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Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit für die Doppelkupplung eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Im Stand der Technik sind unterschiedlich ausgebildete Doppelkupplungen für entsprechende Doppelkupplungsgetriebe bekannt. Insbesondere Doppelkupplungsgetriebe sind in jüngster Vergangenheit immer mehr in den Blickpunkt der Kraftfahrzeugentwickler gerückt, da durch diese Technologie der Fahrkomfort moderner Automatikgetriebe mit dem hohen Wirkungsgrad von manuell geschalteten Stufengetrieben verbunden werden kann. Die bekannten Doppelkupplungsgetriebe bestehen dabei aus zwei voneinander unabhängigen Teilgetrieben in einem Gehäuse, von denen das eine vzw. die ungeraden, das andere vzw. die geraden Gangstufen umfasst. Die Verbindung des Getriebes mit dem Antriebsmotor erfolgt dabei über zwei koaxiale Getriebeeingangswellen, die jeweils mit einer Kupplung zur reifenschlüssigen Übertragung der Antriebsenergie gekoppelt sind. Bei den Schaltvorgängen werden die Kupplungen derart in Eingriff gebracht, dass durch eine gezielte Übergabe der Antriebsenergie von einer auf die andere Kupplung ein ununterbrochener Vortrieb des Kraftfahrzeuges und damit ein zugkraftunterbrechungsfreies Fahren ermöglicht wird. Um ein solches Verhalten optimal gestalten zu können, ist eine präzise Veränderung der übertragenen Kupplungsmomente über die Anpassung der wirksamen Anpresskräfte notwendig. Dieser Vorgang kann nur über einen geeigneten Regelprozess zufriedenstellend umgesetzt werden, der wiederum über Sensoren eine möglichst genaue Information über die aktuell übertragenden Kupplungsmomente enthalten muss. Da diese Momenteninformationen im allgemeinen nicht direkt zugänglich sind, werden hierfür andere Größen aus der Kupplungs-Betätigungsstrecke herangezogen, deren Wert um so genauer das übertragene Drehmoment wiedergeben, je näher die Messgröße am Reibkontakt der Kupplungen liegt.
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Zur Betätigung der Schaltungen sind im Stand der Technik unterschiedliche Doppelkupplungen bzw. entsprechende unterschiedliche Betätigungseinheiten für diese Doppelkupplungen bekannt. So ist eine Betätigungseinheit bekannt (
DE 199 36 886 A1 ), die ein entsprechendes Betätigungsgestänge als Zwischenelemente aufweist, wobei ein erster und zweiter Aktuator auf das jeweilige als Betätigungsgestänge ausgeführte Zwischenelement einwirkt, dass jeweils wiederum mit einer ersten bzw. zweiten Kupplung der Doppelkupplung wirksam verbunden ist. Schließlich ist eine Betätigungseinheit bei einer Doppelkupplung bekannt (
DE 1 873 413 U ) bei dem die Betätigungseinheit zwei schwenkbar angelenkte Hebelelemente aufweist, die jeweils eine axialverschiebbare Kolbeneinheit entsprechend verschieben um die erste bzw. zweite Kupplung wirksam zu betätigen.
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Weiterhin ist aus der
DE 24 04 351 B2 eine Betätigungseinheit für eine Doppelkupplung bekannt, bei der die beiden Ausrücklager für die jeweiligen beiden Reibkupplungen auf ein und dergleichen Welle axial gelagert sind. Jedes Ausrücklager wird über ein Zwischenelement betätigt, wobei die Zwischenelemente teils gelenkig miteinander verbunden sind bzw. eine teils gemeinsame gelenkige Lagerung aufweist. Schließlich ist aus der
DE 698 03 638 T2 eine Betätigungseinheit bekannt, wo ein Ausrücklager gleitend auf einem rohrförmigen Abschnitt eines Führungsrohres gelagert ist und eine Kupplungsgabel vorgesehen ist, die auf das Ausrücklager einwirkt. Mithilfe eines spezifisch ausgebildeten Betätigungselementes wird dann eine zeitweilig axiale Verbindung des Führungsrohres des Ausrücklagers und der Kupplungsgabel realisiert.
