DE102016220720B3

DE102016220720B3 - Übertragungsvorrichtung eines elektrischen Kupplungsaktuators

Info

Publication number: DE102016220720B3
Application number: DE102016220720.2A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Kremer; Takuya Mizobe; Rene Schepp; Joerg Mayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-10-22
Also published as: CN107975545A; CN107975545B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung (1) eines elektrischen Kupplungsaktuators (2), umfassend eine mit einem Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung (2) gekoppelte Kurvenscheibe (3), die um eine Rotationsachse (100) rotierbar ist, und ein mit einem Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung (1) gekoppeltes Wälzlager (5), das auf einer Umfangsfläche (7) der Kurvenscheibe (3) abrollt, wobei über den Eingang ein Drehmoment auf die Kurvenscheibe (3) übertragbar ist, wobei über den Ausgang eine translatorische Kraft entlang einer senkrecht zur Rotationsachse (100) orientierten Verschieberichtung (200) von dem Wälzlager (5) ausgebbar ist, wobei die Umfangsfläche (7) gekrümmt ist, sodass jeder Krümmungskreis (800) mit der Rotationsachse (100) innerhalb einer virtuellen Ebene liegt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung eines elektrischen Kupplungsaktuators. Eine derartige Kraftübertragungsvorrichtung wird insbesondere eingesetzt, um aus einer Rotation eine Translation umzusetzen. Außerdem betrifft die Erfindung einen elektrischen Kupplungsaktuator umfassend eine derartige Kraftübertragungsvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Kupplungsaktuatoren bekannt, bei denen ebenfalls bekannte Kraftübertragungsvorrichtungen verwendet werden. Solche Kraftübertragungsvorrichtungen umfassen Kurvenscheiben, auf denen ein Wälzlager abrollt. Die Kurvenscheibe weist einen veränderlichen Radius auf, so dass bei Rotation eine Verschiebung des Wälzlagers erfolgt. Das Wälzlager ist dazu mit einem Stößel verbunden, der entlang einer Längslagerung geführt ist. Auf diese Weise ist aus einer Rotation der Kurvenscheibe eine Translation des Stößels generierbar. Eine solche bekannte Kurvenscheibe ist beispielsweise in der DE 10 2010 045 395 A1 beschrieben.
Bei bekannten Kraftübertragungsvorrichtungen besteht das Problem, dass Hertz-Pressungen zwischen dem Wälzlager und der Kurvenscheibe an Kanten des Wälzlagers und/oder der Kurvenscheibe erhöht sind. So ist an solchen Kanten zumeist ein Radius vorhanden, der die Kante abrundet. Die Hertz-Pressung ist zum einen abhängig von der Kraft zwischen Wälzlager und Kurvenscheibe sowie der Länge des Kontakts der Kurvenscheibe und des Wälzlagers. Die Hertz-Pressung ist andererseits aber auch abhängig von dem Radius der Kontaktfläche. Diese Abhängigkeit vom Radius kann zu besagten erhöhten Hertz-Pressungen. Um ein vorzeitiges Ermüden aufgrund dieser erhöhten Hertz-Pressungen an den Kanten zu verhindern, muss die Kurvenscheibe und/oder der Außenring des Wälzlagers aus einem hochfesten Material gefertigt werden, wodurch die Kraftübertragungsvorrichtung teuer in der Herstellung ist.
Aus der DE 10 2014 226 120 A1 ist ein Kennungswandler mit Kurvenscheibe und Lagerpendel zur Betätigung einer Kupplung bekannt.
Aus der DE 10 2015 200 471 A1 ist ein elektromotorischer Kupplungssteller mit einer Kurvenscheibe und einem linear beweglichen Stößel zur Betätigung einer Kupplung zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftübertragungsvorrichtung ist kostengünstig herstellbar, wobei gleichzeitig das Risiko für eine vorzeitige Ermüdung aufgrund zu hoher Hertz-Pressungen erheblich reduziert ist. Insbesondere ist bei der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung die Hertz-Pressung an Kanten von Kurvenscheibe und/oder am Wälzlager reduziert.
