DE102016212932A1

DE102016212932A1 - Elektromechanischer Kupplungsaktuator

Info

Publication number: DE102016212932A1
Application number: DE102016212932.5A
Authority: DE
Inventors: Mark Klügel; Joost Kessels
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Kupplungsaktuator (10) zum Betätigen eines Kupplungshebels (101) von einem Kupplungssystem (100) für ein Fahrzeug, umfassend zumindest eine Antriebseinheit (20) und eine mit der Antriebseinheit (20) wirkverbundene Getriebeeinheit (30) mit einer Kurvenscheibe (31), wobei die Kurvenscheibe (31) mittels der Antriebseinheit (20) über die Getriebeeinheit (30) antreibbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Verschleißausgleichseinheit (40) vorgesehen ist, die in Wirkverbindung mit der Kurvenscheibe (31) ist, sodass der Kupplungshebel (101) betätigbar und ein Verschleiß des Kupplungssystems (100) zumindest teilweise ausgleichbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Kupplungsaktuator gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruches sowie ein Kupplungssystem gemäß dem unabhängigen Systemanspruch.
Aktuatoren eines Kupplungsstellers von einem Kupplungssystem für ein Fahrzeug dienen zur Betätigung eines Kupplungshebels und sorgen somit für eine kraftschlüssige Verbindung des Antriebsstranges bei einem Fahrzeug. Gattungsgemäße Kupplungsaktuatoren betätigen dabei einen hydraulischen Kupplungssteller, welcher wiederum die Kupplung bzw. den Kupplungshebel eines Kupplungssystems für ein Fahrzeug betätigt. Derartige hydraulische Kupplungssteller weisen die Nachteile auf, dass diese zum einen aufgrund der komplexen Konstruktionsweise kostenintensiv herzustellen und gleichzeitig wartungsintensiv sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehenden aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kupplungsaktuator und ein Kupplungssystem bereitzustellen, welche kompakt und einfach aufgebaut sind und insbesondere eine im Wesentliche gleichbleibende Funktionalität ermöglichen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen elektromechanischen Kupplungsaktuator mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und einem Kupplungssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Systemanspruchs.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben worden sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System und jeweils umgekehrt, so dass bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Erfindungsgemäß umfasst der elektromechanische Kupplungsaktuator zum Betätigen eines Kupplungselements von einem Kupplungssystem zumindest eine Antriebseinheit und eine mit der Antriebseinheit wirkverbundene Getriebeeinheit mit einer Kurvenscheibe. Die Kurvenscheibe ist dabei mittels der Antriebseinheit über die Getriebeeinheit antreibbar. Zudem ist eine Verschleißausgleichseinheit vorgesehen, die in Wirkverbindung mit der Kurvenscheibe ist, sodass der Kupplungshebel betätigbar und ein Verschleiß des Kupplungssystems zumindest teilweise ausgleichbar ist. Somit unterscheidet sich der erfindungsgemäße Kupplungsaktuator zum Stand der Technik unter anderem dadurch, dass nunmehr kein hydraulischer Kupplungssteller zwingend erforderlich ist, sondern der erfindungsgemäße Kupplungsaktuator elektromechanisch eine Betätigung eines Kupplungselements von einem Kupplungssystem für ein Fahrzeug ermöglicht. Dazu ist zumindest eine Antriebseinheit vorgesehen, wobei die Antriebseinheit ein Elektromotor sein kann. Mit der Antriebseinheit ist eine Getriebeeinheit in Wirkverbindung, wobei die Getriebeeinheit eine Kurvenscheibe aufweist. Dabei kann die Kurvenscheibe von der Getriebeeinheit mittels der Antriebseinheit, insbesondere rotatorisch angetrieben werden. Dafür ist die Kurvenscheibe beweglich, insbesondere rotatorisch an der Getriebeeinheit angeordnet, sodass ein Drehmoment von der Antriebseinheit über die Getriebeeinheit an die Kurvenscheibe übertragen werden kann. Dementsprechend kann eine Kraft bzw. ein Drehmoment der Antriebseinheit über die wirkverbundene Getriebeeinheit auf die Kurvenscheibe übertragen werden, sodass die Kurvenscheibe insbesondere rotatorisch angetrieben wird. Eine Verschleißausgleichseinheit ist in Wirkverbindung mit der Kurvenscheibe angeordnet, sodass eine insbesondere rotatorische Bewegung der Kurvenscheibe auf die Verschleißausgleichseinheit übertragbar ist. Somit kann der Kupplungshebel von der Verschleißausgleichseinheit betätigt werden, wobei gleichzeitig ein Verschleiß des Kupplungssystems zumindest teilweise ausgleichbar ist. Die Verschleißausgleichseinheit steht dementsprechend derart in Wirkverbindung mit der Kurvenscheibe, dass eine Kraft bzw. das Moment der Antriebseinheit über die Getriebeeinheit und die Kurvenscheibe an die Verschleißausgleichseinheit übertragen werden kann. Dadurch kann der Kupplungshebel des Kupplungssystems für ein Fahrzeug betätigt werden, wobei gleichzeitig die Verschleißausgleichseinheit derart ausgebildet ist, dass ein Verschleiß des Kupplungssystems zumindest teilweise ausgleichbar ist. Ein Verschleiß kann dabei ein mechanischer Verschleiß des Kupplungssystems, ein anwendungsbedingtes Spiel des Kupplungssystems oder eine Längenänderung infolge von Temperaturschwankungen sein. Erfindungsgemäß kann die Verschleißausgleichseinheit mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch ausgebildet sein. Die Verschleißausgleichseinheit kann ein automatisches Nachstellen der Kupplung bewirken, sodass ein verschleißbedingter vergrößerter Stellweg zumindest reduziert werden kann. Dafür kann die Verschleißausgleichseinheit in einer Ruhestellung, in der die Kupplung nicht betätigt wird, einen Längenausgleich bewirken, der in Folge eines Verschleißes entstehen kann.