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Bei den bisher verwendeten Kupplungen einer Doppelkupplung, insbesondere mit trockenen Reibbelägen, wird die Veränderung der Anpresskräfte in der Regel über eine axiale Bewegung von Ausrücklagern realisiert, die wiederum ein Hebelsystem/Betätigungsgestänge/Tellerfedern innerhalb der Kupplung auslenken, wobei das Maß der Auslenkung proportional zur Veränderung der jeweiligen Anpresskraft ist. Diese axiale Bewegung der Lager, insbesondere der Ausrücklager, muss über eine geeignete Betätigungseinheit mit hohem Wirkungsgrad vorgenommen werden, um eine präzise Momentenübergabe zu gewährleisten. Die für eine Stellbewegung erforderliche Betätigungskraft, insbesondere die Ein- bzw. Ausrückkraft, kann durch ein mechanisches, elektrisches oder auch hydraulisches Stellglied auf die Betätigungseinheit aufgebracht werden. Vorzugsweise werden derartige Betätigungseinheiten außerhalb des Gehäuses der Doppelkupplung festmontiert und werden dann durch das entsprechende Getriebesteuergerät des Kraftfahrzeugs mit den erforderlichen Informationen über die erforderliche Stellbewegung versorgt.
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Herkömmliche Kupplungssysteme sind im allgemeinen direkt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt, was zur Folge hat, dass die Kupplungsbetätigungskräfte als Axialkräfte auf die Lage des Motors wirken. Bei der Verwendung einer Doppelkupplung erhöhen sich diese Kräfte wenigstens während der Schaltvorgänge entsprechend. Sind hohe Anforderung an die Dynamik der Schaltvorgänge gestellt, so müssen die Kupplungen stets an der Schlupfgrenze betrieben werden, d. h. die Anpresskräfte sind gerade so hoch, dass die Kupplungen nicht durchrutschen. Bei einer solchen Kupplungsregelung wirken die hohen Axialkräfte kontinuierlich auf die Kurbelwelle, was zu Schädigungen der Bauteile führen könnte. Dies kann dadurch vermieden werden, dass die Kupplungsbetätigungskräfte innerhalb der Kupplung aufgenommen werden, so dass sich die gesamte Doppelkupplung im bezug auf die Axialkräfte gegenüber den angrenzenden Bauteilen, insbesondere der Kurbelwelle kraftfrei verhält. Bei den bisher bekannten Ausführungsformen von Doppelkupplungen wird dies durch ein zusätzliches Stützlager in gemeinsamen Kupplungsdeckel erreicht, was alle durch die Kupplungsbetätigung verursachten Axialkräfte aufnimmt. Dabei sind Ausführungen bekannt, bei denen die Betätigungseinheit ein fester Bestandteil, also integraler Bestandteil der Doppelkupplung ist.
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Im Ergebnis sind die im Stand der Technik bekannten Doppelkupplungen bzw. Betätigungseinheiten für Doppelkupplungen noch nicht optimal ausgebildet. Einerseits ist deren Konstruktionsgebilde aufgrund der zu realisierenden Kraftkompensation durchaus komplex und erfordert entsprechenden Bauraum, andererseits sind die bisher bekannten Betätigungseinheiten ebenfalls konstruktiv sehr aufwendig und benötigen ebenfalls viel Bauraum. Insbesondere die oben genannten „Zwischenelemente” sind teilweise so ausgebildet bzw. angeordnet, dass der Bauraum der Betätigungseinheit enorm ist. Dadurch bedingt muss einerseits der Platz im Motorraum eines Kraftfahrzeugs sehr groß sein, andererseits können andere Bauteile nicht optimal platzsparend angeordnet werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinheit für die Doppelkupplung eines Kraftfahrzeuges anzugeben, deren Bauraumbedarf einerseits minimiert ist, andererseits deren Stellbewegungen aber optimal steuerbar ist.