Die Kraftübertragungsvorrichtung umfasst einen Eingang, der mit einer Kurvenscheibe gekoppelt ist. Die Kurvenscheibe ist um eine Rotationsachse rotierbar. Über den Eingang ist ein Drehmoment in die Kraftübertragungsvorrichtung einbringbar bzw. übertragbar. Der Eingang kann insbesondere in Form einer Welle oder in Form einer Ausnehmung in der Kurvenscheibe ausgebildet sein. Außerdem umfasst die Kraftübertragungsvorrichtung ein mit einem Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung gekoppeltes Wälzlager. Das Wälzlager rollt auf einer Umfangsfläche der Kurvenscheibe ab. Über den Ausgang ist somit eine translatorische Kraft entlang einer senkrecht zu der Rotationsachse orientierten Verschieberichtung von dem Wälzlager ausgebbar. Somit eignet sich die Kraftübertragungsvorrichtung insbesondere zur Verwendung in einem elektrischen Kupplungsaktuator, bei dem ein Drehmoment, das mittels eines Elektromotors erzeugt wird, in eine translatorische Kraft zum Aktuieren eines Hydrauliksystems umgewandelt wird. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Umfangsfläche gekrümmt ist. Dabei liegt jeder Krümmungskreis der Krümmung der Umfangsfläche in einer virtuellen Ebene mit der Rotationsachse.
Unter virtueller Ebene ist eine geometrisch-mathematische Ebene zu verstehen, die nicht durch die Kurvenscheibe selbst gebildet sein muss. Insbesondere ist die virtuelle Ebene eine frei wählbare geometrisch-mathematische Ebene, in der die Rotationsachse verläuft. Unter einem Krümmungskreis ist derjenige Kreis zu verstehen, dessen Kreisbogen entlang der gekrümmten Umfangsfläche verläuft. Weist die Krümmung keinen konstanten Radius auf, so sind insbesondere mehrere, bevorzugt unendlich viele, Krümmungskreise vorgesehen, wobei alle diese Krümmungskreise denselben Mittelpunkt aufweisen. Dieser Mittelpunkt wird nachfolgend auch Krümmungsmittelpunkt genannt. Insbesondere verläuft die Krümmung somit zwischen zwei Seitenflächen der Kurvenscheibe Durch eine derartige Krümmung ist die Hertz-Pressung an den Kanten der Kurvenscheibe und/oder des Wälzlagers vermindert. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Kurvenscheibe eine geringere Dicke aufweist als das Wälzlager. Somit ist vorgesehen, dass die gesamte Umfangsfläche an der Außenfläche des Wälzlagers anliegt, während umgekehrt nicht die gesamte Außenfläche des Wälzlagers an der Umfangsfläche der Kurvenscheibe anliegt – an den Rändern der Außenfläche ragt die Außenfläche des Wälzlagers über die Seitenflächen der Kurvenscheibe hinaus.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Umfangsfläche entlang der Rotationsachse, das bedeutet entlang einer Richtung parallel zur Rotationachse, derart geformt ist, dass die Krümmung einen veränderlichen Radius aufweist. Dies bedeutet insbesondere, dass sich der Radius der Krümmung der Umfangsfläche ausgehend von einer Seitenfläche bis zu der anderen Seitenfläche verändert. Durch eine derartige variable Krümmung ist eine Hertz-Pressung zwischen der Kurvenscheibe und dem Wälzlager einstellbar, sodass hohe Hertz-Pressungen an den Kanten von Kurvenscheibe und/oder Wälzlager vermieden sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kurvenscheibe zwei Seitenflächen aufweist. Die Umfangsfläche und jeweils eine Seitenfläche treffen an jeweils einer Seitenkante aufeinander. Die beiden Seitenflächen sind besonders vorteilhaft parallel zueinander angeordnet. Der Abstand der Seitenflächen definiert somit eine Dicke der Kurvenscheibe. Weiterhin ist vorgesehen, dass ein Radius der Krümmung der Umfangsfläche mittig zwischen den Seitenflächen größer ist als an den Außenkanten. Dies bedeutet, dass die Umfangsfläche von der Rotationsachse weg geformt ist. Somit ist ersichtlich, dass an den Außenkanten der Kurvenscheibe eine geringere Hertz-Pressung vorliegt als in der Mitte der Umfangsfläche.