Die erfindungsgemäße Verschleißausgleichseinheit kann zumindest ein an der Kurvenscheibe anordbares Übertragungsmittel aufweisen, wodurch eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung wandelbar ist. Das Übertragungsmittel kann beispielsweise als eine Schubkurbel ausgebildet sein, welche beweglich an einer Kurvenscheibe angeordnet sein kann und die rotatorische Bewegung der Kurvenscheibe in eine translatorische Bewegung umwandelt, sodass über die translatorische Bewegung die Verschleißausgleichseinheit und somit der Kupplungshebel betätigt werden kann. Darüber hinaus ist es denkbar, dass das Übertragungsmittel einen Wälzkörper aufweist, welcher mit der Kurvenscheibe ein Wälzkörpergetriebe bildet. Dabei rollt der vorzugsweise rotationssymmetrische Wälzkörper des Übertragungsmittels mittels an der Kurvenscheibe gegeneinander. So entsteht ein kraftschlüssiges Getriebe. Die Kurvenscheibe und der Wälzkörper des Übertragungsmittels bilden dabei ein Reibradgetriebe, wobei die Geometrie des Wälzkörpers und die Geometrie, insbesondere die Außenkontur der Kurvenscheibe ein Getriebe mit einer Übersetzung darstellen. Dabei ist es denkbar, dass die Kurvenscheibe derart ausgestaltet ist, dass innerhalb des Kurvenverlaufs der Kurvenscheibe eine veränderliche insbesondere stufenlos veränderliche Übersetzungen ausgebildet ist. Die Übersetzung des gebildeten Getriebes zwischen der Kurvenscheibe und dem Übertragungsmittel, in Form einer Schubkurbel und/oder einem Wälzkörper, bzw. der Verschleißausgleichseinheit dient zur Übersetzung zwischen dem Motormoment der Antriebseinheit und der für die Kupplungsbetätigung benötigten Kraft. Dies ermöglicht eine optimale Ausnutzung der Charakteristik d. h. Kraft- bzw. Drehmomentcharakteristik der Antriebseinheit.
Im Rahmen der Erfindung kann die Kurvenscheibe exzentrisch ausgebildet sein, wodurch eine variable Übersetzung erzielbar ist. Die Verschleißausgleichseinheit und/oder das Übertragungsmittel können eine Schubkurbel des elektromechanischen Kupplungsaktuators bilden, wobei die Kurvenscheibe die Kraft- bzw. das Drehmoment der Antriebseinheit auf die Schubkurbel überträgt, sodass aus der rotatorischen Bewegung der Kurvenscheibe eine translatorische Bewegung die Schubkurbel und somit der Verschleißausgleichseinheit und des Übertragungsmittels erzeugt werden kann. Es kann dementsprechend eine Übertragung und Umformung der Bewegung erzielt werden, wodurch der Kupplungshebel des Kupplungssystems betätigt werden kann. Damit eine optimale Ausnutzung des Antriebsmomentes der Antriebseinheit erzielbar ist, kann die Kurvenscheibe im Wesentlichen exzentrisch ausgebildet sein, wodurch eine variable Übersetzung erzielbar ist. Entsprechend der exzentrisch ausgebildeten Kurvenscheibe kann sich eine definierte Kraft-Weg-Linie ergeben, wodurch vorzugsweise ein konstantes Moment der Antriebseinheit zur Übertragung an den Kupplungshebel bereitgestellt werden kann. Somit kann die Effizienz der Antriebseinheit aufgrund der variablen Übersetzung erhöht werden, wodurch die Antriebseinheit im Wesentlichen im Bereich der maximalen Leistungsabgabe arbeiten kann, ohne zu überlasten. Die Kurvenscheibe kann erfindungsgemäß als ein Nocken ausgebildet sein, wobei der Nocken von der Getriebeeinheit rotatorisch angetrieben wird und die Verschleißausgleichseinheit oder das Übertragungsmittel antreiben kann. Die exzentrisch ausgebildete Kurvenscheibe weist dementsprechend zumindest einen gerundeten Vorsprung (Nocken) auf, sodass sich bei einer Drehbewegung der Kurvenscheibe der Nocken dafür sorgt, dass die Drehbewegung in kurze Längsbewegungen umgewandelt werden. Vorzugsweise weist die exzentrisch ausgebildete Kurvenscheibe eine Außenkontur auf welche einen sich im Verlauf ändernden Krümmungsradius aufweist. Durch den sich verändernden Krümmungsradius entlang der Außenkontur der exzentrisch ausgebildeten Kurvenscheibe, ergibt sich eine variable Übersetzung für die Kurvenscheibe.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Kurvenscheibe zumindest eine Vertiefung aufweist, wodurch die Haltekraft reduziert werden kann. Eine Vertiefung meint dabei, dass entlang der Außenkontur der Kurvenscheibe ein Abschnitt ausgebildet sein kann, an welchem die Verschleißausgleichseinheit und/oder das Übertragungsmittel form- und/oder kraftschlüssig in Kontakt mit der Kurvenscheibe bringbar ist, sodass eine Kraft- bzw. Momentenübertragung gehalten werden kann. Dementsprechend ist bei Erreichen des Übertragungsmittels und/oder der Verschleißausgleichseinheit an der Vertiefung der Kurvenscheibe einer rotatorischen Bewegung der Kurvenscheibe gestoppt und es bildet sich somit ein Haltepunkt, an welchem die Kraftübertragung im Wesentlichen statisch ist. Somit kann verhindert werden, dass eine Überlastung der Antriebseinheit vollzogen werden kann. Im Übrigen ergibt sich ein Arbeitspunkt der Kraftübertragung von der Antriebseinheit an den Kupplungshebel, welcher durch die Vertiefung festgehalten werden kann.
