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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtung zum Verbinden und Trennen einer Klauenkupplung zwischen zwei koaxialen Wellen mittels einer axial bewegbaren Kupplungshülse, wobei die Betätigungsvorrichtung einen Elektromotor aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Klauenkupplung der oben erwähnten Art kann in vielen Anwendungen verwendet werden, wobei ein typisches Beispiel ein Allradfahrzeug (AWD-Fahrzeug, AWD = All Wheel Drive) ist, wobei auf diese Anwendung im Folgenden Bezug genommen wird.
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Ein Antriebssystem eines Allradfahrzeugs kann einen Motor haben, weiter eine Vorderachse mit einem Differential und eine Zwischenwelle oder Cardanwelle und eine Hinterachse mit einem Differential. Um die Verteilung des Drehmomentes nicht nur an die Vorderachse, sondern auch an die Hinterachse gemäß den Antriebsbedingungen zu steuern, ist eine elektronisch gesteuerte Nassscheibenkupplung in dem Antriebsstrang zur Hinterachse angeordnet, oft in der Zwischenwelle nahe am Differential.
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Die Funktion der Kupplung beim Fahren des Fahrzeugs in einem Allradmodus wird an anderer Stelle beschrieben, beispielsweise in
WO 2011/043722 .
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Wenn es erwünscht ist, das Allradfahrzeug in einem Frontantriebsmodus (FWD-Modus) anzutreiben, wird die Scheibenkupplung getrennt, d. h. ihre Scheiben werden getrennt, um zu verhindern, dass sie irgendwelches Drehmoment übertragen. Man kann sagen, dass die Kupplung in einem getrennten Modus ist.
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Um diesen Trennungseffekt zu verbessern, kann das Öl, welches normalerweise in der Kupplung zur Schmierung und zur Kühlung ihrer Scheiben vorgesehen ist, aus der Kupplung entfernt werden. Um die Beschleunigung der sich drehenden Masse der Zwischenantriebswelle zu verringern, und um das Schleppdrehmoment bzw. Verlustdrehmoment in den Lagern und Dichtungen dafür zu eliminieren, kann eine Kupplung vorzugsweise nahe an dem Vorderachsendifferential vorgesehen sein, um die Zwischenwelle im Frontantriebsmodus des Fahrzeugs zum Stillstand zu bringen.
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Diese Kupplung ist vorzugsweise eine Klauenkupplung mit zwei getrennten Positionen: verbunden oder getrennt. Die zwei koaxialen Wellen, die verbunden oder getrennt werden sollen, können mit Endkeilen versehen sein, und eine axial bewegbare Kupplungshülse kann für die mechanische Steuerung der Kupplung verwendet werden.
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Unterschiedliche Patentveröffentlichungen offenbaren Betätigungsvorrichtungen für eine schnelle und effiziente Verbindung und Trennung einer Klauenkupplung, beispielsweise
US 2010/0089685 . Bei dieser Konstruktion wird die Kupplungshülse axial durch eine Feder in der Richtung zur Verbindung der Kupplung verschoben, die Richtung, in der die Anforderung bezüglich des Ansprechens am höchsten ist. Ein Elektromotor wird zum Trennen der Bewegung und zum Spannen der Feder verwendet. An einer Endposition hält ein Schnappmechanismus die Hülse und der Motor stoppt. Wenn wieder ein Verbinden bzw. Einrücken der Kupplung erwünscht ist, wird der Motor weiter gedreht, um die Schnappfunktion freizugeben, so dass die Kupplungshülse frei ist, um sich durch die Feder frei in axialer Richtung zu bewegen, um die Kupplung zu verbinden.
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Ein Problem bei dieser Technologie ist, dass die Drehung des Motors keine wirkliche Verbindung zur axialen Bewegung der Kupplungshülse hat, und dass die Motordrehung keine Information über die Position der Kupplungshülse bietet. Eine wichtige – und in diesem Fall fehlende – Information ist, ob eine korrekte Endposition der Hülse erreicht worden ist, oder ob Keilzähne aneinander anliegen, was eine Verbindung der Klauenkupplung blockiert.
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Aus diesem Grund wird ein zusätzlicher Axialpositionssensor benötigt.
