzugt um höchstens 15° und ganz besonders bevorzugt um höchstens 10° vom Ende 72 des ersten Abschnitts S1 beabstandet sein.
  • Der erste Abschnitt S1 und der zweite Abschnitt S2 können derart ausgebildet sein, dass sie sich jeweils über wenigstens 5°, bevorzugt über wenigstens 10° und besonders bevorzugt über jeweils wenigstens 15°, erstrecken.
  • Der erste Abschnitt S1 kann sich auch über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 20° oder sogar über wenigstens 30° erstrecken. Auf diese Weise kann der Stößel 40 mit dem verfügbaren Motor-Drehmoment T in kurzer Zeit um eine besonders große Strecke linear verlagert werden.
  • Der zweite Abschnitt S2 kann sich über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 100° erstrecken, bevorzugt über wenigstens 120° und ganz besonders bevorzugt über wenigstens 140°.
  • Der Ruheabschnitt SR kann sich beispielsweise über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 30°, bevorzugt von wenigstens 40° erstrecken.
  • 4c zeigt ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen den auf die Axiallagerung 30 wirkenden ersten Radialkraft FR1 am ersten Lagerelement 31a bzw. zweiten Radialkraft FR2 am zweiten Lagerelement 31b und dem Drehwinkel ϕ darstellt als Vergleich des Aktuators aus 4a (Abstand D > 0) und einem Aktuator 13, bei dem Längsachse LA und Parallelachse PA identisch sind (Abstand D = 0). Die Kurvenscheibe 50 ist dabei in beiden Fällen gleich geformt. Für den Aktuator mit Abstand D = 0 ist die erste Radialkraft FR1,D=0 als Kurve 61 (strich-punktiert) und die zweite Radialkraft FR2,D=0 als Kurve 62 (strichpunktiert) dargestellt. Für die Kurvenscheiben-Stößel-Anordnung aus 4a ist die erste Radialkraft FR1,D>0 als Kurve 63 (durchgezogene Linie) und die zweite Radialkraft FR2,DA0 als Kurve 64 (durchgezogene Linie) dargestellt. Im dargestellten Beispiel beträgt der Abstand D 2 mm (D = 2mm) bei einem Rollraddurchmesser D1 von 20mm. Allgemein kann der Abstand D beispielsweise in einem Bereich von 3% bis 35%, bevorzugt von 5% bis 30% und ganz besonders bevorzugt von 8% bis 22% des Durchmessers D1 des Abrollrads 42 liegen.
  • Es ist deutlich erkennbar, dass die maximal auf die Lagerelemente 31a, 31b wirkenden Radialkräfte bei einem Abstand D größer als Null (D > 0) erheblich geringer sind als bei einem Abstand D gleich Null (D = 0). Der Betrag der Maximalkraft jedes Lagerelements 31a, 31b wird dabei im dargestellten Ausführungsbeispiel mehr als halbiert. Dadurch sinkt der Verschleiß der Lagerelemente 31a, 31b. Außerdem können geringer dimensionierte Lagerelemente 31a, 31b verwendet werden, wodurch der Aktuator kostengünstiger gefertigt werden kann und kleiner baut.
  • Es ist weiterhin zu erkennen, dass der Betrag der Radialkräfte für eine Kurvenscheiben-Stößel-Anordnung mit einem Abstand D gleich Null (D = 0) bis zu einem Drehwinkel ϕ von ungefähr 285° über dem Betrag der Radialkräfte für eine Kurvenscheiben-Stößel-Anordnung mit einem Abstand D größer Null (D > 0) liegt (jeweils Kurve 61 mit Kurve 63 und Kurve 62 mit Kurve 64 verglichen). Der Drehwinkel ϕ = 285° entspricht in der in den 4a und 4b dargestellten Kurvenscheiben-Auslegung ungefähr dem Ende des zweiten Abschnitts S2, kurz vor bzw. am Übergang zum Ruheabschnitt SR. Ab Erreichen des Ruheabschnitts SR mit einer hier verwendeten Steigung von Null (mR = 0) sinken die Radialkräfte für den Abstand D gleich Null (D = 0) auf annährend oder gleich Null ab.
  • Schließlich ist beim Verlauf der ersten Radialkraft FR1 (Kurve 63) und der zweiten Radialkraft FR2 (Kurve 64) der Kurvenscheiben-Stößel-Anordnung mit einem Abstand D größer Null (D > 0) im Bereich des Erreichens des Ruheabschnitts SR ein Kraftrichtungswechsel zu erkennen. Das bedeutet, dass in der 4a im Ruheabschnitt SR nach dem Richtungswechsel die erste Radialkraft FR1 am ersten Lagerelement 31a in die positive Y-Richtung gerichtet ist und dass die zweite Radialkraft FR2 am zweiten Lagerelement 31b in die negative Y-Richtung gerichtet ist. Durch diesen Richtungswechsel der Radialkräfte, der mit einer geringfügigen Verdrehung des Stößels 40 in der Axiallagerung 30 verbunden ist, wird eine optimierte Schmierung des Axiallagers 30 bzw. der Axiallagerung 30 begünstigt. Ist zwischen den Lagerelementen 31a, 31b ein Schmierstoffdepot vorgesehen, so kann sich durch den Wechsel der Radialkraftrichtung das Schmiermittel, z.B. ein Fett oder ein Öl, gleichmäßig über die Kontaktflächen zwischen den Lagerelementen 31a, 31b und dem Stößel 40 bzw. den daran angeordneten Führungselementen 38 verteilen.