Es ist des Weiteren denkbar, dass die Getriebeeinheit als ein Schneckengetriebe ausgebildet und die Kurvenscheibe an einer Schneckenradwelle des Schneckengetriebes angeordnet ist. Das Schneckengetriebe wird von der Antriebseinheit angetrieben, wobei die Antriebseinheit ein Zahnrad-/Schneckenrad oder eine Schnecke des Schneckengetriebes antreiben kann. Vorzugsweise treibt die Antriebseinheit die Schnecke des Schneckengetriebes an, sodass die Drehbewegung der Schnecke auf ein in dieses eingreifende Schneckenrad übertragen wird, wobei auf eine Schneckenradwelle des Schneckenrades die Kurvenscheibe angeordnet ist, sodass aus der Drehbewegung der Schnecke eine Drehbewegung der Kurvenscheibe erzielbar ist. Dadurch kann ein kompakter Aufbau der Getriebeeinheit erzielt werden. Gleichzeitig kann ein Schneckengetriebe eine hohe Selbsthemmung und/oder eine hohe Untersetzung aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung kann die Verschleißausgleichseinheit als Hydraulikzylinder ausgebildet sein. Vorzugsweise kann der Hydraulikzylinder als Gleichlaufzylinder (Gleichgangzylinder) ausgebildet sein. Ein erfindungsgemäßer Hydraulikzylinder kann hierbei ein Arbeitsfluid, bspw. ein Hydrauliköl bzw. Dämpferöl in einem Arbeitszylinder aufweisen. In dem Arbeitszylinder ist darüber hinaus zumindest eine Kolbenfläche mit zumindest einer Kolbenstange angeordnet. Die Kolbenstange kann auch als Übertragungsmittel ausgebildet oder mit diesem wirkverbunden sein. Demensprechend kann an der Kolbenfläche eine Kolbenstange in Wirkverbindung mit der Kurvenscheibe oder dem Übertragungsmittel und zur anderen Seite mit einem Kupplungshebel stehen, wodurch die Kupplung betätigt werden kann. Erfindungsgemäß kann an der Kolbenfläche zumindest ein Ventil angeordnet sein. Durch das Ventil kann das Arbeitsfluid, bspw. Hydrauliköl bzw. Dämpferöl bei Bewegung der Kolbenstange von der einen Seite der Kolbenfläche auf die andere Seite der Kolbenfläche strömen. In vorteilhafter Weise kann die Verschleißausgleichseinheit als elektromechanischer Zylinder ausgebildet sein. Elektromechanische Zylinder machen sich die Vorteile der modernen Steuerungstechnik zu Nutze, auch bei hohen Kräften. Kraft, Position und Geschwindigkeit lassen sich durch den Anwender frei parametrieren und flexibel anpassen. Dabei kann ein elektromechanischer Zylinder in Signalverbindung mit Positionssensoren stehen, welche die Position vom Kupplungshebel und/oder bspw. der Kurvenscheibe ermitteln. Die hierdurch entstehenden Messdaten können einen Verschleiß aufgrund einer Positionsänderung gegenüber einem Sollwert ermitteln. Darauf basierend kann ein elektromechanischer Zylinder die Positionsänderung nachjustieren und somit einen Verschleiß ausgleichen.
