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Die Erfindung betrifft ein Bauteil für einen Aktuator für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs werden sowohl Kupplungsaktuatoren als auch Getriebeaktuatoren verwendet. Diese kommen bei sogenannten automatisierten Schaltgetrieben, auch ASG, genannt, und auch in Doppelkupplungsgetrieben zum Einsatz. Diese Aktuatoren werden über einen Elektromotor angetrieben, sind pumpenlos und sind dazu ausgebildet, die Drehbewegung ihres Elektromotors in eine Dreh- oder Linearbewegung zu übersetzen.
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Insbesondere bei Kupplungsaktuatoren muss das zur Übersetzung verwendete Aktuatorgetriebe starke Kräfte aushalten, da der Aktuator gegen die Kraft einer Membranfeder arbeitet. Deswegen bestehen die Bauteile eines Aktuators aus hochfesten Materialen.
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Diese Materialen sind mit Gewichtsnachteilen versehen.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauteil anzugeben, das eine Gewichtsersparnis ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Bauteil mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgesehen. Als Kern der Erfindung wird dabei angesehen, dass das Bauteil nur in dem Bereich hochfest ausgebildet wird, in dem es nötig ist. Dementsprechend besteht es aus wenigstens zwei Materialen, wobei diese stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dadurch ergibt sich zwischen den Materialien selbst auch eine feste Verbindung.
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Grundsätzlich können mehr als zwei Materialien verwendet werden, auch müssen die beiden Materialen nicht entlang einer einzigen Trennlinie verbunden sein. Das heißt, dass sich grundsätzlich die beiden Materialen im Bauteil beliebig abwechseln können.
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Auch ist es möglich, an dem Bauteil weitere ergänzende Bauteile mittels Kraftschluss, Formschluss, Stoffschluss oder Reibschluss befestigt werden.
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Vorteilhafterweise kann das Bauteil mittels Mehrkomponenten-Spritzguss, insbesondere Zwei-Komponenten-Spritzguss, hergestellt sein. Beim Mehrkomponenten-Spritzguss handelt es sich um ein Verfahren, bei dem sich stoffschlüssig verbundene Materialen in großer Stückzahl herstellen lassen.
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Vorzugsweise besteht das Bauteil aus genau zwei oder genau drei Materialien. Eine größere Anzahl an Materialien führt keine mechanischen Vorteile mehr herbei.
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Vorteilhafterweise bestehen die Materialen aus Kunststoff, das heißt dass das Bauteil in einer Ausgestaltung aus wenigstens zwei unterschiedlichen Kunststoffen besteht.
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Vorteilhafterweise ist das Bauteil ein Bauteil des Aktuatorgetriebes. Insbesondere kann das Bauteil als Zahnrad oder Zahnradsegment ausgebildet sein und in einem radial äußeren Bereich aus einem härteren Material bestehen als in einem radial inneren Bereich. Das heißt, dass das Bauteil im Verzahnungsbereich aus einer Hartkomponente gefertigt ist und im Nabenbereich aus einer weicheren Komponente.
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Vorteilhafterweise kann das Zahnrad oder das Zahnradsegment als Stirnrad ausgebildet sein. Alternativ kann das Zahnradsegement als Teil eines Kronenradgetriebes ausgebildet sein. Bei diesen Zahnradtypen ergibt sich durch die Verwendung zweier unterschiedlicher Materialen eine relevante Gewichtsreduktion.
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Vorteilhafterweise kann ein Material Fasern, insbesondere Kohlefasern, enthalten. Dementsprechend ergibt sich in diesem Material eine größere Härte und reibungs- und verschleißoptimierte Anordnung. Insbesondere können sich die unterschiedlichen Materialen lediglich durch die Verwendung von Fasern unterscheiden, das heißt dass bei dem faserverstärkten Kunststoff der gleiche Kunststoff als Matrixmaterial verwendet wird als bei dem anderen Kunststoff. Dadurch wird eine optimale Stoffschlüssigkeit erzielt.
