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Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung, umfassend einen elektromechanischen Drehaktuator, welcher über eine zwischenliegende Übertragungseinrichtung mit einem Betätigungselement gekoppelt ist, wobei das Betätigungselement über den Drehaktuator axial zwischen einer Einrückstellung und einer Ausrückstellung in mindestens einer Richtung bewegbar ist, indem die Übertragungseinrichtung eine Drehbewegung des Drehaktuators in eine entsprechende axiale Bewegung des Betätigungselements umsetzt, und wobei zudem eine Arretiereinrichtung vorgesehen ist, über welche das Betätigungselement in mindestens einer diskreten Stellung arretierbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Kupplungsanordnung mit mindestens einer Reibungskupplung, welche über je eine vorgenannte Betätigungseinrichtung betätigbar ist, und einen Kraftfahrzeugantriebsstrang.
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In einem Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer als Verbrennungskraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine ist üblicherweise ein Anfahrelement vorgesehen, um Anfahrvorgänge realisieren und auch Schaltvorgänge in einem nachfolgenden Kraftfahrzeuggetriebe darstellen zu können. Häufig ist ein Anfahrelement dabei als Reibungskupplung gestaltet, über welche die Antriebsmaschine kraftschlüssig mit den im Kraftfahrzeugantriebsstrang folgenden Komponenten verbunden werden kann. Ist das Kraftfahrzeuggetriebe dann als automatisiertes Schaltgetriebe oder auch Automatikgetriebe ausgebildet, so wird zumeist auch eine Betätigung der Reibungskupplung automatisch vollzogen, wobei hierbei vermehrt elektromechanische Aktuatoren zur Anwendung kommen.
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Eine automatisierte Reibungskupplung kann dabei prinzipiell als sogenannte „normally closed“-Kupplung oder als sogenannte „normally opened“-Kupplung ausgeführt sein. Während die „normally closed“-Kupplung im unbetätigten Zustand geschlossen ist und über den zugehörigen Aktuator bei Betätigung in einen geöffneten Zustand überführt wird, befindet sich die „normally opened“-Kupplung bei fehlender Betätigung in einem geöffneten Zustand. Insofern muss Letztere zum Schließen über den zugehörigen Aktuator angesteuert werden und auch aktiv in dem geschlossenen Zustand gehalten werden. Da dies einen entsprechenden Energieverbrauch aufgrund der andauernden Betätigung des Aktuators zur Folge hat, kommen bei Betätigungseinrichtungen für Reibungskupplungen zum Teil auch Arretiereinrichtungen zur Anwendung, über welche die jeweilige Reibungskupplung in der jeweils gewünschten Stellung gehalten und damit der Aktuator entlastet werden kann.
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Aus der
DE 102 35 906 A1 geht eine Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung hervor, die einen elektromechanischen Drehaktuator umfasst. Dieser Drehaktuator ist dabei über eine zwischenliegende Übertragungseinrichtung mit einem Betätigungselement gekoppelt, welches axial zwischen einer Einrückstellung und einer Ausrückstellung bewegt und über eine Arretiereinrichtung in der Einrückstellung arretiert werden kann. Das Betätigungselement wirkt dabei auf eine Betätigungsmechanik der Reibungskupplung ein, die in der Einrückstellung des Betätigungselements über das Betätigungselement in einen geschlossenen Zustand überführt ist. Die Übertragungseinrichtung setzt dabei eine Drehbewegung des Drehaktuators in eine entsprechend orientierte axiale Bewegung des Betätigungselements um. Die Arretiereinrichtung umfasst ein Sperrelement, welches radial zwischen dem Betätigungselement und einem umliegenden Gehäuse axial fest und in Umfangsrichtung verschiebbar aufgenommen ist. An dem Sperrelement ist ein Sperrprofil ausgestaltet, wobei das Sperrelement im Zuge von Stellbewegungen des Drehaktuators im Zusammenspiel mit einem auf dem Umfang des Betätigungselements ausgestalteten Profil in der Einrückstellung das Arretieren des Betätigungselements hervorruft.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung zu schaffen, wobei ein Arretieren eines Betätigungselements und damit auch der zugehörigen Reibungskupplung auf einfache Art und Weise möglich sein soll.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Eine Kupplungsanordnung, bei welcher eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung zur Anwendung kommt, ist ferner Gegenstand der Ansprüche 7 bis 9. Des Weiteren betrifft Anspruch 10 einen Kraftfahrzeugantriebsstrang.