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Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun zunächst durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Das erste Zwischenelement ist als schwenkbarer erster Betätigungshebel ausgeführt und das zweite Zwischenelement ist als schwenkbarer zweiter Betätigungshebel ausgeführt, wobei mindestens ein Betätigungshebel eine Ausnehmung oder eine Aussparung aufweist, und wobei die Betätigungshebel derart schwenkbar angelenkt sind, so dass der zweite Betätigungshebel in der Ausnehmung oder der Aussparung des ersten Betätigungshebels (oder umgekehrt) anordenbar oder – zumindest zeitweise – lagerbar ist. Durch die Ausbildung der Zwischenelemente als Betätigungshebel und zwar derart, dass zumindest ein Betätigungshebel eine Ausnehmung oder Aussparung aufweist, in die der jeweils andere Betätigungshebel so anordenbar ist, dass er – zumindest zeitweise – in Abhängigkeit seiner jeweiligen aktuellen Position dann in der jeweiligen Ausnehmung und/oder Aussparung angeordnet ist, wird enormer Bauraum gespart. Der erste und zweite Betätigungshebel sind also quasi in der gleichen Ebene angeordnet und liegen daher „ineinander”. Es ist denkbar, dass der erste oder der zweite Betätigungshebel die entsprechende Ausnehmung bzw. Aussparung aufweist. Entscheidend ist, dass mindestens einer der beiden Betätigungshebel zumindest eine Aussparung bzw. Ausnehmung aufweist, in der der jeweils andere Betätigungshebel dann anordenbar bzw. lagerbar ist, so dass der entsprechende Bauraum entsprechend eingespart wird. Derartige Ausnehmungen und/oder Aussparungen können die unterschiedlichsten Formen annehmen. Entscheidend ist, dass die Betätigungshebel möglichst nah ineinander oder nebeneinander liegen. Da die im Stand der Technik üblichen „Zwischenelemente” hier als entsprechende Betätigungshebel ausgeführt sind, werden die eingangs beschriebenen Vorteile beibehalten, wobei die oben beschriebenen Nachteile vermieden sind. Im Ergebnis ist daher eine optimierte Betätigungseinheit für eine Doppelkupplung geschaffen.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die erfindungsgemäße Betätigungseinheit in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die den Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im folgenden soll nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der folgenden Beschreibung und der dazugehörenden Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt
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1 in einer schematischen Darstellung, teilweise geschnitten von der Seite eine Doppelkupplung mit einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit und
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2a bis 2e Einzelteile der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit in schematischer perspektivischer Darstellung.
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Die 1 und 2 zeigen – zumindest teilweise – eine Betätigungseinheit 1, sowie in 2 Einzelteile der Betätigungseinheit 1 der in 1 ebenfalls dargestellten Doppelkupplung 2
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Die Betätigungseinheit 1 für die Doppelkupplung 2 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges weist eine erste Kupplung 3 und eine zweite Kupplung 4 auf. Über die erste Kupplung 3 ist die Kurbelwelle 5 des Motors des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges mit einer ersten Getriebeeingangswelle 6 kuppelbar. Weiterhin ist über die zweite Kupplung 4 die Kurbelwelle 5 des Motors mit einer zweiten Getriebeeingangswelle 7 zur Übertragung eines Drehmomentes kuppelbar. Die einzelnen Bestandteile der ersten und zweiten Kupplung 3 und 4 sind hier gut in der 1 erkennbar aber nicht im einzelnen näher bezeichnet, da im Stand der Technik entsprechend bekannt.