Besonders vorteilhaft beträgt der Radius mittig zwischen den Seitenflächen zwischen 5000 Millimeter und 15000 Millimeter. Besonders vorteilhaft beträgt der Radius mittig zwischen den Seitenflächen zwischen 8000 Millimeter und 12000 Millimeter, insbesondere 10000 Millimeter. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass der Radius an den Seitenkanten zwischen einem Millimeter und 500 Millimeter beträgt. Besonders bevorzugt beträgt der Radius an den Seitenkanten zwischen 5 Millimeter und 250 Millimeter, insbesondere 10 Millimeter. Mit einem derartigen Verlauf des Radius der Krümmung lässt sich eine ideale Verteilung der Hertz-Pressung erreichen. Auf diese Weise ist eine lokale hohe Hertz-Pressung vermieden, wodurch Materialien mit geringerer Festigkeit als im Stand der Technik für die Fertigung von Kurvenscheibe und/oder für den Außenring des Wälzlagers verwendet werden können. Somit ist eine kostengünstigere Herstellung der Kraftübertragungsvorrichtung möglich, wobei gleichzeitig mindestens dieselben Kräfte wie im Stand der Technik von dem Wälzlager aufgenommen werden können.
Besonders vorteilhaft nimmt der Radius ausgehend von der Seitenkante zur Mitte zwischen den Seitenflächen hin logarithmisch zu. Der Radius der Krümmung einer bestimmten Stelle der Umfangsfläche ist somit abhängig von einer logarithmischen Funktion des Abstands der bestimmten Stelle zu der Mitte der Umfangsfläche zwischen den Seitenflächen oder zu einer der Seitenkanten. Der logarithmische Verlauf des Radius erlaubt es, eine vorteilhafte Verteilung der Hertz-Pressung zwischen Kurvenscheibe und Wälzlager zu erreichen. Somit ist wiederum ermöglicht, die Kurvenscheibe kostengünstig zu fertigen, wobei dennoch dieselben Kräfte wie im Stand der Technik übertragen werden können.
Mit den zuvor genannten Geometrien lässt sich insbesondere eine Hertz-Pressung zwischen Wälzlager und Kurvenscheibe erreichen, die eine Grenzpressung von 2500 Megapascal, insbesondere von 2000 Megapascal, nicht überschreitet, wenn entlang der Verschieberichtung eine Kraft von 3450 Newton auf das Wälzlager wirkt. Dies ist bevorzugt eine maximal wirkende Kraft in Verschiebungsrichtung. Somit lassen sich für die Kurvenscheibe und/oder für den Außenring des Wälzlagers Materialien verwenden, die eine Festigkeit aufweisen, die lediglich Hertz-Pressungen von 2500 Megapascal, insbesondere 2000 Megapascal, standhalten muss.
Die Umfangsfläche ist bevorzugt konvex geformt. Durch diese Formung ist sichergestellt, dass Kanten der Kurvenscheibe eine geringere Hertz-Pressung erfahren, als sonstige Bereiche der Umfangsfläche. Somit ist eine erhöhte Kantenpressung der Kurvenscheibe vermieden.
Bevorzugt ist weiterhin vorgesehen, dass die erste Abmessung maximal 10 Millimeter beträgt. Besonders vorteilhaft beträgt die erste Abmessung maximal 8 Millimeter, insbesondere maximal 6 Millimeter. Bei der ersten Abmessung handelt es sich vorteilhafterweise um eine Dicke der Kurvenscheibe. Die Dicke der Kurvenscheibe ist vorteilhafterweise über die gesamte Kurvenscheibe konstant. Außerdem ist vorgesehen, dass die Kurvenscheibe bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Wälzlager über eine Außenfläche eines Außenrings an der Umfangsfläche der Kurbelscheibe anliegt. Dabei ist die Außenfläche in einer Richtung parallel zu der Rotationsachse entlang wenigstens 90 Prozent ihrer Erstreckungsrichtung, insbesondere entlang von mindestens 95 Prozent ihrer Erstreckungsrichtung, eben. Somit weist bevorzugt lediglich die Umfangsfläche eine Krümmung auf. Die Hertz-Pressung zwischen Umfangsfläche und Außenfläche ist daher allein durch die Krümmung der Umfangsfläche einstellbar. Dies ermöglicht insbesondere, dass bekannte Wälzlager, wie sie bei Kraftübertragungsvorrichtungen aus dem Stand der Technik üblich sind, verwendet werden können. Lediglich die Kurvenscheibe muss im Vergleich zum Stand der Technik modifiziert werden, um die Krümmung in der Umfangsfläche zu erhalten.