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Bevorzugt können die Materialen einen Übergangsbereich ausbilden, in dem die Kennwerte kontinuierlich übergehen. Entstehen die unterschiedlichen Materialen durch die Verwendung von Fasern, so sind diese vom einen in den anderen Bereich abnehmend, der Übergangsbereich enthält dementsprechend eine abnehmende Härte. Ein Übergangsbereich entsteht durch die gezielte Ausbildung einer mehr oder weniger kontinuierlichen Vermischung der beiden Materialien auf einer größeren Strecke als notwendig, um den Stoffschluss herzustellen. Ein Übergangsbereich entsteht also nicht durch den Stoffschluss per se, sondern erst durch eine gewollte Vermischung der beiden Materialen auf einer längeren Strecke, beispielsweise auf einer Strecke von mehr als einem Millimeter. Durch die Vermischung ergibt sich ein kontinuierlicher Übergang der physikalischen Kenngrößen wie Dichte, Härte, Steifigkeit, etc. Kontinuierlich bedeutet dabei lediglich nicht sprunghaft, die genaue Art des Übergangs ergibt sich durch die Art und Weise, wie die Komponenten vermischt werden. Dabei ist es auch möglich, den Übergangsbereich so dick auszubilden, dass in seiner Mitte eine Art Plateau entsteht bzw. eine Art dritte Komponente oder drittes Material, das von seinen Eigenschaften dann zwischen dem ersten und dem zweiten Material liegt.
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Daneben betrifft die Erfindung einen Aktuator für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er ein Bauteil aufweist, das wie beschrieben ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist der Aktuator als Kupplungsaktuator oder Getriebeaktuator ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist der Aktuator ein elektromechanischer Aktuator, das heißt, dass er neben einem Elektromotor lediglich mechanische Bauteile enthält, insbesondere also keinen Geberzylinder.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Aktuator zur Betätigung der Kupplung oder eines Getriebes. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass der Aktuator wie beschrieben ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug,
- 2 einen Kupplungsaktuator in Explosionsdarstellung,
- 3 ein Zahnradsegment in einer ersten Ausgestaltung, und
- 4 ein Zahnradsegment in einer ersten Ausgestaltung.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Antriebseinheit 2, einer Kupplung 3, einem Kupplungsaktuator 4, einem Getriebe 5 und einem Getriebeaktuator 6. Die Antriebseinheit 2 ist üblicherweise ein Verbrennungsmotor, es kann auch zusätzlich ein Elektromotor vorgesehen sein. Die Kupplung 3 kann eine einfache oder Doppelkupplung sein. Das Getriebe 5 ein Handschaltgetriebe oder ein Doppelkupplungsgetriebe. Bei Doppelkupplungsgetrieben sind oft zwei Getriebeaktuatoren 6 zum Betätigen notwendig.
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Die Darstellung ist rein schematisch, der dargestellte Teil des Antriebsstrangs kann insbesondere auch in Fahrzeugen mit Front-Quer-Antrieb eingesetzt werden.
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2 zeigt einen Kupplungsaktuator 4 in einer Explosionsdarstellung. Der Kupplungsaktuator 4 ist mit einem Elektromotor 7 als Antrieb ausgestattet. Dieser wirkt mit einem Aktuatorgetriebe 8 zusammen, auf das auch eine Kompensationsfedereinheit 9 einwirkt. Nach Übersetzung der Drehbewegung des Elektromotors 7 in einer Linearbewegung wird der Stößel 10 in Richtung Ein- oder Ausrücken bewegt. Dabei wird gegen die Kraft eine Membranfeder angearbeitet, weswegen nur in eine Richtung Kraftaufwand entweder zum Ein- oder Ausrücken notwendig ist. Da mit einem Kupplungsaktuator 4 sowohl normally-open - als auch normally closed-Kupplungen betätigt werden können kann es sich bei der Bewegung des Stößels sowohl um eine Ausrückbewegung als auch eine Einrückbewegung handeln.
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Der Elektromotor 7 wirkt über eine Vorlastfeder 12 und eine Anschlagfeder 14 auf ein Zahnradsegment 16, in dem Mitnehmer 18 gelagert ist. Der Mitnehmer 18 ist von einer Schlingfeder 20 umgeben, wobei mittels der Schlingfeder 20 ein Verschleißausgleich realisiert werden kann.