Erfindungsgemäß kann die Verschleißausgleichseinheit zumindest ein Federventil aufweisen, wobei eine Schließkraft des Federventils zwischen ungefähr 0,01N und ungefähr 1N beträgt. Das Federventil kann erfindungsgemäß an der Kolbenfläche des Hydraulikzylinders angeordnet sein, sodass das Arbeitsfluid, bspw. Hydrauliköl bzw. Dämpferöl bei Bewegung der Kolbenstange von der einen Seite der Kolbenfläche auf die andere Seite der Kolbenfläche strömen kann. Bei Betätigung der Kupplung, d. h. wird eine Kraft von der Getriebeeinheit, insbesondere der Kurvenscheibe, über das Übertragungsmittel oder die Kolbenstange auf die Verschleißausgleichseinheit übertragen, schließt sich das Federventil und das Arbeitsfluid kann nicht strömen. Dementsprechend wird die Kraft und somit die Bewegung von der Kurvenscheibe über die Verschleißausgleichseinheit an den Kupplungshebel übertragen und die Kupplung betätigt. In einer Ruheposition, in der keine Bewegung bzw. Kraft zur Betätigung der Kupplung übertragen wird, kann das Arbeitsfluid durch das Federventil auf die andere Seite der Kolbenfläche in Abhängigkeit der Position des Kupplungshebels bzw. der Kurvenscheibe strömen. Die Position kann dabei aufgrund von Verschleiß und/oder Temperatur veränderbar sein. Somit strömt genau so viel Arbeitsfluid von der einen Seite der Kolbenfläche auf die andere Seite der Kolbenfläche, welches benötigt wird um einen zusätzlichen Stellweg der Kupplung auszugleichen. Der Austausch bzw. das Strömen des Arbeitsfluides innerhalb des Zylinders kann somit einen Verschleiß bzw. Temperatureinflüsse dadurch ausgleichen, dass über das Federventil ein Ausgleich des Arbeitsfluids zwischen den Seiten der Kolbenflächen derart gesteuert werden kann, dass immer so viel Arbeitsfluid durchströmen kann wie eine Positionsänderung des Kupplungshebel bzw. der Kurvenscheibe in der Ruheposition erfährt. Hierfür kann das Federventil eine Schließkraft zwischen ungefähr 0,01N und ungefähr 1N aufweisen.
Es ist des Weiteren denkbar, dass die Verschleißausgleichseinheit zumindest einen Kompensationsmechanismus aufweist, wodurch Temperatur- und/oder Druckänderungen in der Verschleißausgleichseinheit zumindest teilweise kompensierbar sind. Ein erfindungsgemäßer Kompensationsmechanismus kann derart an der Verschleißausgleichseinheit angeordnet sein, dass Temperatur- und/oder Druckänderungen und/oder Volumenänderungen innerhalb der Verschleißausgleichseinheit, bspw. verursacht durch Reibung, ausgeglichen werden können. Dafür kann der Kompensationsmechanismus einen Federmechanismus aufweisen, der in Folge einer Druck- und/oder Volumenänderung in der Verschleißausgleichseinheit, zusätzliches Volumen, bspw. eine Kammer freigibt oder verschließt. Bei einer Volumenausdehnung innerhalb der Verschleißausgleichseinheit kann der Federmechanismus zusätzliches Volumen im Zylinder freigeben, sodass der Druck aufrecht erhalten werden kann. Somit kann es bei einem Hydraulikzylinder vorgesehen sein, dass der Kompensationsmechanismus eine Volumenänderung des Arbeitsfluids zumindest teilweise ausgleichen kann. Der Kompensationsmechanismus kann dabei den Druck in dem Hydraulikzylinder steuern und/oder regeln. Hierfür kann das Arbeitsfluid bei Druckerhöhung innerhalb des Zylinders, eine Feder des Kompensationsmechanismus zusammenstauchen, wodurch ein vergrößertes Volumen im Zylinder erzielt werden kann. Bei Druckabsenkung kann die Feder des Kompensationsmechanismus umgekehrt das Volumen des Zylinders entsprechend verringern bzw. ausgleichen. Im Rahmen der Erfindung kann die Verschleißausgleichseinheit vorteilhafterweise zumindest eine Füllöffnung und/oder eine Entlüftungsöffnung für ein Arbeitsfluid aufweisen.
Es kann vorteilhaft sein, dass die Kurvenscheibe, der Kupplungshebel und/oder das Übertragungsmittel ein Metall, insbesondere einen Sinterstahl aufweist. Sintern ermöglicht ein wirtschaftliches Produktionsverfahren, bei dem abfallfrei produziert und der Rohstoff restlos ausgenutzt wird. Dank der sehr guten Formgebungsmöglichkeit in der Pulvermetallurgie haben gesinterte Serienteile meist einen bedeutend niedrigeren Herstellungspreis (als vergleichsweise mechanisch gefertigte Bauteile). Bedingt durch die hohe Maßgenauigkeit nach dem Sintern ist das Bauteil meist ohne Nacharbeit einbaufertig, so dass keine mechanische Endbearbeitung von z. B. Bohrung nötig ist. Metalle, insbesondere Sinterstahl kann hohen Belastungen standhalten und weist geringe Verschleißanfälligkeiten auf. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Kurvenscheibe, der Kupplungshebel und/oder das Übertragungsmittel schroff gehärtet ist, wodurch die Härte und/oder Festigkeit erhöht werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kupplungssystem für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug beansprucht. Das Kupplungssystem weist hierzu zumindest einen Kupplungshebel und einen erfindungsgemäßen elektromechanischen Kupplungsaktuator auf. Somit bringt ein erfindungsgemäßes Kupplungssystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie schon mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator aufgeführt worden sind.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Kupplungssystem mit einem erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator,
2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems mit einem erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kupplungsaktuators,
4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems mit einem erfindungsgemäßen Kupplungsaktuator und
5 eine mögliche Ausführungsform einer Kurvenscheibe des erfindungsgemäßen Kupplungsaktuators.
Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems 100 aufweisend ein Kupplungshebel 101 welcher in Wirkverbindung mit einer erfindungsgemäßen Verschleißausgleichseinheit 40 mittels einer Kolbenstange verbunden ist. Die Verschleißausgleichseinheit 40 ist in 1 als ein Arbeitszylinder 40 ausgebildet und weist eine erste Kolbenstange 40.1 auf, welche in Wirkverbindung mit dem Kupplungshebel 101 steht und eine zweite Kolbenstange 40.2 welche in Wirkverbindung mit dem Übertragungsmittel 33 steht. Der Kupplungsaktuator 10 zum Betätigen des Kupplungshebels 101 des Kupplungssystems 100 weist eine Antriebseinheit 20 und eine mit der Antriebseinheit 20 wirkverbundene Getriebeeinheit 30 auf. Die Antriebseinheit 20 kann dabei vorzugsweise als ein Elektromotor 20 ausgebildet sein. Die Getriebeeinheit 30 weist darüber hinaus eine Kurvenscheibe 31 auf, wobei die Kurvenscheibe 31 mittels der Antriebseinheit 20 über die Getriebeeinheit 30 antreibbar ist. Die Verschleißausgleichseinheit 40 ist in Wirkverbindung mit der Kurvenscheibe 31, sodass der Kupplungshebel 101 betätigbar und ein Verschleiß des Kupplungssystems 100 zumindest teilweise ausgleichbar ist. Das Übertragungsmittel 33 kann wie in 1 gezeigt, einen Wälzkörper aufweisen oder Wälzkörper 33 ausgebildet, welcher mit der Kurvenscheibe 31 ein Wälzkörpergetriebe bildet. Dabei rollt der vorzugsweise rotationssymmetrische Wälzkörper 33 des Übertragungsmittels 33 mit der Kurvenscheibe 31 gegeneinander. So entsteht ein kraftschlüssiges Getriebe. Die Kurvenscheibe 31 und der Wälzkörper 33 des Übertragungsmittels 33 bilden dabei ein Reibradgetriebe, wobei die Geometrie des Wälzkörpers 33 und die Geometrie, insbesondere die Außenkontur der Kurvenscheibe 31 ein Getriebe mit einer Übersetzung bilden. Dabei ist es denkbar, dass die Kurvenscheibe 31 derart ausgestaltet ist, dass innerhalb des Kurvenverlaufs der Kurvenscheibe 31 eine veränderliche insbesondere stufenlos veränderliche Übersetzungen ausgebildet ist. Die Übersetzung des gebildeten Getriebes zwischen der Kurvenscheibe 31 und dem Übertragungsmittel 33, in Form einer Schubkurbel und/oder einem Wälzkörper 33 bzw. der Verschleißausgleichseinheit 40 dient zur Übersetzung zwischen dem Motormoment der Antriebseinheit und der für die Kupplungsbetätigung benötigten Kraft. Erfindungsgemäß kann die Verschleißausgleichseinheit 40 mechanisch, pneumatisch und/oder hydraulisch oder elektromechanisch ausgebildet sein. In 1 weist die Verschleißausgleichseinheit 40 darüber hinaus eine Führungsstange 40.3 auf, wodurch die Bewegung der Verschleißausgleichseinheit 40 auf den Kupplungshebel 101 im Wesentlichen linear erfolgen kann. Die Getriebeeinheit 30 weist eine Kurvenscheibe 31 mit einer Vertiefung 31.1 auf, wodurch die Kurvenscheibe 31 im Wesentlichen exzentrisch ausgebildet ist, wodurch eine variable Übersetzung der Getriebeeinheit 30 erzielt werden kann. Das Übertragungsmittel 33 ist derart an der Kurvenscheibe 31 beweglich gelagert, sodass eine rotatorische Bewegung der Getriebeeinheit 30, insbesondere der Kurvenscheibe 31, in eine translatorische Bewegung gewandelt werden kann. Hierfür ist die Kurvenscheibe 31 beweglich auf einer Schneckenradwelle 32 gelagert und dreht sich um die Schneckenradwelle 32 wenn die Antriebseinheit 20 oder der Kupplungshebel 101 auf die Kurvenscheibe 31 wirken.
Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems 100 für ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug. Das Kupplungssystem 100 weist in 2 einen Kupplungshebel 101 auf, welcher mit der Verschleißausgleichseinheit 40 wirkverbunden ist, sodass eine Bewegung der Verschleißausgleichseinheit 40 auf den Kupplungshebel 101 übertragbar ist, wodurch eine Kupplung eines Fahrzeugs betätigbar ist. Die Verschleißausgleichseinheit 40 ist in 2 als ein Arbeitszylinder ausgebildet, wobei der Arbeitszylinder vorzugsweise hydraulisch, pneumatisch und/oder elektromechanisch ausgebildet sein kann. Der erfindungsgemäße elektromechanische Kupplungsaktuator 10 weist neben der Verschleißausgleichseinheit 40 eine Getriebeeinheit 30 auf. Die Getriebeeinheit 30 umfasst eine Kurvenscheibe 31 und eine mit der Kurvenscheibe 31 wirkverbundenes Übertragungsmittel 33 auf. Die Kurvenscheibe 31 ist dabei auf der Schneckenradwelle 32 derart angeordnet, dass eine rotatorische Bewegung von einer Antriebseinheit 20 über die Getriebeeinheit 30 und mittels der Kurvenscheibe 31 und dem Übertragungsmittel 33 in eine translatorische Bewegung der Verschleißausgleichseinheit 40 und damit des Kupplungshebels 101 wandelbar ist. Die Getriebeeinheit 30 weist in 2 ein Zahnrad auf, welches mit einem Schneckenrad in Wirkverbunden bringbar ist, wobei über das Schneckenrad und das Zahnrad die Schneckenradwelle 32 rotatorisch antreibbar ist. Die so mit den Rotationen versetzte Kurvenscheibe 31 überträgt die Bewegung mit Hilfe des Übertragungsmittels 33 translatorisch an die Verschleißausgleichseinheit 40. Die Verschleißausgleichseinheit 40 ist derart ausgebildet, dass ein Verschleiß und/oder Temperaturänderungen der Getriebeeinheit 30 und/oder der Kupplung bzw. des Kupplungshebels 101 zumindest teilweise ausgleichbar sind. Die Kurvenscheibe 31 und das Übertragungsmittel 33 können als ein Pleuel und eine Nockenwellenverbindung ausgebildet sein, wobei die Kurvenscheibe 31 als eine Nockenwelle ausgebildet sein kann und durch eine rotatorische Bewegung der Kurvenscheibe 31 und somit der Nockenwelle, die rotatorische Bewegung über das Übertragungsmittel 33, welcher als ein Pleuel ausgebildet sein kann, in eine translatorische Bewegung an die Verschleißausgleichseinheit 40 überträgt bzw. umwandelt.
In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kupplungsaktuators 10 gezeigt. Der Kupplungsaktuator 10 weist eine Verschleißausgleichseinheit 40 auf, wobei die Verschleißausgleichseinheit 40 als ein mechanischer Zylinder ausgebildet ist. Die Verschleißausgleichseinheit 40 weist hierbei eine Kolbenstange 40.1 auf, welche in Verbindung mit dem Kupplungshebel 101 und eine zweite Kolbenstange 40.2 auf, welche in Wirkverbindung mit dem Übertragungsmittel 33 ist. Darüber hinaus weist die Verschleißausgleichseinheit 40 zwischen den Kolbenstangen 40.1 und 40.2 eine Kolbenfläche 40.5 auf, wobei an der zweiten Kolbenstange 40.2 ein Federelement 40.4 angeordnet ist, welches sich an dem einen Ende der Kolbenfläche 40.5 zumindest abschnittsweise abstützt. Das Federelement 40.4 ermöglicht einen Verschleißausgleich dadurch, dass das Federelement 40.4 eine Positionsänderung des Kupplungshebels 101 oder der Kurvenscheibe 31 in Folge eines Verschleißes oder Temperaturänderungen, in der Ruheposition ausgleicht. Hierfür drückt das Federelement 40.4 die Kolbenfläche 40.5 mit gleichbleibender Kraft in die jeweils notwendige Position, sodass ein gleichbleibender Stellweg zur Kupplungsbetätigung herstellbar ist. Das Federelement 40.4 ermöglicht somit einen Verschleißausgleich in beide Richtungen, d. h. das Federelement 40.4 kann gestaucht oder entspannt sein. Das Übertragungsmittel 33 kann gemäß 3 einen Wälzkörper aufweisen, welcher mit der Kurvenscheibe 31 ein Wälzkörpergetriebe bildet. Dabei rollt der vorzugsweise rotationssymmetrische Wälzkörper des Übertragungsmittels 33 mit der Kurvenscheibe 31 gegeneinander. So entsteht ein kraftschlüssiges Getriebe. Die Kurvenscheibe 31 und der Wälzkörper des Übertragungsmittels 33 bilden dabei ein Reibradgetriebe, wobei die Geometrie des Wälzkörpers und die Geometrie, insbesondere die Außenkontur der Kurvenscheibe 31 ein Getriebe mit einer Übersetzung bilden. Dabei ist es denkbar, dass die Kurvenscheibe 31 derart ausgestaltet ist, dass innerhalb des Kurvenverlaufs der Kurvenscheibe 31 eine veränderliche insbesondere stufenlos veränderliche Übersetzungen ausgebildet ist. Die Übersetzung des gebildeten Getriebes zwischen der Kurvenscheibe 31 und dem Übertragungsmittel 33, in Form einer Schubkurbel und/oder einem Wälzkörper, bzw. der Verschleißausgleichseinheit 40 dient zur Übersetzung zwischen dem Motormoment der Antriebseinheit und der für die Kupplungsbetätigung benötigten Kraft.
Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems 100 mit einem Kupplungshebel 101 und einem elektromechanischen Kupplungsaktuator 10. Der elektromechanische Kupplungsaktuator 10 weist dabei eine Verschleißausgleichseinheit 40 auf, wobei die Verschleißausgleichseinheit 40 hierbei als Hydraulikzylinder 40 ausgebildet ist. Der Hydraulikzylinder 40 weist dabei eine erste Kolbenstange 40.1 und eine zweite Kolbenstange 40.2 auf. Die Kolbenstange 40.1 und 40.2 weisen eine gemeinsame Kolbenfläche 40.5 auf. An der Kolbenfläche 40.5 ist ein Federventil 44 angeordnet. Der Hydraulikzylinder 40 ist in 4 als ein Gleichlaufzylinder bzw. Gleichgangzylinder 40 ausgebildet.
Der Hydraulikzylinder 40 kann über ein Arbeitsfluid, beispielsweise ein Hydrauliköl bzw. Dämpferöl in dem Arbeitszylinder aufweisen. An der Kolbenfläche 40.5 ist die erste Kolbenstange 40.1 auf der einen Seite und die Kolbenstange 40.2 auf der anderen Seite angeordnet. Die erste Kolbenstange 40.1 ist darüber hinaus in einer Laufbuchse 40.8 angeordnet. Der Freiraum der Laufbuchse 40.8 stellt den maximal ausgleichbaren Verschleiß dar. Die erste Kolbenstange 40.1 ist dementsprechend beweglich in der Laufbuchse 40.8 gelagert, sodass eine Kraftbeaufschlagung durch die Kraft F auf die zweite Kolbenstange 40.2 eine translatorische Bewegung auf den Kupplungshebel 101 bewirkt. Erfindungsgemäß ist an der Kolbenfläche 40.5 ein Federventil 45 angeordnet wodurch das Arbeitsfluid, beispielsweise Hydrauliköl bzw. Dämpferöl beim Bewegen der Kolbenstange von der einen Seite 40.6 der Kolbenfläche 40.5 zu der anderen Seite 40.7 der Kolbenfläche 40.5 strömen kann. Bei Betätigung der Kupplung, d. h. wird eine Kraft F von der Getriebeeinheit 30, insbesondere der Kurvenscheibe 31 über das Übertragungsmittel 33 oder die Kolbenstange 40.2 auf die Verschleißausgleichseinheit 40 übertragen, schließt sich das Federventil 44 und das Arbeitsfluid kann nicht strömen. Dementsprechend wird die Kraft F und somit die Bewegung von der Kurvenscheibe 31 über die Verschleißausgleichseinheit 40 an den Kupplungshebel 101 übertragen und die Kupplung betätigt. In einer Ruheposition, in der keine Bewegung bzw. Kraft F zur Betätigung der Kupplung übertragen wird, kann das Arbeitsfluid durch das Federventil 44 auf die andere Seite der Kolbenfläche 40.5 in Abhängigkeit der Position des Kupplungshebels 101 bzw. der Kurvenscheibe 31 strömen. Die Position kann dabei auf Grund von Verschleiß und/oder Temperatur veränderbar sein. Somit strömt genau so viel Arbeitsfluid von der einen Seite der Kolbenfläche 40.5 auf die andere Seite der Kolbenfläche 40.5, welche benötigt wird um einen zusätzlichen Stellweg der Kupplung in Folge eines Verschleißes oder Temperaturveränderung auszugleichen. Der Austausch bzw. das Strömen des Arbeitsfluids innerhalb des Zylinders 40 kann somit ein Verschleiß bzw. Temperatureinflüsse dadurch ausgleichen, dass über das Federventil 44 ein Ausgleich des Arbeitsfluids zwischen den Seiten der Kolbenflächen 40.5 derart gestaltet werden kann, dass immer so viel Arbeitsfluid durchströmen kann wie eine Positionsänderung des Kupplungshebels 101 bzw. der Kurvenscheibe 31 in der Ruheposition erfährt. Die Verschleißausgleichseinheit 40 kann im Rahmen der Erfindung zumindest einen Kompensationsmechanismus 43 aufweisen, wodurch Temperatur- und/oder Druckänderungen in der Verschleißausgleichseinheit 40 zumindest teilweise kompensierbar sind. Dafür weist der Kompensationsmechanismus 43 in 4 einen Federmechanismus auf, der in Folge einer Druck- und/oder Volumenänderung in der Verschleißausgleichseinheit 40, zusätzliches Volumen, bspw. eine zylindrisch ausgebildete Kammer freigibt oder verschließt. Bei einer Volumenausdehnung innerhalb der Verschleißausgleichseinheit 40 kann der Federmechanismus zusätzliches Volumen im Zylinder freigeben, sodass der Druck aufrecht erhalten werden kann. Somit kann es bei einem Hydraulikzylinder vorgesehen sein, dass der Kompensationsmechanismus 43 eine Volumenänderung des Arbeitsfluids zumindest teilweise ausgleichen kann. Der Kompensationsmechanismus 43 kann dabei den Druck in dem Hydraulikzylinder 40 steuern und/oder regeln. Hierfür kann das Arbeitsfluid bei Druckerhöhung innerhalb des Zylinders 40, eine Feder des Kompensationsmechanismus 43 zusammenstauchen, wodurch ein vergrößertes Volumen im Zylinder 40 erzielt werden kann. Bei Druckabsenkung kann die Feder des Kompensationsmechanismus 43 umgekehrt das Volumen des Zylinders entsprechend verringern bzw. ausgleichen. Wie in 4 gezeigt, kann die Verschleißausgleichseinheit 40 vorteilhafterweise zumindest eine Füllöffnung 41 und/oder eine Entlüftungsöffnung 42 für ein Arbeitsfluid aufweist.