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen elektrischen Kupplungsaktuator. Der elektrische Kupplungsaktuator umfasst eine Kraftübertragungsvorrichtung wie zuvor beschrieben. Außerdem umfasst der elektrischen Kupplungsaktuator einen mit der Kurvenscheibe gekoppelten Antrieb zum Aufbringen eines Drehmoments auf die Kurvenscheibe. Weiterhin umfasst der elektrische Kupplungsaktuator einen mit dem Wälzlager gekoppelten Stößel. Der Stößel ist somit durch das Wälzlager entlang der Verschieberichtung verschiebbar. Vorteilhafterweise weist der Stößel eine Längsführung auf. Somit ist sichergestellt, dass der Stößel ausschließlich in einer Richtung parallel zu der Verschieberichtung verschiebbar ist. Da das Wälzlager vorteilhafterweise einerseits an der Umfangsfläche der Kurvenscheibe anliegt, andererseits über ein Eingriffselement mit einem Kragenelement der Kurvenscheibe gekoppelt ist, ist ein Drehmoment, das über den Antrieb auf die Kurvenscheibe aufgebracht werden kann, in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Kurvenscheibe entweder über Kragenelement und Eingriffselement in eine Zugkraft oder ein eine Druckkraft, die auf den Stößel wirkt, umsetzbar. Über den Stößel ist bevorzugt ein hydraulisches System betätigbar, wobei das hydraulische System zum Einrücken und/oder Ausrücken einer Kupplung ausgebildet ist. Die Kupplung ist somit mittels des elektrischen Kupplungsaktuators elektrisch aktuierbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Abbildung einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Abbildung einer Schnittansicht der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine schematische Detailabbildung der Schnittansicht der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel Erfindung,
4 eine schematische Abbildung eines Verlaufs einer Umfangsfläche der Kurvenscheibe der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 eine schematische Abbildung eines Verlaufs einer Hertz-Pressung zwischen Wälzlager und Kurvenscheibe der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
6 eine schematische Abbildung eines elektrischen Kupplungsaktuators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt schematisch eine Kraftübertragungsvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 umfasst eine Kurvenscheibe 3 und ein Wälzlager 5. Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 ist bevorzugt Teil eines elektrischen Kupplungsaktuators 2. Ein elektrischer Kupplungsaktuator 2 wird nachfolgend mit Bezug auf 6 beschrieben.
Die Kurvenscheibe 3 umfasst eine Umfangsfläche 7, die sich zwischen Seitenkanten 11 der Kurvenscheibe 3 erstreckt. Die Umfangsfläche 7 ist gekrümmt, was durch eine Maximalpunktlinie 18 schematisch dargestellt ist. Die Maximalpunktlinie 18 zeigt an, dass die Punkte in der Mitte zwischen den Seitenkaten 11 einen größeren Abstand zu einer Rotationsachse 100 aufweisen als die in einer Richtung parallel zu der Rotationsachse 100 zugehörigen Punkte unmittelbar auf den Seitenkanten 11. Die Seitenkanten 11 grenzen Seitenflächen 10 der Kurvenscheibe 3 von der Umfangsfläche 7 ab. Die Umfangsfläche 7 weist rund um die Rotationsachse 100 einen variablen Abstand zu der Rotationsachse 100 der Kurvenscheibe 3 auf. Somit ist ein Radius der Kurvenscheibe 3 nicht konstant. Die Kurvenscheibe 3 ist um die Rotationsachse 100 rotierbar.
Das Wälzlager 5 liegt mit einer Außenfläche 13 an der Umfangsfläche 7 der Kurvenscheibe 3 an. Die Außenfläche 13 ist insbesondere Teil eines Außenrings 6 des Wälzlagers 5. Das Wälzlager 5 ist um eine Mittelachse 300 rotierbar, wobei die Mittelachse 300 parallel zu der Rotationsachse 100 ausgebildet ist. Aufgrund des variablen Radius der Kurvenscheibe 3 erfolgt eine Translation des Wälzlagers 5, wenn die Kurvenscheibe 3 rotiert und das Wälzlager 5 somit auf der Umfangsfläche 7 der Kurvenscheibe 3 abrollt. Das Verschieben des Wälzlagers 5 erfolgt dabei entlang einer Verschieberichtung 200.