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Gemäß der Erfindung umfasst eine Betätigungseinrichtung für eine Reibungskupplung einen elektromechanischen Drehaktuator, welcher über eine zwischenliegende Übertragungseinrichtung mit einem Betätigungselement gekoppelt ist. Dabei kann das Betätigungselement über den Drehaktuator axial zwischen einer Einrückstellung und einer Ausrückstellung in mindestens einer Richtung bewegt werden, indem die Übertragungseinrichtung eine Drehbewegung des Drehaktuators in eine entsprechende axiale Bewegung des Betätigungselements umsetzt. Ferner ist eine Arretiereinrichtung vorgesehen, über welche das Betätigungselement in mindestens einer Stellung arretiert werden kann.
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Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei dem elektromechanischen Drehaktuator um einen Elektromotor, an dessen Antriebswelle eine rotative Antriebsbewegung abgegriffen werden kann. Das Betätigungselement ist bevorzugt als Stellkolben ausgeführt, welcher hohlzylindrisch ausgeführt sein kann und entweder einem unmittelbaren oder einem mittelbaren Betätigen der zugehörigen Reibungskupplung über eine zwischenliegende Mechanik dient. Dabei ist die Reibungskupplung, bevorzugt über ein Federelement, entweder in einen geöffneten Zustand („normally opened“) oder in einen geschlossenen Zustand („normally closed“) vorgespannt, wobei das Betätigungselement bei Bewegung über den Drehaktuator eine Kraftbeaufschlagung in eine hierzu entgegengesetzte Richtung hervorruft. Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei der Reibungskupplung aber insbesondere um eine „normally opened“-Kupplung.
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Dass der Drehaktuator das Betätigungselement „in mindestens einer Richtung“ zwischen der Einrückstellung und der Ausrückstellung bewegen kann, bedeutet vorliegend, dass über den Drehaktuator entweder eine Einrückbewegung des Betätigungselements oder eine Ausrückbewegung des Betätigungselements oder auch Bewegungen in beide Richtungen hervorgerufen werden können.
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Die Übertragungseinrichtung setzt eine durch den Drehaktuator erzeugte, rotatorische Antriebsbewegung in eine axiale, also translatorische Bewegung des Betätigungselements um. Besonders bevorzugt wird dabei zudem eine Übersetzung realisiert, um eine Drehzahl und ein Drehmoment des Drehaktuators auf geeignete Art und Weise zu übersetzen. Insbesondere wird dabei ins Langsame übersetzt, so dass eine Drehmomenterhöhung realisiert wird und der Drehaktuator somit als schnelllaufender Elektromotor ausgestaltet werden kann.
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Über die Arretiereinrichtung kann das Betätigungselement gezielt in mindestens einer Stellung arretiert werden, d.h. die Arretiereinrichtung hindert das Betätigungselement dann an einem selbsttätigen Verlassen der jeweiligen Stellung. Dabei kann das Arretieren unmittelbar, bevorzugt aber mittelbar an dem Betätigungselement erfolgen. Zudem ist erfindungsgemäß das Arretieren in einer oder auch mehreren unterschiedlichen Stellungen möglich.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Arretiereinrichtung ein Sperrelement umfasst, welches über einen Stellaktuator in eine Sperrstellung bewegt werden kann, in der das Sperrelement das Betätigungselement arretiert. Mit anderen Worten weist die Arretiereinrichtung also einen Stellaktuator auf, über welchen ein Sperrelement gezielt in eine Sperrstellung überführt werden kann. In der Sperrstellung arretiert das Sperrelement dann das Betätigungselement unmittelbar oder mittelbar.
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Eine derartige Ausgestaltung einer Betätigungseinrichtung hat dabei den Vorteil, dass ein Arretieren des Betätigungselements auf einfache Art und Weise durch entsprechende Ansteuerung des Stellaktuators vollzogen werden kann, indem dieser dann das Sperrelement in die Sperrstellung bewegt. Des Weiteren können hierbei problemlos auch mehrere unterschiedliche Stellungen des Betätigungselements arretiert werden.