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Die Erfindung
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Die erwähnten und andere Probleme bei bekannten Betätigungsvorrichtungen der erwähnten Art können gemäß der Erfindung dahingehend vermieden werden, dass eine Motorwelle des Motors mit einer drehbaren Betätigungsstange verbunden ist, die an ihrem Ende mit einem exzentrischen Stift für eine Zusammenarbeit mit der Kupplungshülse versehen ist, so dass eine Drehung der Betätigungsstange um 180° oder weniger mittels des Motors aus einer Drehposition entsprechend einer axialen Endposition der Kupplungshülse in eine Drehposition entsprechend der anderen axialen Endposition der Kupplungshülse zu einer Verbindung bzw. einem Einrücken oder einer Trennung bzw. einem Ausrücken der Klauenkupplung führt.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der exzentrische Stift in ein Langloch in einer Verschiebehülse, welches in einer Umfangsnut in der Kupplungshülse angeordnet ist. Jedoch sind andere praktische Lösungen zum Umwandeln der Drehbewegung des exzentrischen Stiftes in eine Axialbewegung der Kupplungshülse möglich.
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Bei dieser Konstruktion, wobei der Exzenterstift mit der Kupplungshülse zusammenarbeitet und sich um 180° oder weniger dreht (in einem praktischen Fall etwa 135°), um die erwünschte Axialbewegung der Kupplungshülse zu erreichen, führen die kürzeren Hebelarme zu den Verbindungs- und Trennungspositionen hin und in diesen Positionen zu einer Zunahme des Stroms an den Elektromotor auf ein Maximum. Diese Stromspitze kann gemäß einem wichtigen Aspekt der Erfindung abgefühlt werden und als ein Signal zum Entregen bzw. Ausschalten des Motors verwendet werden. Die abgefühlte Stromspitze ergibt eine zuverlässige Anzeige von genau erreichten Endpositionen für die Schiebehülse und somit der Klauenkupplung.
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Die zylindrische Betätigungsstange ist vorzugsweise in einem Betätigungsvorrichtungsgehäuse an der Klauenkupplung oder um diese herum gelagert.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Motorwelle direkt mit der Betätigungsstange verbunden, so dass keine Getriebeuntersetzung zwischen dem Motor und dem exzentrischen Stift vorliegt.
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Zum Vorsehen einer gewissen Elastizität bei der Kraftübertragung und in den Endpositionen kann ein Federdämpfungsmechanismus zwischen der Motorwelle und der Betätigungsstange angeordnet sein.
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Bei einer praktischen Ausführung eines solchen Federdämpfungsmechanismus wird eine Federscheibe, die mit der Motorwelle verbunden ist, drehbar in dem Betätigungsvorrichtungsgehäuse angeordnet und ist mit tangentialen Taschen mit Paaren von vorzugsweise etwas vorgespannten Druckfedern zur Zusammenarbeit mit einem Federstift versehen, welcher sich von einer Stangenscheibe, die mit der Betätigungsstange verbunden ist, in den freien Raum zwischen den zwei Federn erstreckt.
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Drei Paare von Federn können vorgesehen sein.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Getriebeuntersetzung zwischen der Motorwelle und der Betätigungsstange vorgesehen, vorzugsweise in Form eines Planetengetriebes.
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Bei einer praktischen Ausführung mit einem Planetengetriebe ist die Motorwelle mit einem Sonnenrad in Eingriff mit Planetenrädern vorgesehen, beispielsweise mit drei Planetenrädern, welche wiederum in Eingriff mit einem Hohlrad im Betätigungsvorrichtungsgehäuse sind, wobei die Planetenräder auf Radachsen auf einem scheibenförmigen Planetenträger drehbar sind, der mit der Betätigungsstange verbunden ist.
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Die Getriebeuntersetzung des Planetengetriebes kann beispielsweise vier sein.
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Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel kann die Betätigungsvorrichtung mit einem Federdämpfungsmechanismus versehen sein, wie er oben beschrieben wurde, wobei der Planetenträger die Federscheibe ist.
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In einem dritten Ausführungsbeispiel ist eine axiale Einweg-Kupplungsanordnung mit mindestens einer nicht verriegelbaren Einweg-Kupplung in der Kraftübertragungskette von der Motorwelle zur Betätigungsvorrichtungsstange vorgesehen.