Mit der Kraftübertragungsvorrichtung 1 ist somit eine rotatorischen Kraft, die als Drehmoment auf die Kurvenscheibe 3 aufgebracht wird in eine translatorische Kraft umwandelbar, die auf das Wälzlager 5 wirkt. Die Kurvenscheibe 3 ist somit insbesondere mit einem Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung 1 verbunden, während das Wälzlager 5 mit einem Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung 1 gekoppelt ist. Als Eingang ist insbesondere eine sich um die Rotationsachse 100 erstreckende Öffnung in der Kurvenscheibe 3 vorgesehen, in die eine Welle einpressbar ist. Der Ausgang ist insbesondere als Öffnung des Wälzlagers 5 anzusehen, die sich um die Mittelachse 300 erstreckt. Das Aufnehmen von Drehmoment über den Eingang und das Abgeben von Kräften über den Ausgang wird nachfolgend mit Bezug auf 6 erklärt.
2 zeigt einen Teil eines Querschnitts durch die Kraftübertragungseinrichtung 1 aus 1. Die Kurvenscheibe 3 weist bevorzugt eine erste Abmessung 400 auf. Die erste Abmessung 400 entspricht bevorzugt einem Abstand zwischen den Seitenflächen 10 oder Außenkanten 11 (vergleiche 1) der Kurvenscheibe 3. Die erste Abmessung 400 wird somit bevorzugt parallel zu der Rotationsachse 100 der Kurvenscheibe 3 gemessen. Insbesondere entspricht die erste Abmessung 400 einer Dicke der Kurvenscheibe 3, wobei die Dicke z. B. über die gesamte Kurvenscheibe 3 konstant gewählt sein kann.
Die Außenfläche 13 des Außenring 6 des Wälzlagers 5 weist eine zweite Abmessung 500 auf. Die zweite Abmessung 500 wird bevorzugt parallel zu der ersten Abmessung 400, das bedeutet parallel zu der Rotationsachse 100, gemessen. Die zweite Abmessung 500 entspricht somit einer Dicke des Wälzlagers 5.
Schließlich weist ein Wälzkörper 8 des Wälzlagers 5 eine dritte Abmessung 600 auf. Die dritte Abmessung 600 wird wiederum parallel zu der ersten Abmessung 400 und damit parallel zu der zweiten Abmessung 500 und zu der Rotationsachse 100 gemessen. Die dritte Abmessung 600 entspricht somit einer Länge des Wälzkörpers 8.
Besonders vorteilhaft ist das Wälzlager 5 ein Nadellager. Somit handelt es sich bei dem Wälzkörper 8 um eine Nadel, insbesondere um eine zylinderförmige Rolle. Nadellager weisen eine Schwachstelle auf, die bei der Fertigung des Nadellagers entsteht. So muss ein Außenring nach Einsetzten der Wälzkörper verformt werden, um ein Herausfallen der Wälzkörper zu verhindern. Durch diese Verformung ist die Schwachstelle vorhanden. Dies ist bei Nadellagern aus dem Stand der Technik bekannt.
Würde die Außenfläche 13 des Außenrings 6 auch dort an der Umfangsfläche 7 der Kurvenscheibe 3 anliegen, wo sich die Schwachstelle befindet, so würde an der Schwachstelle eine große Hertz-Pressung vorherrschen, was das Risiko einer Ermüdung des Außenrings 6 und damit des Wälzlagers 5 erhöhen könnte.
Daher ist vorgesehen, dass die erste Abmessung 400 kleiner ist als die zweite Abmessung 500. Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Abmessung 400 in etwa so groß ist wie die dritte Abmessung 600.
So ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Abmessung maximal 90 Prozent, bevorzugt maximal 80 Prozent, insbesondere maximal 70 Prozent, der zweiten Abmessung 500 beträgt. Außerdem ist vorgesehen, dass die erste Abmessung 400 zwischen 120 Prozent und 80 Prozent, bevorzugt zwischen 110 Prozent und 90 Prozent, besonders bevorzugt zwischen 105 Prozent und 95 Prozent, der dritten Abmessung 600 beträgt. Die erste Abmessung beträgt insbesondere maximal 10 Millimeter, bevorzugt maximal 8 Millimeter, besonders bevorzugt maximal 6 Millimeter.