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Die erste Kupplung 3 weist ein erstes Ausrücklager 8 und die zweite Kupplung 4 ein zweites Ausrücklager 9 auf, wobei die jeweiligen Betätigungskräfte, vzw. die Ausrück- bzw. Einrückkräfte Fa bzw. Fb durch mindestens einen Aktuator, hier zwei jeweilige Aktuatoren realisierbar sind und wobei entsprechende Zwischenelemente 10 und 11 vorgesehen sind, die auf die jeweiligen Ausrücklager 8 und 9 wirken.
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Das erste Zwischenelement 10 ist als schwenkbarer erster Betätigungshebel 10a ausgeführt und das zweite Zwischenelement 11a ist als schwenkbarer zweiter Betätigungshebel 11a ausgeführt, wobei mindestens ein Betätigungshebel (10a bzw. 11a) eine Ausnehmung 12 oder Aussparung aufweist, und wobei die Betätigungshebel 10a und 11a derart schwenkbar angelenkt sind, so dass der zweite Betätigungshebel 11a in der Ausnehmung 12 oder Aussparung des ersten Betätigungshebels 10a (oder umgekehrt) anordenbar oder – zumindest zeitweise – lagerbar ist.
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Das erfindungsgemäße Prinzip liegt grundsätzlich darin, dass die Betätigung der ersten und zweiten Kupplung 3 und 4 von zwei „ineinander geschachtelten” und voneinander unabhängigen Betätigungssystemen realisiert wird, nämlich durch das erste Zwischenelement 10, das als erster Betätigungshebel 10a ausgebildet ist und das zweite Zwischenelement 11, das als zweiter Betätigungshebel 11a ausgebildet ist. Hierbei ist der erste Betätigungshebel 10a und auch der zweite Betätigungshebel 11a an einem Ende an einem ersten Gegenlager 13 bzw. zweiten Gegenlager 14 schwenkbar angelenkt. An den jeweiligen anderen Enden sind die Betätigungshebel 10a und 11a mit den entsprechenden ersten und zweiten hier nicht im einzelnen dargestellten Aktuatoren wirksam gekoppelt. Die Gegenlager 13 und 14 sind vorzugsweise getriebefest gelagert. Die hier nicht im einzelnen dargestellten Aktuatoren weisen vorzugsweise Stellgliedstangen 15 und 16 auf, die in nicht näher bezeichnete Lager-Ausnehmungen des ersten und zweiten Betätigungshebels 10a bzw. 11a eingreifen bzw. hier mit den entsprechenden Kontaktflächen in Kontakt stehen, wie gut aus der 1 ersichtlich ist.
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Wie ebenfalls die 1 zeigt, weist der erste und zweite Betätigungshebel 10a und 11a jeweils einen mit den jeweiligen Druckstücken 17 und 18 der Ausrücklager 8 und 9 in Kontakt stehenden Wirkbereich 19 und 20 auf. Anders ausgedrückt die Druckstücke 17 und 18 werden über den ersten und zweiten Betätigungshebel 10a bzw. 11a entsprechend verschoben, so dass auch die Ausrücklager 8 und 9 entsprechend verschoben werden können, um die entsprechende erste bzw. zweite Kupplung 3 und 4 zu öffnen bzw. zu schließen. Hierfür sind zwischen den jeweiligen Ausrücklagern 8 und 9 und den Kupplungen 3 und 4 vzw. weitere Betätigungsgestänge 21a, 21b und 21c vorgesehen, die direkt oder indirekt auf die jeweiligen Kupplungshälften der beiden Kupplungen 3 und 4 wirken.
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Die Betätigungsgestänge 21a, 21b und 21c, die Ausrücklager 8 und 9 und die Druckstücke 17 und 18 der Ausrücklager 8 und 9 sind im wesentlichen innerhalb des Gehäuses der Doppelkupplung 2 angeordnet. Hierzu ist vzw. ein entsprechender Kupplungsdeckel 22 vorgesehen.