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In einer praktischen Ausführung mit zwei Einweg-Kupplungen weist die Anordnung eine zylindrische innere Nabe auf, in welche die Motorwelle von innen eingreift, ein Sonnenrad, welches in Drehrichtung an dem Mittelteil der Nabe angeordnet ist und ein Teil des oben beschriebenen Planetengetriebes ist, eine obere Verriegelungsfeder in festem Eingriff mit einem oberen Teil der Nabe und dem Sonnenrad, eine untere Verriegelungsfeder in festem Eingriff mit dem Sonnenrad und einem unteren Teil der Nabe, wobei beide Verriegelungsfedern in der gleichen Richtung gewickelt sind.
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Weiterhin umgibt bei dieser praktischen Ausführungsform eine obere Verriegelungsfederhülse die obere Verriegelungsfeder, und eine untere Verriegelungsfederhülse umgibt die untere Verriegelungsfeder, wobei die Hülsen mit sich nach außen erstreckenden Ansätzen zum Eingriff mit jeweiligen Anschlaggliedern in dem Betätigungsvorrichtungsgehäuse versehen sind.
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Vorzugsweise ist ein Schnappringmechanismus vorgesehen, um den exzentrischen Stift in einer jeweiligen erreichten Endposition elastisch zu halten. Dadurch wird die Endposition auch bei Stößen und Vibrationen beibehalten.
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In den zwei ersten Ausführungsbeispielen kann ein Schnappring an einer Stangenscheibe angebracht sein, von der sich die Betätigungsstange erstreckt, und eine teilweise runde Endanschlagfeder kann an der Innenseite des Betätigungsvorrichtungsgehäuses angeordnet sein und daran angebracht sein, wobei die Feder mit zwei nach innen verlaufenden Federvorsprüngen zum Eingriff mit dem Schnappstift versehen ist, und wobei das Gehäuse mit zwei Endanschlägen für den Schnappstift in der Nachbarschaft der Federansätze versehen ist.
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In dem dritten Ausführungsbeispiel kann ein im Allgemeinen runder Körper an den Planetenradachsen des Planetengetriebes befestigt sein, wobei der Körper elastische Arme mit Endansätzen hat, und zwar zum Eingriff mit jeder von jeweils zwei Einkerbungen am Innenumfang des Betätigungsvorrichtungsgehäuses.
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Die Erfindung ermöglicht ein Verfahren zur Steuerung einer Betätigungsvorrichtung zum Verbinden oder Trennen einer Klauenkupplung zwischen zwei koaxialen Wellen mittels einer Kupplungshülse, die mittels eines Elektromotors in der Betätigungsvorrichtung axial bewegbar ist.
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Gemäß der Erfindung wird der Motor verwendet, um die Kupplung sowohl zu verbinden als auch zu trennen, wobei Mittel zum Umwandeln der Drehbewegung einer Welle des Motors in eine Axialbewegung der Kupplungshülse in jeder Richtung, zum Verbinden bzw. zum Trennen der Kupplung, vorgesehen sind. Weiterhin werden Veränderungen des Motorstroms jeweils bei einer erreichten Verbindung als auch bei einer erreichten Trennung und/oder während der Drehung des Motors verwendet, um den Motor zu steuern.
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Weiterhin kann die Anzahl der Stromimpulse, die beim Übergang der Bürsten auf einen sich drehenden segmentierten Wandler in einem mit Bürsten versehenen Gleichstrommotor auftreten, als eine Messung der Motordrehung detektiert werden.
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In den oben beschriebenen zwei ersten Ausführungsbeispielen kann eine Stromspitze, die beim Verbinden bzw. Trennen auftritt, detektiert werden und zum Ausschalten des Motors verwendet werden.