  • Die dargestellten Radialkraftverläufe sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Bei anderen Kurvenscheibengeometrien oder einem anders gewählten Abstand D kann der Verlauf der Radialkräfte anders ausfallen.
  • 5a zeigt eine schematische Darstellung einer Kurvenscheibe 50 in Zusammenwirken mit einem in einer Axiallagerung 30 geführten Stößel 40 mit einem Abstand D der Längsachse LA von der Parallelachse PA, der in einer zur Beschreibung der 4a analogen Betrachtung kleiner als Null (D < 0) ist. Somit ist bei einer Betrachtung eines sich zwischen der Drehachse 51 und der Axiallagerung 30 erstreckenden Abschnitts entlang der ersten Drehrichtung 91 die Längsachse LA hinter der Parallelachse PA angeordnet, in der 5a also unterhalb der Parallelachse PA. Der Abstand D beträgt im dargestellten Beispiel –2mm. Stößel 40, Abrollrad 42 und Kurvenscheibe 50 sind ansonsten identisch zu denen aus 4a.
  • In 5b sind die erste Radialkraft FR1,D<0 am ersten Lagerelement 31a als Kurve 65 und die zweite Radialkraft FR2,D<0 am zweiten Lagerelement 31b als Kurve 66 dargestellt. Die beiden Radialkräfte FR1,D<0 und FR2,D<0 sind dabei bezüglich ihrer Wirkrichtung über den gesamten Drehwinkelbereich ϕ (von ϕA = 0° bis ϕE = 330°) einander entgegengesetzt und jeweils bezüglich ihres Betrages größer als Null. Mit anderen Worten wird der Stößel 40 über den gesamten Drehwinkelbereich an jedem Lagerelement 31a, 31b stets mit einer Radialkraft mit einem Betrag größer als Null in dieselbe Richtung gedrückt. Dadurch kann das Axiallager 30 bzw. die Axiallagerung 30 besonders einfach aufgebaut werden. Denn es ist nur die jeweils radialkraftbeaufschlagte Seite jedes Lagerelements 31a, 31b so auszulegen, dass sie die Radialkräfte aufnehmen kann. Die jeweils gegenüberliegende Seite quer zur Längsachse LA betrachtet kann im Prinzip entfallen bzw. es genügt eine sehr geringe Dimensionierung des Lagerelements 31a, 31b an dieser Seite. In 5a würde somit beim ersten Lagerelement 31a die im Bild untere Seite des ersten Lagerelements 31a als Lagerelement ausreichen und beim zweiten Lagerelement 31b die obere Seite.
  • Dadurch, dass die Radialkräfte FR1, FR2 im gesamten Drehwinkelbereich nirgendwo Null werden ist der Stößel 40 auch an keiner Stelle im Drehwinkelbereich lose im Axiallager 30, es kommt auch zu keinem Wechsel der Kraftrichtung. Daher wird so im Betrieb selbst bei häufigen und raschen Bewegungen der Kurvenscheibe 50 in der ersten Drehrichtung 91 und der zweiten Drehrichtung 92 ein „Klappern“ des Stößels 40 verhindert und die Geräuschemission wird dadurch vorteilhaft verringert. Somit können größere Fertigungstoleranzen bei gleichbleibend geringer Geräuschemission verwendet werden.
  • Durch die vorgeschlagenen Kurvenscheiben-Stößel-Anordnung in einem Aktuator 13 zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs (z.B. eines PKW, eines LKW, etc.) kann ein Aktuator 13 bereitgestellt werden, bei dem besonders geringe maximale Radialkräfte in der Axiallagerung des Stößels auftreten. Verschleiß und Geräuschemission sind reduziert und der Aktuator kann besonders kostengünstig und klein gebaut werden.

Claims (10)

  1. Aktuator zur Betätigung einer Kupplung eines Fahrzeugs, umfassend – eine um eine Drehachse (51) drehbare Kurvenscheibe (50), – einen in einer Axiallagerung (30) gelagerten Stößel (40) mit einer Längsachse (LA), – wobei die Axiallagerung (30) wenigstens ein Lagerelement (31, 31a, 31b) umfasst, wobei der Stößel (40) ein erstes Ende (46) aufweist, an dem er in einem Koppelpunkt (53) mit der Kurvenscheibe (40) derart gekoppelt ist, dass durch eine Drehung der Kurvenscheibe (50) um die Drehachse (51) eine geradlinige Bewegung des Stößels (40) entlang seiner Längsachse (LA) bewirkt wird zum Übertragen der geradlinigen Bewegung auf die Kupplung (27), wobei der Aktuator (13) derart ausgebildet ist, dass zur Überführung der Kupplung (27) vom geschlossenen Zustand (C) in den geöffneten Zustand (O) die Kurvenscheibe (50) in einer ersten Drehrichtung (91) zu drehen ist, wobei die Axiallagerung (30) derart relativ zur Drehachse (51) angeordnet ist, dass die Längsachse (LA) von einer zur Längsachse (LA) parallelen Parallelachse (PA) durch einen Abstand (D) beabstandet ist, wobei die Parallelachse (PA) die Drehachse (51) schneidet.