Durch die zuvor genannten Größenverhältnisse ist sichergestellt, dass die Außenfläche 13 des Außenrings 6 des Wälzlagers 5 nicht mit der Schwachstelle an der Umfangsfläche 7 der Kurvenscheibe 3 anliegt. Allerdings ist auch der gesamte Kontaktbereich zwischen Außenfläche 13 und Umfangsfläche 7 reduziert. Die Umfangsfläche 7 weist somit eine Krümmung auf, die in 2 durch den Krümmungsmittelpunkt 700 dargestellt ist. Durch die Krümmung ist die Umfangsfläche 7 konvex geformt. Somit ist eine Balligkeit vorhanden, wobei die Umfangsfläche 7 mittig zwischen den beiden Seitenflächen 10 der Kurvenscheibe 3 eine größere Entfernung von der Rotationsachse 100 aufweist als unmittelbar an den Seitenkanten 11.
Die Kurvenscheibe 3 kann außerdem z. B. noch ein Kragenelement 9 aufweisen. Das Kragenelement 9 kann z. B. auf beiden Seitenflächen 10 der Kurvenscheibe 7 angebracht sein. Insbesondere kann sich das Kragenelement 9 näher an der Umfangsfläche 7 der Kurvenscheibe als an der Rotationsachse 100 der Kurvenscheibe befinden. Somit befindet sich das Kragenelement 9 an einer äußeren Peripherie der Kurvenscheibe 3. Insbesondere kann das Kragenelement 9 z. B. der Umfangsfläche 7 folgen. Das bedeutet, das Kragenelement 9 weist stets einen konstanten Abstand zu der Umfangsfläche 7 auf. Über das Kragenelement 9 ist ein Übertragen von Zugkräften zwischen Kurvenscheibe 3 und Wälzlager 5 ermöglicht, was nachfolgend mit Bezug auf 6 erklärt wird.
3 zeigt schematisch die Kurvenscheibe 3 der Kraftübertragungsvorrichtung 1. Dabei ist ersichtlich, dass die Umfangsfläche 7 eine Krümmung aufweist, wobei die Krümmung 7 durch den Krümmungsmittelpunkt 700 und durch den Krümmungskreis 800 dargestellt ist. Eine durch den Krümmungsmittelpunkt 700 verlaufende Achse, die in 3 insbesondere senkrecht auf der Zeichenebene steht, kann als Krümmungsachse angesehen werden. Diese Krümmungsachse ist stets senkrecht zu der Rotationsachse 100 orientiert. Allerdings weist die Umfangsfläche 7 aufgrund der Tatsache, dass sich die Umfangsfläche 7 rund um die Rotationsachse 100 erstreckt, keine stets gleiche Krümmungsachse auf. Vielmehr weist jeder Schnitt durch die Kurvenscheibe 3, der auch durch die Rotationsachse 100 verläuft, eine eigene Krümmungsachse auf. Allerdings liegt jeder Krümmungskreis 800 der Umfangsfläche 7 stets in einer Ebene mit der Rotationsachse 100. In dem in 3 gezeigten Beispiel entspricht diese Ebene der Zeichenebene. Der Krümmungskreis 800 ist ein Kreis, dessen Mittelpunkt der Krümmungsmittelpunkt 700 ist. Die Umfangsfläche 7 wird vorteilhafterweise durch einen Kreisbogen zumindest eines Krümmungskreises 800 gebildet. Die Umfangsfläche 7 kann insbesondere durch Kreisbögen einer Vielzahl von Krümmungskreisen 800 gebildet sein, sodass insbesondere auch ein logarithmischer Verlauf der Umfangsfläche realisiert sein kann.
In 3 ist ein Krümmungskreis 800 mit konstantem Radius gezeigt. Alternativ ist der Radius der Krümmung der Umfangsfläche 7 nicht konstant. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Radius ausgehend von der Seitenkante 11 logarithmisch zunimmt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Radius mittig zwischen den Seitenflächen 10 zwischen 5000 Millimeter und 15000 Millimeter, bevorzugt zwischen 8000 Millimeter und 12000 Millimeter, besonders bevorzugt 10000 Millimeter beträgt. An den Seitenkanten 11 beträgt der Radius bevorzugt zwischen einem Millimeter und 500 Millimeter, bevorzugt zwischen 5 Millimeter und 250 Millimeter, besonders bevorzugt 10 Millimeter.