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Im dritten oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Stromabfall, der bei einer erreichten Verbindung bzw. einer erreichten Trennung auftritt, detektiert und für das Ausschalten des Motors verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird unten genauer mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen die Figuren Folgendes darstellen:
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1 eine teilweise geschnittene Gesamtansicht einer Klauenkupplung mit einer Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
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2 eine teilweise geschnittene isometrische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
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3 eine teilweise geschnittene isometrische Ansicht eines Teils der in 2 gezeigten Betätigungsvorrichtung,
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4 eine teilweise geschnittene isometrische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
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5 eine teilweise geschnittene isometrische Ansicht eines Teils der in 4 gezeigten Betätigungsvorrichtung,
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6 eine teilweise geschnittene isometrische Ansicht eines Teils eines dritten Ausführungsbeispiels einer Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
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7 eine teilweise geschnittene isometrische Ansicht einer Einweg-Kupplungsanordnung, die ein Bestandteil der in 6 gezeigten Betätigungsvorrichtung ist,
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8 eine teilweise geschnittene isometrische Ansicht eines Teils einer in 6 gezeigten Betätigungsvorrichtung, und
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9 eine teilweise im Schnitt und von unten gezeigte isometrische Ansicht eines Teils der in den 2–5 gezeigten Betätigungsvorrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Ein Antriebssystem eines Allradfahrzeugs (AWD-Fahrzeugs) ist in der Technik wohl bekannt. Typische Beispiele sind in
WO 2011/043722 gezeigt. Ein solches System hat einen Motor, eine Vorderachse mit einem Differential, eine Zwischenwelle oder Cardanwelle und eine Hinterachse mit einem Differential. Um das Drehmoment nicht nur an die Vorderachse, sondern auch an die Hinterachse gemäß den Antriebsbedingungen zu verteilen, ist eine elektronisch gesteuerte Nassscheibenkupplung in dem Antriebsstrang zur Hinterachse angeordnet, oft in der Zwischenwelle in der Nähe des hinteren Differentials.
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Die Funktion der Kupplung beim Fahren des Fahrzeugs in einem Allradmodus wird an anderer Stelle beschrieben, beispielsweise in der erwähnten Schrift in
WO 2011/043722 .
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Wenn es erwünscht ist, das Allradfahrzeug in einem Frontantriebsmodus (FWD-Modus) anzutreiben, wird die Scheibenkupplung getrennt, d. h. ihre Scheiben werden getrennt, um zu verhindern, dass sie irgendwelches Drehmoment übertragen. Man kann sagen, dass die Kupplung in einem ausgerückten Modus ist. Um diesen Trennungseffekt zu verstärken, kann Öl, welches normalerweise in der Kupplung zur Schmierung und Kühlung ihrer Scheiben vorgesehen ist, aus der Kupplung entfernt werden. Um die Beschleunigung der drehenden Massen der Zwischenantriebswelle zu verringern und um das Schlepp- bzw. Verlustdrehmoment in den Lagern und Dichtungen dafür zu eliminieren, kann eine Kupplung vorzugsweise nahe an dem Vorderachsendifferential vorgesehen sein, um die Zwischenwelle im Fronantriebsmodus des Fahrzeugs zum Stillstand zu bringen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine solche Klauenkupplung zum Verbinden/Trennen.
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1 ist eine Gesamtansicht einer Klauenkupplungsanordnung zum Verbinden oder Trennen einer senkrechten Welle 1 und einer hohlen Welle 2, die zur Drehung gelagert sind. Die senkrechte Welle 1 ist mit äußeren Keilen versehen, mit denen innere Keile in einer Kupplungshülse 3 zusammenarbeiten. Die Kupplungshülse 3 ist auch mit äußeren Zähnen zur Zusammenarbeit mit inneren Zähnen in der hohlen Welle 2 versehen. Wenn die Kupplungshülse in der linken Position ist, wie in 1 gezeigt, ist die Klauenkupplung zwischen den zwei Wellen 1 und 2 verbunden. Wenn die Kupplungshülse 3 andererseits zur rechten Seite in 3 gebracht wird, wird die Klauenkupplung zwischen den zwei Wellen 1 und 2 getrennt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Mittel zum Ausführen der axialen Bewegung der Kupplungshülse 3 zwischen den Verbindungs- und Trennungspositionen.