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Im einzelnen darf nunmehr folgendes ausgeführt werden:
Auf den ersten Betätigungshebel 10a wird – wie in 1 dargestellt – die entsprechende Betätigungskraft Fa aufgebracht, so dass der erste Betätigungshebel 10a um das erste Gegenlager 13 in Richtung auf die Doppelkupplung 2 geschwenkt wird. Dabei wird das erste Druckstück 17, das hier vzw. rohförmig ausgeführt ist, entlang eines Führungskörpers 23a ebenfalls in Richtung auf die Doppelkupplung 2 verschoben, wodurch sich das erste Ausrücklager 8 bewegt. Dieses wiederum steht in direktem und/oder indirektem Kontakt zu dem Betätigungsgestänge 21a und 21b, die sogenannten „Kupplungshebel”, die zumeist auch als Tellerfedern ausgeführt sind bzw. sein können, so dass durch die Verschiebung des ersten Ausrücklagers 8 die Anpresskraft und damit das von der ersten Kupplung 3 übertragende Moment verändert wird.
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Analog und unabhängig davon ist auch eine gleichzeitige oder separate Bewegung des zweiten Betätigungshebels 11a möglich, wo hier die entsprechende Betätigungskraft Fb aufgebracht werden kann. Die Betätigungskräfte Fa und Fb werden über den Kupplungsdeckel 22 geleitet und von einem Stützlager 24 aufgenommen, dass über einen Lagerflansch 25 getriebefest montiert ist. Hierbei bildet der untere Schenkel des Lagerflansches 25 gleichzeitig den Führungskörper 23a für das erste Druckstück 17, wobei zur Führung des zweiten Druckstückes 18 ein zweiter Führungskörper 23b vorgesehen ist.
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Vorzugsweise ist hierdurch die gesamte Doppelkupplung 2 axial unbeweglich gelagert. Da jedoch aufgrund von Lagetoleranzen bei der Fertigung und der Montage (Getriebe und Motor an Getriebe) sowie von betriebsbedingten Axialbewegungen der Kurbelwelle 5 Axialkräfte auf die Kurbelwelle 5 eingeleitet werden, sollte vzw. ein biege- und taumelweiches Verbindungselement 26 zwischen Kurbelwelle 5 und Doppelkupplung 2 vorgesehen werden. Dieses Verbindungselement 26 kann als biegeweiches Mitnehmerblech ähnlich wie bei Stufenautomatikgetrieben mit Drehmomentwandler ausgeführt werden, muss jedoch eine deutlich geringere Steifigkeit aufweisen als verfügbare Serienteile aus Automatik-Getriebeanwendungen. Dadurch kann innerhalb dieses Verbindungselementes 26 zumindest teilweise ein axialer Toleranzausgleich zwischen Motor, Getriebe und Doppelkupplung 2 erreicht werden. Diese Funktion kann auch durch zusätzliche Bauteile in bzw. an dem Verbindungselement 26 realisiert werden, die auch nach dem Verbinden von Motor mit Getriebe vor der Verschraubung des Verbindungselementes 26 mit der Doppelkupplung 2 vorgesehen werden können.
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Das hier beschriebene Kupplungsbetätigungssystem bzw. die hier beschriebene Betätigungseinheit 1 kann grundsätzlich sowohl für aktiv geschlossene (normally open) als auch für aktiv geöffnete (normally closed) Kupplungen verwendet werden und weist gegenüber anderen bekannten Ausführungen mehrere Vorteile auf. Die entsprechend als Betätigungshebel ausgeführten Zwischenelemente weisen eine hohe Lebensdauer auf, sie sind einfach und kostengünstig zu fertigen und besitzen einen hohen Wirkungsgrad, wodurch eine optimale Einstellbarkeit der ersten und zweiten Kupplung ermöglicht wird.
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Weiterhin wird durch eine geringe Hysterese eine Sensierung im Stellglied der Kupplungsbetätigung ermöglicht, wodurch der Sensor als Bestandteil der Auswerteelektronik konzipiert werden kann. Damit können auch komplizierte Kabel-, Steckkontaktverbindungen des Sensors mit der Auswerteelektronik vermieden werden, was die Signalverfügbarkeit und Lebensdauer deutlich verbessert.