4 zeigt schematisch einen Vergleich zwischen einem konstanten Radius und einem logarithmisch verlaufenden Radius. 5 zeigt die zugehörige Hertz-Pressung für die beiden Radien. So ist in 4 schematisch der Verlauf der Außenfläche 7 in einer Schnittansicht gezeigt. Der Nullpunkt des Diagramms entspricht dabei demjenigen Punkt auf der Außenfläche 7, der mittig zwischen den beiden Seitenkanten 11 liegt. Eine erste Kurve 30 zeigt den Verlauf der Umfangsfläche 7, wenn der Krümmungsradius ausgehend von dem Nullpunkt zu der Seitenfläche 10 logarithmisch abnimmt. Eine zweite Kurve 40 zeigt den Verlauf der Umfangsfläche 7, wenn der Krümmungsradius konstant ist.
Aus 5 sind die Auswirkungen der jeweiligen Verläufe der Umfangsfläche 7 ersichtlich. So ergibt sich für die erste Kurve 30 eine erste Hertz-Pressung 60. Für die zweite Kurve 40 ergibt sich eine zweite Hertz-Pressung 70. Es ist ersichtlich, dass sich bei der zweiten Kurve 40 eine erhöhte Kantenpressung im Verlauf der zweiten Hertz-Pressung 70 ergibt. Im Gegensatz dazu fällt die erste Hertz-Pressung 60 in Richtung der Seitenkante 11 der Kurvenscheibe 3 ab. Somit ist bevorzugt ein logarithmisch veränderlicher Radius für die Krümmung der Außenfläche 7 zu wählen. In jedem Fall ist vorgesehen, dass sowohl die erste Hertz-Pressung 60 als auch die zweite Hertz-Pressung 70 eine Grenzpressung 50 von 2500 Megapascal, insbesondere von 2000 Megapascal nicht überschreiten, wenn entlang der Verschieberichtung 200 eine Kraft von 3450 Newton auf das Wälzlager wirkt. Die Kraft von 3450 Newton entspricht insbesondere einer Maximalkraft, die von der Kraftübertragungsvorrichtung 1 übertragbar ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass lediglich die Umfangsfläche 7 gekrümmt ist. Die Außenfläche 13 des Außenring 6 des Wälzlagers 5 weist bevorzugt keine derartige Krümmung auf. So ist vorgesehen, dass sich die Außenfläche 13 des Außenring 6 des Wälzlagers 5 in einer Richtung parallel zu der Rotationsachse 100 entlang wenigstens 90 Prozent ihrer Erstreckungsrichtung, insbesondere wenigstens 95 Prozent ihrer Erstreckungsrichtung, eben ist. Somit lässt sich ein Verlauf der Hertz-Pressung allein durch die Krümmung der Umfangsfläche 7 der Kurvenscheibe 3 einstellen.
6 zeigt schematisch einen elektrischen Kupplungsaktuator 2. Der elektrische Kupplungsaktuator 2 umfasst eine Kraftübertragungsvorrichtung 1 wie zuvor beschrieben und in den 1 bis 3 gezeigt.
Die Kurvenscheibe 3 der Kraftübertragungsvorrichtung 1 ist mit einem Antrieb 12 gekoppelt. Somit ist von dem Antrieb 12 ein Drehmoment auf die Kurvenscheibe 3 aufbringbar. Das Wälzlager 5 wiederum ist mittels einer feststehenden Achse 17 mit einem Stößel 4 gekoppelt. Das Wälzlager 5 ist um die feststehende Achse 17 rotierbar und die feststehende Achse 17 ist mit dem Stößel 4 verbunden. Der Stößel 4 weist eine Längsführung 14 auf. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Stößel 4 lediglich entlang einer Verschieberichtung 200 verschiebbar ist. Mittels der Kraftübertragungsvorrichtung 1 ist somit eine Rotation des Antriebs 12 in eine Translation des Stößels 4 umsetzbar. Der Stößel 4 dient bevorzugt zum Betätigen einer Hydraulikvorrichtung, wobei die Hydraulikvorrichtung zum Einrücken und/oder Ausrücken einer Kupplung ausgebildet ist.