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Eine Kupplungsbetätigungsvorrichtung 4 einer Drehbauart, oder kurz gesagt, eine Drehkupplungsbetätigungsvorrichtung, ist in dem Gehäuse befestigt, welches die Klauenkupplung umgibt, und an ihrem Ende ist ein exzentrischer Stift 5 vorgesehen, der sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in eine Verschiebehülse bzw. ein Gleitstein 6 erstreckt, der von dem Gehäuse geführt wird und in einer Umfangsnut in der Kupplungshülse 3 angeordnet ist. Der Gleitstein 6 hat ein Langloch, in dem sich der exzentrische Stift 5 bewegt. Der exzentrische Stift 5 ist außen an dem Ende der zylindrischen Betätigungsstange 7 befestigt, die in dem Betätigungsvorrichtungsgehäuse gelagert ist. Der Stift 5 und/oder der Gleitstein 6 und/oder die Stange 7 sind in den 2–6 sichtbar.
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Andere praktische Lösungen zum Umwandeln der Drehbewegung des exzentrischen Stiftes 5 in eine axiale Bewegung der Kupplungshülse 3 sind möglich.
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Wenn die Stange 7 mit ihrem exzentrischen Stift 5 um 180° aus ihrer Position in 1 gedreht wird, wobei der Stift 5 vollständig auf der linken Seite ist, und wobei die Klauenkupplung in ihrem vollständig verbundenen bzw. eingerückten Zustand ist, wird der Stift 5 seine vollständig auf der rechten Seite liegende Position erreichen, wobei die Klauenkupplung vollständig getrennt bzw. ausgerückt ist.
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Eine kleinere Drehung des Exzenterstiftes 5 als 180° (beispielsweise 135°) kann gestattet werden, es ist jedoch wichtig, dass der Stift 5 in der verbundenen Position der Klauenkupplung vollständig auf der linken Seite ist, so dass die Kraft vom Motor auf die Kupplungshülse 3 zum Beginn der Trennungsbewegung maximal ist. Weiterhin wird die Verbindungsbewegung bei einer kürzeren Drehung von beispielsweise 135° schneller sein.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Drehkupplungsbetätigungsvorrichtung 4 ist in den 2 und 3 gezeigt. Ein Elektromotor ist darin montiert, und nur seine Motorwelle 8 ist in 2 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel gibt es keine Getriebeuntersetzung von der Motorwelle 8 auf die Betätigungsstange 7, jedoch sind diese Teile vorzugsweise mittels eines Federdämpfungsmechanismus verbunden, wie er mit spezieller Bezugnahme auf 3 beschrieben wird.
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Eine Federscheibe 9 ist drehbar in einem Betätigungsvorrichtungsgehäuse 10 angeordnet und ist mit der Motorwelle 8 verbunden (2). In geeigneten tangentialen Taschen dafür ist die Federscheibe 9 mit Paaren von vorzugsweise etwas vorgespannten Druckfedern 11 versehen, und zwar zur Zusammenarbeit mit einem Federstift 12, der sich in den Freiraum zwischen den zwei Federn 11 erstreckt, und zwar von einer Stangenscheibe 13, die mit der Betätigungsstange 7 verbunden ist. In dem gezeigten Beispiel gibt es drei Paare von Federn 11.
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Das Ergebnis ist, dass die Betätigungsstange 7 normalerweise den Drehbewegungen der Motorwelle 8 folgen wird. Jedoch wird der beschriebene Federdämpfungsmechanismus eine gewisse Elastizität bei der Kraftübertragung und bei den Endanschlägen vorsehen. Insbesondere ist der Mechanismus bei einem Verbindungsvorgang nützlich, wobei beim Eingriff der Keile Zähne auf Zähne treffen.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist in 4 und 5 gezeigt. Der Hauptunterschied bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels ist, dass eine Getriebeuntersetzung zwischen der Motorwelle 8 und der Betätigungsstange 7 vorgesehen ist. Diese Getriebeuntersetzung ist hier beispielhaft durch ein Planetengetriebe dargestellt, jedoch sind andere Getriebekonstruktionen ebenfalls möglich.
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Ein Sonnenrad 16 ist mit der Motorwelle 8 verbunden. Beispielsweise drei Planetenräder 17 sind drehbar auf einem Planetenträger gelagert, der die Federscheibe 9 ist, die bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde. Nur zwei Planetenräder 17, die auf Zahnradwellen 18 drehbar sind, sind in 5 gezeigt. Die dritte Zahnradwelle 18 ist ohne Planetenrad gezeigt, um zu zeigen, dass sie sich nach unten in ein Langloch 19 in der Stangenscheibe 13 erstreckt, so dass die relative Drehbewegung zwischen der Federscheibe 9 und der Stangenscheibe 13 begrenzt ist. Ein Hohlrad 20 ist mit dem Betätigungsvorrichtungsgehäuse 10 verbunden.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann die ausgewählte Getriebeuntersetzung sechs sein, jedoch sind andere Untersetzungen ebenfalls möglich.