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Die Kompensationsfedereinheit 9 umfasst neben einem Gelenklager 22 und einer Federführung 24 auch die eigentliche Kompensationsfeder 26. Sowohl der Elektromotor 7 als auch die Kompensationsfedereinheit 9 als auch der Stößel 10 sind dabei über das Aktuatorgetriebe 8 und dort über das Zahnradsegment 16 miteinander verbunden. Das Zahnradsegment 16 ist damit ein Summierelement, an dem die auf das Aktuatorgetriebe 8 einwirkenden Kräfte zusammen kommen.
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Weiterhin weist der Kupplungsaktuator 4 ein Gehäuse 28 und einen Deckel 30 auf.
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2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines Zahnradsegmentes 16, das neben der Lagerstelle an der Außenseite auch eine Stirnradverzahnung 32 besitzt. In den folgenden Figuren sind andere Ausgestaltungen von Zahnradsegmenten gezeigt, allen gemeinsam ist aber die Verzahnung, mittels derer sie mit dem Elektromotor 7 zusammenwirken. Dabei können der Elektromotor 7 und das Zahnradsegment 16 über eine Stirnradverzahnung oder auch über einen Schneckentrieb miteinander verbunden sein.
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3 zeigt ein Zahnradsegment 34, das aus zwei verschiedenen Materialen gefertigt ist. Im Verzahnungsbereich 36 besteht das Zahnradsegment 34 aus einem härteren Material und in einem Basisbereich 38 aus einem weicheren Material. Bezogen auf die Drehachse 40 des Zahnradsegments 34 liegt dabei der Basisbereich radial innen und der Verzahnungsbereich 36 radial außen.
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Der Verzahnungsbereich 36 kann beispielsweise aus einem anderen Kunststoff bestehen als der Basisbereich 38, es kann sich aber auch um einen faserverstärkten Kunststoff handeln, bei dem das Matrixmaterial der gleiche Kunststoff ist wie der Kunststoff, der im Basisbereich 38 verwendet wird. Die unterschiedliche Härte im Verzahnungsbereich 36 und dem Basisbereich 38 kommt dann aufgrund der Verwendung von Fasern zustande.
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4 zeigt ein Zahnradsegment 34, das von der Außenform her identisch zu dem Zahnradsegment 34 gemäß 3 ist. In Weiterbildung des Zahnradsegments 34 ist dabei vorgesehen, dass zwischen dem Verzahnungsbereich 36 und dem Basisbereich 38 ein Übergangsbereich 42 befindet. Dieser kann beispielsweise ausgebildet werden, in dem die Kunststoffe der beiden Materialen so flüssig bei der Herstellung sind, dass sie sich im Übergangsbereich 42 vermischen können. Der Übergangsbereich kann beispielsweise größer als 1 mm sein, insbesondere auch größer als 1 cm sein. Im Übergangsbereich 42 ist vorgesehen, dass sich die Werte des Verzahnungsbereichs 36 hin zu den Werten des Basisbereichs 38 entwickeln, das beispielsweise also die Härte im Übergangsbereich vom Verzahnungsbereich 36 zum Basisbereich 38 hin abnimmt. Dadurch wird ein abrupter Übergang der Werte zwischen dem Verzahnungsbereich 36 und dem Basisbereich 38 vermieden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Antriebseinheit
- 3
- Kupplung
- 4
- Kupplungsaktuator
- 5
- Getriebe
- 6
- Getriebeaktuator
- 7
- Elektromotor
- 8
- Aktuatorgetriebe
- 9
- Kompensationsfedereinheit
- 10
- Stößel
- 12
- Vorlastfeder
- 14
- Anschlagfeder
- 16
- Zahnradsegment
- 18
- Mitnehmer
- 20
- Schlingfeder
- 22
- Gelenklager
- 24
- Federführung
- 26
- Kompensationsfeder
- 28
- Gehäuse
- 30
- Deckel
- 32
- Stirnradverzahnung
- 34
- Zahnradsegment
- 36
- Verzahnungsbereich
- 38
- Basisbereich
- 40
- Drehachse
- 42
- Übergangsbereich