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Hingegen weist die Arretiereinrichtung der
DE 102 35 906 A1 einen komplizierten Aufbau auf. Denn sowohl das Sperrelement, als auch das Betätigungselement müssen jeweils mit einem aufwendig gestalteten Sperrprofil versehen werden. Zudem erfolgt das Arretieren zwar selbsttätig bei Überführung des Betätigungselements in die Einrückstellung, ein Arretieren in anderen Stellungen ist dabei aber nicht realisierbar.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Betätigungselement zumindest in der Einrückstellung arretierbar. Eine derartig gestaltete Betätigungseinrichtung wird dabei realisiert, wenn die zugehörige Reibungskupplung als „normally opened“-Kupplung ausgeführt ist, im unbetätigten Zustand also geöffnet ist. Soll die Betätigungseinrichtung dagegen bei einer „normally closed“-Kupplung zur Anwendung kommen, so sollte das Betätigungselement zumindest in der Ausrückstellung arretiert werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Stellaktuator als elektrischer Aktuator, insbesondere als Stellmagnet, ausgeführt. Hierdurch kann eine Überführung des Sperrelements in seine Sperrstellung in vorteilhafter Weise verwirklicht werden, indem der elektrische Stellaktuator bestromt wird und im Folgenden die Überführung des Sperrelements in die Sperrstellung einleitet. Besonders bevorzugt ist das Sperrelement dabei in eine Grundstellung vorgespannt, in der keine Arretierung des Betätigungselements stattfindet. Weiter bevorzugt wird dieses Vorspannen dabei über ein entsprechendes Federelement realisiert, entgegen welchem sich das Sperrelement bei Betätigung über den Stellaktuator in die Sperrstellung bewegt.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung setzt das Sperrelement in der Sperrstellung eine Antriebswelle des Drehaktuators fest. Bevorzugt greift das Sperrelement dabei in eine Verzahnung eines auf der Antriebswelle angeordneten Ritzels ein. In diesem Fall erfolgt also eine mittelbare Arretierung des Betätigungselements durch formschlüssiges Festsetzen der Antriebswelle des Drehaktuators. Dies hat den Vorteil, dass im Bereich des Drehaktuators problemlos eine Arretierung in sämtlichen Stellungen des Betätigungselements möglich ist. Des Weiteren kann gegebenenfalls eine nachfolgende Übersetzung der Antriebsbewegung des Drehaktuators auch für die Arretierung genutzt werden. Wird eine Antriebsbewegung des Drehaktuators ins Langsame übersetzt, so reduziert sich bei Anordnung des Sperrelements im Bereich der Antriebswelle auch eine Haltekraft des Sperrelements in der Sperrstellung.
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In Weiterbildung der Erfindung umfasst die Übertragungseinrichtung eine verzahnte Segmentscheibe, welche mit einem Ritzel einer Antriebswelle des Drehaktuators kämmt und mit einem Spindeltrieb gekoppelt ist. Dabei setzt der Spindeltrieb ein über die Antriebswelle des Drehaktuators hervorgerufenes Verdrehen der Segmentscheibe in einer translatorische Stellbewegung um und überträgt diese auf das Betätigungselement. Hierdurch lässt sich ein Umsetzen der Drehbewegung des Drehaktuators in eine translatorische Stellbewegung des Betätigungselements auf geeignete Art und Weise verwirklichen. Der Spindeltrieb ist dabei bevorzugt als Kugelspindeltrieb gestaltet. Des Weiteren wäre es als Alternative zu der vorstehend beschriebenen Anordnung des Sperrelements am Ritzel der Antriebswelle auch denkbar, das Sperrelement im Bereich der verzahnten Segmentscheibe zu platzieren, wobei das Sperrelement dann in seiner Sperrstellung in die Verzahnung der Segmentscheibe einfasst.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Sperrelement als Sperrraste ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass über das Sperrelement somit problemlos eine formschlüssige Arretierung verwirklicht werden kann. Besonders bevorzugt kommt diese Ausgestaltung dabei in Kombination mit der Variante zur Anwendung, bei welcher das Sperrelement in ein Ritzel einer Antriebswelle des Drehaktuators einfasst.