  2. Aktuator nach Anspruch 1, wobei die Kurvenscheibe (50) eine radial nach außen weisende Stirnfläche (54) aufweist, wobei das erste Ende (46) des Stößels (40) in einem Anlagepunkt (52) an der Stirnfläche (54) anliegt, wobei der Anlagepunkt (52) der Koppelpunkt (53) ist.
  3. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Radius (R) der Kurvenscheibe (50) definiert ist als der Abstand von der Drehachse (51) zu dem Koppelpunkt (53), wobei die Kurvenscheibe (50) bei einem ersten Drehwinkel (ϕ1) einen ersten Radius (R1) aufweist zum Bewirken eines geschlossenen Zustands (C) der Kupplung (27) und wobei die Kurvenscheibe (50) bei einem zweiten Drehwinkel (ϕ2) einen zweiten Radius (R2) aufweist zum Bewirken eines geöffneten Zustands (O) der Kupplung (27), wobei die Kurvenscheibe (50) zwischen dem ersten Drehwinkel (ϕ1) und dem zweiten Drehwinkel (ϕ2) wenigstens einen ersten Abschnitt (S1) und einen zweiten Abschnitt (S2) aufweist, wobei im ersten Abschnitt (S1) der Radius (R) der Kurvenscheibe (50) eine im Wesentlichen konstante erste Steigung (m1) bezüglich des Drehwinkels (ϕ) aufweist, wobei im zweiten Abschnitt (S2) der Radius (R) der Kurvenscheibe (50) eine im Wesentlichen konstante zweite Steigung (m2) bezüglich des Drehwinkels (ϕ) aufweist, wobei die erste Steigung (m1) größer ist als die zweite Steigung (m2), insbesondere wenigstens doppelt so groß wie die zweite Steigung (m2),
  4. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei einer Betrachtung eines sich zwischen der Drehachse (51) und der Axiallagerung (30) erstreckenden Abschnitts entlang der ersten Drehrichtung (91) die Längsachse (LA) vor der Parallelachse (PA) angeordnet ist.
  5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei einer Betrachtung eines sich zwischen der Drehachse (51) und der Axiallagerung (30) erstreckenden Abschnitts entlang der ersten Drehrichtung (91) die Längsachse (LA) hinter der Parallelachse (PA) angeordnet ist.
  6. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Lagerelement (31a, 31b) durch ein Gleitlager (34a, 34b) gebildet ist.
  7. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Lagerelement (31a, 31b) durch wenigstens eine, insbesondere lineare, Schiene (32) mit einer Nut (33) gebildet ist, wobei am Stößel (40) wenigstens ein Führungselement (38) angeordnet ist, das in der Nut (33) geführt ist, wobei insbesondere eine Kugellagerung in der Schiene (32) vorgesehen ist.
  8. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stößel (40) ein Abrollrad (42) mit einem Durchmesser (D1) aufweist, wobei der Betrag des Abstands (D) in einem Bereich zwischen 5% und 30% des Durchmessers (D1) liegt.
  9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kurvenscheibe (50) einen Ruheabschnitt (SR) aufweist, wobei ein Beginn (81) des Ruheabschnitts (SR) bei einem dritten Drehwinkel (ϕ3) beginnt, wobei der dritte Drehwinkel (ϕ3) größer oder gleich dem zweiten Drehwinkel (ϕ2) ist, wobei die Kurvenscheibe (50) im Ruheabschnitt (SR) einen Ruheradius (RR) zum Bewirken des geöffneten Zustands (O) der Kupplung (27) aufweist, wobei die erste Ableitung des Radius‘ (R) nach dem Drehwinkel (ϕ) im Ruheabschnitt (SR) im Wesentlichen konstant und gleich Null ist oder wobei die erste Ableitung des Radius‘ (R) nach dem Drehwinkel (ϕ) im Ruheabschnitt (SR) kleiner als Null ist oder wobei die erste Ableitung des Radius‘ (R) nach dem Drehwinkel (ϕ) im Ruheabschnitt (SR) einen Vorzeichenwechsel von Werten kleiner als Null zu Werten größer als Null aufweist.
  10. Einrichtung nach Anspruch 9, wobei der Ruheabschnitt (SR) sich über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 30° erstreckt, insbesondere über einen Drehwinkelbereich von wenigstens 40°.
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