Das Wälzlager 5 ist über die feststehende Achse 17 mit dem Stößel 4 verbunden. Somit ist eine Bewegung des Wälzlagers 6 auf den Stößel 4 übertragbar. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Wälzlager 6 aufgrund einer Rotation der Kurvenscheibe 3 verschoben wird. Somit sind Druckkräfte zwischen Kurvenscheibe 3 und Wälzlager 6 über die Umfangsfläche 7 sowie die Außenfläche 13 übertragbar.
Die Kraftübertragungsvorrichtung 1 ist außerdem zum Übertragen von Zugkräften zwischen dem Wälzlager 5 und der Umfangsfläche 7 ausgebildet. Zum Übertragen von Zugkräften wird das Kragenelement 9 verwendet. Dabei ist vorgesehen, dass das Kragenelement 9 über ein Eingriffselement 15 mit dem Wälzlager 5 gekoppelt ist. Das Eingriffselement 15 liegt insbesondere an derjenigen Außenseite des Kragenelements 9 an, die der Rotationsachse 100 zugewandt ist. Wie in 6 ersichtlich ist das Eingriffselement 15 an der Achse 17 angebracht. Somit ist verhindert, dass die Außenfläche 13 des Außenring 6 des Wälzlagers 5 von der Umfangsfläche 7 der Kurvenscheibe 3 abheben kann. Außerdem ist somit die Übertragung von Zugkräften ermöglicht.

Claims

Kraftübertragungsvorrichtung (1) eines elektrischen Kupplungsaktuators (2), umfassend • eine mit einem Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung (2) gekoppelte Kurvenscheibe (3), die um eine Rotationsachse (100) rotierbar ist, und • ein mit einem Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung (1) gekoppeltes Wälzlager (5), das auf einer Umfangsfläche (7) der Kurvenscheibe (3) abrollt, • wobei über den Eingang ein Drehmoment auf die Kurvenscheibe (3) übertragbar ist, • wobei über den Ausgang eine translatorische Kraft entlang einer senkrecht zur Rotationsachse (100) orientierten Verschieberichtung (200) von dem Wälzlager (5) ausgebbar ist, • wobei die Umfangsfläche (7) gekrümmt ist, sodass jeder Krümmungskreis (800) der Krümmung der Umfangsfläche (7) mit der Rotationsachse (100) innerhalb einer virtuellen Ebene, die jeweils durch den Mittelpunkt des Krümmungskreises (800) und die Rotationsachse (100) definiert ist, liegt.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (7) entlang der Rotationsachse (100) eine Krümmung mit einem veränderlichen Radius aufweist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (3) zwei Seitenflächen (10) aufweist, wobei die Umfangsfläche (7) und jeweils eine Seitenflächen (10) an jeweils einer Seitenkante (11) aufeinandertreffen, und wobei ein Radius der Krümmung der Umfangsfläche (7) mittig zwischen den Seitenflächen (10) größer ist als an den Außenkanten (11).
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius mittig zwischen den Seitenflächen (10) zwischen 5000 mm und 15000 mm und/oder dass der Radius an den Seitenkanten (11) zwischen 1 mm und 500 mm beträgt.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius ausgehend von jeder Seitenkante (11) logarithmisch zunimmt.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hertz-Pressung zwischen dem Wälzlager (5) und der Kurvenscheibe (3) eine Grenzpressung (50) von 2500 MPa nicht überschreitet, wenn entlang der Verschieberichtung (200) eine Kraft von 3450 N auf das Wälzlager (5) wirkt.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche (7) konvex ausgebildet ist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (3) eine entlang der Rotationsachse (100) messbare Dicke von maximal 10 mm aufweist.
Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine an der Umfangsfläche (7) der Kurvenscheibe (3) anliegende Außenfläche (13) eines Außenrings (6) des Wälzlagers (5) in einer Richtung parallel zu der Rotationsachse (100), entlang wenigstens 90% ihrer Erstreckungsrichtung eben ist.
Elektrischer Kupplungsaktuator (2), umfassend: • eine Kraftübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, • einen mit der Kurvenscheibe (3) gekoppelten Antrieb (12) zum Aufbringen eines Drehmoments auf die Kurvenscheibe (3), und • einen mit dem Wälzlager (5) gekoppelten Stößel (4), der durch das Wälzlager (5) entlang der Verschieberichtung (200) verschiebbar ist.