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Eine erfindungsgemäß gestaltete Betätigungseinrichtung kommt bevorzugt bei einer Kupplungsanordnung zur Anwendung. Eine derartige Kupplungsanordnung umfasst dann mindestens eine Reibungskupplung, die über je eine erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung betätigt werden kann. Im Rahmen der Erfindung ist die Reibungskupplung dabei bevorzugt als nasslaufende Reibungskupplung ausgeführt, kann prinzipiell aber auch als trockenlaufende Kupplung vorliegen.
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In Weiterbildung einer Kupplungsanordnung sind dann zwei Reibungskupplungen zu einer Doppelkupplung zusammengefasst, wobei jeder der Reibungskupplungen je eine Betätigungseinrichtung zugeordnet ist. Weiter bevorzugt sind die Betätigungselemente der Betätigungseinrichtungen dabei koaxial zueinander angeordnet. Insofern läuft das Betätigungselement der einen Betätigungseinrichtung radial innen zum Betätigungselement der anderen Betätigungseinrichtung.
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Eine vorstehend beschriebene Kupplungsanordnung ist dann zudem bevorzugt Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges, wobei die Kupplungsanordnung hierbei zwischen einer Antriebsmaschine und einem Kraftfahrzeuggetriebe platziert ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges; und
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2 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Betätigungseinrichtung, die im Kraftfahrzeugantriebsstrang aus 1 zur Anwendung kommt und entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gestaltet ist.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugantriebsstranges 1, wobei der Kraftfahrzeugantriebsstrang 1 dabei bevorzugt Teil eines Kraftfahrzeuges in Form eines Pkws ist. Dabei umfasst der Kraftfahrzeugantriebsstrang 1 eine Antriebsmaschine 2, welche als Brennkraftmaschine gestaltet ist und an einer Abtriebsseite über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer 3 und eine Kupplungsanordnung 4 mit einem Kraftfahrzeuggetriebe 5 verbunden ist.
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Wie in 1 zu erkennen ist, umfasst die Kupplungsanordnung 4 eine Doppelkupplung 6, die sich aus zwei einzelnen nasslaufenden Reibungskupplungen 7 und 8 zusammensetzt. Des Weiteren verfügt die Kupplungsanordnung 4 über zwei Betätigungseinrichtungen 9 und 10, wobei die Betätigungseinrichtung 9 dabei der Reibungskupplung 7 und die Betätigungseinrichtung 10 der Reibungskupplung 8 zugeordnet ist. Die jeweilige Reibungskupplung 7 bzw. 8 kann dabei über die je zugehörige Betätigungseinrichtung 9 bzw. 10 jeweils aus einem ausgedrückten Zustand in einen eingerückten Zustand überführt werden. Die Reibungskupplungen 7 und 8 liegen also jeweils als „normally opened“-Kupplungen vor. Ferner ist die Kupplungsanordnung 4 insbesondere mit in ein Gehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes 5 integriert und bildet mit diesem ein Doppelkupplungsgetriebe.
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In 2 ist ein Teil der Kupplungsanordnung 4 aus 1 perspektivisch im Bereich der Betätigungseinrichtungen 9 und 10 dargestellt. Dabei umfasst jede Betätigungseinrichtung 9 bzw. 10 je einen elektromechanischen Drehaktuator 11 bzw. 12, welcher jeweils über je eine Übertragungseinrichtung 13 bzw. 14 mit jeweils einem Betätigungselement 15 bzw. 16 gekoppelt ist. Die Betätigungselemente 15 und 16 sind dabei koaxial zueinander angeordnet und liegen als hohlzylindrische Betätigungskolben vor, über welche die jeweils zugeordnete Reibungskupplung 7 bzw. 8 in den eingerückten Zustand überführt werden kann.
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Die Übertragungseinrichtungen
13 und
14 werden jeweils durch eine verzahnte Segmentscheibe
17 bzw.
18 und je einen – vorliegend nicht weiter im Detail zu sehenden – Spindeltrieb gebildet. Dabei steht die jeweilige Segmentscheibe
17 bzw.
18 an ihrer Verzahnung mit je einem Ritzel
19 bzw.
20 im Zahneingriff, welches auf je einer Antriebswelle
21 bzw.
22 des jeweiligen Drehaktuators
11 bzw.
12 platziert ist. In der Folge wird eine durch den jeweiligen Drehaktuator
11 bzw.