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Man kann erkennen, dass das zweite Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5 mit einer Federdämpfungsanordnung der gleichen Art versehen ist wie das erste Ausführungsbeispiel, jedoch wurden in den 4 und 5 zur Verdeutlichung nicht alle Bezugszeichen für diese Anordnung verwendet.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel der Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist in den 6–8 gezeigt. In 6 ist nicht die gesamte Betätigungsvorrichtung gezeigt, nur der Teil davon, der für ein ordnungsgemäßes allgemeines Verständnis wichtig ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann ein Planetengetriebe der gleichen Bauart verwendet werden wie im zweiten Ausführungsbeispiel. Andererseits ist das dritte Ausführungsbeispiel so gezeigt, dass es nicht mit einem Federdämpfungsmechanismus versehen ist wie die ersten und zweiten Ausführungsbeispiele. Der Grund dafür ist, dass – wie deutlich wird – der Motor in den Endpositionen außer Eingriff ist. Jedoch kann immer noch die Situation auftreten, dass bei der Verbindung Zahn auf Zahn trifft, was bedeutet, dass eine zusätzliche Einweg-Gleitkupplung an der Motorwelle 8 oder sonst irgendwo vorgesehen sein müsste. Alternativ kann ein Federmechanismus vorgesehen sein.
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Auch bei den zweiten und dritten Ausführungsbeispielen kann der Federdämpfungsmechanismus irgendwo sonst im Planetengetriebe vorgesehen sein.
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In 6 ist eine Motorwelle 8 gezeigt, die sich nach unten in eine Einweg-Kupplungsanordnung 25 erstreckt, die speziell mit Bezugnahme auf 7 beschrieben wird. Ein Sonnenrad 16A ist ein Teil der Einweg-Kupplungsanordnung 25 und ist in Zahnradeingriff mit Planetenrädern 17A auf einem Planetenträger 9A, der wiederum mit einer zylindrischen Betätigungsstange 7 verbunden ist. Die Planetenräder 17A sind auch in Zahnradeingriff mit einem Hohlrad 20A in einem Betätigungsvorrichtungsgehäuse 10A.
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Die Einweg-Kupplungsanordnung 25 ist in 7 gezeigt und hat eine zylindrische innere Nabe 26. Zu Produktionszwecken besteht diese Nabe 26 aus zwei Teilen: einer primären Nabe 26' und einer sekundären Nabe 26'', die in Drehrichtung miteinander mittels eines Stiftes 27 verriegelt sind.
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Das Sonnenrad 16A ist drehbar auf dem Mittelteil der Nabe 26 angeordnet. Das Sonnenrad 16A hat zylindrische Sonnenradflansche 16A', die sich axial in beiden Richtungen erstrecken. Der Außendurchmesser dieser zwei Flansche 16A' ist der gleiche wie der Außendurchmesser der Nabe 26.
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Die Nabe 26 ist von innen mit Eingriffsmitteln 28 für die Motorwelle 8 versehen, um einen Eingriff für eine gemeinsame Drehung vorzusehen.
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Eine obere Verriegelungsfeder 29 ist in festem Eingriff mit dem oberen Sonnenradflansch 16A' und dem oberen Teil der Nabe 26, während eine untere Verriegelungsfeder 30 in festem Eingriff mit dem unteren Sonnenradflansch 16A' und dem unteren Teil der Nabe 26 ist. Beide Verriegelungsfedern 29, 30 können rechtsgewickelt sein.
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Das obere Ende der oberen Verriegelungsfeder 20 ist in Eingriff mit einer oberen Verriegelungsfederhülse 31 (die die obere Verriegelungsfeder 20 umgibt), während ihr unteres Ende in Eingriff mit dem oberen Sonnenradflansch 16A' ist. Entsprechend ist das untere Ende der unteren Verriegelungsfeder 30 in Eingriff mit einer unteren Verriegelungsfederhülse 32 (die die untere Verriegelungsfeder 30 umgibt), während ihr oberes Ende in Eingriff mit dem unteren Sonnenradflansch 16A' ist.