Die 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurvenscheibe 31. Die Kurvenscheibe 31 ist dabei auf einer Schneckenradwelle 32 gelagert. Die Kurvenscheibe 31 weist zumindest eine Ausnehmung 31.1 und eine im Wesentlichen gerade Fläche 31.2 auf. Die Ausnehmung 31.1 ermöglicht die Haltekraft zur Kupplungsbetätigung zu reduzieren. Hierfür ist entlang der Außenkontur der Kurvenscheibe 31 ein Abschnitt ausgebildet, an welchem die Verschleißausgleichseinheit 40 und/oder das Übertragungsmittel 33 form- und/oder kraftschlüssig in Kontakt mit der Kurvenscheibe 31 bringbar ist. Dementsprechend kann die Kraft F bzw. das Moment zur Übertragung an diesem Punkt gehalten werden. Dementsprechend ist bei Erreichen des Übertragungsmittels 33 und/oder der Verschleißausgleichseinheit 40 an der Vertiefung 31.1 der Kurvenscheibe 31 einer rotatorischen Bewegung der Kurvenscheibe 31 gestoppt und es bildet sich somit ein Haltepunkt, an welchem die Kraftübertragung im Wesentlichen statisch ist. Somit wird verhindert, dass eine Überlastung der Antriebseinheit 30 bei Überschreitung der des auf dem Betriebspunkt des der Antriebseinheit 30 vollzogen werden kann. Vorzugsweise weist die exzentrisch ausgebildete Kurvenscheibe 31, wie in 5 gezeigt, eine Außenkontur auf welche einen sich im Verlauf ändernden Krümmungsradius aufweist. Durch den sich verändernden Krümmungsradius entlang der Außenkontur der exzentrisch ausgebildeten Kurvenscheibe 31, kann sich eine variable Übersetzung für die Kurvenscheibe 31 ergeben.
Bezugszeichenliste

10: Kupplungsaktuator
20: Antriebseinheit
30: Getriebeeinheit
31: Kurvenscheibe
31.1: Vertiefung
31.2: gerade Fläche von 31
32: Schneckenradwelle
33: Übertragungsmittel
40: Verschleißausgleichseinheit
40.1: erste Kolbenstange
40.2: zweite Kolbenstange
40.3: Führungsstange
40.4: Federelement
40.5: Kolbenfläche
40.6: erste Seite von 40.5
40.7: zweite Seite von 40.5
40.8: Laufbuchse
41: Füllöffnung
42: Entlüftungsöffnung
43: Kompensationsmechanismus
44: Federventil
100: Kupplungssystem
101: Kupplungshebels

Claims

Elektromechanischer Kupplungsaktuator (10) zum Betätigen eines Kupplungshebels (101) von einem Kupplungssystem (100) für ein Fahrzeug, umfassend zumindest eine Antriebseinheit (20) und eine mit der Antriebseinheit (20) wirkverbundene Getriebeeinheit (30) mit einer Kurvenscheibe (31), wobei die Kurvenscheibe (31) mittels der Antriebseinheit (20) über die Getriebeeinheit (30) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschleißausgleichseinheit (40) vorgesehen ist, die in Wirkverbindung mit der Kurvenscheibe (31) ist, sodass der Kupplungshebel (101) betätigbar und ein Verschleiß des Kupplungssystems (100) zumindest teilweise ausgleichbar ist.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißausgleichseinheit (40) zumindest ein an der Kurvenscheibe (31) anordbares Übertragungsmittel (33) aufweist, wodurch eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung wandelbar ist.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (31) exzentrisch ausgebildet ist, wodurch eine variable Übersetzung erzielbar ist.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (31) zumindest eine Vertiefung (31.1) aufweist, wodurch die Haltekraft reduziert werden kann.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit (30) als ein Schneckengetriebe (30) ausgebildet und die Kurvenscheibe (31) an einer Schneckenradwelle (32) angeordnet ist.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißausgleichseinheit (40) als Hydraulikzylinder (40) ausgebildet ist.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißausgleichseinheit (40) zumindest ein Federventil (44) aufweist, wobei eine Schließkraft des Federventils (44) zwischen ungefähr 0,01N und ungefähr 1N beträgt.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißausgleichseinheit (40) zumindest einen Kompensationsmechanismus (43) aufweist, wodurch Temperatur- und/oder Druckänderungen in der Verschleißausgleichseinheit (40) zumindest teilweise kompensierbar sind.
Elektromechanischer Kupplungsaktuator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (31), der Kupplungshebel (101) und/oder das Übertragungsmittel (33) ein Metall, insbesondere einen Sinterstahl aufweist.
Kupplungssystem (100) für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug aufweisend zumindest einen Kupplungshebel (101) und einen elektromechanischen Kupplungsaktuator (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.