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Die hier dargestellte ineinander verschachtelte Anordnung der Betätigungshebel ermöglicht die Verwendung von Kupplungs- und Stützlagern mit geringerem Durchmesser als bisher bekannt, wodurch die Lebensdauer der Lager tendenziell erhöht wird.
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Schließlich ist eine getriebefeste Abstützung der Doppelkupplung 2 über das Stützlager 24 realisiert, wodurch in Verbindung mit dem biege- und taumelweichen ausgebildeten Verbindungselement 26 die auf den Motor wirkenden Axialkräfte verringert werden und wodurch zumindest teilweise eine Kompensation der Betätigungskräfte realisiert wird.
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Denkbar ist natürlich, dass die Anordnung der Ausrück- und Stützlager entsprechend variiert werden kann, also diese radial bzw. axial angeordnet werden können. Ebenso könnte das Stützlager 24 auf einer der Getriebeeingangswellen 6 oder 7 oder am Motorgehäuse befestigt werden. Vzw. kann mit Hilfe der Justierung der Gegenlager 13 und 14 eine Einstellung der Lagerstellwege und Aktuatorstellwege erfolgen, bspw. durch das Hinein- und/oder Herausschrauben der hier nicht näher bezeichneten Kugelzapfen der Gegenlager 13 und 14.
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Anstelle der vzw. hier dargestellten rohrförmigen Druckstücke 17 und 18 sind auch mehrteilige Übertragungselemente in Form von Stößelstangen, Kugeln oder ähnlichem denkbar. Schließlich könnten die hier dargestellten Druckstücke 17 und 18 als integrale Bestandteile der Ausrücklager 8 und 9 ausgeführt werden.
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Zur Modulation der Betätigungskräfte Fa und Fb können die ersten und zweiten Betätigungshebel 10a und 11a mit einer gezielten Elastizität kombiniert werden. So kann dies durch eine geeignete Werkstoffwahl bzw. geometrische Anpassungen der Betätigungshebel oder durch ein elastisches Zusatzelement realisiert werden. Solche Zusatzelemente können sich dabei auch an anderen Bauteilen, wie z. B. dem Getriebegehäuse abstützen.
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Einzeldarstellungen der Betätigungseinheit 1 sind in den 2a bis 2f dargestellt, wobei die 2a den ersten Betätigungshebel 10a, die 2b den zweiten Betätigungshebel 11a, die 2c das erste Druckstücke 17, die 2d das zweite Druckstück 18 und die 2e den Führungskörper 23b darstellen.
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Im Ergebnis sind mit der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit 1 entscheidende Vorteile erzielt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungseinheit
- 2
- Doppelkupplung
- 3
- erste Kupplung
- 4
- zweite Kupplung
- 5
- Kurbelwelle
- 6
- erste Getriebeeingangswelle
- 7
- zweite Getriebeeingangswelle
- 8
- erstes Ausrücklager
- 9
- zweites Ausrücklager
- 10
- erstes Zwischenelement
- 10a
- erster Betätigungshebel
- 11
- zweites Zwischenelement
- 11a
- zweiter Betätigungshebel
- 12
- Ausnehmung
- 13
- erstes Gegenlager
- 14
- zweites Gegenlager
- 15
- Stellgliedstange
- 16
- Stellgliedstange
- 17
- Druckstück
- 18
- Druckstück
- 19
- Wirkbereich
- 20
- Wirkbereich
- 21a
- Betätigungsgestänge
- 21b
- Betätigungsgestänge
- 21c
- Betätigungsgestänge
- 22
- Kupplungsdeckel
- 23a
- Führungskörper
- 23b
- Führungskörper
- 24
- Stützlager
- 25
- Lagerflansch
- 23
- Verbindungselement
- Fa
- Betätigungskraft
- Fb
- Betätigungskraft