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Die obere Verriegelungsfederhülse 31 ist mit einer sich nach außen erstreckenden Lasche 31' für einen Eingriff mit einem ersten Anschlagglied in dem Betätigungsvorrichtungsgehäuse 10A zum Öffnen der Verriegelungsfeder versehen, während die untere Verriegelungsfederhülse 32 mit einer sich nach außen erstreckenden Lasche 32' für einen Eingriff mit einem zweiten Anschlagglied in dem Betätigungsvorrichtungsgehäuse 10A zum Öffnen der Verriegelungsfeder versehen ist.
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Wie in der Technik wohl bekannt ist, wird eine Verriegelungsfeder der bei der vorliegenden Anwendung verwendeten Art eine Drehverriegelung zwischen zwei Gliedern vorsehen, wenn sie in einer Drehrichtung gedreht wird, und einen Freilaufeffekt mit einem geringen Reibdrehmoment in der entgegengesetzten Drehrichtung.
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Wenn die Nabe 26 durch die Motorwelle 8 in einer Richtung gedreht wird, überträgt eine der Verriegelungsfedern 29 oder 30 ein Drehmoment auf das Sonnenrad 16A, bis die Lasche 31' oder 32' der relevanten Hülse 31 oder 32 ihr Anschlagglied in dem Betätigungsvorrichtungsgehäuse 10A erreicht, so dass der Verriegelungseffekt der relevanten Verriegelungsfeder 29 oder 30 verschwindet. Das Sonnenrad 16A stoppt seine Drehung und die Nabe 26 kann sich nur mit einer gewissen Reibung drehen (die Verriegelungsfeder gleitet in der Freilaufrichtung).
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Nun fällt der Motorstrom stark ab, was eine erkennbare Anzeige ist, dass eine Endposition erreicht wurde. Der Motor kann gestoppt werden.
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Wenn der Motor dann in der anderen Richtung gedreht wird, überträgt die andere der Verriegelungsfedern 20 oder 30 ein Drehmoment an das Sonnenrad 16A, bis die andere Lasche 31' oder 32' ihr Anschlagglied in dem Betätigungsvorrichtungsgehäuse 10A erreicht. Die Drehdistanz zwischen den zwei Laschen 31' und 32' kann 320° sein.
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Wenn die Verriegelungsfedern 29 und 30 rechtsherum gewickelt sind, ist die untere Verriegelungsfeder 30 verriegelt, wenn der Motor von oben gesehen im Uhrzeigersinn gedreht wird und umgekehrt.
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In dem dritten Ausführungsbeispiel sind zwei Einweg-Kupplungen vorgesehen, wie gezeigt und beschrieben. Modifikationen sind möglich. Es ist jedoch wichtig, dass zumindest eine Einweg-Kupplung entriegelbar ist, um ein sicheres Signal bei einer Verbindung der Kupplung zu erhalten.
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In 6 ist ein bogenförmiges Element 33 gezeigt, welches in dem Betätigungsvorrichtungsgehäuse 10A montiert ist und mit einem sich nach innen erstreckenden Ansatz 33' versehen ist, der das Anschlagglied für die untere Lasche 32' bildet.
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Ein Schnappringmechanismus für das dritte Ausführungsbeispiel ist in 8 gezeigt, jedoch auch weniger deutlich in 6. Der Zweck dieses Mechanismus ist es, einen elastischen Endanschlag vorzusehen und den exzentrischen Stift 5 in einer jeweiligen erreichten Endposition elastisch zu halten, beispielsweise gegen Schwingungen und Stöße, wenn der Motor einen Strom von null hat.
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Der Mechanismus kann aus einem im Allgemeinen runden Körper 35 bestehen, der an den drei Zahnradwellen 18 befestigt ist und drei Arme 36 hat, jeweils mit einem Endansatz zum Eingriff mit einer von zwei Einkerbungen 37 im Innenumfang des Betätigungsvorrichtungsgehäuses 10A in einer jeweiligen Endposition des exzentrischen Stiftes 5. Der Schnappringmechanismus kann vorzugsweise aus Plastik gemacht sein, um für die Arme 36 eine gewisse Elastizität vorzusehen, jedoch kann die erwünschte Elastizität auf andere Weise erreicht werden. Durch das Befestigen des Mechanismus an den drei Zahnradwellen 18 wird er in Drehrichtung mit dem Exzenterstift 5 verbunden sein.