12 hervorgerufene Rotation ins Langsame übersetzt durch die Segmentscheibe
17 bzw.
18 auf den Spindeltrieb übertragen und mittels des jeweiligen Spindeltriebes in eine axiale, d.h. translatorische Bewegung des je zugehörigen Betätigungselements
15 bzw.
16 umgesetzt, wie es beispielsweise prinzipiell auch aus der
DE 10 2008 012 894 A1 bekannt ist.
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Das jeweilige Betätigungselement 15 bzw. 16 überführt dann die zugehörige Reibungskupplung 7 bzw. 8 in Zuge der translatorischen Bewegung aus seiner Ausrückstellung in eine Einrückstellung in einen jeweils eingerückten Zustand. Diese Bewegung erfolgt dabei entgegen einer Vorspannung der jeweiligen Reibungskupplung 7 bzw. 8 in ihren jeweiligen ausgedrückten Zustand.
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Aufgrund dieser Vorspannung müsste der jeweilige Drehaktuator 11 bzw. 12 permanent betätigt werden, um die jeweilige Reibungskupplung 7 bzw. 8 in ihrem eingerückt Zustand zu halten und eine ungewollte Rückbewegung in den ausgedrückten Zustand zu unterbinden. Da dies einen entsprechenden Energieverbrauch durch ein andauerndes Bestromen des jeweiligen Drehaktuators 11 bzw. 12 zur Folge hätte, sind bei den Betätigungseinrichtungen 9 und 10 jeweils Arretiereinrichtungen 23 und 24 vorgesehen, welche sich jeweils aus je einem Stellaktuator 25 bzw. 26 und je einem Sperrelement in Form je einer Sperrraste 27 bzw. 28 zusammensetzen. Dabei kann die jeweilige Sperrraste 27 bzw. 28 über den zugehörigen Stellaktuator 25 bzw. 26 aus einer Grundstellung in eine Sperrstellung bewegt werden, in welcher die jeweilige Sperrraste 27 bzw. 28 in die Verzahnung des jeweiligen Ritzels 19 bzw. 20 einfasst und dieses in der Folge an einem Verdrehen formschlüssig hindert. Die jeweilige Sperrraste und 20 bzw. 28 ist hierzu mit einer zahnähnlich geformten Spitze ausgestattet, mit welcher sie zwischen die Zähne des jeweiligen Ritzels 19 bzw. 20 fassen kann.
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Aufgrund der Arretierung des jeweiligen Ritzels 19 bzw. 20 und damit auch letztendlich des jeweiligen Betätigungselements 15 bzw. 16 kann der je zugehörige Drehaktuator 11 bzw. 12 nach Arretierung stromlos geschaltet werden, ohne dass ein Verlassen der Einrückstellung stattfinden kann. Dies wird erst möglich, sobald die Sperrraste 27 bzw. 28 nicht mehr über den jeweiligen Stellaktuator 25 bzw. 26 betätigt wird und sich wieder in ihre jeweilige Grundstellung zurückbewegt. Der jeweilige Stellaktuator 25 bzw. 26 ist dabei jeweils als Stellmagnet realisiert.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Betätigungseinrichtung kann eine Arretierung eines Betätigungselements auf einfache Art und Weise verwirklicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeugantriebsstrang
- 2
- Antriebsmaschine
- 3
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 4
- Kupplungsanordnung
- 5
- Kraftfahrzeuggetriebe
- 6
- Doppelkupplung
- 7
- Reibungskupplung
- 8
- Reibungskupplung
- 9
- Betätigungseinrichtung
- 10
- Betätigungseinrichtung
- 11
- Drehaktuator
- 12
- Drehaktuator
- 13
- Übertragungseinrichtung
- 14
- Übertragungseinrichtung
- 15
- Betätigungselement
- 16
- Betätigungselement
- 17
- Segmentscheibe
- 18
- Segmentscheibe
- 19
- Ritzel
- 20
- Ritzel
- 21
- Antriebswelle
- 22
- Antriebswelle
- 23
- Arretiereinrichtung
- 24
- Arretiereinrichtung
- 25
- Stellaktuator
- 26
- Stellaktuator
- 27
- Sperrraste
- 28
- Sperrraste
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10235906 A1 [0004, 0014]
- DE 102008012894 A1 [0030]