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Ein geringfügig anderer Schnappringmechanismus für die zwei ersten Ausführungsbeispiele gemäß den 2–5 ist in 9 gezeigt. Der Zweck dieses Mechanismus ist im Allgemeinen der gleiche wie bei dem in 8 gezeigten.
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Dieser Mechanismus ist von unten gezeigt. In 9 sind das Betätigungsvorrichtungsgehäuse 10, die Betätigungsstange 7, der exzentrische Stift 5 und die Stangenscheibe 13 sichtbar.
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Ein Schnappstift 40, der vorzugsweise mit einem drehbaren Ring 40' versehen ist, ist an der Stangenscheibe 13 angebracht. Eine im Allgemeinen teilweise runde Endanschlagsfeder 42 ist an der Innenseite des Betätigungsvorrichtungsgehäuses 10 angeordnet und daran angebracht. Die Feder 42 ist mit zwei nach innen verlaufenden Federvorsprüngen 42' in einer Winkeldistanz voneinander von geringfügig weniger als 180° versehen.
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Das Betätigungsvorrichtungsgehäuse 10 ist mit einem inneren Gehäuseteil 43 versehen, der die Betätigungsstange 7 umgibt und entlang dem sich der Schnappstift bei der Drehung der Betätigungsstange 7 bewegt. Der Gehäuseteil 43 ist mit zwei Endanschlägen 43' in einer Winkeldistanz voneinander von geringfügig mehr als 180° versehen.
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Nachdem er an einem Federvorsprung 42' vorbeigelaufen ist, wird der Schnappstift 40 einer sich drehenden Betätigungsstange 7 durch den jeweiligen Endanschlag 43' gestoppt und elastisch durch den jeweiligen Federvorsprung 42' an dieser Position gehalten.
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Der Elektromotor, der bei der gezeigten und beschriebenen Kupplungsbetätigungsvorrichtung 4 verwendet wird, ist vorzugsweise ein Gleichstrommotor, der sich in beiden Richtungen dreht, so dass der exzentrische Stift 5 die Kupplungshülse 3 axial zwischen der Verbindungsposition und der Trennungsposition hin und her bewegen kann. Der verwendete Motor ist ein Motor mit Bürsten, bei dem der Strom mittels Bürsten (gewöhnlich zwei Bürsten) in Eingriff mit einem Wandler auf den sich drehenden Teil übertragen wird. Der Wandler hat eine Vielzahl von Segmenten. Beim Übergang der Bürsten zwischen Segmenten treten gewisse Stromspitzen oder Impulse auf, die in einer elektronischen Steuereinheit detektiert werden können, die mit der Betätigungsvorrichtung assoziiert ist.
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In dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel kann eine vollständig verbundene bzw. eingerückte Kupplung durch ein oder mehrere der folgenden Mittel detektiert werden:
Zählen von Wandlerimpulsen (beispielsweise 18 Impulse);
Berechnen einer Drehung aus Messungen von Spannung und Strom:
Messen eines hohen Stroms an einer Endposition; und
Abfühlen einer Drehzahl der Antriebs- oder Cardanwelle mittels eines Sensors.
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Eine vollständig bzw. ausgerückte Kupplung kann durch folgende Mittel detektiert werden:
Abfühlen einer Drehzahl der Antriebswelle; und
Zählen von Wandlerimpulsen, Berechnen einer Drehung und hoher Strom an einer Endposition.
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In den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen gibt es elastische Anschlagmittel zum Stoppen der Bewegung, wenn die jeweilige Endposition erreicht worden ist.
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Im dritten Ausführungsbeispiel werden die Einweg-Kupplungen trennen, wenn die jeweilige Endposition erreicht wurde. Der Motor könnte auch weiter drehen, wird jedoch auf Grund des Stromabfalls in der Praxis abgeschaltet werden, wenn eine Endposition erreicht wird.
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Modifikationen sind innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/043722 [0004, 0044, 0045]
- US 2010/0089685 [0008]
